CN102545175B - 一种基于无线射频网络的井下防越级系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线射频网络的井下防越级系统，包括微机综合保护装置和通信服务器，微机综合保护装置和通信服务器的组网方式为通过无线射频结合光纤组网，基于无线射频网络的井下防越级系统的系统参数自动生成，系统参数通过以太网下装。本发明解决的技术问题在于井下配电系统上下级继电保护电流定值不易配合造成的越级跳闸问题。通过本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统，通过系统参数的自动配置以及微机综合保护装置设置的闭锁关系，有效地防止了井下配电系统的过载越级跳闸，保证了井下系统运行的安全性和稳定性，降低了井下施工的难度，保证了井下施工人员的安全。

Description

一种基于无线射频网络的井下防越级系统
技术领域
    本发明涉及一种煤矿井下电路安全系统，特别是一种基于无线射频网络的井下防越级系统。
背景技术
在煤矿井下供电系统中，由于供电系统的各级线路距离都较短，当末端发生故障后，各段故障后，各段故障电流幅值相差较小，在发生短路故障时，有很大的可能会出现短路电流超过故障点上方两级甚至三级断路器的瞬间整定值，使速断保护同时进入瞬动状态，从而可能发生无选择性的越级跳闸现象。甚至引起地面的6KV或者10KV下井线缆开关跳闸现象，有可能造成井下大面积停电，严重时能够引起井下瓦斯急剧积聚，直接威胁和影响矿井生产以及井下矿工的人身安全。发生短路短延时故障时，故障点上方的配电系统在短延时期间不可避免将受到短路电流的冲击，而鉴于井下供电系统的层级复杂，同时为了提高操作的安全性，采用区域性的闭锁保护是很有必要的。
煤矿供电系统的网络结构为辐射型配电网络，线路短，上下级保护电流定值无法配合，存在越级跳闸问题。现有的防越级跳闸系统采用通讯的方式实现下级保护对上级保护的闭锁，常用的通讯方式有CAN网通讯和光纤通讯。光纤通讯的通讯速率、稳定性、可靠性都高于CAN网通讯，现在主流的防越级跳闸系统采取光纤通讯的方式来实现。
煤矿井下供电系统的供电网络对于设备有防爆和煤安的要求，因此防越级系统的保护装置、通讯装置都必须装设在防爆柜体内。线缆的铺设，光纤的熔接、接线都必须在井下完成。受现场条件的限制，有些现场甚至要求在井下柜体内带电进行光纤的熔接、接线工作，不仅不安全，而且施工难度很大。井下的采掘面会不断推进，对应的保护柜必须是可移动的，而光纤在井下如果随移动柜一起移动，则不但必须预留足够的长度，而且移动中容易受到损坏而导致通讯失败。 
防越级跳闸系统的闭锁级数众多，闭锁关系复杂，现场参数往往需要工程人员下井在装置上整定。而工程人员的技术水平参差不齐，甚至有时候粗心，都会导致参数整错，从而影响整个防越级跳闸系统的闭锁关系。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于无线射频网络的井下防越级系统，通过系统参数的自动配置以及微机综合保护装置设置的区域闭锁关系，降低了系统设置的操作难度和提高了系统的稳定性和安全性，有效地防止了井下配电系统的过载越级跳闸，保证了井下系统运行的安全性和稳定性，降低了井下施工的难度，保证了井下施工人员的安全。
本发明公开了一种基于无线射频网络的井下防越级系统，包括微机综合保护装置和通信服务器，微机综合保护装置和通信服务器的组网方式为通过无线射频结合光纤组网，基于无线射频网络的井下防越级系统的系统参数自动生成，系统参数通过以太网下装。本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统，通过系统参数的自动配置以及微机综合保护装置设置的区域闭锁关系，避免了矿下供电系统在过载或者短路短延时是越级跳闸的问题，降低了系统设置的操作和设置难度和提高了系统的稳定性和安全性，有效地防止了井下配电系统的过载越级跳闸，保证了井下系统运行的安全性和稳定性，降低了井下施工的难度，保证了井下施工人员的安全，同时采用光纤通信连接和无线连接的方式，避免了有线连接的存在电火花的隐患，同时还简化了井下通讯设备，节约了空间，降低了设备成本和维修排查的难度。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统一种改进，微机综合保护装置：
①具有一组无线射频模块包括一个发送模块和一个接收模块；
②满足电流保护动作条件时通过发送模块发送装置闭锁信号给通信服务器； 
③通过接收模块接收通信服务器的信息；
④收到下一级线路的闭锁信号时电流保护闭锁出口直至超时，其中超时时间为可设置的定值。本改进采用无线射频模块传输信息的微机综合保护装置，有效地避免了光纤连接的布线要求以及传统连接的电火花隐患，提高了系统的安全性以及设备的设置和维护成本，提高了设备布置的灵活性。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统又一种改进，通信服务器：
