无线网络技术视角下井下漏电保护系统分析

唐世强，唐翔，杨轩

无线网络技术视角下井下漏电保护系统分析

唐世强1，唐翔2，杨轩1

（1.安徽理工大学电气学院，安徽淮南，232000） （2.徐州工程学院信电工程学院，江苏徐州，2211111）

漏电事故可引发煤矿井下电路相间短路、人身触电、矿井火灾甚至爆炸等事故，是范围广、发生率高且危害极大的煤矿井下电力系统故障。因此相关企业与单位应对煤矿设备故障进行重点监测。基于此，笔者将从煤矿配电系统三级防护网络切入，阐述以无限网络为基础的漏电保护系统以及传统选择性漏电保护系统的优势与劣势，并通过研究总线和分支线路漏电防护技术的原理、实施方案提出从软件和硬件两个方面解决漏电事故的策略。

无线网络技术；井下漏电；保护系统

1 引言

传统漏电保护系统与基于无线网的漏电保护系统技术对比

有线传输是以往漏电保护系统传输信息的主要形式，对线路的依赖性比较高，而线路布置不仅繁琐，组网灵活性差，其受损率也比较高，所以在铺设方面限制性较大、整体覆盖范围较小。若想解决上述问题，近些年来发展迅速的近距离无线传输技术会是突破口。以无线网络为基础可扩大井下范围的覆盖范围，组网方式也有更多选择性，而且还能确保支路的连通与信号传输，如此一来不仅可精准定位漏电故障的位置，还可降低传输设备的损伤率。此外，无线传输技术如ZigBee还具有成本低、抗干扰性好、系统功耗低等优势，可胜任传输、收集线路零序电压/电流信号的工作，适用于煤矿井下作业。[1]

2 煤矿井下漏电故障检测方法

2.1 总线漏电防护技术

总线变压器的后面有一个总馈电开关，当支路漏电保护失效时，这个开关可作为备用方案对主干路的线路进行保护，因此，总馈电开关也叫主防护。这种防护技术的原理是通过直流电源检测法对总馈电开关出的电压U2数据进行监控，当线路发生漏电事故时，线路电阻值就会变化，进而电压数据也发生变化，相关技术人员可通过此法来判断电路是否完好。

2.2 分支线路漏电防护技术

零序电流方向法是现阶段分支线路选择性漏电保护比较常见的一种方法，其中，电流检测和零序电压是该方法开展的基础。例如ZCT1、ZCT2、ZCT3是安置在某个井下供电网络中多条分支线路起始端的零序电流互感器。如果某支电路发生漏电事故，故障支路的零序电流再流向母线前经过对地电容和电阻后直接从故障点回到故障支路本身，而后流线母线；而非故障支路的零序电流与其流向相反，它先流入母线方向，在经过对地电容和电阻后流入大地，最后汇集道漏电故障点并进入故障支路。另外，除了零序电流相位方向不同外，电流总和也不同，非支路零序电流小于故障支路的电流，且前者电流的总和数据等于后者电流的数据。此外，故障支路的零序电压和母线中的零序电压的相位是相反的，前者是相位滞后90°，后者是超前90°。总体来说，只要出现上述情况就可断定出现了故障线路。[2-3]

3 以无线网络为基础的漏电保护硬件设计

无线信号传输模块、信号采集、协调器模块、上机位是以无线网络为基础的漏电保护硬件设计的主要组成硬件，结构如图4所示。信号采集模块收集电流和零序电压时主要通过传感器进行。被采集的信号被送入CC2530芯片之前还要经过滤波、数模转换等处理。通常，每隔一段时间，母线上的零序电压传感器就会采集并发送相应的信号，但CC2530芯片和支路零序电流采集模块只有在特定情况下才会启动，即电压信号处于设定范围时不会触发CC2530芯片，同时其他支路零序电流采集模块也会处于休眠状态。而CC2530芯片被触发后会分析所有的信号，当线路发生故障，器控制相应支路的继电器就会被触发并对馈电开关进行控制，与此同时，协调器节点会收到无线信号传输Zigbee模块传输过来的故障信息，最后通过RS485总线让工作人员能够根据上机位最后收集并展示的信息来了解线路故障的情况并及时进行故障处理。

4 以无线网络为基础的漏电保护软件设计

软件同系统硬件共同工作才能让漏电保护系统发挥更大的效用。在以无线网络为基础的漏电保护软件设计中，软件部分主要分为三个程序：协调器控制程序、信号收集程序和传输程序。信号收集、传输程序就是传输、收集信号，而协调器控制程序的功能是应答请求加入网络的信号并委屈进行网络地址分配，同时还要向上机位发送所有节点传输过来的数据。

软件程序运行时，Zigbee网络的信号会请求进入处理器，信号进入后控制器开始运作:母线上的零序电压传感器会接到测量任务，根据设定时长对零序电压进行间隔测量并将数据发送出去。最后漏电保护处理器根据传输的数据判定是否触发警报。[4-5]

5 结束语

综上所述，井下电缆漏电故事发生率高、发生点多，危害性大，会对企业生产造成一系列的不利影响。基于无线网络的选择性漏电保护技术能够很好地检测漏电事故的发生位置与时间，让工作人员能及时做出处理，在降低事故危害性、影响性，让煤矿能够发挥出更多价值，促进社会经济的发展。

[1] 王新,王文龙.基于VMD的井下变频系统漏电保护误动研究[J].测控技术,2018,37(11):97-102.

[2] 沈亚兵.煤矿井下低压供电系统漏电保护研究[J].机电工程技术,2018,47(7):75-76,199.

[3] 牟龙华，孟庆海，刘建华．可通信式智能选择性漏电保护系统的研究［J］．电工技术学报，2003，18( 1) : 82-86．

[4] 宋文,王兵,周应宾,等.无线传感器网络技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[5] 米启超, 赵红梅. 煤矿井下低压电网选择性漏电保护研究. 煤矿机械,2008,29(1):154-155

Analysis of underground leakage protection system from the perspective of wireless network technology

Tangshiqiang1, Tangxiang2, Yangxuan1

(1.Anhui University Of Science & Technology,Electrical engineering college,Huainan ,232000,China; 2.Xuzhou Institute of Technology, Department of Information and Electrical Engineering,Xuzhou,221111,China;)

The electric leakage accident can cause the mine underground circuit phase short circuit, personal electric shock,mine fire and even explosion and other accidents, is a wide range, high incidence and great harm of underground coal mine power system fault. Therefore, relevant enterprises and units should focus on the monitoring of coal mine equipment failure. Based on this, the author will from the mine level 3 protection network, power distribution system based on wireless network leakage protection system as well as the advantages and disadvantages of traditional selective leakage protection system, and through the study of bus and branch line, the principle of leakage protection technology, implementing scheme is put forward from two aspects of hardware and software to solve the leakage accident of strategy.

Wireless network technology; mine leakage protection; protection system;

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.011

TP39

A

1672-9129(2019)03-0035-02

唐世强（1994-），男，安徽合肥人，安徽理工大学硕士在读，主要研究方向：继电保护。Email：zgbjyy1234@126.com