煤礦采區(qū)供電系統(tǒng)關(guān)鍵元件故障的診斷研究

李玉紅

（山西朔州山陰蘭花口前煤業(yè)有限公司， 山西 朔州 036900）

引言

礦井工作面里所有電氣設(shè)備的供電均由采區(qū)變電所提供，采區(qū)移動(dòng)變壓器將高壓電降壓后，再將其傳輸給負(fù)載。采區(qū)變電所給掘進(jìn)、采煤、排水、運(yùn)輸設(shè)備提供用電，因?yàn)檫@些負(fù)載分布不一，又長期處在煤塵、瓦斯等復(fù)雜工況下，礦井地質(zhì)環(huán)境惡劣，造成供電系統(tǒng)無法穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，采區(qū)變壓器、設(shè)備、供電系統(tǒng)電路等會(huì)經(jīng)常有故障發(fā)生，會(huì)對(duì)煤礦正常生產(chǎn)造成不良影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生瓦斯超限事故，并且發(fā)生人員傷亡事故[4]。目前煤礦因配備較多自動(dòng)裝置，自動(dòng)化程度高，所以，礦井供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要及時(shí)從調(diào)度中心接收到的報(bào)警信息、故障信息與斷路器動(dòng)作信息中識(shí)別供電系統(tǒng)故障是十分困難的，會(huì)對(duì)煤礦正常生產(chǎn)造成不良影響，且故障元件維修與更換的不及時(shí)，會(huì)造成安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，需要對(duì)供電系統(tǒng)關(guān)鍵元件診斷系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵部件的故障診斷機(jī)理

診斷器檢測(cè)電氣元件的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取與處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)與正常工作的信號(hào)不一致時(shí)，立即對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行甄別。如果診斷是異常狀態(tài)，終端設(shè)備上就會(huì)顯示需進(jìn)行維修，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的故障診斷，見圖1。

圖1 系統(tǒng)關(guān)鍵部件的故障診斷機(jī)理

通常使用DSP 芯片對(duì)供電系統(tǒng)的元件進(jìn)行故障診斷。經(jīng)第一變換后的系統(tǒng)電流與電壓，再經(jīng)隔離、變換與低頻濾波，A/D 轉(zhuǎn)換器會(huì)接收到該信號(hào)，最后DSP 芯片會(huì)接收到經(jīng)相變獲得的數(shù)字信號(hào)。對(duì)真空斷路器里的各路信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，使用濾波調(diào)節(jié)器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，再將信號(hào)傳至DSP 芯片，線路里的電流信號(hào)與電壓信號(hào)也要傳至DSP 芯片，將工作正常的關(guān)鍵部件和相關(guān)技術(shù)參數(shù)結(jié)合起來，芯片對(duì)其進(jìn)行判斷，這個(gè)過程就是供電系統(tǒng)部件的故障診斷機(jī)制。該方法擁有使用方便、效率高、易操作、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

2 關(guān)鍵部件故障的診斷

2.1 線路元件故障的診斷

表1 是以采區(qū)供電系統(tǒng)線路元件L1 的診斷實(shí)例列出的L1 保護(hù)名稱和其配套斷路器。

表1 元件L1 保護(hù)名稱與配套斷路器

依據(jù)線路元件故障診斷的模型，DSP 芯片可以對(duì)線路故障進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，并及時(shí)切斷線路。如果短路發(fā)生在線路L1 中，如下數(shù)字信號(hào)會(huì)被DSP 芯片識(shí)別：

式中：L1 是線路元件名；M0 是線路元件的故障；CB1、CB2 是斷路名稱。

依據(jù)線路元件L1 故障診斷的模型，DSP 芯片對(duì)線路故障進(jìn)行分析判斷，判斷L1 是故障態(tài)，并且進(jìn)行故障報(bào)警。主保護(hù)RL1A 執(zhí)行動(dòng)作，保護(hù)器執(zhí)行指令，CB1 跳閘進(jìn)而切除掉故障。線路L1 為雙保險(xiǎn)，即斷路器CB2 也跳閘。下頁表2 是線路元件L1的診斷結(jié)果。

