煤礦中壓配電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)

王 鵬

(西山煤電(集團)有限責(zé)任公司發(fā)電分公司，太原 030053)

0 引 言

煤礦的生產(chǎn)和運行離不開穩(wěn)定、可靠的供電系統(tǒng)的有力保障。地面煤礦供電系統(tǒng)所處環(huán)境布滿粉塵，而井下及開采區(qū)的煤礦供電系統(tǒng)所處環(huán)境更為惡劣，井下泥濘、黑暗、潮濕、粉塵嚴重，振動和噪音不絕、高濕和高溫的空氣嚴重影響著電氣設(shè)備及供電電纜的安全，極易發(fā)生障礙，尤其是單相接地障礙。通過對歷史故障進行統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生故障頻率較高的故障包括：短路、斷線、單相接地等。惡劣的運行環(huán)境，導(dǎo)致系統(tǒng)障礙更加復(fù)雜，障礙的診斷與排除難度也更大。

1 煤礦供電運行系統(tǒng)相關(guān)故障診斷的技術(shù)分析

1.1 以粗糙集原理為基礎(chǔ)構(gòu)建障礙診斷處理流程

粗糙集原理應(yīng)用了報警信息內(nèi)在的冗余性，將決策表當工具，取故障信息作為屬性，根據(jù)決策表的最簡形式，探研診斷障礙的規(guī)則[1]。以粗糙集原理作為基礎(chǔ)設(shè)計的煤礦供電運行系統(tǒng)障礙診斷流程。運用粗糙集原理對供電系統(tǒng)進行障礙診斷時，需對障礙特征進行準確的分析判斷，針對具有特征的障礙屬性，配以符號“1”或“-1”的數(shù)字表示，針對特征的故障屬性，配以符號“0”加以表示。完成之后就可進行決策表數(shù)據(jù)約簡了。

1.2 單相故障接地的診斷與研究

煤礦中壓配電網(wǎng)中的35 kV系統(tǒng)主要為架空線路，而6kV系統(tǒng)主要為電纜線路，其中單相接地障礙的發(fā)生率在整個系統(tǒng)障礙中占比最大。據(jù)相關(guān)資料顯示，單相接地障礙在架空中壓線路配電網(wǎng)中，占發(fā)生障礙總量的80%，如果考慮到大量接地瞬時性障礙，則占比將超過全部障礙量的90%[2]。

1.3 短路故障的診斷與研究

煤礦的供電系統(tǒng)發(fā)生短路障礙，絕大部分發(fā)生在地面區(qū)域供電的部分架空線路中。在井下區(qū)域供電線路中，電纜因為長期處于自然條件十分惡劣的環(huán)境中，如果線路電纜出現(xiàn)絕緣破損，就極易造成短路障礙，當短路障礙發(fā)生時，就會導(dǎo)致線路電流極速升高，電流會通過母線流向線路[3]。

1.4 斷線故障的診斷與研究

電力系統(tǒng)發(fā)生斷線障礙，指的是電力應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)生一相或是兩相運行斷開的狀況。如果電力應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)斷線障礙時，會極大的降低電力運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給電力應(yīng)用系統(tǒng)的安全運行造成巨大隱患。故此，務(wù)必要對電力運行系統(tǒng)出現(xiàn)斷線障礙做出精準診斷，以便在最短時間解決障礙，使電力運行系統(tǒng)可以盡快恢復(fù)正常運行[4]。

2 故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

考慮到供電運行系統(tǒng)現(xiàn)在存在的問題，本論文通過煤礦配電網(wǎng)中壓障礙診斷系統(tǒng)理論，這套供電運行診斷故障系統(tǒng)是被安裝在煤礦電站所屬的二次側(cè)的設(shè)備上，它屬于數(shù)字化診斷診斷故障系統(tǒng)，利用以太網(wǎng)光纖將測量單元所檢測到的二次側(cè)各數(shù)據(jù)，實時傳輸?shù)皆\斷故障服務(wù)器，使診斷故障信息數(shù)據(jù)的冗余性有所增強，隨后系統(tǒng)采取粗糙集原理進行系統(tǒng)故障的診斷，這套診斷故障應(yīng)用系統(tǒng)的作用是要以煤礦專用電站為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)升級完善實現(xiàn)對系統(tǒng)故障的精準診斷，系統(tǒng)較好的實現(xiàn)了同常規(guī)變電站的設(shè)備的兼容性，即節(jié)約成本又滿足煤礦特殊變電站的基本要求。

