CN104198816B - 煤矿电网线路阻抗估计系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿电网线路阻抗估计系统，包括用于同步采集和处理与其相连的煤矿电网隔爆开关的电压电流信号的信号采集装置、用于将信号采集装置与数据有效性验证装置通过光纤以太环网相连接的环网接入器、用于生成网络拓扑结构信息的网络拓扑结构生成装置、用于对采集数据进行同步性和合理性处理的数据有效性验证装置以及用于结合网络拓扑信息对经过验证的数据进行估算从而计算出煤矿电网各线路阻抗的阻抗估算装置；工作方法主要包括系统同步对时、信号采集、有效性判定和阻抗估算等步骤。本发明提高了煤矿电网线路阻抗估算结果的可信度，能够给煤矿继电保护中短路保护的整定计算提供科学合理的支撑数据。

Description

煤矿电网线路阻抗估计系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及煤矿供配电技术领域，具体涉及一种煤矿电网线路阻抗估计系统及其工作方法。

背景技术

电力是当今煤矿生产的主要动力，在煤矿生产中占有举足轻重的地位。煤矿井下环境条件恶劣，供电线路和电气设备在井下易损坏，容易发生短路故障，而且由于煤矿井下存在具有爆炸危险的瓦斯和煤尘，一旦供电线路发生短路故障，还可能引起爆炸等安全事故。因而，煤矿电网防止发生短路事故显得十分重要。目前煤矿主要通过对煤矿电网继电保护短路整定工作来预防煤矿电网发生短路事故，其主要采用专门的计算软件和手工计算两种方法。采用专门的继电保护整定计算软件时，需要输入电网的拓扑结构、线路阻抗、线路长度及导线规格等参数，由于现今煤矿电网自动化水平所限，线路阻抗等参数往往无法获得准确的数据；而且煤矿使用的导线规格差异性大，各厂家、各批次的导线阻抗均不一致，最终导致采用专门计算软件的计算结果仅仅只能作为参考，而无法真正实际应用。手工计算方法则是由工作人员根据负荷容量和经验数据等内容进行整定值估算，不能较好的实现上下级开关的整定配合，同时计算结果可信度也不高。

发明内容

本发明的目的是：针对现有煤矿供配电系统继电保护整定中短路保护普遍存在整定值不合理、甚至错误的情况，提供一种煤矿电网线路阻抗估计系统，其通过系统时钟同步、全网数据采集、数据有效性验证及阻抗估算等方法步骤，能够准确估算出煤矿电网的线路阻抗，以有效解决当前煤矿电网短路保护整定时线路阻抗计算或估算不合理的问题。

本发明的技术方案是：本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统，其结构特点是：包括信号采集装置、环网接入器、网络拓扑结构生成装置、数据有效性验证装置和阻抗估算装置；

上述的信号采集装置，使用时用于同步采集和处理与其相连的煤矿电网隔爆开关的电压、电流信号；信号采集装置通过环网接入器经光纤以太环网与数据有效性验证装置双向信号电连接；信号采集装置的数量根据煤矿电网线路的待测节点的数量确定；

网络拓扑结构生成装置，用于生成表示煤矿电网各节点的连接关系和节点属性的网络拓扑结构信息，并将生成的网络拓扑结构信息分别传输给数据有效性验证装置和阻抗估算装置；网络拓扑结构生成装置分别与数据有效性验证装置和阻抗估算装置信号电连接；

数据有效性验证装置，用于对各信号采集装置同步对时，并结合网络拓扑结构信息，对各信号采集装置上传的数据进行同步性和合理性双重有效性验证；数据有效性验证装置通过环网接入器经由光纤以太环网与信号采集装置双向信号电连接；数据有效性验证装置还分别与网络拓扑结构生成装置和阻抗估算装置信号电连接；

阻抗估算装置，用于结合网络拓扑结构信息，对数据有效性验证装置上传的有效数据进行计算，估算出煤矿电网各线路的阻抗。

进一步的方案是：上述的信号采集装置为具有时钟同步功能的16位AD采样装置。

进一步的方案是：上述的数据有效性验证装置设定的各信号采集装置上传数据同步性的判定误差阈值为小于2ms。

一种上述的煤矿电网线路阻抗估计系统的工作方法，包括以下步骤：

①将各信号采集装置与相应的隔爆开关电连接；

②网络拓扑结构生成装置生成表示网络各节点的连接关系和节点属性的网络拓扑结构信息并分别传输给数据有效性验证装置和阻抗估算装置；

③数据有效性验证装置通过环网接入器经由光纤以太环网对各信号采集装置进行同步对时；

④各信号采集装置接收到同步时刻信号后，分别同步采集与其相连的隔爆开关的电压、电流信号；各信号采集装置计算出所采集的电压、电流信号的向量值，并通过环网接入器经由光纤以太环网将其采集计算的向量值及采样时刻传输给数据有效性验证装置；

⑤数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据进行同步性和合理性验证处理，并将处理后的有效数据发送给阻抗估算装置；

