CN204374353U - 基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，包括；用于监测电网或用电设备的监测节点，所述监测节点在组态软件中进行标识；用于接收监测节点信息和将信息提交给上位机的基站；对数据的特征量分析，控制预警装置预警的上位机。当未发生故障的时候主动测试电网的安全性，当电网发生故障的时候，及时的预警和报告故障的位置。以便给矿井下工作的人员争取时间撤离和维修人员及时的维修故障，这极大的提高了安全性和工作效率。

Description

基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统

技术领域

本实用新型属于智能电力安全预警监测与定位领域，特别涉及一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统。

背景技术

矿井下的动力来源是井下的电网，电网的安全对于整个矿井下的安全和生产活动有决定性的作用。为了确保电能持续稳定的供应，快速判断故障线路并且确定故障位置成为了供电系统保护的主要任务。在煤矿供电系统中，井下的用电是由地面变电所通过两条或多条高压电缆经煤矿井筒传送至井下中央变电所，然后用多种成套的配电装置传送到井下各采区变电所或者移动变电站，经过降压后向采区的低压设备供电。矿井下电力供应系统在现实的应用中，为使电网系统运行稳定，减少系统故障发生的几率，矿井下每个变电所的供电动力系统都采用两根后三根动力电缆，其电源来自其它区域的变电所或中央变电所，井下电网故障定位系统无线传感器网络的工作节点，由井下线路和独立电源进行供电。矿井下工作的风机、大型采集设备等机电设备的电力由矿井下各采区变电所供给，形成了复杂的矿井下供电网络。

由此可见，矿井下电力安全要求级别高，然而传统的电网检测系统只有当发生故障时才能检测，针对国内外的电网诊断定位方法的研究和基于矿井下特殊的供电网络，有必要研究出一套适合矿井下高压动力电网故障定位系统，用来对矿井下电网运行状态的实时监控，为故障的巡线和定位提供依据，保证供电系统的稳定性，降低由于故障原因所造成的损失。

发明内容

针对传统的电网检测系统只有当发生故障时才能检测的不足，本实用新型目的是：提供一种基于无线传感网络的矿井电网故障主动监测与定位的系统，当未发生故障的时候主动测试电网的安全性，当电网发生故障的时候，及时的预警和报告故障的位置。以便给矿井下工作的的人员争取时间撤离和维修人员及时的维修故障，这极大的提高了安全性和工作效率。

本实用新型的技术方案是：

一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，包括；

用于监测电网和用电设备的监测节点，所述监测节点在组态软件中进行标识；

用于接收监测节点信息，并对信息进行初步处理的高速数据采集系统，所述高速数据采集系统安装在基站内；

对初步处理后的数据的特征量分析，控制预警装置预警的上位机。

优选的，所述监测节点包括安装在井下变电所的电压电流监测节点，安装在井下各变电所的动力电缆中的压电测力传感器节点和安装在大型用电设备上的红外监测节点。

优选的，所述压电测力传感器节点包括压电测力传感器模块、用于对传感器采集的数据处理和控制故障检测与校验的嵌入式处理器模块、无线通信模块和独立电源模块。

优选的，所述电压电流监测节点包括变压模块、变流模块、数据分析模块、无线通信模块和电源模块。

优选的，所述高速数据采集系统包括数据分析处理器、数据转存器和数据采集硬件系统，所述数据采集硬件系统包括接入现场的电流互感器的二次侧电流，提取行波分量的滤波电路，A／D转换电路和FPGA控制模块。

优选的，所述数据特征量包括时间能量特征和时间频率特征。

优选的，整个系统运行在以EEE802．15．4／ZigBee协议基础结合煤矿具体的环境需求计算的网络拓扑结构和路由算法而构建的一个井下传感网络上。

本实用新型的优点是：

1．对基于传感网络的矿井电网安全故障主动监测与定位研究，利用矿井下安装的传感器网络采集电网故障信息，并通过该故障诊断系统构建整个系统环境，用来对矿井下电网运行状态的实时监控，为故障的巡线和定位提供依据，保证供电系统的稳定性，降低由于故障原因所造成的损失。

．当未发生故障的时候主动测试电网的安全性，当电网发生故障的时候，及时的预警和报告故障的位置。以便给矿井下工作的的人员争取时间撤离和维修人员及时的维修故障，这极大的提高了安全性和工作效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统的结构框图；

图2为本实用新型一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统的工作流程图；

图3为本实用新型一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统的压电测力传感器节点的结构框图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，该基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统由终端网络监测部分、数据网络传输部分和数据分析计算部分组成。

在构建的井下安全系统中，终端网络监测部分即为电压电流监测节点，压电测力传感器节点，红外监测节点。电压电流监测节点和压电测力传感器节点安装在井下各变电所中，压电测力传感器节点安装在进出变电所动力输出线上，一条动力电缆上卡装一个节点；由于大型设备的工作功率和方式不一样，将红外监测节点安装在大型用电设备上时需要先将设备工作时的红外辐射等信息记录下来以供检测故障使用。矿井下的区域供电是由变电所提供的，所以变电所可以用来安装一个区域的基站，在此变电所中的所有无线节点均可与基站通信，一旦监测节点检测到电缆或者用电设备出现异常状态，则节点将信息通过天线发送到本所的基站中，基站与地面监控主站的通信是通过井下环网的光缆进行。

