煤矿中压配电网故障诊断系统的研究及实现

王 鹏

(西山煤电(集团)有限责任公司发电分公司，太原 030053)

0 引 言

煤矿的生产和运行离不开稳定、可靠的供电系统的有力保障。地面煤矿供电系统所处环境布满粉尘，而井下及开采区的煤矿供电系统所处环境更为恶劣，井下泥泞、黑暗、潮湿、粉尘严重，振动和噪音不绝、高湿和高温的空气严重影响着电气设备及供电电缆的安全，极易发生障碍，尤其是单相接地障碍。通过对历史故障进行统计研究发现，发生故障频率较高的故障包括：短路、断线、单相接地等。恶劣的运行环境，导致系统障碍更加复杂，障碍的诊断与排除难度也更大。

1 煤矿供电运行系统相关故障诊断的技术分析

1.1 以粗糙集原理为基础构建障碍诊断处理流程

粗糙集原理应用了报警信息内在的冗余性，将决策表当工具，取故障信息作为属性，根据决策表的最简形式，探研诊断障碍的规则[1]。以粗糙集原理作为基础设计的煤矿供电运行系统障碍诊断流程。运用粗糙集原理对供电系统进行障碍诊断时，需对障碍特征进行准确的分析判断，针对具有特征的障碍属性，配以符号“1”或“-1”的数字表示，针对特征的故障属性，配以符号“0”加以表示。完成之后就可进行决策表数据约简了。

1.2 单相故障接地的诊断与研究

煤矿中压配电网中的35 kV系统主要为架空线路，而6kV系统主要为电缆线路，其中单相接地障碍的发生率在整个系统障碍中占比最大。据相关资料显示，单相接地障碍在架空中压线路配电网中，占发生障碍总量的80%，如果考虑到大量接地瞬时性障碍，则占比将超过全部障碍量的90%[2]。

1.3 短路故障的诊断与研究

煤矿的供电系统发生短路障碍，绝大部分发生在地面区域供电的部分架空线路中。在井下区域供电线路中，电缆因为长期处于自然条件十分恶劣的环境中，如果线路电缆出现绝缘破损，就极易造成短路障碍，当短路障碍发生时，就会导致线路电流极速升高，电流会通过母线流向线路[3]。

1.4 断线故障的诊断与研究

电力系统发生断线障碍，指的是电力应用系统发生一相或是两相运行断开的状况。如果电力应用系统出现断线障碍时，会极大的降低电力运行系统的稳定性，给电力应用系统的安全运行造成巨大隐患。故此，务必要对电力运行系统出现断线障碍做出精准诊断，以便在最短时间解决障碍，使电力运行系统可以尽快恢复正常运行[4]。

2 故障诊断系统的设计实现

考虑到供电运行系统现在存在的问题，本论文通过煤矿配电网中压障碍诊断系统理论，这套供电运行诊断故障系统是被安装在煤矿电站所属的二次侧的设备上，它属于数字化诊断诊断故障系统，利用以太网光纤将测量单元所检测到的二次侧各数据，实时传输到诊断故障服务器，使诊断故障信息数据的冗余性有所增强，随后系统采取粗糙集原理进行系统故障的诊断，这套诊断故障应用系统的作用是要以煤矿专用电站为基础，通过系统升级完善实现对系统故障的精准诊断，系统较好的实现了同常规变电站的设备的兼容性，即节约成本又满足煤矿特殊变电站的基本要求。

2.1 诊断故障服务器

诊断故障服务器主要的作用是，实时的接收测量单元传输过来的各种测量数据，当煤矿供电运行系统工作时，可以实时进行各个等级电压运行数据情况的监控；如果煤矿的供电运行系统出现障碍，服务器的工作界面会即刻弹出告警对话框，故障会以声光、文字形式报警，同时对障碍的类型及发生的区域做出精准诊断，对电压及电流等信息进行自动记录[5]。

(1)光纤收发器

在以太网中的光纤传输中，光纤信号收发器是最为重要的部件，它是将电信号与光信号互换的单元，也称为光电信号转换器。在诊断故障系统中收发器的作用是，将检测单元传输给诊断故障服务器光信号变成电信号，从而方便诊断故障服务器识别接收煤矿电网信息数据，以便系统能够实时对电网进行监控以及发生故障时进行诊断。

(2)服务器主机

系统中的诊断故障服务器使用PC作为主机，PC是通过应用以及处理器作为基础对软硬件进行运行，并且它是具有很强适应煤矿电力系统的计算机。它主要是由用户应用的程序、嵌入操作式系统、硬件、嵌入处理器等组成。嵌入系统核心就是嵌入处理器，它的主要特点是功耗低、处理的能力强、储存的能力强、可同时完成多项任务等性能。

(3)诊断故障服务器应用软件

诊断故障应用软件是利用Visual Studio平台研发出来的。它的设计主要是针对当前煤矿电力系统的特点研发出来的，诊断故障服务器主要包括：诊断故障模块、分析故障模块、管理系统模块、数据模块等，其功能如图1所示。

图1 诊断故障服务器结构图

2.2 以太网光纤

系统所采集的各个数据，经过以太网光纤传输到以太网络交换机，随后，以太网的交换机利用光纤，把这些数据通过上行的通道传输到光纤收发器，收发器会把传输过来的光信号变换成电信号，随后这些电信号在传至诊断故障服务器，从而确保诊断故障系统能够进行实时监控电网，以及为诊断故障提供信息传送通道。

(1)以太网光纤交换机

以太网光纤交换机能够实现本地的管理同时，实现远程网络管理，能够实现监控状态及交换机相关设置。交换机光纤接口非常适合长距离信息传输、保密通信以及电磁干扰强的场合，使用的范围包括：光纤视频数字监控网、集散工业可靠性控制DCS系统、企业局域光纤网、居民小区网络光纤宽带等。

(2)以太网光纤数据的传输

诊断系统各测量单元，需要通过光纤链接于系统终端光纤盒接口上，终端盒利用光纤和熔接光纤盒端口进行连接。熔接光纤盒通过跳线与光纤的交换机进行连接，测量的各种数据，将通过上述以太网光纤进行相应数据传输，作为下行数据通道。上行数据通道是交换机与诊断故障服务器链接的光纤，上行数据通道主要是将相应数据传送给诊断故障服务器。

3 结束语

当煤矿矿井供电出现故障时，由于煤矿矿井环境的特殊性，矿井供电系统操作人员必须具备一定经验，如经验不足，当系统出现故障时，不能正确的对故障进行判断处理，会使事故不断扩大。本文针对煤矿供电系统发生故障的特点，利用粗糙集故障诊断理论，设计出针对煤矿供电故障诊断系统。系统能够实时监测供电运行情况，能够根据检测的各项参数情况，及时判断出发生故障的类型、故障产生的原因，并给出相应解决方案。本诊断故障的系统是在线实时监测的诊断，因此，系统为煤矿电力供电工作人员提供了最大便利，为煤矿的供电安全运行，提供了技术保障。