王太民
（山东公信安全科技有限公司 山东枣庄 277100）
摘要：目前，在煤矿高压供电系统的建设中，高压开关柜采用减压线圈的减压跳闸来满足减压保护的要求。这种保护模式存在严重缺陷，如果解耦线圈的在线电压逐渐降低，则保护措施不能准确区分电压波动和65%左右的母线电压损失容易引起跳闸。煤矿企业需要重视在高压电源系统中应用电压损失保护技术，以尽可能避免电压损失情况，加强电压损失保护技术的研究，促进技术的发展和创新，为高压供电系统的安全稳定运行提供技术保障。
关键词：煤矿；井下；高压供电系统；失压保护技术
引言
目前，许多煤矿用高压开关设备都装有电压损耗保护装置，可以避免供电恢复正常后开关的自动化，但是由于电压波动和故障会导致煤矿供电系统停电，影响煤矿井下开采工作的安全性，探讨煤矿高压供电系统的电压损耗保护技术具有重要意义。
1、煤矿高压供电系统失压保护原因分析
为了确保煤矿安全生产，煤矿企业必须重视排水基础设施、起重设备和通风设备的配置，确保设备的健康稳定运行。这也是煤矿安全管理的基础，也是保证高压供电系统安全的基础稳定运行的关键，过去煤矿高压供电系统的运行经常发生电压损失，对电力系统的运行产生了非常不利的影响，极大地降低了井下生产的安全性。电压损失的原因是多种多样的，包括雷击、短路、启动等，在煤矿生产过程中，如果大型电动机设备直接启动，启动过程中启动电流非常大，电压也会降低，这将给煤矿企业的整个电网造成很大的电压降。电压损失保护装置也将在较短的时间内启动，现阶段煤矿企业在大功率电机设备上安装启动设备，采用软启动方式，降低大功率电机设备运行对电网的影响，避免启动电压的损失。随着科学技术的不断发展，煤矿开采技术也在不断进步。煤矿机械化程度越来越高，相应的生产设备能力也在不断提高。如果大功率设备的无功功率在运行期间变化很大，或者功率因数低则也会导致更大程度的电压幅值。雷电对煤矿供电系统的运行有着更深的影响，雷电不仅产生大的过电压，而且会引起高压电力系统的电压和功率。在雷电的影响下地下高压供电系统的绝缘性能会降低，线路电压也会在短时间内降低，降低幅度为20%左右，将导致3～4个周期，严重影响煤矿高压供电系统的正常运行。
2、综合失压保护系统分析
2.1 结构分析
图 1 为失压保护功能作用示意图。结合矿井所用高压开关结构特点和井下实际应用特点，设计在高压开关内安装失压延时控制模块，该模块兼具参数检测、失压延时控制、指示、通讯及充放电等功能。
图1 失压保护功能作用示意图
由图 1 可知，失压延时控制模块能够同高压开关内的失压脱扣装置相连。在运行时，该模块对储能组件的端头电压进行实时监测，一旦发现电压超过 110%额定值便自行断开充电回路，而当电压小于 90%额定值时则重新联通并充电。同时，当该模块监测到供电电源低于额定数值的 65%且发生失压现象时，储能组件会自己动作，对失压脱扣装置的能源线圈充电，使得失压脱扣动作，有效完成失压延时保护功能。
2.2 失压保护同监控系统联网
覆盖全矿井的现代化数字物联网监测系统是当前大多数矿区均已构建起的安全保障网络，其借助光纤通讯或无线通讯等不同手段实现对井下各个点的有效联通。基于这一基础，本次研究在失压保护装置中增设失压保护远程控制管理模块。该模块借助井下交换机同整个矿井数字物联网相互联通，将失压保护装置运行状态同矿井电力监控中心实时联通，实现相关数据信息向上位机的及时反馈，让监控人员第一时间了解失压保护装置运行状况。图 2 所示即为失压保护装置同电力监控网络连接示意图。
图2 失压保护装置同电力监控网络连接示意图
在井下各变电所内均布设两个数据传输分站并配置相应的电源箱，分站上行设计两个数据接口用于联通矿井电力监控网络。同时借助电力监控专用的现场总线将传输分站下行同各检测点相连，以便于进行数据传输。在作业时，采用两套互相独立的系统对失压保护监控管理系统进行操作，互为备用，以确保一套系统出现故障时，另一套系统能够马上运转，从而充分保障系统运行同监控中心联通不间断，避免通讯中断导致数据丢失。
2.3 失压保护远程控制分析
失压保护功能远程控制器的主要构成组件包括信号采集模块、MCU 数据处理模块、状态指示模块和通讯模块等。其中，信号采集模块针对电源和储能组件运行参数进行实时采集，并将所得数据实时传递至MUC 数据模块进行分析处理，充当系统是否发生失压和，是否对储能元件机械能充放电管理的主要依据。MCU 数据处理模块作为整个远程控制器的关键要点，用于汇聚经各采集点所采集数据并通
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过汇总分析后，对下一步操作做出精准判定。状态指示模块用来实时显示设备运行状态。通讯模块用于联通上位机端口，实现设备运行参数的远程查询与设定。图 3 所示即为装置硬件拓扑结构示意图。
图3 装置硬件拓扑结构示意图
作为控制装置核心的MCU处理器使用32位的STM32系列闪存微处理装置，该处理装置内核为 Cortex- M3型，是一款兼具高性能、低能耗和实时应用等优点的一体嵌入式内核。通过对其的使用，使 STM32 闪存功能获得显著提升，有效保障了整个失压保护装置运行的高质、有效。
结束语
煤矿井下高压供电系统运行中经常发生电压损失，电压损失将严重影响煤矿井下高压供电系统的安全稳定运行。严重时还会导致较大的安全事故，威胁井下作业人员的生命安全，损害国家煤炭资源的安全。利用电压损失白虎装置，与煤矿高压电源监控系统联网，控制中心工作人员可以及时发现系统运行中的异常情况，实现煤矿高压电源自动化和信息化管理，也别是在试运行阶段还可以正确识别压力损失行为，避免虚假压力损失的不利影响，降低煤矿停电事故发生的概率，为我国煤矿的安全开采提供良好的保障。
参考文献：
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[4]柳丛.煤矿井下高压供电系统失压保护技术的研究[J].煤矿机电，2015（01）：26-29.
论文作者:王太民
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/18
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