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浅析煤矿生产中电能管理系统的积极作用

2020-05-11 224 上传者：管理员

摘要：矿井是典型的能耗大户，有效降低能源消耗量，是矿井实现长久可持续发展的关键所在。以此为着手点，对电能管理系统在煤矿生产中的应用开展探究。结合具体工程实际，对矿井电能管理系统整体设计开展了分析，并对电能管理系统功能进行了分析，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供指导和帮助。

关键词：
煤矿
电能管理
系统功能
系统设计
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伴随中国现代社会经济的飞速发展，国家电力供应日益紧张，而煤矿企业作为典型的能耗大户，做好企业生产运行能耗管理，挖掘内在潜力，节约生产成本，降低用电量，对于提升矿井综合效益，推动社会综合发展意义重大。在传统的煤矿生产中，对能耗的管理一直相对粗放，例如井下带式运输机、泵站等设备装置在无人作业时经常处于空转状态，造成较为严重的电力浪费^[1]。针对这类不足，需结合工程实际，探究搭建高效电能管理系统，显著提升井下供电系统电量峰谷比，从而降低能耗，提升供电运行效果。

1、工程概述

A矿井下地质条件复杂多变，特别是回采作业时涌水量较大，使得井下排水作业的能耗居高不下。同时，井下还布设有通风、采掘等众多大型用电设备。此外，井上地面还存在提升机房、洗煤厂、办公楼、变电站、压风机房等众多电能消耗场所，导致电能浪费现象十分突出。为最大程度降低矿井运行能耗，提升设备作业效率，A矿着手构建覆盖全矿井的电能管理系统，以实现对整个矿井电力使用的全程管控，通过对电能使用数据的智能分析，强化用电额定管理，进而对全矿井用电进行智能分配，进行避峰运行，提高用电负荷率及功率因数，降低损耗，减少用电支出。

2、矿井电能管理系统设计分析

2.1 整体结构分析

矿井电能管理系统选用分层的分布式网络结构，使其具备优良的实时性和可靠性。该系统主要包括三部分，分别为现场设备层（电能计量终端）、通信管理层（数据采集终端）和主控层（电能管控平台）^[2]，其结构示意图如图1所示。

图1 电能管理系统结构示意图

2.2 原始数据采集分析

系统通过电能计量终端对矿井用电数据进行全面的实时收集，A矿整个矿井共布设100台电能计量终端，可对各个主用电设施的用电情况进行实时监测。所用终端计量精度可达0.2s级，配套有RS485总线通信系统，可进行远程通信、控制和测量作业，必要时能够根据实际用电情况远程断电。此外，该系统的电能质量统计采用ModbusRTU协议。

2.3 数据传输分析

布设于矿井各地点的电能计量终端均按照就近原则与相邻的电能分站连通，运行时通过相连的分站，借助覆盖全矿井的工业以太网实现数据的实时有效传输。矿井35kV变电站、井下中央变电所等区域内设置的改良后的电能质量监控终端，均采用RS485总线通信法与井下电参数计量分站互连，再与井下以太环网相连，实现电能数据向地面监控中心的实时上传，从而实现对井下用电情况的远程监管。

各电参数计量分站的主要任务是实现电能质量监控终端与地面监控中心间数据的有效交互，从而确保辖区内用电监控的有效开展。作业时，电参数计量分站通过下行信道对各个智能监测装置所测得的用电数据进行自动接收和存储，所用的下行信道为RS485串行通信通道^[3]。对于收集到的数据，电参数计量分站会通过上行信道传输至主站来开展数据交互，其所用的上行信道为公用通信网，能够支持服务器和客户端两种通信模式，并且可以基于模块化设计，借由对模块的更换直接更换通信方式。

3、电能管理系统功能分析

3.1 电能综合性管控

结合A矿实际生产作业需求，所设计电能管理系统可对矿井运行时的电能参量进行实时采集和网络化传输，从而实现对电能使用的综合性管控。电能管理系统具体可实现以下功能：a)实现对用电尖峰、平段和峰谷等不同阶段的针对性管理，结合各个阶段用电特点，对用电负荷进行综合调配。b)具备自动抄表计量功能，能够对用电数据进行实时记录并生成相应的负荷曲线。c)具备事件记录和查询功能，实现采集数据的自动存储，并能够让电能管理人员对历史数据进行实时查询，为合理用电提供数据支撑和指导；可提供的内容包括电量消耗对比图、电费支出对比图等多种样式，充分满足不同的电能管理作业需求。d)对收集到的电能使用数据进行实时分析，并对比预设的正常运行参数，可及时发现和定位供电系统中的异常现象，进而发出预警，为用电管理的高质开展提供保障^[4-5]。

3.2 数据预警管理

针对全矿井电能使用设定不同的运行区间值，作业时对收集到的电能使用数据进行实时分析，并对比预设的正常运行区间值，一旦出现超出区间值的情况，则表明供电系统中存在异常现象，系统会及时发现和定位异常现象，进而发出预警，并根据故障预警级别提供有针对性的故障处置预案。图2即为系统预警管理示意图。

系统还能够借由对电能统计数据和预测数据的周期性集中分析，根据矿井实际能耗及相应的生产参数值，有效预测不同的能源消耗趋势，并开展比对分析，从而进一步提高能源数据使用预测的可信度。这样能源管理人员便能够根据所得结果开展深入的能源使用预测和控制，进而为能耗降低的有效开展提供合理规划。此外，能源管理人员还能够依照生产计划需要提前对电能的供应进行调配，在充分满足生产作业实际需求的同时有效规避负荷高峰。

图2 系统预警管理示意图

3.3 依托大数据开展耗能设备管控

图3为矿井能源管控及调度示意图。能源管控及调度的主要功能是提前预估电能设备运行状态及使用周期，从而有效指导计划检修，同时对设备的使用率、故障率等进行智能分析。

图3 矿井能源管控及调度示意图

4、结语

电能管理系统作为矿井能源科学管理的有效手段，借助网络监控技术，可以实现对电能使用的持续监控，并通过对监测所得数据的智能分析，为矿井电能使用提供指导，从而提升矿井电能管理的及时性和有效性，在确保矿井生产正常开展的同时降低能耗，提升矿井综合效益。

参考文献：

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[2]刘平,丁百东,李金艳.煤矿井下电能管理系统的研究与应用[J].中州煤炭,2015(6):109-110.

[3]朱小娟.浅谈IDP煤矿电能管理系统在矿山供电中的应用[J].河南科技,2013(20):120.

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[5]武常刚.变电站综合自动化系统监控软件的需求分析与设计[D].北京:北京邮电大学,2009.