煤礦供電信息通信在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

趙信國

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煤礦供電信息通信在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

趙信國

窯街煤電集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730084

煤礦行業(yè)是一項(xiàng)特殊的行業(yè)，煤礦在開采過程以及運(yùn)輸儲(chǔ)存過程中都需要專業(yè)技術(shù)的指導(dǎo)。煤礦開采的供電系統(tǒng)要符合煤礦行業(yè)的特殊要求，既要具備地下通電、通信的要求，又要避免電路漏電帶來的礦井安全隱患。因此煤礦供電的安全性和科學(xué)應(yīng)用性都是討論的重點(diǎn)。從智能電網(wǎng)的角度出發(fā)，為煤礦區(qū)的供電和保障井下供電的安全提供一定的參考意義。

煤礦供電；信息通信；智能電網(wǎng)

煤礦行業(yè)發(fā)展也進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。要實(shí)現(xiàn)煤礦區(qū)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，就要充分利用數(shù)字化的新技術(shù)。除了數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也是保障煤礦區(qū)產(chǎn)量和安全性的關(guān)鍵技術(shù)。縱觀當(dāng)前煤礦行業(yè)智能電網(wǎng)的發(fā)展，礦區(qū)的變電站也實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)。礦區(qū)的智能電網(wǎng)中也出現(xiàn)了分布式的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這種自動(dòng)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)礦區(qū)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化，也利于礦區(qū)的數(shù)據(jù)采集和管理。

1 煤礦供電信息通信應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)條件

經(jīng)過長期的技術(shù)積累，煤礦區(qū)的電力控制技術(shù)和控制水平已初具規(guī)模。目前，礦井智能電網(wǎng)包括分布式智能系統(tǒng)、寬帶通信系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分。這幾個(gè)部分整合形成了構(gòu)建礦區(qū)智能電網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)[1]。具體來說，包括以下幾個(gè)方面。

1.1 煤礦供電信息通信應(yīng)用于智能電網(wǎng)的技術(shù)條件

對(duì)于礦區(qū)的數(shù)字化智能電網(wǎng)來說，實(shí)用性是礦區(qū)電網(wǎng)搭建的首要條件。當(dāng)前，礦區(qū)要構(gòu)建數(shù)字化的變電站，需要擁有很多基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)條件，如智能電網(wǎng)所必需的電網(wǎng)開關(guān)、互感器等智能設(shè)備。在構(gòu)建智能電網(wǎng)時(shí)，有一點(diǎn)十分重要，即要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置相關(guān)的參數(shù)和選擇合適的智能設(shè)備[2]。良好的電網(wǎng)技術(shù)水平和物資基礎(chǔ)條件，是促進(jìn)煤礦供電系統(tǒng)智能化、數(shù)字化及自動(dòng)化的前提條件。礦區(qū)在建構(gòu)智能電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)以當(dāng)前國際先進(jìn)的數(shù)字化礦區(qū)電網(wǎng)為藍(lán)本，加快提高礦區(qū)智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。要實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的有效運(yùn)行，需要保證地面電網(wǎng)和井下電網(wǎng)的集成控制，將井下電網(wǎng)的智能終端設(shè)備接入地面電網(wǎng)的環(huán)境中，提高礦井的智能化和數(shù)字化。

1.2 構(gòu)建煤礦區(qū)域數(shù)字化電網(wǎng)的自動(dòng)化系統(tǒng)

