時間:2012-09-19 16:50:47來源:王乃旭
摘要:煤礦高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一旦發(fā)生故障,這將很難找出故障點(diǎn)。為了解決這個問題,我們提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)故障點(diǎn)的定位系統(tǒng)。實(shí)踐表明,這種定位系統(tǒng),為煤礦安全生產(chǎn)提供了可靠的保證,并有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該項(xiàng)目有廣泛的適用性在煤礦和良好的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞:圖論;無線傳感器網(wǎng)絡(luò);高壓電網(wǎng)
Abstract: The structure of coal mine high voltage grid is complex, once a failure happens, it will be difficult to find out where the failure point is. To solve this problem, we propose a positioning system of grid failure points based on wireless sensor network. The practical result shows that this kind of positioning system provides a reliable guarantee for the coal mine production safety and has a great economic and social benefit. The project has widespread applicability in the coal mine and a good application value.
Key words: graph theory; wireless sensor network; High voltage grid
1.引言
目前配電線路故障定位方法是,首先要確定故障線路,然后沿工人路故障點(diǎn)。隨著配電網(wǎng)的加強(qiáng),該行已變得特別復(fù)雜,使用傳統(tǒng)方法,以確定故障點(diǎn)的具體位置是非常困難的,它會浪費(fèi)多少時間,嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)的煤礦。因此,對配電線路故障定位方法的研究具有十分重要的意義。本文旨在研究煤礦高壓故障定位系統(tǒng)的一個合適的方法。經(jīng)過國內(nèi)和國際分布故障定位技術(shù)的研究,結(jié)合煤礦6kV高壓握的實(shí)際情況,然后我們制定了煤礦高壓電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)。
本文首先構(gòu)建了該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,通過分析煤礦分布網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和故障定位算法研究制定一個基于圖論的智能定位算法。在地面上的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)的使用可以很容易地得到故障信息。MCGS組態(tài)軟件,Matlab,數(shù)據(jù)庫和其他PC軟件相結(jié)合,該系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)故障的精確定位和煤礦分布網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時顯示,報(bào)警等功能的操作。
2.定位算法
根據(jù)圖論方法的基本原理,分布網(wǎng)絡(luò)的饋線將作為邊,反饋交換機(jī)作為一個頂點(diǎn),因此,我們可以用圖論的方法來建立分布網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的算法。根據(jù)頂點(diǎn)和邊之間的關(guān)系,有許多方法來描述一個矩陣。在這里,我們剛剛推出鄰接矩陣和相關(guān)矩陣的描述方法。
2.1鄰接矩陣
圖G(V,E)的節(jié)點(diǎn),如v1,v2,...,vn,這N個節(jié)點(diǎn)的分布網(wǎng)絡(luò),我們可以判斷行列的分銷網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣An×n至節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。如果存在邊緣節(jié)點(diǎn)之間,Aij= Aji= 1,否則Aij= Aji= 0。
2.2相關(guān)矩陣
相關(guān)矩陣的描述方法是由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和邊之間的關(guān)系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定的。圖G(V,E)有n個節(jié)點(diǎn):V ={v1,v2,...vn}和m條邊E ={e1,e2,......em}。如果該節(jié)點(diǎn)與邊連接,則Aij= Aji= 1,否則Aij= Aji=0。
2.3區(qū)域相關(guān)性矩陣
由于配電網(wǎng)絡(luò)反饋線路數(shù)量非常大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)往往具有很高的維數(shù),如果我們直接使用的鄰接矩陣描述方法和相關(guān)矩陣描述方法,這將是難以計(jì)算的,所以我們需要簡化的拓?fù)涿枋鼍仃?,然后提出區(qū)域拓?fù)涿枋鼍仃嚨母拍?,使用區(qū)域拓?fù)涿枋鼍仃嚪治?,信息處理,將大大簡化。根?jù)節(jié)點(diǎn)故障的特點(diǎn),我們使用一個新的節(jié)點(diǎn)代表整個區(qū)域的信息,只要區(qū)域內(nèi)的一個節(jié)點(diǎn)故障就代表區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)有故障。區(qū)域Zi(vi,vj,...... vm)是vi子節(jié)點(diǎn)父節(jié)點(diǎn)。假設(shè)可以把分布網(wǎng)絡(luò)分解成m個地區(qū),我們可以建立一個區(qū)域的相關(guān)性矩陣Q(qij)M×M。矩陣的所有對角線元素等于零,如qij= 0。分析兩個連接的區(qū)域Zi(vi,vj,...... vn)和Zj(vi,vj,...... vn),如果父節(jié)點(diǎn)Zi的vli和另一個父節(jié)點(diǎn)Zj的vmj相連接,則qij= 1,否則qij=0。
我們通過上面的介紹,區(qū)域拓?fù)渚仃噷?shí)現(xiàn)區(qū)域劃分,并通過分析,只要區(qū)域內(nèi)的子節(jié)點(diǎn)有故障,它的父節(jié)點(diǎn)也一定有故障,如該子地區(qū)Zi(vi,vj,...... vn)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)有故障,我們會相信Zi是故障地區(qū),如果沒有故障,我們認(rèn)為該地區(qū)是正常的。確定故障信息矩陣GD:
我們可以通過區(qū)域故障信息矩陣和地區(qū)的相關(guān)矩陣DP故障來識別
