王 鵬

(西山煤電(集團(tuán))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(yùn)行離不開(kāi)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(kāi)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(yán)重，振動(dòng)和噪音不絕、高濕和高溫的空氣嚴(yán)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(guò)對(duì)歷史故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(yùn)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(yùn)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(bào)警信息內(nèi)在的冗余性，將決策表當(dāng)工具，取故障信息作為屬性，根據(jù)決策表的最簡(jiǎn)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(jì)的煤礦供電運(yùn)行系統(tǒng)障礙診斷流程。運(yùn)用粗糙集原理對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行障礙診斷時(shí)，需對(duì)障礙特征進(jìn)行準(zhǔn)確的分析判斷，針對(duì)具有特征的障礙屬性，配以符號(hào)“1”或“-1”的數(shù)字表示，針對(duì)特征的故障屬性，配以符號(hào)“0”加以表示。完成之后就可進(jìn)行決策表數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)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(gè)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(shí)性障礙，則占比將超過(guò)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?yàn)殚L(zhǎng)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(dāng)短路障礙發(fā)生時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致線路電流極速升高，電流會(huì)通過(guò)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(yùn)行斷開(kāi)的狀況。如果電力應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)斷線障礙時(shí)，會(huì)極大的降低電力運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給電力應(yīng)用系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成巨大隱患。故此，務(wù)必要對(duì)電力運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)斷線障礙做出精準(zhǔn)診斷，以便在最短時(shí)間解決障礙，使電力運(yùn)行系統(tǒng)可以盡快恢復(fù)正常運(yùn)行[4]。

2 故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

考慮到供電運(yùn)行系統(tǒng)現(xiàn)在存在的問(wèn)題，本論文通過(guò)煤礦配電網(wǎng)中壓障礙診斷系統(tǒng)理論，這套供電運(yùn)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(cè)量單元所檢測(cè)到的二次側(cè)各數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)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(qiáng)，隨后系統(tǒng)采取粗糙集原理進(jìn)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(guò)系統(tǒng)升級(jí)完善實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障的精準(zhǔn)診斷，系統(tǒng)較好的實(shí)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(shí)時(shí)的接收測(cè)量單元傳輸過(guò)來(lái)的各種測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)煤礦供電運(yùn)行系統(tǒng)工作時(shí)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行各個(gè)等級(jí)電壓運(yùn)行數(shù)據(jù)情況的監(jiān)控；如果煤礦的供電運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)障礙，服務(wù)器的工作界面會(huì)即刻彈出告警對(duì)話框，故障會(huì)以聲光、文字形式報(bào)警，同時(shí)對(duì)障礙的類型及發(fā)生的區(qū)域做出精準(zhǔn)診斷，對(duì)電壓及電流等信息進(jìn)行自動(dòng)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(hào)收發(fā)器是最為重要的部件，它是將電信號(hào)與光信號(hào)互換的單元，也稱為光電信號(hào)轉(zhuǎn)換器。在診斷故障系統(tǒng)中收發(fā)器的作用是，將檢測(cè)單元傳輸給診斷故障服務(wù)器光信號(hào)變成電信號(hào)，從而方便診斷故障服務(wù)器識(shí)別接收煤礦電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)，以便系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控以及發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行診斷。

(2)服務(wù)器主機(jī)

系統(tǒng)中的診斷故障服務(wù)器使用PC作為主機(jī)，PC是通過(guò)應(yīng)用以及處理器作為基礎(chǔ)對(duì)軟硬件進(jìn)行運(yùn)行，并且它是具有很強(qiáng)適應(yīng)煤礦電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。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(diǎn)是功耗低、處理的能力強(qiáng)、儲(chǔ)存的能力強(qiáng)、可同時(shí)完成多項(xiàng)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(tái)研發(fā)出來(lái)的。它的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)當(dāng)前煤礦電力系統(tǒng)的特點(diǎn)研發(fā)出來(lái)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(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)光纖傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，隨后，以太網(wǎng)的交換機(jī)利用光纖，把這些數(shù)據(jù)通過(guò)上行的通道傳輸?shù)焦饫w收發(fā)器，收發(fā)器會(huì)把傳輸過(guò)來(lái)的光信號(hào)變換成電信號(hào)，隨后這些電信號(hào)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)

以太網(wǎng)光纖交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)本地的管理同時(shí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控狀態(tài)及交換機(jī)相關(guān)設(shè)置。交換機(jī)光纖接口非常適合長(zhǎng)距離信息傳輸、保密通信以及電磁干擾強(qiáng)的場(chǎng)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(cè)量單元，需要通過(guò)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(jìn)行連接。熔接光纖盒通過(guò)跳線與光纖的交換機(jī)進(jìn)行連接，測(cè)量的各種數(shù)據(jù)，將通過(guò)上述以太網(wǎng)光纖進(jìn)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(jī)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(yǔ)

當(dāng)煤礦礦井供電出現(xiàn)故障時(shí)，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(yàn)，如經(jīng)驗(yàn)不足，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，不能正確的對(duì)故障進(jìn)行判斷處理，會(huì)使事故不斷擴(kuò)大。本文針對(duì)煤礦供電系統(tǒng)發(fā)生故障的特點(diǎn)，利用粗糙集故障診斷理論，設(shè)計(jì)出針對(duì)煤礦供電故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)供電運(yùn)行情況，能夠根據(jù)檢測(cè)的各項(xiàng)參數(shù)情況，及時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)行，提供了技術(shù)保障。