安江偉

0 引言

煤炭資源是我國電力事業(yè)發(fā)展的最堅強保障，隨著煤炭開采過程中科技含量的不斷提高，所使用的電氣設(shè)備越來越多，進而導致礦井的用電負荷急劇增加，一旦電力中斷，生產(chǎn)將被迫停止。煤礦供電系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常復雜，礦井供電系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)上，為了確保煤礦生產(chǎn)的安全運行，需要采取有效的措施，確保供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。煤礦供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復雜，線路連接異常繁瑣，同時為了確保安全而設(shè)置的多種接地方式，也給故障的排除增加了不小的難度。同時，由于煤礦供電系統(tǒng)的工作環(huán)境非常差，能夠?qū)е鹿收系囊蛩胤浅６?，也導致故障的診斷難度大幅度提升。因此，對故障進行診斷分析，采取行之有效的措施具有深遠的意義。

1 故障預測方法

當電網(wǎng)發(fā)生故障后，利用電網(wǎng)調(diào)度控制中心，監(jiān)測供電電網(wǎng)中的中樞點和負荷點上的電壓大小、各個供電線路中的電流大小、繼電器的工作情況等。

1.1 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)法在進行電網(wǎng)故障分析時，所依據(jù)的主要是各種繼電器保護和開關(guān)動作的監(jiān)測數(shù)據(jù)和對供電系統(tǒng)進行維護人員的工作經(jīng)驗。專家系統(tǒng)的組成部分主要有：人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6各部分，其中，知識庫和推理機構(gòu)成了專家系統(tǒng)的主要功能部分。在知識庫中儲存了大量針對供電系統(tǒng)故障的解決辦法，推理機通過利用知識庫中的資料，并進行一定組合，進而給出解決問題的辦法。因此，知識庫建設(shè)的是否全面，很大程度上決定著問題的解決程度以及解決辦法的合理性。利用專家系統(tǒng)法對供電故障進行解決時，需要將電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行輸入，通過系統(tǒng)的分析處理后，再經(jīng)由輸出系統(tǒng)進行輸出，就能得到相應(yīng)的處理方法。

1.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的特點是采用神經(jīng)元及其優(yōu)先權(quán)連接起來處理問題，主要缺陷是需要大量的、具有代表性的樣本、系統(tǒng)自身無法保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在網(wǎng)絡(luò)中的處理單元可以分為：輸入單元、輸出單元和隱單元等三種類型。輸入單元的功能是將外部的信號與數(shù)據(jù)進行有效的輸入；輸出單元的功能是將系統(tǒng)處理后的結(jié)果向外部進行有效的輸出。

1.3 模糊理論法

配電網(wǎng)的故障類型較多，其表現(xiàn)出來的故障征兆也是不盡相同。目前，故障診斷遇到的最大困難就是故障和征兆并不是一一對應(yīng)的關(guān)系，各種故障之間相互影響，不能準確的判斷故障的全部信息，對設(shè)備無法進行全面診斷。網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障是一個漸變的過程，故障與非故障狀態(tài)存在較大的模糊性，因此模糊診斷法就必須對每一個故障征兆與設(shè)備參數(shù)進行關(guān)系探尋，求解出上下限和合適的隸屬函數(shù)。

2 煤礦配電網(wǎng)故障測距

2.1 單端行波測距

對于較為簡單的線路來說，一般采用單端行波測距，其原理是通過計算從測量點與故障點行波的傳播時間差值，來確定故障位置。該測距方法的關(guān)鍵技術(shù)是獲取準確的行波信號[1]。

單端行波測距的主要公式為：

式（1）中，L表示的是故障點距線端的距離，t1為故障發(fā)生后產(chǎn)生的行波第一次到達測量點的時間，t2表示的是行波從故障點反射回測量點的時間；v是行波的傳播速度。

接地故障中的高阻抗接地故障發(fā)生時，還要測量行波從母線段反射到測量點的時間，求出它與第一次到達測量點的時間差。其基本的測距公式為：

式（2）中：L為故障點距離線端的長度；t3為故障發(fā)生后行波從母線端反射回測量點所用的時間。

2.2 雙端行波測距

雙端行波測距是根據(jù)測量線路發(fā)生故障時行波到達線路兩端所用的時間，通過計算其時間差來進行故障定位的，測量精度較高，受系統(tǒng)故障類型、線路參數(shù)的影響較小。其測距所用的公式如下：