故障DP標(biāo)準(zhǔn):(1)dii=1(2)如果dji = 1,djj = 0,那么我們可以看到,故障發(fā)生在Zi地區(qū)或反饋線Zi和Zj之間。如果v1 = v2 =......=vn =0,故障出現(xiàn)在反饋線上。如果其中一個等于1,故障發(fā)生在Zi地區(qū)。
2.4算法
中央變電站位于255米的地下其中有三個電源線來自地面,有防爆高壓開關(guān)。我們安裝了21個無線傳感器,一旦發(fā)生故障,它們將得到和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連接的基站發(fā)送的信息。圖1中央變電站的數(shù)字。 “20”和“21”是兩個觸點(diǎn)開關(guān)。用IPC軟件,我們可以通過上述方法找到哪條線路出現(xiàn)故障。
圖1中央變電站
3.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
煤礦高壓電源線故障定位系統(tǒng)組件如圖2所示。該系統(tǒng)采用最新技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的故障狀態(tài)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用于獲得整條線的信息,當(dāng)線路短路,故障信息將被發(fā)送到該基站。基站編碼信號,并把它發(fā)送到地面上的主站。主站的計(jì)算機(jī)上安裝的判斷軟件可以判斷故障的位置。
3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是適合部署在這樣一個環(huán)境惡劣,高風(fēng)險區(qū)的煤礦。圖2所示 工作原理圖
圖2系統(tǒng)示意圖
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝的電纜線,檢測線的運(yùn)行狀況。一旦線路短路,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會迅速捕捉到故障信號,將信號發(fā)送到安裝在節(jié)點(diǎn)附近的基站。
節(jié)點(diǎn)主要有兩部分,檢測部分和無線通信部分。節(jié)點(diǎn)使用MSP430 MCU F2132微控制器核心。 MSP430單片機(jī)的使用16位RISC處理器作為核心,可以執(zhí)行的指令只有一個周期,與其他類型的微控制器相比,具有更強(qiáng)的處理能力和運(yùn)行速度,某些類型MSP430單片機(jī)內(nèi)部還設(shè)立了一個硬件乘法器, DMA等功能,可以完成由DSP完成的任務(wù)。
礦井無線故障指示器的設(shè)計(jì)如圖3所示,傳感器的主要部件是:MCU(微控制器),無線通信模塊,電源模塊。
圖3礦井無線故障指示器
3.2高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖4所示。它采用插件的箱體結(jié)構(gòu),模塊化設(shè)計(jì),包括高速數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng),數(shù)據(jù)存儲和傳輸,數(shù)據(jù)分析和處理三部分組成。
圖4高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件:設(shè)備訪問電流互感器(CT)。行波分量將通過濾波電路提取,由A / D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 FPGA控制模塊控制數(shù)據(jù)存儲在緩存中,一旦滿足啟動條件,記錄故障的觸發(fā)點(diǎn),并存儲在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)將被傳遞到故障記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊:保存到CF卡和SD卡,收集的數(shù)據(jù)采集部分的功率損耗,即使掉電數(shù)據(jù)也不會丟失。數(shù)據(jù)分析和處理: ETX嵌入式計(jì)算機(jī)模塊自動分析文件,完成數(shù)據(jù)顯示,打印,鍵盤控制等。
3.3地面監(jiān)測站的主要
通過上述分析和計(jì)算,礦井6KV高壓電源故障定位系統(tǒng)的實(shí)施,需要建立一個準(zhǔn)確的分布網(wǎng)絡(luò)和故障識別矩陣的數(shù)學(xué)模型,并混合了廣泛的信息。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,軟件的設(shè)計(jì)成為成功的關(guān)鍵,因此,我們設(shè)計(jì)了故障信息處理和精確定位的軟件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
雖然配置的軟件有一個功能強(qiáng)大的人機(jī)界面和通訊功能,在數(shù)值計(jì)算和分析,似乎是不夠的。 MATLAB是一個優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算,算法開發(fā),系統(tǒng)仿真軟件,可以很容易地計(jì)算和編程,但并不方便的人機(jī)界面設(shè)計(jì),它不提供計(jì)算機(jī)硬件接口,端口無法操作。我們結(jié)合他們的優(yōu)勢。
當(dāng)程序運(yùn)行時,MCGS的出口DDE方式收集到的數(shù)據(jù)故障, Visual Basic處理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲得的故障數(shù)據(jù),然后傳送到MATLAB函數(shù)做計(jì)算,最后Visual Basic從MATLAB軟件得到結(jié)果,并在MCGS中顯示。
圖5軟件結(jié)構(gòu)
4.小結(jié)
煤礦6kV的高電壓握故障定位系統(tǒng)的投資,我們可以實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控,以地下的高壓電網(wǎng),這可避免事故的發(fā)生,確保煤礦生產(chǎn)過程中的安全性,它具有大的安全意識。該系統(tǒng)將減少人員所涉及的因素,節(jié)省人員成本,提高勞動效率,確保煤礦安全。該項(xiàng)目有廣泛的適用性在煤礦和良好的應(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
1.劉小林 飛機(jī)電纜故障定位系統(tǒng)基于最小二乘解原理[J]中國通信和計(jì)算機(jī)80-83(2010)
2.鄭娜,趙榆林基于行波的輸電線路故障定位方法[J]東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)79-81(2007)
3.張永建 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的松散煤體中氧氣的濃度和溫度分布的預(yù)測[J]采礦科學(xué)與技術(shù)216-219(2009)
4.李新 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)定位算法的研究[J]中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(2008)
5.張文斌 adhoc網(wǎng)絡(luò)模型的隱層節(jié)點(diǎn)的影響[J]哈爾濱工業(yè)大學(xué),66-70(2009)
標(biāo)簽:
中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。
相關(guān)資訊