整个系统运行在由EEE802．15．4／ZigBee协议基础结合煤矿具体的环境需求计算的网络拓扑结构和路由算法而构建的一个井下传感网络上。监测节点采用嵌入式微处理器控制系统，它能够实现在基于控制器的系统数据移植将输出信号经放大器放大后送入ACL8111数据采集卡，经模数转换后，将电压、电流、电缆压力信号转换成数字量送入计算机，完成整个系统的运行。

根据矿井下电网布局进行监测节点安装，并在组态软件中进行标识。当电网发生故障时传感器节点收集故障信息发送到数据采集点并进行报警通知周边人员撤离。数据采集点将数据发送到地面监控主站，故障分析系统开始分析故障并采取相应的应急措施然后将生成的故障报告提交给监控人员。

如图2所示，当井下的电网或用电设备发生故障时，检测节点被收到的信息激活，节点会检测到相应的故障信息，节点通过嵌入式微处理系统将信息初步处理后通过整个井下环网传输的。将信息传输到基站，基站系统被激活运行，并将信息提交给上位机，上位机收到故障信息后开始分析故障信息。测试部分由地面监控主站控制，当地面监控主站发出测试系统命令时，监测模块开始运行测试电网安全性。当检测节点检测到系统故障时，节点通过嵌入式微处理器控制系统将故障处理后提交给基站，基站通过EEE802．15．4／ZigBee协议构建的环网将故障信息传输到地面监控中心。

如图1所示，数据采集系统的结构采用柜式插件式和模块化，主要由数据分析处理器、数据转存器，数据采集硬件系统组成。数据采集硬件系统具体由接入现场现有的电流互感器(CT)的二次侧电流，通过滤波电路，提取行波分量，经过A／D转换为数字信号后，由FPGA控制在缓冲区中缓存，满足启动条件时，记录故障触发时刻，并将缓冲区中保存的数据作为一个故障记录传到数据转存模块。数据经由转存模块被嵌入式微处理器控制系统初步处理。

如图3所示，压电测力传感器节点由压电测力传感器模块、嵌入式处理器模块、基于EEE802．15．4／ZigBee协议的无线通信模块和独立电源模块四部分组成，压电测力节点还具有井下电网定位模块和电能自动补充模块等功能模块。压电测力传感器模块主要负责动力电缆数据的采集和数据转换；嵌入式处理器模块是整个节点信息处理的中心，主要负责控制整个电测力传感器节点的故障检测与校验，以及负责转运采集的信息数据；通信模块负责节点与基站进行无线通信、传输控制信息和收集和传输数据；压电测力传感器监测节点所需要的电力是由独立电源模块提供。

电流电压式传感器监测节点主要监控用电器在不同运行状态下的电流和电压。主要组成模块有变压模块，变流模块，数据分析模块，无线通信模块和电源模块。数据分析模块根据在不同的电压和电流的模式下分析用电设备的安全情况。通信模块负责与基站进行无线通信、交换控制信息和收发采集数据；电源模块为传感器节点提供运行的电力。

上位机是用来对整个监控系统发送运行命令和分析下位机传输的故障信息的，是整个监控系统的中枢系统和核心部分，它的核心部分是组态软件，当数据经由由EEE802．15．4／ZigBee网络传输到上位机时，然后上位机的数据接收组件接收数据，提交给组态软件，组态软件运用模糊算法对数据进行分析，然后将分析的数据储存到数据库中用来作为下一次计算分析的基础。当这个分析结束时，系统生成故障报告并提交给控制人员。

现有的电气设备中很容易发生电气设备热故障，主要是因为电气连接点过热造成的。热故障类型有危险性热故障，严重性热故障，一般性热故障，对于不同的热故障采取不同的处理方式，危险性热故障指温度超过180度，容易找出打火放电现象，有严重烧毁痕迹，这种情况应对立即停止使用，并进行维修，严重性热故障是指温度在80-180度之间，有较严重热损伤，热像特征明显，应该实时监控，并尽快维修。一般性热故障是指温度在20--80度之间，温度有一点的增加，并且有轻微热像特征，应该积极，认真做好记录，并跟踪监视，如果故障进一步加重应当及时处理。监测节点采用嵌入式PC/104工业PC系列模块。

Claims (1)

1.一种基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，其特征在于，包括；

用于监测电网和用电设备的监测节点，所述监测节点在组态软件中进行标识；

用于接收监测节点信息，并对信息进行初步处理的高速数据采集系统，所述高速数据采集系统安装在基站内；

对初步处理后的数据的特征量分析，控制预警装置预警的上位机。

2．根据权利要求1所述的基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，其特征在于，所述监测节点包括安装在井下变电所的电压电流监测节点，安装在井下各变电所的动力电缆中的压电测力传感器节点和安装在大型用电设备上的红外监测节点。

3．根据权利要求2所述的基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，其特征在于，所述压电测力传感器节点包括压电测力传感器模块、用于对传感器采集的数据处理和控制故障检测与校验的嵌入式处理器模块、无线通信模块和独立电源模块。

4．根据权利要求2所述的基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，其特征在于，所述电压电流监测节点包括变压模块、变流模块、数据分析模块、无线通信模块和电源模块。

5．根据权利要求1所述的基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，其特征在于，所述高速数据采集系统包括数据分析处理器、数据转存器和数据采集硬件系统，所述数据采集硬件系统包括接入现场的电流互感器的二次侧电流，提取行波分量的滤波电路，A／D转换电路和FPGA控制模块。

6．根据权利要求1所述的基于无线传感的矿井电网主动故障检测定位系统，其特征在于，所述数据特征量包括时间能量特征和时间频率特征。