無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)視角下井下漏電保護(hù)系統(tǒng)分析

唐世強(qiáng)，唐翔，楊軒

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)視角下井下漏電保護(hù)系統(tǒng)分析

唐世強(qiáng)1，唐翔2，楊軒1

（1.安徽理工大學(xué)電氣學(xué)院，安徽淮南，232000） （2.徐州工程學(xué)院信電工程學(xué)院，江蘇徐州，2211111）

漏電事故可引發(fā)煤礦井下電路相間短路、人身觸電、礦井火災(zāi)甚至爆炸等事故，是范圍廣、發(fā)生率高且危害極大的煤礦井下電力系統(tǒng)故障。因此相關(guān)企業(yè)與單位應(yīng)對煤礦設(shè)備故障進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。基于此，筆者將從煤礦配電系統(tǒng)三級防護(hù)網(wǎng)絡(luò)切入，闡述以無限網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的漏電保護(hù)系統(tǒng)以及傳統(tǒng)選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)勢與劣勢，并通過研究總線和分支線路漏電防護(hù)技術(shù)的原理、實施方案提出從軟件和硬件兩個方面解決漏電事故的策略。

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；井下漏電；保護(hù)系統(tǒng)

1 引言

傳統(tǒng)漏電保護(hù)系統(tǒng)與基于無線網(wǎng)的漏電保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)對比

有線傳輸是以往漏電保護(hù)系統(tǒng)傳輸信息的主要形式，對線路的依賴性比較高，而線路布置不僅繁瑣，組網(wǎng)靈活性差，其受損率也比較高，所以在鋪設(shè)方面限制性較大、整體覆蓋范圍較小。若想解決上述問題，近些年來發(fā)展迅速的近距離無線傳輸技術(shù)會是突破口。以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)可擴(kuò)大井下范圍的覆蓋范圍，組網(wǎng)方式也有更多選擇性，而且還能確保支路的連通與信號傳輸，如此一來不僅可精準(zhǔn)定位漏電故障的位置，還可降低傳輸設(shè)備的損傷率。此外，無線傳輸技術(shù)如ZigBee還具有成本低、抗干擾性好、系統(tǒng)功耗低等優(yōu)勢，可勝任傳輸、收集線路零序電壓/電流信號的工作，適用于煤礦井下作業(yè)。[1]

2 煤礦井下漏電故障檢測方法

2.1 總線漏電防護(hù)技術(shù)

總線變壓器的后面有一個總饋電開關(guān)，當(dāng)支路漏電保護(hù)失效時，這個開關(guān)可作為備用方案對主干路的線路進(jìn)行保護(hù)，因此，總饋電開關(guān)也叫主防護(hù)。這種防護(hù)技術(shù)的原理是通過直流電源檢測法對總饋電開關(guān)出的電壓U2數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)線路發(fā)生漏電事故時，線路電阻值就會變化，進(jìn)而電壓數(shù)據(jù)也發(fā)生變化，相關(guān)技術(shù)人員可通過此法來判斷電路是否完好。

2.2 分支線路漏電防護(hù)技術(shù)

零序電流方向法是現(xiàn)階段分支線路選擇性漏電保護(hù)比較常見的一種方法，其中，電流檢測和零序電壓是該方法開展的基礎(chǔ)。例如ZCT1、ZCT2、ZCT3是安置在某個井下供電網(wǎng)絡(luò)中多條分支線路起始端的零序電流互感器。如果某支電路發(fā)生漏電事故，故障支路的零序電流再流向母線前經(jīng)過對地電容和電阻后直接從故障點(diǎn)回到故障支路本身，而后流線母線；而非故障支路的零序電流與其流向相反，它先流入母線方向，在經(jīng)過對地電容和電阻后流入大地，最后匯集道漏電故障點(diǎn)并進(jìn)入故障支路。另外，除了零序電流相位方向不同外，電流總和也不同，非支路零序電流小于故障支路的電流，且前者電流的總和數(shù)據(jù)等于后者電流的數(shù)據(jù)。此外，故障支路的零序電壓和母線中的零序電壓的相位是相反的，前者是相位滯后90°，后者是超前90°?？傮w來說，只要出現(xiàn)上述情況就可斷定出現(xiàn)了故障線路。[2-3]

