2021年第5期2021年5月
煤矿供电网络是井下各生产运输设备的动力核心，一旦发生事故，轻则生产运行中断，重则引发安全事故，造成人员伤亡[1]。目前，煤矿供电网络的监控与保护技术相对滞后，相较于井下瓦斯治理技术与采掘设备的控制技术，供电监控系统的可靠性得不到保障[2]。随着矿井工作管理的改进，井下供电监管不断完善，但浪费了劳动力，降低了整体的工作效率。由此可知，推进变电站监控的智能化与无人化是十分重要的。本文将针对煤矿供电系统设计一种高可靠性的实时智能监控系统。逆变电源模块
1
监控系统功能分析与整体设计
1.1
供电系统问题分析
供电系统可分为井上变电站、井下中央变电所、采区变电所与移动变电站，采用多段逐级控制式纵向供电网络，由多级变电所级联，供电网络相对复杂。由于井下工作环境恶劣，空气潮湿，存在大量煤尘与
放炮烟尘等颗粒物质，造成供电系统电力设备的故障率较高、故障检修不便。常见的故障类型为短路故障与漏电故障[3]。 短路故障可分为三相短路、两相短路和单相短路，煤矿供电系统以三相短路和两相短路为主，引起系统电压下降，同时减小其他支路的供电电流，对支路电气设备产生很大的热量，造成绝缘损害。当电气设备
发生绝缘损坏，泄漏电流时，可能引发人身触电事故，甚至导致井下瓦斯与煤尘爆炸。
目前供电系统主要存在的问题为：a)短路保护难以准确定位，导致发生越级跳闸，超出故障范围，造成更大的停电事故；b)漏电保护的数据采集精度不够，抗干扰性差，难以及时判断故障。1.2系统整体结构及功能设计
供电监控系统需要实现的核心功能包括：a)远程监控功能，实时监测设备的运行状态及开关量，对异常工作状态进行报警，将工作信息转换为可视化的数据与曲线，通过上位机远程控制系统动作等；b)存储功能，将设备的历史数据存储到系统磁盘，附带有时间标签；c)集中管理，对保护器的参数进行集中设置与整定，实现最优配置。
系统的整体结构如图1所示，按照结构可划分为地面集中监控平台、监控分站层和现场设备层。地面 集中监控平台提供数据服务功能，负责对供电系统的远程监控与分析；监控分站主要实现供电系统的就地监控、数据转换与数据存储等功能，通过以太网实现与地面监控平台和其他监控分站的组网通讯；现场设备层包括高爆开关与低压启动器等设备，负责终端数据的采集与处理功能，通过RS485串口通信传输入监控分站。
2
压缩空气喷嘴监控系统关键技术分析
2.1
防越级跳闸技术
系统采用通信闭锁的方式，通过形成时间极差控制
收稿日期：2021-01-20
作者简介：杜强，1971年生，男，山西大同人，2010年毕业于天津科技大学机械制造自动化专业，工程师。
矿井供电智能监控系统设计
杜
强
（晋能控股煤业集团，山西大同037000）
摘要：针对煤矿供电存在的问题进行分析，提出了一种智能监控系统，以实现对井下供电网络的远程实时监控。研
究了系统的防越级跳闸技术，以通信闭锁的方式及时切断故障支路的开关，防止发生停电事故。提出以检验零序电压与电路相位角的方式判定支路是否发生漏电接地故障，及时进行故障保护。对监控分站的硬件结构进行设计，以串口通信与以太网通讯进行分级组网，实现系统数据的远程通信功能，提高了信号的抗干扰能力。关键词：矿井供电；智能监控；漏电保护；串口通讯中图分类号：TD611文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2021)05-0115-02
Design of Intelligent Monitoring System for Mine Power Supply
DU Qiang
(Jinneng Holding Coal Industry Group,Datong 037000,Shanxi,China)
Abstract:This paper analyzed the problems of coal mine power supply,and proposed an intelligent monitoring system to realize the remote real-time monitoring of underground power supply network.The anti-overstep tripping technology of the system was studied,which cut off the switch of the faulty branch in time by means of communication blocking to prevent further power outages.It was proposed to check the zero-sequence voltage and the phase angle of the circuit to determine whether the branch circuit has a leakage ground fault,and perform fault protection in time.The hardware structure of the monitoring substation iwa designed,and the serial communication and Ethernet communication were used for hierarchical networking to realize the remote communication function of system data and improve the anti-interference ability of the signal.Key words:mine power supply;intelligent monitoring;leakage protection;serial
