若煤矿供配电系统中交流电流和电压均呈正弦波形，则其施加于线性无源元件后电压和电流仍呈同频率正弦波；若其施加于非线性电路，则电流便会呈非正弦波。非正弦周期电压电流中频率和工频相同的分量为基波，而频率为基波频率整数倍的分量为谐波。当前，随着变流技术、电子电力及自动化技术等的飞速发展，以及变流装置、不间断电流、可控硅整流电源等设备在煤矿供配电系统中的推广应用，煤矿设备启动、运行特性及可靠性显著提升，电能损耗降低。但是其供配电系统内非线性负荷也大大增加，在引发供配电电压波形畸变的同时，还向电网内注入大量谐波，严重影响煤矿供配电系统运行的安全性和稳定性。
1设计目标
煤矿综合电力监控系统是在充分利用矿井外电力综合自动化技术的基础上，专门对井下供电系统、电力保护装置、调度自动化等一体化进行监测监控的电力自动化平台。该平台可以集高低压开关在地、离地的保护、测量和控制于一体，实现地下变电站无人值守运行、整个矿山电力系统运行状态的监控、运行参数超限报警、矿山调度系统的实施，实现真正的视频图像监控系统真正实现互联。
2电力监控系统现状
电力监控系统通过计算机、通信设备、测控设备等，为发输变配电系统提供实时数据采集、运行状态监测及远程控制等辅助运行手段，尤其是在煤矿井下的生产运行中发挥了核心作用，可以有效提高火电企业管理监控能力、降低运作成本、提高生产效率，提高生产过程中异常工况的反应速度。近年来，随着煤矿井下自动化水平的提高，越来越多的各种用途的计算机接入电厂生产系统，越来越多的信息交互渠道建立，电力生产系统网络变得复杂且破绽百出。为有效保障电力系统网络安全，国家发改委发布了《电力监控系统安全防护规定》，国家能源局发布了《电力监控系统安全防护总体方案》，提出了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”部署的大原则。对于煤矿井下而言，电力监控系统安全防护工作既要构建有效防护措施应对外部恶意入侵，也要加强制度管理杜绝内部的权限滥用、隔离防护不到位、人员安全意识差等问题。
3煤矿井下供电过程电力监控系统应用研究
3.1井下监控单元
井下监控单元的主要作用是对矿井供电系统运行状态信息进行实时采集，需要采集的数据信息包括保护装置状态、电压、电流、功率、开关动作参数等。通过数据运算判断供电系统运行状态，是否存在故障问题或安全隐患，将采集获得结果在显示屏上进行显示，以便井下工作人员能及时查看。设置有报警电路，如果出现故障问题，利用报警电路可以向外发出警报。考虑到井下监控单元涉及多个硬件设置，相互之间会有通信接口，比如CAN、ＲS-485通信接口等，为了确保通信过程的可靠性和稳定性，需要使用带隔离的抗干扰的通信接口。井下监控单元需要将采取获得的信息上传至地面集控中心，同时要接受并执行集控中心下达的指令。
3.2地面监控主站设计
煤矿地面监控主站是由通信服务器、数据服务器和监控工作站3部分组成的。通信服务器。主要实现对井下监控分站传输的实时信息接收、转换、通道监视等；将地面监控总站的指令及数据向井下以太网发送。通常是采用以太网模式来实现与通信服务器的接口连接。数据服务器。用于储存系统状态的历史数据，同时起到了监控系统工作站和Web服务器的功能。监控工作站。用于电网运行监测、开关控制、报表打印等，通常情况下会连接打印机。另外，根据供电系统总体的规模可以配置操作员站、视频监控站等，负责采集并处理煤矿电力系统的监控信息。
3.3井下电力监控分站设计
电力监控分站是井下电网控制的第一关，是电力监控系统的基础部分。本文设计的电力监控分站采用KJ519-F型矿用隔爆兼本安型监控站，其可以实时管理高爆开关，监控电网运行状态。电力监控分站内部有电源模块、以太网交换机、后备电源等。电力监控分站的工作电压为AC127V，内部配有2组NI-MHD8500mA12V备用电源，共有4路通信线路，通信传输方式有RS485、半双工、主从3种，最大传输距离为1km，传输速度为9600bit/s。分站内部控制箱是分站的核心，控制箱内部有继电器、PLC（ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）、电源、接触器等，其主要实现电压和电流数据的采集。同时，控制箱内部有PLC，设备能够实现控制输出，控制箱能够实时显示系统内部监测数据，较好地实现人机互换。
3.4通信系统整体方案
位于井下的监控单元采集获得的状态数据信息，需要通过通信网络系统传输到位于地面的集控中心。地面集控中心下达的控制指令，需要通过通信系统传输到井下监控单元才能得以执行。因此，通信系统是智能监控系统中的重要构成部分，其运行过程的可靠性会对系统运行的稳定性产生决定性的影响。矿井智能供电监控系统中涉及的通信类型主要包含3种，分别为CAN总线、工业以太网和ＲS-485。其中，ＲS-485通信主要是将井下各类硬件设施与井下监控单元进行连接，实现数据信息交互，比如传感器与监控单元就是基于ＲS-485串口实现数据传输。CAN总线主要是实现井下各个监控单元之间的连接，各个单元之间可以通过CAN总线实现数据信息的传输与共享，在任何一个监控单元都可以对其他监控单元的数据信息进行查询。井下监控单元与面集控中心之间基于工业以太网实现数据信息的传输。
结束语
本文设计的煤矿井下供电检测系统可实现和井下电网的有效融合，负责完成整个煤矿井下电力系统的电能参数的监测。同以往传统的人工巡视相比，极大地节省工人工作量，数据的采集速度更快、精度和智能化程度更高；针对电力系统中出现的各种故障的反应和处理更加准确有效，方便工作人员对煤矿井下电网的维护检修和故障处理。同时，井下供电监测系统能够适应煤矿井下的工作环境，实现了更好的监测功能，能够完成对井下电网的实时监控，降低工作人员劳动强度并缩短故障检修时间，对煤矿井下安全生产具有重大意义。
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作者简介：谈海（1986.4.5），男，重庆铜梁区，汉，工程师，工学学士，2010年毕业于重庆大学，现主要从事煤矿瓦斯监测监控系统、抽放自动化控制、胶带运输及电力监控系统等项目工程现场调试及管理等工作