⑥阻抗估算装置接收数据有效性验证装置过滤后的有效数据，结合网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，估算出煤矿电网各线路的阻抗。

进一步的方案是：上述的步骤⑤中，数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据进行同步性验证的方法为：数据有效性验证装置设定各信号采集装置上传数据对应的采样时刻误差阈值为小于2ms，若信号采集装置上传数据时的时延大于或等于2ms阈值，则判定该数据无效；数据有效性验证装置对数据的合理性验证的方法为：根据接收到的由网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，获知任一网络节点的父、子节点的连接关系，结合父、子节点的电压、电流向量值，判断出该节点的数据是否合理，并对不合理的数据进行纠错处理。

进一步的方案还有：上述的步骤⑤中，数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据有效性验证的顺序为：先进行同步性验证，若通过，然后再进行合理性验证。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统，实现了信号采集装置的时钟同步，同步精度高，同时信号采集装置具备16位AD同步采样功能，保证了采集的数据精度，从而提高了煤矿电网线路阻抗估算结果的可信度。（2）本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统，其通信信道采用光纤以太环网，较之传统的RS485或CAN通信方式，传输效率高，速率快，同时能实现网络对时，实现全网同步采样。（3）本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统，对采集的数据进行同步性校验和合理性校验双重验证，阻抗估算装置采用经过双重有效性验证的合理数据进行估算，从而使得估算的数据可靠性好，能够给煤矿继电保护中短路保护的整定计算提供科学合理的支撑数据。（4）本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统，当煤矿电网运行方式或设备发生变化，只需相应修改网络拓扑结构生成装置中的节点属性和连接关系，便可重新获得当前电网的网络线路阻抗，拓展、维护、使用方便。（5）本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统，其估算煤矿电网线路阻抗的工作方法简单直观，速度快，精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图中还显示了其与作为煤矿电网的节点的隔爆开关的电连接关系；

图2为本发明的煤矿电网线路阻抗估计系统的工作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例1）

见图1，本实施例的煤矿电网线路阻抗估计系统，主要由信号采集装置、环网接入器、网络拓扑结构生成装置、数据有效性验证装置和阻抗估算装置组成。

信号采集装置的数量根据煤矿电网线路的待测节点的数量确定。信号采集装置为具有时钟同步功能的16位AD采样装置；信号采集装置与环网接入器双向信号电连接；信号采集装置使用时与作为待测节点的煤矿隔爆开关电连接；信号采集装置通过环网接入器经由光纤以太环网与数据有效性验证装置双向信号电连接；各信号采集装置通过光纤以太环网接收数据有效性验证装置发送的同步时刻信号后，同步采集与其相连的隔爆开关的电压、电流信号；各信号采集装置通过内置的算法，计算出所采集的电压、电流信号的向量值，并通过环网接入器经由光纤以太环网将其采集计算的向量值及采样时刻传输给数据有效性验证装置。

环网接入器主要用于建立光纤以太环网通道，用于信息的可靠传输，在环网内某一段光纤通道失效时，能够快速恢复信息的传输。

网络拓扑结构生成装置，分别与数据有效性验证装置和阻抗估算装置信号电连接。网络拓扑结构生成装置用于根据输入待测煤矿电网的网络节点属性及节点的连接关系，生成表示网络各节点的连接关系和节点属性的网络拓扑结构表，并将生成的网络拓扑结构信息分别传输给数据有效性验证装置和阻抗估算装置。

数据有效性验证装置，通过环网接入器经由光纤以太环网与信号采集装置双向信号电连接；数据有效性验证装置还分别与网络拓扑结构生成装置和阻抗估算装置信号电连接。数据有效性验证装置用于对各信号采集装置同步对时，并对全网信号采集装置上传的数据进行有效性验证。有效性验证主要包括两个方面：一是采集数据的同步性，二是采集数据的合理性。数据有效性验证装置设定的各信号采集装置上传数据对应的采样时刻误差阈值为小于2ms，由于各信号采集装置上传数据时的时延是不一致的，因此，数据有效性验证装置接收到的数据，其对应的采样时刻往往不一致。数据有效性验证装置保存一段时间内的数据，在这段时间内上传的数据，只要某组数据满足采样时刻误差要求，则判定该组数据通过了数据同步性验证；数据有效性验证装置对数据的合理性进行验证，是根据接收到的由网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，获知任一网络节点的连接关系，即父、子节点的连接关系，结合父、子节点的电压、电流向量值，判断出该节点的数据是否合理，并对不合理的数据进行纠错处理。数据有效性验证的顺序为：某组数据首先经过同步性验证，若通过，然后再进行合理性验证，如果发现仅小部分数据不合理，则根据相关数据进行纠错处理，最后将通过同步性和合理性验证的数据发送给阻抗估算装置。

阻抗估算装置，分别与数据有效性验证装置和网络拓扑结构生成装置信号电连接。阻抗估算装置接收数据有效性验证装置过滤后的有效数据，结合网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，按照内置的现有技术的算法计算各线路的阻抗，并根据实际需要将计算结果上传，用于煤矿供配电系统继电保护整定。

