談變電站高壓供電監控系統設計

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摘要：以變電站高壓供電監控系統設計為對象開展探究。對高壓供電監控系統設計開展綜合分析，進而對其硬件設計和軟件設計做出具體探究，希望能為其他礦井相似工程的開展提供借鑒與參考。

關鍵詞：煤礦；變電站；高壓供電；監控系統

在煤礦井下生產作業中，電力一直是生產所不可或缺的動力來源，確保井下供電系統運行的安全穩定，對于礦井生產的持續有效開展意義重大[1-2]。但井下作業環境復雜多變且相對惡劣，使得井下生產中供電系統經常會發生過負荷、短路或漏電等事故，而在這些故障發生前井下高壓配電開關通常會產生多種征兆，如電流急劇波動、溫度增高等。有鑒于此，針對性設計井下高壓供電監控系統對高壓配電開關進行有效監測，并將相關特征數據匯總上傳至地面監控中心，通過分析匯總實現對故障隱患的提前定位排除，進而在確保生產作業持續有效開展的同時降低由電力故障引起的財產損失，為礦井綜合效益的增加提供幫助。

1系統設計分析

1.1結構設計

圖1為井下供電監控系統結構示意圖。由圖1分析可知監控系統采用DCS型（集散分布型）布設結構，大體可分為井下監控和井上監控兩部分，兩者間通訊方式為RS-485[3]。作業時井下各變電站負責對本站內監控信息進行收集匯總，并存儲于變電站控制器緩存區內。當井上變電站向井下發出訪問指令時，各井下變電站會立即將存儲于緩存區的數據上傳給井上變電站，相關數據經井上變電站的分析后顯示到軟件監控界面，方便作業人員根據實際情況對井下變電站作業進行相應操作。

1.2通訊方式選擇

井下生產作業使用較為頻繁的通訊方式主要包括RS-485、RS-322、CAN總線、光纖等，在本次設計中為簡化井下變電站同井上PC（計算機）之間的通訊系統，選擇具備光電隔離功能的RS-485通訊方式。這種通訊方式采用兩線制，其傳輸最遠距離可達1.5km，可以有效滿足井下變電站同井上PC的通訊距離要求，并具備較好的抗干擾性能。此外，井下數據采集裝置由于同井下變電站間隔較小，故選用RS-232通訊方式，該通訊采用三線制，傳輸距離最遠可達20m。

2硬件設計分析

2.1主控芯片選擇

所涉及系統主控芯片選用型號為MSP430F5438的單片機，其屬于嵌入式微控裝置，具有非常小的功耗，只需最大3.6V的直流電便可有效運轉。同時該單片機具備3個16位定時器、1個高速數模轉換裝置和12C串行通訊等豐富的外設設備，能很好地滿足井下高壓供電監控作業需求。

2.2RS-485型通訊電路設計

井上井下通訊方式為RS-485，其作業芯片型號為ADM2587E[4]，屬于單電源供電的隔離型芯片，作業傳輸速率為500kbit/s，隔離電壓為2500V，廣泛應用在RS-485通訊系統應用的各個場合中。同時，作業時為減小線路中可能存在的浪涌電壓、共模電壓等對通訊作業的干擾性，需在通訊電路總線中增設如下保護措施：在電路管腳處串聯RT（熱敏）電阻，其阻值范圍介于4～10Ω，同時電路管腳對地連接TVS管（瞬態二極管）。此外，也可以采用二極管同電阻串聯的方式進行作業。

2.3RS-232型通訊電路設計

根據設計，井下變電站同數據采集設備間的通訊方式類型為RS-232，采用這種通訊方式時能選用的傳輸速率區間介于50～38000bit/s，同時能進行異步雙工通訊。而在井下變電站高壓供電監控系統進行作業時，RS-232通訊線路同其控制芯片采用電平轉換通過MAX3232ESE（芯片型號）達成。整個系統為提升作業的擴展性，在留設原有專用串口的基礎上還預留有一路串口，以便于系統后期的硬件結構升級所需。

2.4測溫電路設計

為有效監測高壓配電開關作業時的溫度變化，監測系統中配有專門的溫度感應裝置[5-6]，其型號為DS18B20，作業時能對配電開關低壓腔內部的溫度進行實時采集并將相關數據同步傳送至地面數據中心。作業過程中DS18B20溫度感應裝置實時采集的溫度數據主要借由對其DQ（雙向數據控制）引腳高低電平的讀寫而實現，同時為提升其作業的驅動力，在其DQ引腳上增設1個上拉電阻，以確保讀寫過程中數據測定的精準性。圖2為測溫電路原理示意圖。在讀取溫度時，其主要作業程序包括三部分，分別是初始化時序、讀時序及寫時序。3個時序均以主機為主設備，以單總線裝置為從設備，每一個命令或數據的傳輸全部從主機啟動的寫時序開始。而當要求單總線器件進行數據回送時，可在完成寫命令操作后，通過主機啟。

3軟件設計分析

3.1測溫程序設計

在DS18B20溫度感應裝置作業時，系統控制中心向其發出測溫轉換命令后，程序必須等待接收DS1820溫度感應裝置的返回信號后才能進行下一步操作。因此，一旦測溫裝置內部存在斷線或接觸不良的情況，則系統對其數據進行讀取時便無法獲得相應信號。

3.2上位機界面設計

井下高壓供電監控系統所使用的上位機軟件通過VB（程序設計語言）程序進行編輯，通過可視化編碼裝置達成，編程語言為C語言，且編寫時能借由增加代碼的屬性而降低編寫難度。該軟件主要應用在地面監控中心，可實時顯示井下變電站高壓配電開關運行狀態并對歷史信息進行存儲調閱，以便作業人員隨時查閱。而通過該程序能對井下高壓配電開關達成的操作功能主要有分閘、合閘、復位等。作業時必須先輸入相應的操作密碼，否則無法進行操作。圖3為井下高壓供電系統監控界面示意圖。

4結語

變電站高壓供電系統作為礦井生產動力的源頭，其運行的安全有效對于提升礦井生產的穩定性和持續性意義重大，是實現礦井綜合效益增加的關鍵舉措。礦井管理者必須高度重視相關問題，在生產中積極組織相關專業人員開展針對性的分析探究，通過對新技術的應用，構建高壓供電監控系統，實現對其運行狀態的實時監測，進而及時發現和排除安全隱患，為礦井生產的安全開展提供堅實保障。

參考文獻：

［1］樊晉杰.礦井電力監控系統升級改造研究［J］.石化技術，2019，26(12)：260.

［2］王志國.礦井變電所后備電源配置方案的選擇研究［J］.機電工程技術，2019，48(12)：258-259.

［3］李旗瑞.煤礦井下變電所遠程監控系統應用分析［J］.石化技術，2019，26(11)：370.

［4］趙朝蓬，張利.牽引變電所無人值班值守輔助監控系統接口標準化研究［J］.電氣化鐵道，2019，30(增刊1)：32-34.

［5］星躍明，劉永亮.基于礦井開采的變電所無人值守監控系統分析［J］.世界有色金屬，2019(14)：273.

［6］尚通船.柳灣煤礦井下采區變電所無人值守監測監控系統的開發研究［J］.機電工程技術，2019，48(9)：65-66.

作者：李青 單位：陽煤集團股份有限公司一礦