矿井高压电网故障定位系统研究

论文摘要

随着矿井自动化的推进,配电网络的稳定安全运行对煤矿的安全、高效的生产起着至关重要的作用。现代煤矿配备大量机电设备,井下变电所馈出线路多且线路较长,形成了复杂的高压供电系统,单相接地故障和短路故障频发。目前,大多数煤矿都没有安装故障定位系统,配电网故障定位仍然主要依靠人工巡线的方式,不仅浪费时间,而且存在一定的盲目性,难以保证供电系统的安全稳定运行。论文通过煤矿配电网络的结构分析,构建了系统的数学模型,并对故障定位算法进行研究,研制了一套适合煤矿配电网络的图论法智能定位算法。系统采用故障点探测法的基本理念,以无线传感网络(WSN)技术为基础,结合地面高速数据采集系统,并通过MCGS组态软件、MATLAB、数据库等上位机软件的设计,实现了故障点的精确定位和矿井配电网运行情况的实时显示、报警等功能。这种故障定位方法克服了阻抗法、行波法得到的故障点距离为检测点相对距离,不适用于支路繁多、结构复杂的矿井配电网络的缺点。论文采用了21世纪新技术——无线传感网络技术(WSN)为基础,利用先进的通信技术和接口原理,解决了无线通信网络碰撞、隐藏节点及MCGS组态软件与基站(MSP430单片机)的通信问题。在软件上,以MCGS组态软件和MATALAB软件为核心,利用成熟的软件接口技术,采用取长补短的设计理念,使系统不仅具有友好的监控界面,而且具有强大的计算功能和灵活性,为复杂算法的实现提供了一个很好的平台。另外根据系统设计的需要,本文与淄博元星电子有限公司一起,利用先进的检测原理和通信技术,研制一套矿用无线故障指示器,故障指示器按照标准化通信接口和本安外壳设计,不仅应用于本系统,而且成功投入了市场。系统在济宁某煤矿进行了具体的实施,达到了预期的效果和目的,具有很好的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义和目的
• 1.2 故障定位方法研究现状
• 1.2.1 故障测距法
• 1.2.2 信号注入法
• 1.2.3 故障点探测法
• 1.3 配电网故障定位方法展望
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 无线传感网络技术概述
• 2.1 无线传感网络的定义
• 2.2 无线传感网络的研究历史和发展
• 2.3 无线传感网络的体系结构
• 2.3.1 无线传感器网络结构分类
• 2.3.2 无线传感网络节点结构
• 2.3.3 无线传感网路基站结构
• 2.4 无线传感网络的特点
• 2.5 本章小结
• 3 配电网拓扑结构描述和故障定位算法
• 3.1 配电网拓扑结构描述
• 3.1.1 基本定义
• 3.1.2 配电网与图的对应
• 3.2 配电网区域拓扑描述矩阵
• 3.2.1 区域的定义
• 3.2.2 区域的判断
• 3.2.3 区域拓扑描述矩阵
• 3.3 故障区域的简单算法
• 3.3.1 区域故障信息矩阵
• 3.3.2 故障区域的简单算法
• 3.4 本章小结
• 4 矿井高压电网故障定位系统算法研究
• 4.1 矿井配电网及拓扑结构研究
• 4.2 配电网区域划分及故障定位算法研究
• 4.2.1 配电网区域拓扑描述矩阵分解
• 4.2.2 故障定位算法研究
• 4.3 本章小结
• 5 矿井高压电网故障定位系统设计与实现
• 5.1 矿井高压电网故障定位系统功能概述
• 5.2 系统硬件设计
• 5.3 无线传感网络设计
• 5.3.1 无线传感网络结构设计
• 5.3.2 无线传感网络软件设计
• 5.3.3 无线传感网络无线通信基站与节点结构
• 5.4 矿用无线故障指示器设计
• 5.4.1 矿用无线故障指示器结构设计
• 5.4.2 无线收发模块设计
• 5.4.3 微处理器模块与相应电路设计
• 5.4.4 传感器模块电路介绍
• 5.5 本章小结
• 6 故障定位软件设计
• 6.1 软件设计整体构架
• 6.2 MCGS 组态软件程序设计
• 6.2.1 MCGS 软件系统介绍
• 6.2.2 无线传感网络接口构件设置
• 6.2.3 数据DDE 连接设置
• 6.2.4 系统监控画面设计
• 6.3 Visual Basic 程序设计
• 6.4 MATLAB 软件设计
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文