通信技術(shù)在電氣工程領域應用研究

錢旭

(1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司，遼寧撫順，113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧撫順，113122)

1 通信技術(shù)在電氣工程領域應用原則

現(xiàn)如今隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣工程領域與通信技術(shù)的不斷融合，促使電氣工程再進一步地從深度還有廣度上發(fā)展。現(xiàn)代化的通信技術(shù)，除了計算機，互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)，通信設備也是較為重要的一種技術(shù)。通信技術(shù)在電氣工程領域的應用主要遵循以下幾個方面的原則。

通信技術(shù)應用的全面性。任何一個電氣工程中，電力設備的種類都是比較繁雜的，因此通信技術(shù)在電氣工程中的應用過程中，尤其是在通信系統(tǒng)的設計上，必須要從各個方面進行全方位的周密設計，包括組網(wǎng)，設備選擇，通信資源等各個方面，從而保證通信技術(shù)在電氣工程領域的運行，以及后期的系統(tǒng)設計維護中達到有效統(tǒng)一的效果。

通信技術(shù)應用的實用性。在電氣工程領域通信技術(shù)的運用必須要對整個電力系統(tǒng)或者電力設備的實際要求達到深刻的了解，對整個電力企業(yè)的通信管理組織以及管理設備因地制宜，經(jīng)過周密的設計，才能符合電氣工程領域電力企業(yè)的全方位要求。

通信技術(shù)在電氣工程領域的運用還需要很大的兼容性。通信系統(tǒng)與電氣工程領域電力設備需要互相連接并且有效地運行，從而實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的傳輸以及共享。當前通信技術(shù)在電氣工程領域中的運用原理主要是分布的設計原理，整個通信系統(tǒng)的擴容性需要模塊化的軟件結(jié)構(gòu)來支撐與維持。信息采集器以及信息處理設備的也是不可或缺的硬件設備通信系統(tǒng)的軟件開發(fā)要完全的遵循基本軟件工程的基本原理。通過不斷地測試充分的觀察，保障其運行的穩(wěn)定與高效。

2 通信技術(shù)在電氣工程領域具體應用

2.1 故障綜合處理系統(tǒng)

故障綜合系統(tǒng)相對于電氣工程及電力系統(tǒng)中電氣工程的常見故障來講，一般以通信系統(tǒng)為載體，在能源管理上廣泛應用，如變電站、配電網(wǎng)、小區(qū)電力監(jiān)控等。這一系統(tǒng)安裝方便，接線不難，維護起來較為簡單，工程過程簡單不復雜。

故障綜合處理系統(tǒng)主要包括電纜型故障指示器、故障綜合指示儀、通信終端三個部分組成。故障指示器主要用來檢測線路是否短路以及接地線的故障等問題，并且可以采集線路運行的相關數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集器。故障綜合指示儀的主要功能是將現(xiàn)場所有數(shù)據(jù)收集起來，包括對遙控、開關狀態(tài)、電流、溫度等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集，與通信終端連接傳輸數(shù)據(jù)并接受命令。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能便是對被測對象、子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、設備等狀態(tài)近真實時監(jiān)控，并且對性能參數(shù)進行相關的檢測，從而可以控制環(huán)境設備的運行。

2.3 遙控測試系統(tǒng)

遙控測試系統(tǒng)主要是對電力參數(shù)、接地故障的監(jiān)測。通過傳感器對電流、電壓、電纜頭溫度電力參數(shù)的測量，并且將測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口傳輸至配網(wǎng)故障綜合指示儀，數(shù)據(jù)將通過指示儀的外接傳輸?shù)酵ㄐ沤K端，連接至監(jiān)測后臺，從而進行監(jiān)測。接地故障的監(jiān)測主要是通過傳感器實現(xiàn)的，傳感器主要通過對零序電流進行檢測從而判斷是否出現(xiàn)接地故障。

2.4 遙信系統(tǒng)

遙信系統(tǒng)遙信功能的實現(xiàn)主要是采取兩種原理的綜合應用實現(xiàn)的，包括自適應原理以及速斷原理。自適應原理的別稱即為突變電流檢測原理。將突變電流作為判斷依據(jù)，從而進行短路監(jiān)測，然后通過調(diào)節(jié)負荷電流和變電站出線保護定值。速斷原理即超限檢測原理，線路上負荷電流在不斷的變化并且自身無法滿足可以時刻適應短路故障的判斷條件，所以超限的方式便是檢測故障發(fā)生的最好方法。通過對這兩種原理的綜合應用，可以在短時間內(nèi)提升短路故障檢測的準確性并且其不斷變化保持穩(wěn)定，通過傳感器將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)接口并將故障的發(fā)生信息傳輸至故障綜合指示儀器，同時傳感器還將故障信號傳輸至其他面板型的故障綜合指示器，工作人員可以很好的觀察并相互配合。故障信號通過故障指示器的收集，包括對電流、溫度、本地開關狀態(tài)等各個方面的故障收集，各個方面故障數(shù)據(jù)的收集與使用便可以達到對電氣裝置遠程監(jiān)控。

