煤矿电力系统智能控制单元的优化设计研究

摘要：由于煤炭开采的特殊性，电力系统运行的稳定直接决定着井下作业的安全，随着计算机和电子电气技术的相互融合，智能化的电力系统控制单元已经被广泛地应用到煤矿开采工作之中。本文简要分析了目前煤矿电力系统所存在的问题，并结合计算机电气控制技术，设计优化出一套智能高效的单元控制系统。

关键词：煤矿电力系统；智能控制单元；优化设计

一  引言

    随着我国煤炭工业的蓬勃发展，煤炭开采规模正在急剧攀升，与之配套的电力控制系统和井下设备也在不断更新换代，力图满足煤炭开采的需要。随着计算机电气自动化技术的日益成熟，电气智能控制系统已经逐渐应用于井下煤炭开采作业之中，例如高压防爆配电装置已经大面积使用PB、BGP等智能控制系统^[1]。由于井下作业环境相对比较恶劣，一些常规电气控制设施容易脱皮老化，控制开关偶尔发生不动作或误动作的事故。于此同时，现有的高压防爆配电装置虽然安装了过流、过压和漏电保护器，具有一定地智能性，但是遇到一些紧急突发情况便难以应付处理，极易引发重大安全事故。本文结合计算机电气自动化控制技术，设计优化出一套智能高效的单元控制系统，实现了煤矿开采过程中电力系统的智能调控。

二  我国煤矿电力系统智能控制单元所存在的问题

随着计算机电气自动化技术日新月异地发展，许多煤炭企业开始利用互联网远程控制手段，构建分布式的电力系统智能控制单元，进而形成远程操作的智能控制体系。虽然我国电力系统的智能控制单元的研发应用取得了一定的成绩，例如开发了PB、BGP等高压防爆配电控制系统，但是就整体而言还存在着较多的问题亟待解决。

   （一）智能控制单元的性能不够完善

煤炭电力系统智能控制系统是由不同的单元模块共同组建构成的，系统的灵敏性、实效性、可靠性和安全性都是每个控制单元所决定的，因而控制单元性能的完善与否直接影响着系统的各项性能。目前我国智能控制单元模块仍然沿用九十年代开发的产品，这些控制单元模块经历了几十年的历练和实践，虽然在稳定性方面有一定的保障，但是灵敏性能、通讯性能以及故障判断性能等相对来说不够完善，急需更新升级。

（二）智能控制单元难以适应井下作业工况

    由于井下作业环境相对比较恶劣，许多智能控制元件处于煤粉、瓦斯等浓度较大的环境下，一些常规电气控制设施容易脱皮老化，控制开关偶尔发生不动作或误动作的事故。于此同时，现有的高压防爆配电装置虽然安装了过流、过压和漏电保护器，具有一定地智能性，但是遇到一些紧急突发情况便难以应付处理，极易引发重大安全事故。    

三  电力系统智能控制单元的优化设计

   （一）硬件模块单元设计

电力系统智能控制单元的硬件模块包含了信号采集、信号转化以及信号反馈处理等工序，是整个智能控制系统的核心单元。硬件模块的单元设计主要是从电力系统智能控制的原理入手，进而配备各项硬件设施来达到远程智能控制的目的。智能控制单元的原理是信号采集器采集的电流和电压信号经过放大之后传输至中央处理器之中，该处理器中的A/D信号转化设备将电流或电压信号转换成数字信号^[2]，获取到数字信号之后，中央处理器开始根据工程师设定的保护数据及程序对该数字信号进行计算、处理和判断，最后自动地进行相应的逻辑动作，最后通过总线上的缓冲驱动器对继电保护器发出开闭信号，从而实现电力系统的智能控制。图一为智能控制单元硬件总体结构框图。

图一 智能控制单元硬件总体结构框图

   （二）软件模块单元设计

电力系统智能控制软件模块单元设计不仅包含常规的数据采集、转换、判断和处理等程序，而且还囊括了系统异常时的故障识别、处理和储存，可以说软件模块单元设计的合理与否在很大程度上上决定了智能控制单元的安全性和稳定性。一方面，软件模块单元在进行正常工作是，信号采集器每时每刻要对设备线路上的电流电压等信号进行监测采集，当信号数据处于设定的合理范围之内时，程序自动判断进入到下一步骤，例如若设备线路的电流过载，软件控制程序将会自动载入电流过载保护模块，通过对继电保护器的动作来确保电力系统的稳定安全。另一方面，软件模块中的故障判断和处理程序与正常程序处于一种一一对应的关系，一旦信号数据参数出现故障，整个系统程序瞬时转换为故障状态，从而按照对系统故障的诊断处理进行下一步的动作，从图二中可以明显地看到，若控制系统正常工作时，主程序通常进行电信号的采集处理工作，根据得到的数据信号量的大小来选择模块控制，万一系统发生故障，此时系统便切换到故障处理程序。

               图二 软件设计单元主程序图

四  结语

   由于煤炭开采的特殊性，电力系统运行的稳定直接决定着井下作业的安全， 于此同时我国煤炭工业正处于蓬勃发展的兴旺时期，煤炭开采规模和开采量急剧攀升。随着计算机和电子电气技术的相互融合，智能化的电力系统控制单元将会被广泛地应用到煤矿开采工作之中，这不仅会提高煤炭开采的效率，同时也能够大幅度地确保井下作业的安全性，可以说，智能化控制将会是未来煤炭电力系统的发展趋向。

参考文献

[1] 陈炳森 煤矿电力系统智能控制单元的分析及设计[J] 煤炭技术，2014（11）

[2] 潘复频 煤矿井下电力智能保护系统的抗干扰分析[J] 科技信息，2013（05）