煤礦區(qū)要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化，提高礦區(qū)電網(wǎng)的自動(dòng)化水平，就需要注重提高礦區(qū)智能設(shè)備的智能化和設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，將礦區(qū)各部分的智能終端設(shè)備接入智能電網(wǎng)的控制系統(tǒng)中，利用智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信[3]。這種互聯(lián)的數(shù)字智能網(wǎng)絡(luò)還能實(shí)現(xiàn)電子式互感器的電流和電壓信號(hào)的采集。智能電網(wǎng)采用的多為光纖傳輸，傳輸速度快、傳輸信號(hào)穩(wěn)定，能保證礦區(qū)通信的暢通和實(shí)時(shí)。這種實(shí)時(shí)自動(dòng)化的數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)的利用，一方面能實(shí)現(xiàn)煤礦區(qū)域工作流程和環(huán)節(jié)的高度自動(dòng)化；另一方面能提高礦井電網(wǎng)的自動(dòng)化管理水平，提高礦區(qū)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。礦區(qū)自動(dòng)化水平的提高，也能為礦區(qū)智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供相應(yīng)的保障。

2 煤礦供電信息通信在智能電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用

探索如何開發(fā)構(gòu)建煤礦區(qū)的井下電網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)井下智能終端設(shè)備的安裝和綜合自動(dòng)化，能幫助實(shí)現(xiàn)礦區(qū)電網(wǎng)的綜合自動(dòng)化[4]。礦區(qū)環(huán)境的特殊性也為智能電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。要實(shí)現(xiàn)煤礦供電信息通信在智能電網(wǎng)中的實(shí)際的運(yùn)用，具體包括以下步驟。

2.1 開發(fā)建構(gòu)礦區(qū)井下電網(wǎng)的集成控制環(huán)境

由于礦區(qū)的電網(wǎng)控制系統(tǒng)連接著多個(gè)不同的終端設(shè)備，也涉及了多個(gè)不同的協(xié)議和通信接口，因此礦區(qū)要建立集成控制環(huán)境十分困難。就目前煤礦區(qū)電網(wǎng)構(gòu)建的實(shí)際情況來看，許多礦區(qū)并沒有建立統(tǒng)一集成的控制系統(tǒng)。這些相互獨(dú)立的控制系統(tǒng)，很難納入到統(tǒng)一的集成控制系統(tǒng)中[5]。因此，礦區(qū)要建立數(shù)字化智能電網(wǎng)，建立礦區(qū)地面和煤礦井下的雙向?qū)崟r(shí)高速的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸，并通過智能設(shè)備對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析優(yōu)化。礦區(qū)要保證通信終端的高效穩(wěn)定運(yùn)行，就要積極引進(jìn)先進(jìn)的軟件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)電網(wǎng)的遙控和遙測。

2.2 應(yīng)用煤礦區(qū)井下變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的新模式

在實(shí)際應(yīng)用智能電網(wǎng)的過程中，要注意對(duì)井下變電所采用綜合保護(hù)器的通信方案，實(shí)現(xiàn)井下區(qū)域與地面區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)連接，并設(shè)置一套有效的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。這套監(jiān)控系統(tǒng)要對(duì)智能電網(wǎng)每天的信息數(shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)測，具體包括如下功能：第一，數(shù)據(jù)的采集，即對(duì)電流、電壓和功率等用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；第二，控制電網(wǎng)中的開關(guān)柜，實(shí)時(shí)顯示開關(guān)柜的狀態(tài)量；第三，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)環(huán)境中的故障問題報(bào)警，解決遠(yuǎn)程修復(fù)故障問題。除了以上這些具體功能，智能電網(wǎng)的新模式還包括處理信息。電網(wǎng)集成控制系統(tǒng)要通過分布式的信息處理方式，來實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程遙控和監(jiān)督。通過建立自動(dòng)化的電網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的建設(shè)，保障礦區(qū)智能電網(wǎng)通信的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 建立智能電網(wǎng)的供電信息通信的保障措施

