Система мониторинга электроснабжения угольных шахт

Когда слышишь про систему мониторинга электроснабжения угольных шахт, многие сразу представляют себе стену с экранами, где мигают цифры. И это, пожалуй, первая ошибка. На деле, это скорее нервная система всего подземного хозяйства, и её ?здоровье? зависит не от яркости монитора, а от того, насколько глубоко она вплетена в реальные, часто грязные и вибрирующие, процессы. Много раз видел, как на объектах ставят дорогие комплексы, а потом годами разбираются с ложными срабатываниями от влаги или с тем, что данные с датчиков напряжения просто не стыкуются с графиком работы комбайнов. Вот об этих подводных камнях и хочется порассуждать, отталкиваясь от опыта.

От идеи к реалиям: что часто упускают на старте

Планирование такой системы начинается не с выбора железа, а с понимания самой шахты. Глубина, структура сети, тип механизмов — всё это диктует условия. Например, на одной из кемеровских шахт изначально заложили стандартную схему мониторинга, но не учли высокий уровень переходных процессов при пуске мощных вентиляторов главного проветривания. В итоге, система фиксировала ?скачки?, которые трактовались как аварии, хотя оборудование работало в норме. Пришлось пересматривать алгоритмы обработки сигналов, вводить задержки и привязку к оперативным событиям. Это был дорогой урок, который показал, что теория электроснабжения и его практический мониторинг в запылённой среде — немного разные вещи.

Здесь же встаёт вопрос интеграции. Часто закупаются разрозненные компоненты: устройства учёта от одного производителя, релейную защиту берут у другого, а ПО для визуализации — у третьего. В лучшем случае они работают, но не ?говорят? друг с другом. Нужен единый протокол, а ещё лучше — единый поставщик решений, который несёт ответственность за весь цикл. Именно поэтому мы в своё время стали плотно работать с Компания Уси Лунцзюнь Электрик (ООО). Их подход, унаследованный от оборонного завода, предполагает сквозную ответственность: от проектирования сети до поставки щитового оборудования и внедрения софта для диспетчеризации. Это не реклама, а констатация факта: когда один подрядчик ведёт проект от и до, количество ?нестыковок? резко снижается. Их сайт https://www.longjunpower-epct.ru — это, по сути, витрина такого комплексного подхода, где можно увидеть, как сходятся в одной точке силовая часть и системы управления.

И ещё один нюанс — кадры. Можно поставить самую совершенную систему, но если дежурный электрик или диспетчер не понимает, что означают те или иные тренды на графике, толку будет мало. Поэтому внедрение всегда идёт рука об руку с обучением. И это не разовые курсы, а постоянная практика, разбор реальных инцидентов. Порой простая пометка в журнале оператора — ?в 14:30 началась проходка лавы №5? — помогает позже корректно интерпретировать рост нагрузки на определённой линии.

Аппаратная часть: не только надёжность, но и ремонтопригодность

Говоря об аппаратуре, все сразу думают о взрывозащите. Это правильно, но это лишь базис. Куда важнее в условиях шахты — устойчивость к длительной вибрации, перепадам температуры и той самой влажности, которая вездесуща. Микроклимат подземки убивает даже самые качественные клеммники, если они не обработаны специальными составами. Мы как-то ставили партию датчиков тока с обычной консервацией — через полгода часть из них начала ?врать? из-за окисления контактов в местах присоединения.

Отсюда вытекает принцип модульности. Устройство должно быть таким, чтобы вышедший из строя блок можно было быстро заменить ?в поле?, не демонтируя весь шкаф. В этом плане интересны решения, которые предлагает Компания Уси Лунцзюнь Электрик (ООО). В их шкафах управления и сбора данных, которые мы монтировали на разрезе, была применена как раз эта логика: силовые модули, модули связи и обработки сигналов физически разделены. Поломка одного не парализует весь узел учёта. Это критически важно для непрерывности мониторинга.

И конечно, питание самих устройств мониторинга. Они не должны ?умирать? при кратковременных провалах напряжения в сети 6(10) кВ. Обязательно нужны встроенные источники бесперебойного питания с достаточной ёмкостью, чтобы не только сохранить данные, но и корректно завершить сеанс связи с верхним уровнем. Мелочь? Нет. Как-то раз из-за банального отсутствия ИБП в удалённом пункте учёта мы потеряли данные как раз в момент аварийного отключения — самое ценное для анализа.