①具有至少一组包括一个发送模块和一个接收模块的无线射频模块以及至少一组光纤收发模块；
②通过无线射频模块接收微机综合保护装置的信息；
③通过光纤收发模块接收位于不同变电站的下级线路的通信服务器的信息；
④光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过无线射频模块发送给微机综合保护装置；
⑤光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过无线射频模块发送给位于同一变电站上级的通信服务器；
⑥光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器。本改进通过设置包含光纤收发模块和无线射频模块的通信服务器，有选择性地将不同的信息采用相应的传输方式进行选择性的操作，提高了信息的传输效率以及传输信息的安全性，有利于提高系统运行的稳定性和安全性，降低大流量信息传输发生拥塞的可能性，从而在很大程度上保证了井下供电系统以及防越级系统的运行安全。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统又一种改进，组网方式：
①同一个变电站的微机综合保护装置通过无线射频和通信服务器建立连接；
②位于不同变电站的两相邻级线路的通信服务器之间通过光纤连接；
③同一级线路的微机综合保护装置将信息通过无线射频发送给本级线路的通信服务器；
④通信服务器将接收到的信息进行合并；
⑤通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给本级线路的保护装置；
⑥通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给位于同一变电站上级线路的通信服务器；
⑦通信服务器将合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器；
⑧下一级线路的保护装置闭锁上一级线路保护装置，此闭锁关系可通过通信服务器在基于无线射频网络的井下防越级系统中传递。本改进通过在防越级系统中有通信服务器实施信息合并转发处理，提高了信息的处理效率，进而保证了系统运行的稳定性和安全性，有效地保证了井下供电系统以及防越级系统的运行安全，降低了井下作业发生过载断电危险性。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统又一种改进，参数配置方式：
①设计人员绘制出由线路开关构成的系统接线图，由系统接线图自动生成系统组网和闭锁关系配置参数；
②通过以太网将配置参数分别下装到各个微机综合保护装置和通信服务器中；
③微机综合保护装置和通信服务器运行时根据配置参数处理组网方式和闭锁关系。本改进将系统的参数设置和闭锁关系自动设置，有效地避免了人工设置系统参数时，因经验、知识水平或者细心程度的差距而导致参数设置错误而发生系统运行不稳定，提高了系统运行和设置的安全稳定性，有效地保证了井下供电系统以及防越级系统的运行安全。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统，通过系统参数的自动配置以及微机综合保护装置设置的区域闭锁关系，避免了矿下供电系统在过载或者短路短延时是越级跳闸的问题，降低了系统设置的操作和设置难度和提高了系统的稳定性和安全性，有效地防止了井下配电系统的过载越级跳闸，保证了井下系统运行的安全性和稳定性，降低了井下施工的难度，保证了井下施工人员的安全，同时采用光纤通信连接和无线连接的方式，避免了有线连接的存在电火花的隐患，同时还简化了井下通讯设备，节约了空间，降低了设备成本和维修排查的难度，具有使用安全，系统稳定，结构简单，性价比高和功能强的优点。
附图说明
图1、本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统的微机综合保护装置的保护流程图；
图2、本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统的一种实施例的系统图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1和图2所示，本发明公开了一种基于无线射频网络的井下防越级系统，包括微机综合保护装置和通信服务器，微机综合保护装置和通信服务器的组网方式为通过无线射频结合光纤组网，基于无线射频网络的井下防越级系统的系统参数自动生成，系统参数通过以太网下装。本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统，通过系统参数的自动配置以及微机综合保护装置设置的区域闭锁关系，避免了矿下供电系统在过载或者短路短延时是越级跳闸的问题，降低了系统设置的操作和设置难度和提高了系统的稳定性和安全性，有效地防止了井下配电系统的过载越级跳闸，保证了井下系统运行的安全性和稳定性，降低了井下施工的难度，保证了井下施工人员的安全，同时采用光纤通信连接和无线连接的方式，避免了有线连接的存在电火花的隐患，同时还简化了井下通讯设备，节约了空间，降低了设备成本和维修排查的难度。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统一种改进，微机综合保护装置：