2.5 通信終端系統(tǒng)

通信終端系統(tǒng)可以與主站系統(tǒng)相互配合，對短路、接地、負荷、溫度、開關等功能的監(jiān)測，本地與遠程通訊都可以進行，不僅可以監(jiān)控信息傳輸，還可以維護通信終端設備。

3 通信技術(shù)在礦井中的應用

3.1 通信技術(shù)在礦井中應用特點

（1）通信技術(shù)礦井運用具有電氣防爆的特點，在礦井的井下開采過程中，會產(chǎn)生很多易燃易爆的氣體，所以在礦井下需要使用通信設備以及防爆型的設備監(jiān)測保障工作人員的生命安全。

（2）通信技術(shù)在礦井中的應用具有發(fā)射功率小的特點。為了防止爆炸事故發(fā)生，因此防爆設備的安全輸出功率是25W，不能超過此功率因此礦井運用通信技術(shù)發(fā)射功率都較小。

（3）通信技術(shù)在礦井中的應用具有抗干擾能力強的特點。井下煤礦的空間比較小，大型設備的使用都集中在同一區(qū)域，很難分散開，電磁干擾需要避免，因此通信技術(shù)在礦井中的使用一般都具有較強的抗干擾能力。

（4）通信技術(shù)礦井運用具有抗故障能力強的特點。礦井生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，設備在礦井下的運用經(jīng)常會出現(xiàn)故障，因此在此環(huán)境下，為了保障通信技術(shù)的有效運用，就必須自身具有較強的抗故障能力。當通信技術(shù)在運用的過程中出現(xiàn)問題與障礙時，便可以通過自身的能力在短時間內(nèi)保障通信系統(tǒng)不會癱瘓。

3.2 通信技術(shù)在礦井中的應用

廣泛應用于地鐵、煤礦開采等空間狹窄的地下泄漏通信。主要的方式為同軸電纜的應用，在特制的同軸電纜上相隔一段距離開出槽孔，從而對電磁場泄露實現(xiàn)遠距離通信，這種通信方式主要具有技術(shù)成熟以及通信質(zhì)量較高的特點，同時這種通信技術(shù)由于運用較高頻率進行無線通信，因此具有叫持續(xù)穩(wěn)定的輸出性，并且還具有雙向繼中器延長信號。但是正是又因為雙向繼中器的使用，具有關聯(lián)性，即某一個繼中器出現(xiàn)問題，在整個系統(tǒng)運行過程中便會使得后面的相關聯(lián)設備產(chǎn)生問題或者出現(xiàn)中斷，降低整個系統(tǒng)信息傳輸?shù)挠行浴?/p>

應用于礦井通信的ZigBee 技術(shù)。ZigBee 技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，主要有速率低、距離短的劣勢，但是具有低成本、低消耗、低數(shù)據(jù)等優(yōu)勢。這種技術(shù)的運用體系主要分為物理、媒體介入、網(wǎng)絡以及應用框架等層次。這種無線通信技術(shù)通常用在建筑、自動化網(wǎng)絡、工業(yè)控制網(wǎng)絡等地方，這種技術(shù)相對來說是一種新型的無線通訊網(wǎng)絡技術(shù)，比較簡單且節(jié)省資源，存儲能力也較強。

ZigBee 技術(shù)運用至定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)的設及主要包括硬件和軟件的設計。硬件設及主要的組成部分是無線射頻發(fā)射器、電壓穩(wěn)壓器等，中心節(jié)點主要是無線射頻發(fā)射器。采用ZigBee 技術(shù)在設計定位系統(tǒng)時，需要符合設計使用標準，如果運用效率較高的設及便可以不需要使用過多的零件，便能夠抵抗干擾，穩(wěn)定運行。

煤礦井下開采時運用的無線監(jiān)控與通信技術(shù)是在對煤礦全面考察以及思考過后進行選擇的，主要以光纖傳輸和無線傳輸結(jié)合為主，兩種方式共同結(jié)合的傳輸方式，便可以完全保留兩種方式各自的優(yōu)點。兩種方式雖然是結(jié)合運用，但運用的范圍也具有一定的差別。光纖傳輸?shù)姆绞街饕菍τ诘厣虾途轮鞯肋M行覆蓋運用，較為穩(wěn)定與長久，而無線傳輸主要是運用在時間開采有限的片區(qū)。

