井下可视化电气安全作业管控系统建设方案与研究

杨尊胜，张先春

（山东里能鲁西矿业有限公司，山东 济宁 272053）

煤矿井下电气作业安全管控系统基于网络拓扑、操作仿真、图票一体化、微机防误等技术。实现工作票、倒闸操作票的智能生成、防误规则校核、自动模拟、全流程智能化管理；倒闸操作过程的强制闭锁、防误在线校验与解锁等实用功能，通过技术手段从根本上杜绝上述误操作事故的发生。因此，推广实施煤矿井下电气作业安全管控系统能够通过先进的“技防”手段构建煤矿电网系统运维倒闸作业的智能化安全保障体系。

1 当前系统现状

目前，鲁西煤矿针对井下电力系统的运维管理主要依据《煤矿安全规程》《机电管理制度》等。工作票、操作票以人工手拟的方式编制、人工流转的方式进行签名确认、纸质方式进行存档保管；高压设备无防误操作强制闭锁手段，电工根据手写的操作票进行操作； 设备检修通过挂牌的方式提示相关设备正在进行检修工作，禁止合闸。

2 系统建设实施的必要性

安全生产一直是煤矿企业最重要的目标，也是企业发展的生命线。对于煤矿供电系统的运维倒闸操作安全管理，传统的“人防+制度”管理模式无法满足当前安全生产的需求，主要体现在：

（1）当前的工作票、操作票采用人工手拟的方式，票的准确性完全依赖于拟票人员的技术水平、经验和责任心，缺少防误规则的判断，容易开出错误的操作票，进而导致倒闸操作误操作；

（2）工作票、操作票手写效率低，流转繁琐，影响工作效率，延长设备检修时间，对整个矿井的生产带来不良的影响；

（3）现场高压设备缺乏强制闭锁，大部分开关柜只有手车与开关的机械联锁，仍然无法避免走错间隔、带电开后柜门及带电挂接地线等误操作行为；

（4）进行设备检修工作时，没有强制的安全措施保证防止误合上级电源，向检修设备通电的行为，给检修人员带来极大的安全风险。

因此，有必要实施基于智能两票与防误闭锁为核心功能的井下电网电气作业安全管控系统项目。系统通过网络拓扑、操作仿真、图票一体化、微机防误等技术，实现票的图形化、电子化、网络化，实现操作票的安全防误校验、网络高效流转；实现倒闸操作过程强制闭锁，操作步骤通过防误专家库在线防误校验等安全措施。通过上述“技术手段”从根本上杜绝上述误操作事故的发生，保障操作人员和检修人员的安全，并提高倒闸操作效率。构建煤矿供电系统运维倒闸作业的智能化安全保障体系。

3 建设方案

随着煤矿智能化、无人化趋势的发展，高效、安全地为煤矿的生产提供电力是煤矿电网系统的发展目标。煤矿电力系统存在以下需求：

（1）工作票、操作票电子化、流程化管理需求；

（2）工作票、操作票内容标准化、安全性需求；

（3）刀闸操作与检修操作等运维工作安全需求；

（4）现场电气作业的可视化联动需求。

煤矿井下电气作业安全管控系统采用网络拓扑、操作仿真、图票一体化、微机防误等技术。实现倒闸操作票的智能生成、防误规则校核、自动模拟、全流程智能化管理；倒闸操作过程的强制闭锁、防误在线校验与解锁等实用功能，通过技术手段从根本上杜绝上述误操作事故的发生。

本项目煤矿可视化电气作业安全管理系统方案网络拓扑如图1 所示，实施区域主要包含地面监控中心以及井下-300m 水平中央变电所、-405m 水平中央变电所、一采区变电所、-405m 水平采区变电所、辅助采区变电所、北区变配电点、双速绞车配电点。通过对一次设备加装锁具，对其操作实施强制闭锁，地面监控中心通过模拟、预演，可检验、打印和传输操作票，运行人员可按照倒闸操作票的顺序，模拟预演后对设备进行操作，避免正常情况下由于操作顺序不当而引起各种电气设备误操作，实现以下防误操作要求：

图1 网络拓扑图

（1）防止误拉合断路器；

（2）防止误入带电间隔；

（3）防止向检修区域误送电；

（4）防止带电挂地线或合接地刀闸

（5）防止带电开盖。

4 系统建设组成

4.1 地面监控中心建设

地面监控中心硬件配置服务器1 台、工作站1 台、地面传输控制器1 台、打印机1 台，软件安装KJ360-SF 智能电气安全操作防误专家系统软件。其中服务器与工作站、传输控制器以及打印机在同一局域网中，通过以太网进行数据通信；服务器通过以太网与供电监控系统进行数据通信，获取设备状态信息与遥控操作校验程序。服务器配置SQL 数据库、智能电气安全操作防误专家系统软件服务端；工作站配置智能电气安全操作防误专家系统软件客户端。可实现井下供电系统的拓扑图形显示、防误规则专家库的配置以及操作票的图形开票、防误逻辑校验、预演仿真、网络审批、打印和操作序列传输至解锁控制器。