①具有一组无线射频模块包括一个发送模块和一个接收模块；
②满足电流保护动作条件时通过发送模块发送装置闭锁信号给通信服务器； 
③通过接收模块接收通信服务器的信息；
④收到下一级线路的闭锁信号时电流保护闭锁出口直至超时，其中超时时间为可设置的定值。本改进采用无线射频模块传输信息的微机综合保护装置，有效地避免了光纤连接的布线要求以及传统连接的电火花隐患，提高了系统的安全性以及设备的设置和维护成本，提高了设备布置的灵活性。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统又一种改进，通信服务器：
①具有至少一组包括一个发送模块和一个接收模块的无线射频模块以及至少一组光纤收发模块；
②通过无线射频模块接收微机综合保护装置的信息；
③通过光纤收发模块接收位于不同变电站的下级线路的通信服务器的信息；
④光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过无线射频模块发送给微机综合保护装置；
⑤光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过无线射频模块发送给位于同一变电站上级的通信服务器；
⑥光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器。本改进通过设置包含光纤收发模块和无线射频模块的通信服务器，有选择性地将不同的信息采用相应的传输方式进行选择性的操作，提高了信息的传输效率以及传输信息的安全性，有利于提高系统运行的稳定性和安全性，降低大流量信息传输发生拥塞的可能性，从而在很大程度上保证了井下供电系统以及防越级系统的运行安全。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统又一种改进，组网方式：
①同一个变电站的微机综合保护装置通过无线射频和通信服务器建立连接；
②位于不同变电站的两相邻级线路的通信服务器之间通过光纤连接；
③同一级线路的微机综合保护装置将信息通过无线射频发送给本级线路的通信服务器；
④通信服务器将接收到的信息进行合并；
⑤通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给本级线路的保护装置；
⑥通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给位于同一变电站上级线路的通信服务器；
⑦通信服务器将合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器；
⑧下一级线路的保护装置闭锁上一级线路保护装置，此闭锁关系可通过通信服务器在基于无线射频网络的井下防越级系统中传递。本改进通过在防越级系统中有通信服务器实施信息合并转发处理，提高了信息的处理效率，进而保证了系统运行的稳定性和安全性，有效地保证了井下供电系统以及防越级系统的运行安全，降低了井下作业发生过载断电危险性。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统又一种改进，参数配置方式：
①设计人员绘制出由线路开关构成的系统接线图，由系统接线图自动生成系统组网和闭锁关系配置参数；
②通过以太网将配置参数分别下装到各个微机综合保护装置和通信服务器中；
③微机综合保护装置和通信服务器运行时根据配置参数处理组网方式和闭锁关系。本改进将系统的参数设置和闭锁关系自动设置，有效地避免了人工设置系统参数时，因经验、知识水平或者细心程度的差距而导致参数设置错误而发生系统运行不稳定，提高了系统运行和设置的安全稳定性，有效地保证了井下供电系统以及防越级系统的运行安全。
本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统，通过系统参数的自动配置以及微机综合保护装置设置的区域闭锁关系，避免了矿下供电系统在过载或者短路短延时是越级跳闸的问题，降低了系统设置的操作和设置难度和提高了系统的稳定性和安全性，有效地防止了井下配电系统的过载越级跳闸，保证了井下系统运行的安全性和稳定性，降低了井下施工的难度，保证了井下施工人员的安全，同时采用光纤通信连接和无线连接的方式，避免了有线连接的存在电火花的隐患，同时还简化了井下通讯设备，节约了空间，降低了设备成本和维修排查的难度，具有使用安全，系统稳定，结构简单，性价比高和功能强的优点。