式(3)、(4)中：L1、L2分別表示的是故障點到線路兩端的距離；t1、t2分別表示的是行波到達線路兩端所用的時間。

雙端行波法對時間的要求較高，尤其在線路較長的情況下，（行波的傳播速度近似光速300 m/μs，時間上的誤差造成的測距誤差就較大）因此需要時間的同步性，這就必須安裝GPS全球定位系統(tǒng)，以保證線路上所有點的時間的同步，一般精確到1μs以內(nèi)[2]。雙端測距技術(shù)最重要的是對于線路上行波的準確采集，盡量減小采集的時間誤差，對于提高故障測距的精度有明顯的效果。

2.3 雙端行波測距的誤差及優(yōu)缺點

雙端行波測距的誤差一般分為兩類：（1）測距裝置本身的測量誤差，其中對行波的采集精度影響測距的誤差；（2）對行波分析方法的差異，每一種算法都有自己的特性，因此算法的不同也會造成測量精度的不同。

雙端行波法的優(yōu)點是：在線路較為復雜時，適用范圍較廣。母線兩端都有檢測行波的裝置，只需要準確的檢測第一個到達的行波，較單端行波測距檢測兩個行波可靠性更高[3]。線路的特征電阻、電容的分布及系統(tǒng)運行方式的變化都對測距的影響較小，有著良好的抗干擾能力，測距精確度更高。雙端行波法的測距結(jié)果基本上都能夠滿足系統(tǒng)對故障精準定位的要求，試驗表明測距的誤差一般在500 m范圍內(nèi)。

雙端行波測距的缺點是：需要在母線的兩端都安裝有行波檢測的裝置，和GPS時標系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信的設(shè)備，增大了投資成本，經(jīng)濟性較差[5]。在一些結(jié)構(gòu)較為簡單的線路上，應(yīng)該采用單端行波測距，兩者相互結(jié)合。

3 故障預測系統(tǒng)抗干擾設(shè)計

為了煤礦配電網(wǎng)進行有效的故障診斷，在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用越來越普及。故障在線監(jiān)測經(jīng)常受到外界因素的干擾，因此去除在線監(jiān)測中的干擾成為研究的重點。[4-5]配電網(wǎng)的故障預測器測量參數(shù)為故障時放電過程中的脈沖信號，對脈沖信號獲取的是否完整精確，決定了在線監(jiān)測技術(shù)的精度，決定了其對故障是否存在異常與缺陷的判斷。變電站有大量的電氣設(shè)備，許多設(shè)備在運行過程產(chǎn)生干擾信號，嚴重地影響了信號采集的精確度和故障診斷的可靠性。如何有效地去除測量的干擾信號，成為電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的面臨的難題。

本文通過提出一種新的干擾信號綜合處理的方法，將獲取的信號經(jīng)過分層次濾除，盡可能將脈沖完整的采集出來。

此模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該綜合去干擾模型分為三步去除干擾，要保證每一步去干擾盡量對原信號的影響最小，前一步的濾除不影響后面的濾除效果。先后順序考慮了干擾的特性，先把連續(xù)性、周期性較高的干擾濾除，如果沒有消除該干擾信號，直接采用小波消噪技術(shù)濾除干擾，有可能造成有用的脈沖信號當作白噪聲濾除掉[6]。因此決定首先為采用去窄帶干擾，然后用小波消噪去除白噪聲，最后采用去脈沖干擾。經(jīng)過以上三步對干擾的濾除，基本上得到了較為準確的局部放電信號。

圖1 抗干擾分層處理綜合模型

經(jīng)過對周期窄帶干擾信號的分析后，可以采用基于傅里葉級數(shù)的放電信號去干擾的方法。

參考文獻：

［1］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.國家煤礦安全監(jiān)察局煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

［2］徐玉龍.煤礦供電系統(tǒng)可靠性研究［J］.水力采煤與管道運輸，2012（03）：17-19.

［3］蘆琳娜.煤礦單相接地電容電流對電網(wǎng)的影響［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011（03）：113-115.

［4］竇新宇，李春明.小電流接地系統(tǒng)行波測距方法研究［J］.電力科學與工程，2010（02）：64-65.

［5］王茂生，李赫，謝圣劍.配電線路行波故障測距初探［J］.工程技術(shù)（全文版），2016（5）：208-208.

［6］丁恩杰，王超楠，崔連成.礦井配電網(wǎng)輸電線路故障測距方法的研究［J］.中國礦業(yè)大學學報，2006（03）：24-26.