煤矿电力多点测量及安全检测预警装置的设计

1 引言

电力是以电能作为动力的高效清洁能源，是18世纪以来发生的三次世界科技革命之一，电力科技改变了人们的生活。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一。而煤矿是目前最为主要的能源，在国家经济建设中起着举足轻重的作用。和其它的电力系统一样，煤矿的电力系统也是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成[1]。安全高效的电力供应成为煤矿生产的关键因素。但煤矿企业在电力传输、使用等环节中各种故障也时常出现，如电压不稳、漏电、跳闸等故障，严重影响了企业的安全生产。及时检测和发现这些电力系统的问题，提供安全检测和预警服务，成为了煤矿企业急需解决的问题[2]。

目前，在电力测量领域，各种煤矿电力测量仪器也比较多[3]，但现有的电力测量仪器都是一个设备上安装一个电力测量仪器，成本很高，而且安装调试费时费力。由于煤矿企业一般都分布的偏远地区，矿区面积大，采矿点分布不一，因此电力设备的分布也很分散，对电力设备的检测也不分不便，设备的集中管理和检修时也比较复杂。单一的电力测量仪器已经不能适应煤矿企业的需求，因此我们设计了一种新型的多点电力测量仪器，它能同时测量多个设备，节省成本，便于管理，且检修方便、快速，操作简便，使用方便。

在电力预警设备领域，已有的电压漏电检测仪器，精密度高、成本较高、体积大携带困难、测试繁琐、不易查找故障点[4]。而煤矿企业的高低压线路分布广、密度大、用电点多，出现线路漏电故障查找困难，费工费时，严重影响煤矿供电的可靠性。针对以上不足，设计了电力塔架用安全检测预警装置，它具有结构简单、体积小、安全高效的特点，充分利用了交流电频率变化的特性，对输送电线进行分段检测，根据电压频率变化能够迅速检测到故障位置，安全可靠。从而节约检测时间和成本。

2 多点电力测量仪的设计

2.1 多点电力测量仪主体结构

多点电力测量仪的主体结构如图1所示。

多点电力测量仪主要包括由检修测量插排、测量电路板、控制器、报警器、分配器组成，测量电路板分别与控制器、分配器、检修测量插排连接，控制器与报警器连接通讯。根据仪器的功能设计了用于显示检测数据的显示屏和测量时用于参数调整的调节按钮，为了测量安全，测量电路板与检修测量插排的连接处设置有保险丝，用于保障测量仪器的安全。

2.2 多点电力测量仪工作原理

多点电力测量仪的工作原理为：将需要测量的电力设备通过连接线与电力测量仪器的分配器连接，通过调节按钮设置各个测量设备的数值，测量电路板进行检测，当遇到电力数值低于或高于设置时，控制器控制报警器报警，当检修人员检修时，将需要检修的设备的连接线拆下，插入检修测量插排中测量，检修完成后，现将连接线插入检修测量插排检测，然后再连接到分配器上，防止损坏电力测量仪器。该测量仪能同时测量多个电力设备，节省成本，便于管理，且检修方便、快速，操作简便，使用方便。

3 煤矿安全检测预警装置

煤矿安全检测预警装置结构如图2所示。

主要包括交流赫兹检测装置、滤波降压供电装置、赫兹记录仪、设定比较器、一级预警装置、二级预警装置、第一无线发射器、第二无线发射器。该预警装置内部设置有交流赫兹检测装置，交流赫兹检测装置的上端通过连接线与电力输送线连接，交流赫兹检测装置分别与赫兹记录仪、设定比较器连接，赫兹记录仪上端连接有滤波降压供电装置，滤波降压供电装置与电力输送线连接，设定比较器分别与一级预警装置、二级预警装置连接，一级预警装置与第一无线发射器连接，二级预警装置与第二无线发射器连接。

其中，一级预警装置报警赫兹范围为43Hz-46Hz或53Hz-56Hz;二级预警装置7报警赫兹范围为0Hz-43Hz或56Hz-70Hz。该预警装置充分利用了交流电频率变化的特性，对输送电线进行分段检测，根据电压频率变化能够迅速检测到故障位置，节约时间，安全可靠。

电力预警监控系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，为变配电系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统，在变配电监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除孤岛、降低运作成本，提高生产效率，加快变配电过程中异常的反应速度。

随着计算机信息技术在电力行业越来越广泛的应用，管理者已经不再满足于在固定的监控中心才能监控变配电现场的运行工况。随着电网规模的扩大、电网结构的复杂化，以及各种新型输电技术在电网中的大量应用，导致电力系统规划和运行的不确定和不安全因素增加。因此，安全监测成为了电网高效运行的重要内容，电网的安全监测和预警系统也正朝着分布式大电网、远距离无线传输的方向发展。该系统基于无线网络浏览器的Web架构方式，其分布式的结构保证了电网的动态监测预警。通过该系统的实时动态监测，既可以实现电网调度控制中心对电网静态过程的监视、分析和控制，又可以实现电网调度控制中心对电网动态过程的实时监视、分析、预警和控制决策支持，从而改变目前电网调度只能进行在线静态安全评估、按预案运行和控制的现状。

4 结论

煤矿生产由于大量的机械设备都处于地下，而地下矿井结构复杂、环境密闭，安全问题显得尤为突出。在煤矿安全问题中，用电安全是最为重要的环节之一，对各种电力设备的状态测量和检测，是减少安全隐患的重要步骤。随着计算机技术网络技术的发展，对煤矿电力设备的运行状态进行测量和检测正向着网络化、自动化方向发展。本文所设计的电力测量仪器，可以适应煤矿地域广、跨度大的特点，对多种煤矿电力设备可以实现现场测量检测;与之配套的煤矿安全检测预警装置结，采用了先进的无线网络传输技术，建立了煤矿电力日常预警机制，对重要的过负荷、漏电、欠压、过压等电力设备故障可以实现电路保护和预警，该装置全面监控各种电力设备信号，发生异常信号变化时，可以自动进行动态预测，及早提醒相关人员进行现场处理，避免出现电气设备故障引起的漏电、火灾、停电等安全事故的发生。