井下防越级系统要求上下级微机综合保护装置之间实现信息交换，下级微机综合保护装置动作时闭锁上一级微机综合保护装置，现有井下防越级系统一般采用光纤实现装置之间的通讯。井下的配电网络对装置有防爆和煤安的要求，微机综合保护装置和通讯装置必须安装在防爆柜体内，这使得井下光纤的熔接、接线非常麻烦；由于安全的要求（停电易导致瓦斯超标），对老站进行改造的时候，有时候会要求在带电的防爆柜体内进行操作，既不安全且施工困难；井下的采掘面会不断推进，对应的保护柜必须是可移动的，而光纤在井下如果随移动柜一起移动，则不但必须预留足够的长度，而且移动中容易受到损坏而导致通讯失败。
基于以上因素，本发明实现了基于无线射频网络的井下防越级系统。
微机综合保护装置具有一个无线射频模块。当保护动作时，通过无线射频发出保护闭锁信号，以此闭锁上级线路的电流保护；当通过无线射频模块收到下级线路的保护闭锁信号时，瞬时闭锁电流保护。这样就实现了电流保护的防越级跳闸功能。
通信服务器具有多个无线射频模块和光纤收发模块。无线射频模块接收下级微机综合保护装置发送的信息，光纤收发模块接收位于不同变电站的下级线路的通信服务器发送的信息。通信服务器将接收到的信息进行合并，通过无线射频发送给本级线路的微机综合保护装置，并通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器。这样就实现了闭锁信号的传递。
防越级跳闸系统的来源是接线图中线路开关的连接关系。自动生成系统配置参数的原理是：a、一个变电站内的通信服务器的数目由变电站内的微机综合保护装置个数决定。假设微机综合保护装置个数为M，通信服务器的无线模块组数为N，则该变电站需要的通信服务器的个数为M/(N-1)，N-1组无线模块用来连接微机综合保护装置，剩余一个口出来用作站内服务器间的级联；b、微机综合保护装置的功能包括出线、进线和分段；c、对于通信服务器来说，一个区域的闭锁信号传递关系是将该区域内所有闭锁信号取“或逻辑”后发送给进线装置，将所有出线的闭锁信号取“或逻辑”后发送给分段装置，通信服务器只需维护闭锁信号的收发映射表即可。
通过接线图自动解析出系统配置参数，通过以太网下装到各个微机综合保护装置和通信服务器，不仅可以避免工作人员人为造成的闭锁关系错误，而且可以在接线图上做闭锁关系软测试：在点击某个开关同时，高亮显示它所能闭锁的微机综合保护装置，这可以校验系统参数的正确性。
由于同一个变电站内的微机综合保护装置和通信服务器之间的组网通过无线射频网络来实现，所以相互之间不需要接线，微机综合保护装置和通信服务器可以在下井之前就安装在防爆柜体内，极大降低了施工难度。由于装置之间没有连线，微机综合保护装置也可以很方便的装设在随采掘面推进的移动保护柜中。
根据上述分析，本发明公开的基于无线射频网络的井下防越级系统，不但可以实现防越级跳闸功能，而且可以降低施工的困难性，还能安装在移动保护柜中使用。
如图2所示，图中实线表示光纤连接，虚线表示无线射频连接，箭头方向表示信息传输的方向。图2的防越级跳闸网络，包含4级线路，微机综合保护装置DEV5和微机综合保护装置DEV6在第四级，微机综合保护装置DEV3和微机综合保护装置DEV4在第三级，微机综合保护装置DEV2在第二级，微机综合保护装置DEV1在第一级。这4级线路位于两个变电站，其中微机综合保护装置DEV5、微机综合保护装置DEV6、微机综合保护装置DEV2、微机综合保护装置DEV1、通信服务器COM3和通信服务器COM1在一个变电站，微机综合保护装置DEV3、微机综合保护装置DEV4和通信服务器COM2在一个变电站。同一个变电站内的所有装置通过无线射频构建通讯网络，位于不同变电站的相邻线路的通信服务器之间通过光纤连接，如此构成基于无线射频网络的防越级跳闸系统。
一种基于无线射频的井下防越级跳闸系统，由微机综合保护装置和通信服务器通过无线射频网络结合光纤的方式构成。
该井下防越级跳闸系统组网方式如下： 
①  同一个变电站的各级d 线路微机综合保护装置、通信服务器通过无线射频连接。图2中，各微机综合保护装置、通信服务器之间的虚线即为无线射频连接；
②  位于不同变电站的两相邻级线路的通信服务器之间通过光纤连接；图2中，通信服务器COM1和通信服务器COM2不在一个变电站，因此通信服务器COM2将接收到的微机综合保护装置DEV3和微机综合保护装置DEV4的闭锁信号合并后通过光纤发送给通信服务器COM1；
③  同一级线路的微机综合保护装置将信息通过无线射频发送给上一级线路的通信服务器；图2中，微机综合保护装置DEV5、微机综合保护装置DEV6将闭锁信号发送给通信服务器COM3；
④  通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给本级线路的微机综合保护装置；图2中，通信服务器COM1将从通信服务器COM2和微机综合保护装置DEV2接收到的闭锁信号合并，合并后的闭锁信号发送给微机综合保护装置DEV1；