见图2，本实施例的煤矿电网线路阻抗估计系统的工作方法，主要包括以下步骤：

①将各信号采集装置与相应的隔爆开关电连接；

②网络拓扑结构生成装置生成表示网络各节点的连接关系和节点属性的网络拓扑结构信息并分别传输给数据有效性验证装置和阻抗估算装置；

③数据有效性验证装置通过环网接入器经由光纤以太环网对各信号采集装置进行同步对时；

④各信号采集装置接收到同步时刻信号后，分别同步采集与其相连的隔爆开关的电压、电流信号；各信号采集装置计算出所采集的电压、电流信号的向量值，并通过环网接入器经由光纤以太环网将其采集计算的向量值及采样时刻传输给数据有效性验证装置；

⑤数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据进行同步性和合理性验证处理，并将处理后的有效数据发送给阻抗估算装置；

⑥阻抗估算装置接收数据有效性验证装置过滤后的有效数据，结合网络拓扑结构生成装置上传的网络拓扑结构信息，计算出煤矿电网各线路的阻抗，并根据实际需要将计算结果上传，用于煤矿供配电系统继电保护整定。

前述的步骤⑤中，数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据进行同步性验证的方法为：数据有效性验证装置设定的各信号采集装置上传数据对应的采样时刻误差阈值为小于2ms，若信号采集装置上传数据时的时延大于或等于2ms阈值，则判定该数据无效；数据有效性验证装置对数据的合理性验证的方法为：根据接收到的由网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，获知任一网络节点的连接关系，即父、子节点的连接关系，结合父、子节点的电压、电流向量值，判断出该节点的数据是否合理，并对不合理的数据进行纠错处理。

前述的步骤⑤中，数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据有效性验证的顺序为：先进行同步性验证，若通过，然后再进行合理性验证。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种煤矿电网线路阻抗估计系统的工作方法，由煤矿电网线路阻抗估计系统实施，所述的煤矿电网线路阻抗估计系统包括信号采集装置、环网接入器、网络拓扑结构生成装置、数据有效性验证装置和阻抗估算装置；

所述的信号采集装置，使用时用于同步采集和处理与其相连的煤矿电网隔爆开关的电压、电流信号；信号采集装置通过环网接入器经光纤以太环网与数据有效性验证装置双向信号电连接；信号采集装置的数量根据煤矿电网线路的待测节点的数量确定；

网络拓扑结构生成装置，用于生成表示煤矿电网各节点的连接关系和节点属性的网络拓扑结构信息，并将生成的网络拓扑结构信息分别传输给数据有效性验证装置和阻抗估算装置；网络拓扑结构生成装置分别与数据有效性验证装置和阻抗估算装置信号电连接；

数据有效性验证装置，用于对各信号采集装置同步对时，并结合网络拓扑结构信息，对各信号采集装置上传的数据进行同步性和合理性双重有效性验证；数据有效性验证装置通过环网接入器经由光纤以太环网与信号采集装置双向信号电连接；数据有效性验证装置还分别与网络拓扑结构生成装置和阻抗估算装置信号电连接；

阻抗估算装置，用于结合网络拓扑结构信息，对数据有效性验证装置上传的有效数据进行计算，估算出煤矿电网各线路的阻抗；其特征在于：

工作方法包括以下步骤：

①将各信号采集装置与相应的隔爆开关电连接；

②网络拓扑结构生成装置生成表示网络各节点的连接关系和节点属性的网络拓扑结构信息并分别传输给数据有效性验证装置和阻抗估算装置；

③数据有效性验证装置通过环网接入器经由光纤以太环网对各信号采集装置进行同步对时；

④各信号采集装置接收到同步时刻信号后，分别同步采集与其相连的隔爆开关的电压、电流信号；各信号采集装置计算出所采集的电压、电流信号的向量值，并通过环网接入器经由光纤以太环网将其采集计算的向量值及采样时刻传输给数据有效性验证装置；

⑤数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据进行同步性和合理性验证处理，并将处理后的有效数据发送给阻抗估算装置；

⑥阻抗估算装置接收数据有效性验证装置过滤后的有效数据，结合网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，估算出煤矿电网各线路的阻抗。

2.根据权利要求1所述的煤矿电网线路阻抗估计系统的工作方法，其特征在于：所述的步骤⑤中，数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据进行同步性验证的方法为：数据有效性验证装置设定各信号采集装置上传数据对应的采样时刻误差阈值为小于2ms，若信号采集装置上传数据时的时延大于或等于2ms阈值，则判定该数据无效；数据有效性验证装置对数据的合理性验证的方法为：根据接收到的由网络拓扑结构生成装置提供的网络拓扑结构信息，获知任一网络节点的父、子节点的连接关系，结合父、子节点的电压、电流向量值，判断出该节点的数据是否合理，并对不合理的数据进行纠错处理。

3.根据权利要求1所述的煤矿电网线路阻抗估计系统的工作方法，其特征在于：所述的步骤⑤中，数据有效性验证装置对各信号采集装置发送的数据有效性验证的顺序为：先进行同步性验证，若通过，然后再进行合理性验证。