辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院立足鄂尔多斯市产业发展需求，设立校地科技合作培育项目，重点服务于能源领域，与鄂尔多斯市企事业单位共同提出研究题目。项目聚焦能源绿色开发、安全高效智能开采、资源价值利用等关键技术难题，通过定向对接企业需求，组建科研创新团队，开展产学研协同攻关，助力企业突破技术瓶颈，推动鄂市能源产业技术升级与创新发展，实现“校-院-地”优势互补、合作共赢目标。
本成果来自于2024年校地科技合作培育项目《基于大数据和设备建模的矿山供配电智能运维体系研究》。
一、项目背景
当前，随着露天矿生产规模及开采规模的不断增加，供电系统也越来越复杂，矿坑内分布着错综复杂的电缆线路，导致矿上供配电系统非常复杂，其供电系统在长时间的运行中暴露出一系列问题。传统的供电系统无法满足矿山生产中的快速变化和高强度工作的需求，存在以下主要问题：
（1）系统运行模式单一：传统供电系统通常采用固定的运行模式，难以适应煤矿生产的高度不确定性和变化。煤炭生产具有季节性和周期性特点，而现有系统缺乏灵活性，导致能源浪费和效率低下。
（2）设备故障频发： 由于煤矿环境的恶劣性质，供电设备容易受到颗粒物、湿气等影响，导致设备故障频发。传统维护方式以定期检修为主，无法实现对设备状态的实时监控和预测性维护，导致生产中断和高昂的维修成本。
（3）能源浪费严重： 供电系统未能充分利用大数据技术进行能源管理。能源分配缺乏智能化，无法根据实时能源需求进行调整，导致能源浪费和不必要的成本支出。
安全隐患存在： 煤矿供电系统安全问题直接关系到生产和工人的安全。传统的供电系统缺乏对设备状态和电力质量的全面监测，容易导致电气事故，对人员和设备造成潜在威胁。
因此，基于大数据和设备建模的矿山供配电智能运维体系研究项目是迫切需要进行的，旨在提高矿山供配电系统的智能化水平，优化运维效率，降低成本，提升安全性，支持绿色矿业发展，满足政府监管要求，推动整个行业向更为可持续的方向发展。
1、实际成果
（1）开发一套供电线路故障预警系统
构建一个预警系统，该系统能够在检测到潜在故障时立即发出预警。通过整合传感器技术、通信技术和数据分析技术，实现快速响应和有效干预，确保故障信息能够及时传达给相关人员。预警系统将通过短信、微信等方式实时推送告警信息，提高电力线路故障分析和查找的效率。
（2）团队在《PlOsONE》、《SCIENTIFIC REPORTS》分别发表一篇论文，申请发明专利一项，出版著作一本，获得中国商业联合会三等奖一项，中国安全生产协会科技进步二等奖一项。
三、工程应用
该项目在黑岱沟露天矿进行了相关测试，试验位置选定10#移动站到35#箱变这个区段。由于10#移动站出线到分线箱距离在2米左右，同时分线箱为1进3出，因此设定分线箱为首端，35#箱变为末端，传感器卡在电缆的接地线。
在13#开关柜人为分合闸模拟线路故障，故障点距离首端分线箱的距离约324米，故障点距离末端35#箱变的距离约72米，即测试线路的总长约396米。试验场景示意图如下图所示。
图 1 试验场景示意图
10#移动站故障感知终端及传感器安装图
35#箱变故障感知终端及传感器安装图
记录试验数据并对数据进行分析汇总，试验结果如下表所示。
表 1测距结果
第1次试验暂态电流波形如下图所示。
图 2
第2次试验暂态电流波形如下图所示。
图 3
第3次试验暂态电流波形如下图所示。
图 4
第4次试验暂态电流波形如下图所示。
图 5
从试验结果发现在分闸操作时，测距误差大，导致这种现象的原因，是由于试验线路没有负荷，开关分闸产生的行波信号十分微弱，以致不能可靠检测。开关合闸和线路故障产生的行波信号幅值是由线路电压突变决定的，不受线路负荷电流的影响。
本项目以黑岱沟露天矿为试点单位，已在实际生产场景中完成了系统部署与功能测试，验证了基于大数据与设备建模的矿山供配电智能运维体系的可行性与实用性。通过项目的实施，黑岱沟露天矿的供电系统监测能力和故障响应效率显著提升，实现了对关键供配电设备运行状态的实时监控、预警和数据分析，成功构建了矿区级智能运维样板。
目前，该系统的核心技术成果——供电线路故障预警系统及其算法模型，已具备在鄂尔多斯地区其他煤炭及矿产企业推广应用的条件。项目团队已与鄂尔多斯地区多家大型能源企业展开技术交流与应用意向洽谈，计划在后续阶段实现多矿区、多场景的联合应用，推动区域供配电系统的数字化、智能化升级。此外，项目成果与鄂尔多斯市推动“智能矿山”和“绿色矿业”建设的政策导向高度契合，可作为典型的智能化运维解决方案，在地区能源结构优化和安全生产数字化改造中起到示范引领作用。
科研团队现有教授1名，副教授3名，讲师3名，硕士研究生18人。团队主要围绕矿山智能化、信息化展开研究，重点开展基于大数据分析、设备建模与人工智能算法的综合研究。近年团队成员承担国家级、省部级课题10余项目，横向课题20余项，累计金额超千万元。