3 以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的漏電保護(hù)硬件設(shè)計

無線信號傳輸模塊、信號采集、協(xié)調(diào)器模塊、上機(jī)位是以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的漏電保護(hù)硬件設(shè)計的主要組成硬件，結(jié)構(gòu)如圖4所示。信號采集模塊收集電流和零序電壓時主要通過傳感器進(jìn)行。被采集的信號被送入CC2530芯片之前還要經(jīng)過濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換等處理。通常，每隔一段時間，母線上的零序電壓傳感器就會采集并發(fā)送相應(yīng)的信號，但CC2530芯片和支路零序電流采集模塊只有在特定情況下才會啟動，即電壓信號處于設(shè)定范圍時不會觸發(fā)CC2530芯片，同時其他支路零序電流采集模塊也會處于休眠狀態(tài)。而CC2530芯片被觸發(fā)后會分析所有的信號，當(dāng)線路發(fā)生故障，器控制相應(yīng)支路的繼電器就會被觸發(fā)并對饋電開關(guān)進(jìn)行控制，與此同時，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)會收到無線信號傳輸Zigbee模塊傳輸過來的故障信息，最后通過RS485總線讓工作人員能夠根據(jù)上機(jī)位最后收集并展示的信息來了解線路故障的情況并及時進(jìn)行故障處理。

4 以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的漏電保護(hù)軟件設(shè)計

軟件同系統(tǒng)硬件共同工作才能讓漏電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮更大的效用。在以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的漏電保護(hù)軟件設(shè)計中，軟件部分主要分為三個程序：協(xié)調(diào)器控制程序、信號收集程序和傳輸程序。信號收集、傳輸程序就是傳輸、收集信號，而協(xié)調(diào)器控制程序的功能是應(yīng)答請求加入網(wǎng)絡(luò)的信號并委屈進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址分配，同時還要向上機(jī)位發(fā)送所有節(jié)點(diǎn)傳輸過來的數(shù)據(jù)。

軟件程序運(yùn)行時，Zigbee網(wǎng)絡(luò)的信號會請求進(jìn)入處理器，信號進(jìn)入后控制器開始運(yùn)作:母線上的零序電壓傳感器會接到測量任務(wù)，根據(jù)設(shè)定時長對零序電壓進(jìn)行間隔測量并將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。最后漏電保護(hù)處理器根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)判定是否觸發(fā)警報。[4-5]

5 結(jié)束語

綜上所述，井下電纜漏電故事發(fā)生率高、發(fā)生點(diǎn)多，危害性大，會對企業(yè)生產(chǎn)造成一系列的不利影響?；跓o線網(wǎng)絡(luò)的選擇性漏電保護(hù)技術(shù)能夠很好地檢測漏電事故的發(fā)生位置與時間，讓工作人員能及時做出處理，在降低事故危害性、影響性，讓煤礦能夠發(fā)揮出更多價值，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1] 王新,王文龍.基于VMD的井下變頻系統(tǒng)漏電保護(hù)誤動研究[J].測控技術(shù),2018,37(11):97-102.

[2] 沈亞兵.煤礦井下低壓供電系統(tǒng)漏電保護(hù)研究[J].機(jī)電工程技術(shù),2018,47(7):75-76,199.

[3] 牟龍華，孟慶海，劉建華．可通信式智能選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng)的研究［J］．電工技術(shù)學(xué)報，2003，18( 1) : 82-86．

[4] 宋文,王兵,周應(yīng)賓,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2007.

[5] 米啟超, 趙紅梅. 煤礦井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)研究. 煤礦機(jī)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

唐世強(qiáng)（1994-），男，安徽合肥人，安徽理工大學(xué)碩士在讀，主要研究方向：繼電保護(hù)。Email：zgbjyy1234@126.com