Программный слой: где рождается понимание ситуации

Собранные данные — это просто цифры. Ценность им придаёт аналитическое ПО. И здесь главный враг — избыточная информация. Первые версии наших SCADA-систем были перегружены индикацией: десятки мнемосхем, тысячи сигналов в реальном времени. Диспетчер просто тонул в этом потоке. Опыт показал, что интерфейс должен быть иерархичным. На главном экране — только ключевые показатели: суммарная нагрузка, состояние вводов, уровень загазованности в главных выработках. А уже углубляясь, можно посмотреть детализацию по каждому преобразовательному агрегату или конвейеру.

Очень полезной оказалась функция построения ?электрических суток? — совмещённый график нагрузки и плана горных работ. Это позволяет задним числом увидеть, соответствовало ли энергопотребление технологическому циклу. Например, если комбайн не работал, а нагрузка на его фидере была — это повод искать утечку или несанкционированную работу другого оборудования. Такие аналитические фишки не купишь в коробке, их нужно разрабатывать под конкретное предприятие, что и делают инженеры при внедрении.

Ещё один важный аспект — отчёты. Система должна не только показывать, но и ?рассказывать?. Автоматическое формирование сводок по удельным расходам электроэнергии на тонну добычи, отчёты о нарушениях режимов работы с привязкой к времени — это уже инструмент для экономистов и руководителей участков. Именно на стыке оперативного управления и технико-экономического анализа и раскрывается полная ценность системы мониторинга.

Связь: нервные волокна системы

Подземная связь — это отдельная головная боль. Радиоканал может заглушаться металлоконструкциями, оптоволокно — быть повреждённым при обрушении породы. Поэтому в серьёзных проектах всегда закладывается резервирование. Часто используется гибрид: по основным магистральным выработкам — волоконно-оптическая линия, а для ответвлений и мобильных объектов — защищённые радиомодемы в частотном диапазоне, специально выделенном для шахт.

Задержки передачи данных (latency) — ещё один критичный параметр. Для учёта энергии задержка в несколько секунд не страшна. А вот для сигналов от устройств РЗиА (релейной защиты и автоматики) это недопустимо. Поэтому данные часто идут по разным виртуальным каналам внутри одной физической сети, с разными приоритетами. Настройка этого — ювелирная работа, требующая понимания как сетевых технологий, так и требований Правил безопасности в угольных шахтах.

Мы как-то столкнулись с ситуацией, когда из-за неправильно настроенного маршрутизатора аварийные сигналы с глубинного насоса шли в общий поток и терялись. Система мониторинга показывала ?всё в норме?, а на самом деле был риск затопления. После этого инцидента протоколы связи и маршрутизации проверяются в первую очередь при приёмке любого комплекса.

Экономика и безопасность: две стороны одной медали

Внедрение системы мониторинга часто обосновывают экономией энергии. И это правда: выявление неоптимальных режимов, борьба с реактивной мощностью, учёт по зонам суток дают ощутимый эффект. Но главная ценность, на мой взгляд, в другом — в превентивной безопасности. Анализ трендов потребления двигателя может указать на его постепенный выход из строя до того, как он сгорит и вызовет короткое замыкание.

Косвенно система помогает и в прогнозировании газодинамических явлений. Резкий, необоснованный технологией, рост нагрузки на вентиляторах может свидетельствовать об изменении сопротивления горных выработок, что является одним из признаков возможной внезапной эмиссии метана. Это уже не просто экономика, это жизни людей.

Поэтому, оценивая проекты, мы всегда смотрим на них с двух позиций: какие прямые финансовые потоки он оптимизирует и какие риски позволяет нивелировать. Успешной можно считать ту систему мониторинга электроснабжения, после внедрения которой дежурный персонал начинает не просто смотреть на экран, а принимать решения на основе её данных, а руководство — планировать ремонты и модернизацию сети, опираясь на её отчёты. Это долгий путь, но именно он превращает набор оборудования в интеллектуальный инструмент управления шахтой.