摘 要：煤矿供电系统的正常运行对于采掘作业顺利进行至关重要。煤矿企业相关工作人员应确保煤矿供电系统既能平稳运转，又能尽可能达到节能降耗的目的。因此，相关研发人员应研究设计出操作便捷、管理方便、控制优质的煤矿供电系统，并使之实现自动化。对煤矿供电系统自动化发展的基本原理、自动化设计、硬件选择进行了分析。研究表明，对煤矿供电系统进行自动化设计改造，可以显著提高供电系统的运行效率及工作精确度。
关键词:煤矿;供电系统;自动化;节能降耗;
Automation Development of Coal Mine Power Supply System
MENG Hangren
Duerping Coal Mine, Shanxi Coking Coal Group Co, Ltd.
Abstract：The normal operation of coal mine power supply system is very important for the smooth progress of mining operations.Relevant staff of coal mining enterprises should ensure that the coal mine power supply system can not only meet the requirements of smooth operation, but also achieve the purpose of saving energy and reducing consumption as much as possible. Therefore,relevant R&D personnel should study and design a coal mine power supply system with convenient operation, convenient management and high-quality control, and make it automatic. This paper analyzed the basic principle, automation design and hardware selection of the automation development of coal mine power supply system. The research shows that the automatic design and transformation of the coal mine power supply system can significantly improve the operation efficiency and work accuracy of the power supply system.
Keyword：coal mine; power supply system; automation; energy saving and consumption reduction;
随着中国科技水平的不断提升，以传统方式设计的煤矿供电系统已不能满足矿井生产的安全性及高效性要求[1,2]。当前，自动化是各行各业发展的趋势，将自动化技术应用于煤矿供电系统是大势所趋。但是，由于煤矿井下工作环境复杂多变，自动化供电系统的设计及其运行受到一定的局限[3]。煤矿井下作业防爆技术不断发展并应用于煤矿采掘过程中，电子计算机技术也持续更新发展，这对煤矿供电系统向自动化转变有一定的助力[4]，不会再因为井下作业环境的错综复杂而限制煤矿自动化供电系统的应用及发展，促进了自动化供电系统在中国煤矿的快速、高效应用。
1 煤矿供电系统的自动化发展
煤矿供电系统趋于自动化发展是指，煤矿地面和井下采掘作业及生活等方面供电的传输、管理、实时监测及用电保护以自动化方式发展。首先，煤矿地面及井下的采掘机等机电设备应全面完成先进的信息技术、计算机技术、电子技术升级更新，为煤矿自动化供电系统的实现、运行及管理夯实基础。煤矿供电系统自动化是以先进的现代科学技术为支撑进行研发的，例如网络通信技术、计算机技术和网络技术。煤矿供电系统自动化可实现对地面及井下所有机电设备用电的实时监测及控制，使机电设备的用电更加安全、合理、稳定，不仅能使机电设备免于电能资源浪费，更能保障煤矿设备用电的安全性，避免发生安全事故，降低煤矿运行成本，提升煤矿企业的社会效益及经济效益。
2 煤矿供电系统自动化的基本原理
煤矿生产过程中，地面机电设备和井下机电设备有所差异，它们在用电及供电需求方面有所不同。供电系统地面机电设备和井下机电设备的配电线路错综复杂，必须时刻对反馈的各种指令及需求进行处理并指导运行[5]。因此，将既先进又智能的信息处理数据库应用于煤矿供电系统极其重要。智能化信息处理数据库可对供电系统运行时接收到的各项信息数据分类别妥善储存，便于供电系统进行分析处理。传统方式设计的煤矿供电系统主要单一地借助继电器对各种机电设备的开关状态进行控制管理，这种传统供电系统的主要缺点是不能针对性地控制机电设备的某一单线路，并且运行时的稳定性和安全性也得不到保障。当前，煤矿供电系统采用PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）代替传统的继电器控制机电设备的开关状态，成为煤矿供电系统的主流控制器。PLC技术是一种通过计数与算术等操作面向用户进行指令的新型计算机语言技术。与传统供电系统相比，应用PLC技术的供电系统优势很多，不仅可以提升供电系统的运行稳定性，也能迅速控制机电设备的开关状态，更符合当前各行各业追求的现代化、智能化、自动化趋势[6]。
