煤矿地面供电设备自动巡检装置设计及应用

陈 文

（晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司， 山西 大同 037031）

引言

煤矿地面供电设备是保证煤矿井上井下稳定生产的重要供电设施，为了保证地面6 kV 供电设备安全稳定运行，降低设备故障率，需定期对6 kV 供电设备进行巡检，传统方式主要采用人工进行巡检，但是在实际应用中发现，采用人工对6 kV供电设备进行巡检时，不仅劳动作业强度大、巡检效率低，而且巡检精度低，供电设备在后期运行时经常出现故障，不利于地面供电设备安全稳定运行。

为了解决这一技术难题，晋能控股煤业集团雁崖煤业公司供电中心决定对地面供电设备采用一套自动巡检装置，并进一步对该装置的结构，工作原理、设计及应用展开分析。

1 地面供电设备自动巡检装置结构

1）供电设备自动巡检装置主要由机械部分和电控部分组成，其中电控部分主要包括位置指示传感器、PLC 控制器和控制主机[1-2]；机械部分主要包括轨道、电动车、电极片、调节螺杆、电动升降杆、齿轮组、第一电机、副视频头、主视频头、板部、耳部、转动轴、车轮、第二电机、皮带传动、底片部、顶片部等部分组成，如图1 所示。

图1 供电设备自动巡检装置结构示意图

2）轨道共计两根，轨道间距为0.6 m，在双轨道上方安装接触式电动车，轨道与电动车电极片接触式连接，同时轨道与12 V 直流电源的电极连接以及与安装有煤矿供电地面6 kV 变电设备的地基连接。

3）利用电动车使轨道、电极片、调节螺杆、电动升降杆和第一电机形成完整的巡检系统，电动车车轮与双轨道进行连接，板部分别与电极片、调节螺杆、电动升降杆以及第一电机的连接，由耳部、转动轴、第二电机和皮带传动构成电动车的行走系统[3-4]。

4）电极片主要包括底片部和顶片部，顶片部为矩形条状体，且上部与调节螺杆采用接触式连接；电极片与电车、电动升降杆以及电机的电源接口进行连接形成供电回路；底片部下端头与轨道接触式连接；底片部设置为字形板状体，底片部上端头与电动车连接。

5）调节螺杆设置为六角螺栓并且调节螺杆与电动车螺纹式连接，调节螺杆的下端头与电极片接触式连接。通过调节螺杆形成了对电动车和电极片的支撑连接点。

6）电动升降杆外壳下端与齿轮组连接，其下上端与副视频头，伸缩端头与主视频连接，通过调节电动升降杆高度从而控制主副视频拍摄范围[5-6]。

7）通过副视频头和主视频头，形成了对电动升降杆的支撑连接点，由副视频头和主视频头实现了与电动升降杆的连接，主要用于监测电动车的运动状态和对地面6 kV 变电设备运行状态。

8）位置传感器分别安装至轨道以及供电设备上，主副视频头输出接口分别与PLC 控制器的输入接口连接，PLC 控制器与控制主机通信式联接并且PLC 控制器的输出接口分别与电机控制器、电动升降杆控制器连接。

9）通过位置指示传感器、PLC 控制器以及控制主机形成了对电机、电动升降杆的支撑连接点，用于对电动车的运动状态进行控制和对地面6 kV 变电设备运行状态进行监测。

2 自动巡检装置工作原理及应用优缺点

2.1 工作原理

1）首先在需要巡检的供电设备四周铺设双轨道，然后把电车安装在轨道上，通过调节螺杆使之与电极片的顶部片连接，并将底部片下压使12 V 供电电源分别与电机、主副视频连接供电。

2）电机接通电源后通过带动传动带驱使电车运动，同时第一电机转动后带动齿轮组使电动升降杆在板部中转动，从而实现了副视频头360°旋转，保证副视频，从而实时收集电车在轨道运行情况。

3）通过电动升降杆上下伸缩运动，带动主视频头对6 kV 设备运行状态的监测，根据不同尺寸设备调整主视频头高度，从而实现对供电设备巡检的目的。

2.2 应用优缺点

2.2.1 装置结构简单

1）自动巡检装置结构相对简单，便于操作维护，设备在运行过程中故障率低，整套装置成本费用为0.67 万元。

2）自动巡检装置不仅可用于地面不同种类的供电设备巡检，而且还可对井下大型采区变电所供电设备巡检，实用性强。

2.2.2 巡检自动化水平较高

1）自动巡检装置通过轨道和电动车实现了主视频头与煤矿供电地面6 kV 变电设备靠近的目的，由主视频头对矿供电地面6 kV 变电设备运行状态信号的监视，不再通过人的看、触、听、嗅等感官对设备状况进行判断，因此提高了对煤矿供电地面6 kV 变电设备运行状态的监视效率[7]。

2）自动巡检装置通过电极片、调节螺杆从而实现对装置进行直流供电，通过调节电动升降杆高度实现主视频头对煤矿供电地面6 kV变电设备的监视高度调节。

3）巡检装置利用齿轮组第一电机和副视频头从而保证电动车在轨道上的自动控制运动；利用位置指示传感器、PLC 控制器和控制主机，实现了对装置自动控制，提高了装置自动化水平。

2.2.3 巡检效果好

1）降低作业强度：煤矿地面变电站采用自动巡检装置进行供电设备巡检时，整个巡检过程中只需1 人跟机即可，与传统人工巡检相比，作业人员减少2~3人，不仅降低了劳动作业强度，还节省了劳动成本费用。

2）提高巡检质量：巡检装置可根据不同设备尺寸通过升降电动升降杆实现对供电设备全方位巡检，巡检准确率高，而人工采用观察、视听对设备检查，误差率高、效率低。

2.2.4 存在的问题

该巡检装置在实际应用中还存在一些问题，需进一步优化改进，主要表现在以下几方面[8]：

1）该装置中电车在轨道上运动，造成变电站内轨道安装数量多、占地面积大，对小型变电站轨道安装时难度大。

2）与传统人工巡检相比，巡检装置大大降低了劳动作业强度，但是在巡检过程中仍需要1 名操作人员随机巡检，无法实现无人作业。

3 实际应用效果分析

雁崖煤业供电供电供电科于2021 年2 月对地面6 kV 供电设备采用了一套自动巡检装置，截止2021年8 月通过6 个月实际应用效果来看，有效提高了设备巡检效率，通过与传统人工巡检对比分析结果如表1 所示。

表1 供电设备自动巡检装置应用效果对比分析

通过表1 可知，地面6 kV 供电设备采用自动巡检装置进行巡检后，单次巡检时间由原来的2.4 h 缩短为1.1 h，缩短了2 倍；每次巡检时由传统人工巡检3 人作业减少1 人作业，降低了劳动作业强度及劳动成本费用；采用自动巡检装置进行巡检时巡检精度相比人工巡检提高了1.5 倍，同时单次巡检费用减少了0.168 万元。

4 结语

晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司针对地面6 kV 供电设备传统人工巡检时出现了效率低、劳动作业强度大、费用高等技术难题，因此，采用了一套自动巡检装置，通过实际应用效果来看，该装置在实际应用时自动化水平高、灵敏度高、便于操作维护、故障率低等具有优点，有效提高了供电设备巡检效率，降低了劳动作业强度，有效保证了地面供电设备安全稳定运行，取得了显著应用成效。