communication
（总第188期）技术研究
（下转166页）
TCP/IP.传输控制协议/互联协议。图1监控系统整体结构
各级供电系统的开关保护器，达到防越级跳闸的目的。当一支路发生故障后，系统监测到故障电流，将信号传输到保护装置，传输时间为t ，设置阙值为t 1（通常
设置为30ms ）。当t >t 1时，判断该级电路发生故障，进
行跳闸保护；跳闸闭锁后时间t 2（通常设置为150ms ）之内未检测到故障信号，则上一级保护器无需跳闸。
2.2
漏电保护技术
井下供电网络的漏电保护原理如图2所示。图2中，L1，L2，L3代表各条供电支路，C 1，C 2，C 3为各条支路的对地电容，I 1，I 2，I 3均为零序电流，I R 为中性
点电阻产生的有功电流，E A 为A 故障相接地。在A 相发生漏电故障后，故障所在支路的零序电压为U 0，则I 3的计算公式为：
3I 3=U 01R N
+j 3ω(C ∑-C 3)
[]
，
(1)式(1)中，R N 为中性点电阻，Ω；j 为虚数单位；ω为角速度，rad/s ；C ∑为3条支路的电容之和，F 。
非故障线路的零序电流I 1计算公式为：
3I 1=j 3U 0ωC 1。(2)
线路正常时，零序电压相对于零序电流超前90°，当线路L3发生故障，R N 产生的电流流经故障线路时，零序电压与零序电流相位相差180°。通过对电路的相敏特性整流，分析电压与电流的相位角，可实现保护开关漏电定位保护功能。
图2井下供电网络漏电保护原理图
3
监控分站设计
3.1
监控分站总体设计
监控分站为智能监控系统的核心设备，包括微处理器、存储器接口、通讯接口、电源模块、液晶显示接口和复位等电路，分站的结构如图3所示。微处理器选用ARM 处理器STM32F103RC 芯片，具有丰富的外设接口与通信方式，可满足系统计算要求。通讯接口包括以太网通讯和RS485串口通信，满足终端设备数据传输、各监控分站的组网通讯与集控平台的远程信息传输需求。
双面粘合衬
图3监控分站结构框图
3.2
分站通讯设计
终端设备层负责采集供电网络参数，通过RS485总线将信号传输到监控分站，由ARM 处理器计算分析，发出控制指令，对供电网络进行保护。RS485通信采用差分接收的方式，传输速度为10Mb/s ，距离上限为1.2km ，采用主从结构，监控分站作为主机，各终端设备作为从机，具有较强的抗干扰能力。
高爆开关
高爆开关n
高爆开关1
高爆开关
低压启动器mrp游戏
监控分站
监控分站
RS485通信
RS485通信
监控分站中央变电所
采区变电所
RS485通信
移动变电所
地面井下
集成监控平台
工业控制电脑
工业控制电脑
工业控制电脑
TCP/IP
低压启动器
3R N
I R
I 1I 2I 3
C 1C 2C 3
E A
L1L2L3
时钟电路
ARM 处理器
RS485接口显示接口
以太网接口
存储接口JTAG 接口
电源模块
环境知识
（上接116页）
监控分站之间通过工业以太网组网，与集控平台
进行远程通讯，集控平台为主机，监控分站为从机，由集控平台计算机发出指令，分站进行响应与执行动作。Modbus 协议用于主从站通讯，以帧为单位传输数据与指令，采用主从应答机制，当主站发出数据时，各分站都会接收到信号，但只有目标地址的分站会执行，并向主站反馈执行结果与信息。Modbus 应用于工业以太网构成了Modbus-TCP 协议，实现数据帧的以太网传输功能，通过Socket 进行编程，将TCP/IP 协议隐藏于Socket 接口。遵循Socket 编程规范就是调用TCP 应用程序，实现不同进程之间的双向通信。3.3分站软件设计
分站的操作系统为Linux ，具有强大的开发能力，易于扩展，维护方便，可适应不同设备的联合开发。监控分站的软件设计主要分为数据与功能，需要实现各功能模块之间的数据交换。
根据全局数据，对系统开设5个公共数据存储区域：a)实时数据区，以各设备的地址为编号，存储测量数据与控制指令；b)电量数据区，存储电量数据；c)命令存储区，存储集控平台与监控分站之间的命令与反馈信息；d)事件存储区，存储系统的循环事件，当超过存储内存时，将覆盖开始数据；e)公共参数存储区，存储系统的基础参数、运行事件、支路数目等。
4结语
设计的矿井供电智能监控系统，可以实现对井下供电网络的远程实时监控；采用防越级跳闸技术与漏
电保护技术，提高了数据采集的精确度，可对故障支路精确定位，防止事故范围扩大。系统以串口通信与以太网通信分级组网的方式，减少了信号传输过程消耗的时间，提高了抗干扰能力，为保护器的准确动作提供数据支持。参考文献：
［1］訾兴建，许中.基于工业以太网与现场总线的煤矿电力监控系
统［J ］.煤炭工程，2010，1(2)：115-117.