⑤  通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给位于同一变电站上级线路的通信服务器；
⑥  通信服务器将合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器；图2中，通信服务器COM2和通信服务器COM1通过光纤连接；
⑦  下一级线路的微机综合保护装置闭锁上一级线路微机综合保护装置，此闭锁关系可传递；图2中的闭锁关系为：微机综合保护装置DEV2接收微机综合保护装置DEV5、微机综合保护装置DEV6的信号闭锁，微机综合保护装置DEV1接收微机综合保护装置DEV2、微机综合保护装置DEV3、微机综合保护装置DEV4、微机综合保护装置DEV5、微机综合保护装置DEV6的信号闭锁；
参数配置方式如下：
①  设计人员绘制出由线路开关构成的系统接线图，由系统接线图自动生成系统组网和闭锁关系配置参数；
②  通过以太网将配置参数分别下装到各个微机综合保护装置和通信服务器中去；
③ 微机综合保护装置和通信服务器运行时根据该配置参数处理组网方式和闭锁关系；
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种基于无线射频网络的井下防越级系统，其特征在于：所述的基于无线射频网络的井下防越级系统包括微机综合保护装置和通信服务器，微机综合保护装置和通信服务器的组网方式为通过无线射频结合光纤组网，所述的基于无线射频网络的井下防越级系统的系统参数自动生成，系统参数通过以太网下装；
所述的自动生成系统配置参数的原理是：
a、一个变电站内的通信服务器的数目由变电站内的微机综合保护装置个数决定：假设微机综合保护装置个数为M，通信服务器的无线模块组数为N，则该变电站需要的通信服务器的个数为M/(N-1)，N-1组无线模块用来连接微机综合保护装置，剩余一个口出来用作站内服务器间的级联；
b、微机综合保护装置的功能包括出线、进线和分段；
c、对于通信服务器来说，一个区域的闭锁信号传递关系是将该区域内所有闭锁信号取“或逻辑”后发送给进线装置，将所有出线的闭锁信号取“或逻辑”后发送给分段装置，通信服务器只需维护闭锁信号的收发映射表即可。
2.根据权利要求1所述的基于无线射频网络的井下防越级系统，其特征在于：所述的微机综合保护装置：
具有一组无线射频模块包括一个发送模块和一个接收模块；
满足电流保护动作条件时通过发送模块发送装置闭锁信号给通信服务器； 
通过接收模块接收通信服务器的信息；
收到下一级线路的闭锁信号时电流保护闭锁出口直至超时，其中超时时间为可设置的定值。
3.根据权利要求1所述的基于无线射频网络的井下防越级系统，其特征在于：所述通信服务器：
具有至少一组包括一个发送模块和一个接收模块的无线射频模块以及至少一组光纤收发模块；
通过无线射频模块接收微机综合保护装置的信息；
通过光纤收发模块接收位于不同变电站的下级线路的通信服务器的信息；
光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过无线射频模块发送给微机综合保护装置；
光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过无线射频模块发送给位于同一变电站上级的通信服务器；
光纤收发模块将通信服务器合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器。
4.根据权利要求1所述的基于无线射频网络的井下防越级系统，其特征在于：所述的组网方式：
同一个变电站的微机综合保护装置通过无线射频和通信服务器建立连接；
位于不同变电站的两相邻级线路的通信服务器之间通过光纤连接；
同一级线路的微机综合保护装置将信息通过无线射频发送给本级线路的通信服务器；
通信服务器将接收到的信息进行合并；
通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给本级线路的保护装置；
通信服务器将合并后的信息通过无线射频发送给位于同一变电站上级线路的通信服务器；
通信服务器将合并后的信息通过光纤发送给位于不同变电站的上级线路的通信服务器；
⑧ 下一级线路的保护装置闭锁上一级线路保护装置，此闭锁关系可通过通信服务器在所述的基于无线射频网络的井下防越级系统中传递。
5.根据权利要求1所述的基于无线射频网络的井下防越级系统，其特征在于：所述参数配置方式：
设计人员绘制出由线路开关构成的系统接线图，由系统接线图自动生成系统组网和闭锁关系配置参数；
通过以太网将配置参数分别下装到各个微机综合保护装置和通信服务器中；
③微机综合保护装置和通信服务器运行时根据配置参数处理组网方式和闭锁关系。
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