4.2 -300m 中央变电所建设

中央变电所原安装有与地面监控中心光纤环网通信的KJ360-F 矿用隔爆兼本安型电力分站，可引出两路以太网分别接入KXH12(B) 矿用本安型控制器（传输控制器）、KT154-F5 矿用本安型无线基站。中央变电所配置1台KXH3.7(A) 矿用本安型控制器（解锁控制器），可通过KXH12(B) 矿用本安型控制器（传输控制器）接收从地面传输的操作票；通过KT154-F5 矿用本安型无线基站与地面智能电气安全操作防误专家系统进行实时通信，实现在线防误校验。

中央变电所共有20 台高压开关柜，每台开关柜需要7把防误闭锁锁具分别对开关（1 把）、手车门（1 把）、前门（1把）、后门（1 把）以及接地线进行闭锁（1 把），共需100把防误闭锁锁具，其中SH3.3-KGE 矿用本安型电磁锁(开关用）80 把，SH3.3-DXE 矿用本安型电磁锁(地线用）20 把。SH3.3-KGE 矿用本安型电磁锁(开关用）采用强力粘贴的方式固定在开关柜本体上，SH3.3-DXE 矿用本安型电磁锁(地线用）通过螺丝与紧固附件固定在接地铜排上。

4.3 -405m 水平中央变电所建设

-405m 水平中央变电所原安装有与地面监控中心光纤环网通信的KJ360-F 矿用隔爆兼本安型电力分站，可引出两路以太网分别接入KXH12(B)矿用本安型控制器（传输控制器）、KT154-F5 矿用本安型无线基站。新增1 台KDW127/12B 矿用隔爆兼本安型直流稳压电源KXH12(B)给矿用本安型控制器（传输控制器）供电。-405m 水平中央变电所配置1 台KXH3.7(A)矿用本安型控制器（解锁控制器），可通过KXH12(B)矿用本安型控制器（传输控制器）接收从地面传输的操作票；通过KT154-F5 矿用本安型无线基站与地面智能电气安全操作防误专家系统进行实时通信，实现在线防误校验。

-405m 水平中央变电所共有18 台高压防爆开关，每台高压防爆开关需要7 把防误闭锁锁具分别对分合闸按钮（2 把）、母线腔门（2 把）、出线腔门（2 把）以及接地线进行闭锁（1 把），共需126 把防误闭锁锁具，其中SH3.3-KGE 矿用本安型电磁锁(开关用）108 把，SH3.3-DXE 矿用本安型电磁锁(地线用）18 把。SH3.3-KGE 矿用本安型电磁锁(开关用）采用强力粘贴的方式固定在开关柜本体上，SH3.3-DXE 矿用本安型电磁锁(地线用）通过螺丝与紧固附件固定在接地铜排上。

4.4 其他采区变电所及配电点建设

其他采区变电所及配电点利用原安装有与地面监控中心光纤环网通信的KJ360-F 矿用隔爆兼本安型电力分站，通过以太网分别接入地面监控中心，按照每台高压防爆开关配置6 把SH3.3-KGE 矿用本安型电磁锁(开关用），1 把SH3.3-DXE 矿用本安型电磁锁(地线用）建设安装。

5 结语

实施井下电网防误操作系统，能够保障工作人员和设备的安全，并提高作业效率，具有很好的经济效益以及深远的社会效益。

5.1 经济效益

该项目的提出主要是为了提高供电倒闸操作安全性，保障人员和设备的安全的同时提高工作效率，主要经济效益体现在以下几个方面：

（1）保障工作人员的人身安全本身就是最大的经济效益；

（2）通过智能工作票、操作票提升倒闸操作效率；

（3）倒闸安全减少因误操作带来的停电时间，提高煤矿的经济效益；

（4）减少了因误操作导致电力设备损坏带来的损失。

5.2 安全效益

安全生产是煤矿企业的首要目标，也是企业发展的生命线，人员的安全更是对整个企业的社会形象有直接的影响。

5.3 社会效益

防止倒闸误操作，对整个供电系统的稳定运行有非常积极的意义，有利于煤矿整体的生产效益。井下电网防误操作系统的实施不仅能提升煤矿的经济效益，更对整个社会的安全生产工作产生积极的影响，具有巨大的社会效益。