運用ZigBee 技術(shù)設計系統(tǒng)具有實時監(jiān)控以及動態(tài)管理的優(yōu)勢，這個優(yōu)勢可以在煤礦生產(chǎn)過程中將開采存在的安全問題、潛在隱患控制，最大限度的降低安全事故發(fā)生的概率，從而保障煤礦開采與生產(chǎn)有效穩(wěn)定的進行。運用技術(shù)設計的系統(tǒng)還具有各級別授權(quán)查看與管理的功能，從煤礦的主要管理部門到安全生產(chǎn)部門，從上到下，都會根據(jù)其各自的管理權(quán)限設計相應的權(quán)限，便于各部門對自我管轄范圍內(nèi)的煤礦安全進行監(jiān)管。

CAN 總線通信技術(shù)。地面上的中心站、交換機、礦用傳輸接口以及各種傳輸器等，共同構(gòu)成了總線通信系統(tǒng)。中心站的主要功能是對信息的接收、儲存以及顯示，這些信息的不斷接收與傳達可以不間斷的了解井下的生產(chǎn)狀況以及生產(chǎn)環(huán)境狀況，通過信息的接收與處理對井下各個分部發(fā)送指令，因此中心站在礦井的整個通信系統(tǒng)中起著核心的作用。現(xiàn)場總協(xié)議的不斷調(diào)控以及中心站計算機接口的調(diào)配都需要太網(wǎng)交換機進行，它對整個通信系統(tǒng)起著總協(xié)調(diào)的作用。煤礦現(xiàn)場縱協(xié)議與CAN 總協(xié)議的互相置換以及規(guī)范化協(xié)議內(nèi)容的功能屬于礦用傳輸接口。除了這幾個比較核心的部分之外，各個傳感器也是不可或缺的，它們主要對各種數(shù)據(jù)收集起到較為重要的作用，也對通訊設備的運行狀態(tài)信息進行相關的收集。只有各個部分相互協(xié)調(diào)，保障各個部門的有效運行，才能使得整個系統(tǒng)具有較大的可靠性，保障整個系統(tǒng)能夠滿足通訊信息的工作要求。一般來講，煤礦的生產(chǎn)調(diào)度、管理都是在井上進行的，一般信息安全集中傳輸?shù)牡攸c都在調(diào)度室進行。因此在井上建設與設置一個形狀為環(huán)狀的光纖傳輸系統(tǒng)，光纖傳輸具有速度快、穩(wěn)定性強且防爆的特點，因此將它設置在井上進行調(diào)控與傳輸信息。

4 通信技術(shù)在電氣工程領域應用前景

4.1 當前通信技術(shù)在電氣工程領域運用問題

無論是從整個電氣工程領域發(fā)展來看，還是單單從電力企業(yè)、煤礦開采來看，通信技術(shù)社的運用都存在一些問題及矛盾。例如不同通信部門的技術(shù)人員以及開發(fā)人員不同使得震哥哥硬件以及操作系統(tǒng)的操作過程及環(huán)境不一，系統(tǒng)不能真正成為一個完整的系統(tǒng)，在信息傳輸以及接收的過程中產(chǎn)生一定的差異與偏差，每一個部分成為了一個個孤立的部分，對整個通信系統(tǒng)信息的傳輸平衡以及監(jiān)測都會產(chǎn)生影響不利于整個通信系統(tǒng)的完善，也不利于運用通信技術(shù)的企業(yè)、領域的全面發(fā)展。

4.2 應用前景

當前電氣工程領域?qū)νㄐ偶夹g(shù)運用的要求越來越高，在很多企業(yè)的生產(chǎn)過程中對于通信覆蓋范圍的要求往往是全覆蓋，例如在礦井開采過程中，井上的工作人員必須時刻了解井下的工作狀態(tài)以及工作進度、工作環(huán)境等，單一的通信技術(shù)的運用已經(jīng)不能滿足電氣工程領域運用的要求了，必須采取多種通信技術(shù)的結(jié)合，多種形式進行通信，多種設備進行運用，才能完成整個領域的通信要求。當前電氣工程領域通信技術(shù)的運用形式還比較單一，隨著技術(shù)的不斷進步，通信技術(shù)在電氣工程領域的運用還需要不斷的完善，輔以其他通信手段完善系統(tǒng)，才能有效的發(fā)展，總之，通信技術(shù)在電氣工程領域運用的前景較為廣大。