2.2 母線元件故障的診斷

該元件診斷機(jī)理和線路元件的診斷大致相同。即依據(jù)元件故障診斷的模型，DSP 芯片對(duì)線路故障進(jìn)行精準(zhǔn)判斷后，使斷路器執(zhí)行對(duì)應(yīng)保護(hù)動(dòng)作。

分析采區(qū)母線故障診斷后，發(fā)現(xiàn)母線有三級(jí)保護(hù)，分別是主保護(hù)、一級(jí)、二級(jí)后備保護(hù)。母線與線路元件的數(shù)字信號(hào)雖然不太一樣，但是斷路器的執(zhí)行動(dòng)作是一樣的。診斷器檢測(cè)元件的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取與處理，如果診斷是異常狀態(tài)，則主保護(hù)執(zhí)行動(dòng)作，并且斷路器對(duì)故障進(jìn)行切除。

表2 L1 線路元件診斷結(jié)果

2.3 變壓器故障的診斷

采區(qū)變壓器采取的是油浸的方式，在CH4、H2、C2H2、C2H6這5 種氣體里溶解。評(píng)判診斷變壓器工作的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是各個(gè)氣體所占百分比。變壓器輸出層數(shù)據(jù)是高溫過熱、氣體含量、中低溫過熱、低能量放電與高能量放電這五大類。經(jīng)DSP 芯片分析判斷后，則輸出0 或1 以區(qū)分故障類型。若輸出是1，則表示采區(qū)變壓器發(fā)生過此類故障，若輸出是0，就表示為其他故障。中樞處理系統(tǒng)會(huì)對(duì)各個(gè)類別的數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，越接近某個(gè)數(shù)，就表示是該故障的可能性越大。

如果變壓器出現(xiàn)過熱故障，不管是低溫還是高溫過熱，診斷器都只會(huì)輸出大于0 的值，并且低能量與高能量放電也只會(huì)輸出大于0 的值，因兩種過熱現(xiàn)象與兩種放電現(xiàn)象不會(huì)同時(shí)發(fā)生，但會(huì)同時(shí)發(fā)生放電與過熱這兩種情況，也會(huì)出現(xiàn)輸出大于0 的值。

3 工程實(shí)踐

由變壓器、線路、饋出負(fù)荷以及母線順序連接形成了口前煤礦供電系統(tǒng)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一采區(qū)的供電系統(tǒng)相關(guān)故障進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證故障診斷方法的效果。

3.1 線路元件故障的診斷實(shí)踐

線路L1 的短路故障被監(jiān)測(cè)到之后，會(huì)馬上作出響應(yīng)，主保護(hù)RL1A 開始動(dòng)作，斷路器CB1 接收到跳閘指令后進(jìn)行動(dòng)作，此時(shí)該故障就會(huì)反饋到終端，負(fù)責(zé)檢修的技術(shù)人員會(huì)對(duì)該線路進(jìn)行斷電整修；線路L2 的短路故障被監(jiān)測(cè)到之后，主保護(hù)RL1B 立即執(zhí)行動(dòng)作，斷路器CB2 不動(dòng)作，一級(jí)后備保護(hù)RL1C 對(duì)故障進(jìn)行切除。

3.2 母線元件故障的診斷實(shí)踐

母線L0 短路被診斷器檢測(cè)到，DSP 芯片啟動(dòng)，主保護(hù)R 被控制級(jí)命令動(dòng)作，一級(jí)后備保護(hù)RB0啟動(dòng)，斷路器CB0 不動(dòng)，為切除故障，斷路器RCB0斷開，并將母線L0 發(fā)生短路故障的信息就會(huì)顯示在終端，維修人員看到后立即對(duì)其進(jìn)行整修。

3.3 變壓器故障的診斷實(shí)踐

供電系統(tǒng)工作時(shí)，移動(dòng)變壓器的故障被監(jiān)測(cè)到之后，終端會(huì)顯示數(shù)值1，即表示變壓器出現(xiàn)高溫過熱、氣體含量、高能量與低能量放電、中低溫過熱等故障，然后技術(shù)人員對(duì)這些故障進(jìn)行排查。若數(shù)值是0，技術(shù)人員通過排查確定移動(dòng)變壓器T1 發(fā)生短路，此方法達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，變壓器的故障被診斷器精準(zhǔn)地診斷出。