涉及井下作業(yè)時(shí)，突發(fā)的斷電跳閘事件，將對(duì)礦區(qū)安全產(chǎn)生極大的威脅。因此，保障礦區(qū)供電系統(tǒng)的安全性，需要采取科學(xué)的保障方案。影響礦區(qū)智能電網(wǎng)的供電信息通信穩(wěn)定的原因主要為越級(jí)跳閘。越級(jí)跳閘發(fā)生的情況是指，當(dāng)?shù)V區(qū)的智能供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，本級(jí)斷路器并未發(fā)揮作用，但上一級(jí)斷路器跳閘斷電[6]。這種情形難以保護(hù)礦區(qū)的電流安全，也容易使上下級(jí)斷路器之間的保護(hù)范圍相互重疊且難以相互配合，最后會(huì)給礦區(qū)的生產(chǎn)控制帶來很大的安全隱患。因此，對(duì)礦區(qū)內(nèi)電網(wǎng)通信的情況應(yīng)采取實(shí)時(shí)的監(jiān)控手段，保證礦區(qū)供電通信的穩(wěn)定性。

3 電力通信存在的問題及其在智能電網(wǎng)中面臨的挑戰(zhàn)

智能電網(wǎng)中通信平臺(tái)不僅是通信通道，而且是智能電網(wǎng)中極其重要的一部分，因此需要與智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)配合，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。電力通信平臺(tái)是開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通用的通信標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備與設(shè)備之間的信息可互通、互操作。電力通信網(wǎng)不僅能延伸到相關(guān)發(fā)電、送變電和終端用電設(shè)備等電網(wǎng)末端，而且能對(duì)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制業(yè)務(wù)提供有效通信網(wǎng)絡(luò)加以支撐?，F(xiàn)今所存在的問題便是缺乏大容量、雙向、實(shí)時(shí)的通信接入網(wǎng)支持。

4 結(jié)束語

我國煤礦行業(yè)經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，不斷引進(jìn)并利用新的礦區(qū)智能電網(wǎng)技術(shù)，礦區(qū)的自動(dòng)化電網(wǎng)水平已初具規(guī)模。但縱觀我國當(dāng)前的煤礦行業(yè)的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)礦區(qū)綜合管理自動(dòng)化的煤礦企業(yè)仍是少數(shù)。因此，要實(shí)現(xiàn)礦區(qū)電網(wǎng)的智能化，就要積極構(gòu)建礦區(qū)的數(shù)字化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保障礦區(qū)的用電穩(wěn)定和用電安全，同時(shí)保障井下工作人員與外部管理人員的通信流暢。這將對(duì)促進(jìn)礦區(qū)數(shù)字化的智能礦區(qū)電網(wǎng)帶來積極影響。

[1]王文超. 智能配電網(wǎng)自愈控制關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 青島：青島科技大學(xué)，2015.

[2]范征，王彥文. 礦井高壓電網(wǎng)智能化改造標(biāo)準(zhǔn)的引用[J]. 機(jī)電信息，2014（21）：5-6.

[3]臧其威. 基于GOOSE的煤礦智能變電站穿越性故障識(shí)別與隔離系統(tǒng)[D]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2014.

[4]李曉華，王瑞. 智能電網(wǎng)在煤礦井下電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 煤炭技術(shù)，2014，33（1）：54-56.

[5]郭麗麗. 煤礦供電的自愈安全評(píng)估研究[D]. 焦作：河南理工大學(xué)，2011.

[6]王佳. 智能電網(wǎng)技術(shù)在煤礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 科技傳播，2011（16）：178，180.

Application of Coal Mine Power Supply Information Communication in Smart Grid

Zhao Xinguo

Yaojie Coal and Electricity Group Co., Ltd., Gansu Lanzhou 730084

Coal mining industry is a special industry. Coal mining require professional technical guidance during the mining process and transportation and storage. For the coal mining power supply system, it should meet the special requirements of the coal mining industry. It not only must have underground power, communication requirements, but also can avoid the potential safety problems of the mine caused by circuit leakage. Therefore, the safety and scientific application of coal mine power supply are the focus of discussion. From the perspective of the smart grid, it provides certain reference significance for the power supply of coal mines and the security of underground power supply.

coal mine power supply; information communication; smart grid

TM734

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