当前，中国煤矿供电系统趋于自动化，属于新型供电系统，结合了先进的计算机技术和网络通信技术在煤矿地面对井下生产的机电设备进行供电及控制管理，实现了煤矿供电系统的智能化及自动化。随着中国科技实力的综合提升，计算机及网络通信等先进技术飞速发展，将这些应用于煤矿供电系统，使供电系统在地面就可以对煤矿井下机电设备进行控制，并按照控制中心特定的程序及指令设置，实现智能化监测与控制。煤矿供电系统的自动化不仅促使供电系统稳定运行，还能完成对整个供电系统运行状态的监控，保障供电系统的稳定性及安全性，在一定程度上也能实现机电设备的节能降耗，预防电能输出不均匀导致的电能损耗煤矿自动化供电系统的结构如图1所示[7]。
3 煤矿供电系统的自动化设计
煤矿生产需要很多机电设备，供电需求也有所差异，且供电线路错综复杂。因此，煤矿相关研发部门应该根据施工环境及供电需求对煤矿自动化综合供电系统进行全面、系统的统筹运维管理。
3.1 自动操作系统
煤矿自动化供电系统可以实现自动操作系统的应用。这种自动操作系统最大的优势在于能够根据整个供电系统运行过程中的功耗自动调整。因此，必须对供电系统的自动化运行管理进行充分、合理的利用，使供电系统的工作效率大大提升。中国煤矿企业的相关研发部门应该从以下几部分对煤矿供电系统的自动化运行管理系统进行设计：a)设计保障系统正常顺利运转的系统内容和流程。在设计时要注重分析组成用电管理系统的要素，牢牢掌握系统的具体组成部分。同时，必要时也要适当取舍，对控制系统中用电管理环节的流程进行梳理，绘制相应的流程图，从而使人员能够按照流程图操作，更好地控制供电系统工作过程中的各个环节。b)对各工艺性操作的用电进行标准化规定。煤矿自动化供电系统的正常运行需要电能的支撑，且煤矿生产采掘也需要消耗大量的电能。但是供电系统运行的各个环节对电能的需求有所不同，因此需对用电进行标准化规定。c)妥善衔接好各个封闭系统，突出各自的特色，减小外界不良因素对自动化供电系统的影响与制约，一定程度上可提升煤矿供电系统的自动化运行及管理效率。
3.2 自动控制系统
实现煤矿供电系统的自动化控制，是保障煤矿供电系统正常运转的必要前提。煤矿供电系统的自动控制系统有2个主要功能：a)对供电要求进行及时控制和调整，保证煤矿供电系统运行过程的安全性及高效性；b)及时察觉并控制供电系统在运行过程中出现的突发安全事故及故障，避免安全事故造成太大的影响。
基于煤矿供电系统中自动控制系统的主要功能，对自动控制系统进行设计及开发时，需要从以下方面进行设计内容上的安排：a)设计一个中断控制进程的系统，以维持整个供电系统的正常运行。即在彼此相关的进程之间建立一个控制端口，并使之保持紧密连接的状态。通过该操作，可以有效防止因某一进程出问题而导致其他连带问题，防止因安全问题持续扩散而造成严重的安全隐患。b)设计并制作指令对每个过程及环节进行控制，以满足多种多样的供电控制要求。简而言之，发出并执行正确、有效的指令，自动控制系统就能够正常运行。应该注意到，在设计煤矿供电系统的自动控制系统时，应注重探求相关指令的标准化，以确保设计的指令能得到正常执行。
3.3 自动监控系统
除自动操作系统和自动控制系统之外，自动监控系统也是煤矿自动化供电系统一个重要组成部分。对现今流行的煤矿供电系统各方面的特征进行分析，可知供电系统错综复杂，容易受到不良环境、气候等外界因素的影响。因此对供电系统中的电气线路进行实时监测与反馈至关重要。中国煤矿自动化供电系统在设计、研发、建设及运行过程中，必不可少的就是在电气线路范围内设置监视器及测试仪器，并对这2种设备的运行情况进行调试，这有助于及时发现线路中可能存在的安全隐患，防止安全事故发生，保障煤矿施工人员的生命财产安全，也能提升中国煤矿企业的综合效益。
4 煤矿供电系统自动化的硬件选择
在煤矿供电系统的自动化设计中，选择环网交换机时，应该选择井下隔爆型交换机。设置及运行煤矿自动化供电系统时，井下隔爆型交换机是一种重要的机电设备，对供电系统的正常运行起决定性作用。隔爆型交换机的优势主要有：输电范围广泛，对超高压电流有保护作用，便于后续定期维修，能及时发现线路中的故障并发出红色警报，操作流程简便易行。在诸多优势的支撑下，隔爆型交换机的应用可以及时预防安全隐患，也能更好地适应井下生产潮湿、阴冷、高温、粉尘的作业环境，还可以对井下各个电气线路进行实时监测，及时察觉安全隐患并予以解决，确保供电系统稳定、安全运转。此外，也可以很好地将煤矿自动化供电系统和井下机电设备进行紧密连接，促使供电系统尽可能地发挥出自身的自动操作、自动控制、自动监控功能。
为了实时监测煤矿供电系统电气线路中的各种机电设备及其电气分路，分类别、汇总处理监测所得电气分路的信息，并统一归整传输至总控室系统。通过煤矿自动化供电系统，可以有效、快速、便捷地对供电系统的整体电气传输情况进行控制管理，也能根据不同机电设备供电需求的不同进行分类别精准供电，极大地节约了煤矿生产经济成本，一定程度上也能降低煤矿井下生产的能耗，达到节能降耗的目的。同时，自动化供电系统的自动监控系统可对整体系统的运行状况及机电设备的工作状况进行实时监测，能及时处理电路隐患，避免发生安全事故，保障煤矿生产安全。煤矿供电系统主要设备及控制系统如图2所示。
5 结语
中国煤炭行业发展历史悠久。在新时代发展的大环境下，传统的供电系统已经不能满足煤矿的生产需求，急需更新迭代。煤矿自动化供电系统是将先进的数据库技术、计算机技术和网络通信技术整合起来进行设计并运行的，具有一定的时代意义。对煤矿供电系统进行改造、升级，使之趋于智能化、自动化，不仅能够提升供电系统的运行效率，使之便于管理，还能够提升煤矿井下生产作业的安全性及高效性，保障煤矿企业的安全效益和经济效益。
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