［2］黄梦婕，胥布工.基于HMAC 算法的远程电力监控通信安全
策略［J ］.电力系统保护与控制，2011(19)：79-82.
［3］邢丽坤，周孟然.基于两层网的煤矿井下电力远程监控系统设
计［J ］.煤炭工程，2009(11)：108-109.
（责任编辑：白洁）
3.2星空轮
a)底煤清理优化。方山店坪煤矿采用三八制作业时间。早班、夜班为生产班，二班为检修班，早班生产时间为8h ，夜班生产时间为16h ，二班生产时间为8h 。将早班、夜班底煤集中在二班进行清理，从而增加了生产班掘进时间[5]。
b)掘进与支护同步施工。为了缩短支护时间，采用掘进与支护同步施工的掘进工序，即巷道单茬掘进及顶板挂网完成后，每排预留2根锚杆滞后施工，巷道下排护帮滞留工作面3耀5m ；在下一循环割煤施工期间及时补打上一循环中留下的顶板、煤帮支护，实现掘进与支护同步施工，缩短作业时间。
c)增加掘进空顶距。根据2041巷掘进地质条件及巷道顶板岩性情况，巷道掘进时空顶距由原来的1.2m 增加至1.7m ，从而使得单进循环进尺增大，减少设备调机耗时。
d)加大作业人员培训力度。煤矿应集中对掘进作业人员进行专业知识培训，通过技术比武的方式进一步提高施工人员专业技术水平，强化跟班管理质量，减少交接班耗时，并对掘进作业各环节分别进行考核
核算，提高设备开机率和作业效率。
4结语
高频高压电源
截至2019年9月27日，2041巷已掘进到位。通过对巷道前期掘进工艺进行合理优化，巷道在后期掘进
过程中支护时间缩短了25%，解决了每班清理底煤时耗时长等技术难题，保证了巷道掘进与支护同步作业，巷道单进量提高至11.2m/d ，掘进速度提高了1.7倍，大大提高了巷道掘进效率，解决了采煤工作面接续紧张的问题，取得了显著的应用成效。参考文献：
［1］牛永顺.煤矿巷道快速掘进影响因素分析与对策研究［J ］.中
国石油和化工标准与质量，2020(20)：128-130［2］武超.5102巷掘进工艺、工序优化研究［J ］.山东煤炭科技，
2020(4)：1-2.
［3］杨伟.煤矿开采工程巷道掘进和支护技术的应用分析［J ］.能
源与节能，2020(2)：167-168.
［4］吴小娃.影响煤矿巷道快速掘进关键技术［J ］.西部探矿工程，
2019(9)：125-126.
［5］邵文岗.煤矿岩巷快速掘进技术的优化［J ］.石化技术，2019(8)：
289-290.
（责任编辑：高志凤）
全球气候变暖
由于人口的增加和人类生产活动的规模越来越大，向大气释放的CO 2，CH 4，N 2O ，CFC ，CCl 4，CO 等温室气体不断增加，大气的组成发生变化。大气质量受到影响，气候有逐渐变暖的趋势。由于全球气候变暖，将会对全球产生各种不同的影响，较高的温度可使极地冰川融化，海平面每隔10a 将升高6cm ，因而将使一些海岸地区被淹没。全球变暖也可能影响到降雨和大气环流的变化，使气候反常，易造成旱涝灾害，这些都可能导致生态系统发生变化和破坏，全球气候变化将对人类生活造成一系列重大影响。
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