2.1 診斷故障服務(wù)器

診斷故障服務(wù)器主要的作用是，實時的接收測量單元傳輸過來的各種測量數(shù)據(jù)，當煤礦供電運行系統(tǒng)工作時，可以實時進行各個等級電壓運行數(shù)據(jù)情況的監(jiān)控；如果煤礦的供電運行系統(tǒng)出現(xiàn)障礙，服務(wù)器的工作界面會即刻彈出告警對話框，故障會以聲光、文字形式報警，同時對障礙的類型及發(fā)生的區(qū)域做出精準診斷，對電壓及電流等信息進行自動記錄[5]。

(1)光纖收發(fā)器

在以太網(wǎng)中的光纖傳輸中，光纖信號收發(fā)器是最為重要的部件，它是將電信號與光信號互換的單元，也稱為光電信號轉(zhuǎn)換器。在診斷故障系統(tǒng)中收發(fā)器的作用是，將檢測單元傳輸給診斷故障服務(wù)器光信號變成電信號，從而方便診斷故障服務(wù)器識別接收煤礦電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，以便系統(tǒng)能夠?qū)崟r對電網(wǎng)進行監(jiān)控以及發(fā)生故障時進行診斷。

(2)服務(wù)器主機

系統(tǒng)中的診斷故障服務(wù)器使用PC作為主機，PC是通過應(yīng)用以及處理器作為基礎(chǔ)對軟硬件進行運行，并且它是具有很強適應(yīng)煤礦電力系統(tǒng)的計算機。它主要是由用戶應(yīng)用的程序、嵌入操作式系統(tǒng)、硬件、嵌入處理器等組成。嵌入系統(tǒng)核心就是嵌入處理器，它的主要特點是功耗低、處理的能力強、儲存的能力強、可同時完成多項任務(wù)等性能。

(3)診斷故障服務(wù)器應(yīng)用軟件

診斷故障應(yīng)用軟件是利用Visual Studio平臺研發(fā)出來的。它的設(shè)計主要是針對當前煤礦電力系統(tǒng)的特點研發(fā)出來的，診斷故障服務(wù)器主要包括：診斷故障模塊、分析故障模塊、管理系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)模塊等，其功能如圖1所示。

圖1 診斷故障服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖

2.2 以太網(wǎng)光纖

系統(tǒng)所采集的各個數(shù)據(jù)，經(jīng)過以太網(wǎng)光纖傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)絡(luò)交換機，隨后，以太網(wǎng)的交換機利用光纖，把這些數(shù)據(jù)通過上行的通道傳輸?shù)焦饫w收發(fā)器，收發(fā)器會把傳輸過來的光信號變換成電信號，隨后這些電信號在傳至診斷故障服務(wù)器，從而確保診斷故障系統(tǒng)能夠進行實時監(jiān)控電網(wǎng)，以及為診斷故障提供信息傳送通道。

(1)以太網(wǎng)光纖交換機

以太網(wǎng)光纖交換機能夠?qū)崿F(xiàn)本地的管理同時，實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)管理，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控狀態(tài)及交換機相關(guān)設(shè)置。交換機光纖接口非常適合長距離信息傳輸、保密通信以及電磁干擾強的場合，使用的范圍包括：光纖視頻數(shù)字監(jiān)控網(wǎng)、集散工業(yè)可靠性控制DCS系統(tǒng)、企業(yè)局域光纖網(wǎng)、居民小區(qū)網(wǎng)絡(luò)光纖寬帶等。

(2)以太網(wǎng)光纖數(shù)據(jù)的傳輸

診斷系統(tǒng)各測量單元，需要通過光纖鏈接于系統(tǒng)終端光纖盒接口上，終端盒利用光纖和熔接光纖盒端口進行連接。熔接光纖盒通過跳線與光纖的交換機進行連接，測量的各種數(shù)據(jù)，將通過上述以太網(wǎng)光纖進行相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸，作為下行數(shù)據(jù)通道。上行數(shù)據(jù)通道是交換機與診斷故障服務(wù)器鏈接的光纖，上行數(shù)據(jù)通道主要是將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳送給診斷故障服務(wù)器。

3 結(jié)束語

當煤礦礦井供電出現(xiàn)故障時，由于煤礦礦井環(huán)境的特殊性，礦井供電系統(tǒng)操作人員必須具備一定經(jīng)驗，如經(jīng)驗不足，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不能正確的對故障進行判斷處理，會使事故不斷擴大。本文針對煤礦供電系統(tǒng)發(fā)生故障的特點，利用粗糙集故障診斷理論，設(shè)計出針對煤礦供電故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測供電運行情況，能夠根據(jù)檢測的各項參數(shù)情況，及時判斷出發(fā)生故障的類型、故障產(chǎn)生的原因，并給出相應(yīng)解決方案。本診斷故障的系統(tǒng)是在線實時監(jiān)測的診斷，因此，系統(tǒng)為煤礦電力供電工作人員提供了最大便利，為煤礦的供電安全運行，提供了技術(shù)保障。