礦井漏電故障選線裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種礦井漏電故障選線裝置，包括有CPU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊和提供工作電源的電源模塊，CPU模塊包括有進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換和信息傳輸?shù)腄SP和ARM，數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端分別與DSP的信號(hào)輸入端相連接，存儲(chǔ)模塊包括有分別與DSP和ARM相連接的二個(gè)存儲(chǔ)器SRAM，開(kāi)關(guān)量輸出模塊的信號(hào)輸入端與DSP的信號(hào)輸出端相連接，ARM通過(guò)通信模塊與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳遞，人機(jī)交互模塊與ARM進(jìn)行信息傳遞。
【專利說(shuō)明】
礦井漏電故障選線裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及電力系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種礦井漏電故障選線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在煤礦井下供電系統(tǒng)中，單相接地漏電故障是煤礦井下低壓電網(wǎng)的主要故障形式 之一，約占其總故障的80%左右。發(fā)生接地故障后系統(tǒng)雖允許帶故障運(yùn)行1~2小時(shí)，但是由 于非故障相對(duì)地電壓升高，若不及時(shí)處理可能會(huì)發(fā)展為非故障相絕緣破壞繼發(fā)相間短路的 威脅，進(jìn)而引發(fā)瓦斯和煤塵爆炸，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、工業(yè)生產(chǎn)和社 會(huì)活動(dòng)正常運(yùn)行對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高的背景下，煤礦井下漏電故障的快速判定和及 時(shí)排除變得尤為重要。
[0003] 井下采用的選擇性漏電保護(hù)技術(shù)通過(guò)只切除漏電故障線路和設(shè)備，非故障部分繼 續(xù)工作，從而減小故障停電范圍并且便于尋找漏電故障，縮短漏電停電時(shí)間，大大提高了井 下供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。但是發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流比較微弱、故障特征不明 顯，且在復(fù)雜電網(wǎng)條件W及惡劣的現(xiàn)場(chǎng)工況下存在各種各樣的干擾，加上選線方法的局限 性給故障檢測(cè)造成了很大的困難，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)"漏選"或"錯(cuò)選"的情況。早期出現(xiàn)的選線裝 置存在采樣精度低、抗干擾能力弱、數(shù)據(jù)處理能力差等缺點(diǎn)，使裝置可靠性低、誤選率高，因 而尋找一種選線速度快、選線結(jié)果準(zhǔn)確并有較強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力的智能選線裝置，對(duì)于煤礦 井下供電保護(hù)系統(tǒng)具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是提供一種礦井漏電故障選線裝置，適用于煤礦井下低壓電網(wǎng) 漏電故障選線，能夠在發(fā)生漏電故障時(shí)，快速準(zhǔn)確選出故障線路。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0006] -種礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:包括有CPU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模 塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊和提供工作電源的電源模塊，所述的CPU模塊 包括有進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換和信息傳輸?shù)腄SP和ARM,所述數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端分別與 所述DSP的信號(hào)輸入端相連接，所述的存儲(chǔ)模塊包括有分別與所述DSP和ARM相連接的二個(gè) 存儲(chǔ)器SRAM,所述開(kāi)關(guān)量輸出模塊的信號(hào)輸入端與所述DSP的信號(hào)輸出端相連接，所述的 ARM通過(guò)所述通信模塊與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳遞，所述的人機(jī)交互模塊與所述ARM進(jìn)行信息 傳遞。
[0007] 所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的DSP采用TMS320F2812忍片。 [000引所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的ARM采用32位S3C2440忍片。
[0009]所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括有模擬量 采集模塊和開(kāi)關(guān)量采集模塊，所述的模擬量采集模塊包括有對(duì)煤礦井下的供電電纜零序電 壓、零序電流進(jìn)行檢測(cè)的電壓、電流互感器，所述的電壓、電流互感器的輸出端依次通過(guò)信 號(hào)調(diào)理電路、濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換忍片AD8022分別與所述DSP的信號(hào)輸入端相連接;所 述的開(kāi)關(guān)量采集模塊包括有斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、跳合閩位置繼電器、RC濾波電路和光禪隔離 模塊，所述斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)和所述跳合閩位置繼電器的輸入接點(diǎn)采集的開(kāi)關(guān) 量經(jīng)過(guò)所述RC濾波電路濾波和所述光禪隔離模塊光電隔離后輸入所述DSP的信號(hào)輸入端。
[0010] 所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的開(kāi)關(guān)量輸出模塊包括有信號(hào) 放大電路和光禪隔離模塊，所述DSP輸出的控制信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大電路功率放大和光禪隔離 模塊光電隔離后驅(qū)動(dòng)電網(wǎng)中的斷路器動(dòng)作。
[0011] 所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于：所述的通信模塊包括有UART通信、 CAN總線通信和W太網(wǎng)通信接口。
[0012] 所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的人機(jī)交互模塊包括有液晶觸 摸屏、SD卡、矩陣鍵盤、USB接日和微型打印機(jī)。
[001引本實(shí)用新型中，CPU模塊由DSP + ARM的雙處理器組成。DSP采用高性能的 TMS320F2812忍片對(duì)采集到的電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和完成保護(hù)邏輯判斷功能，并將 故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)W供分析，ARM采用32位S3C2440忍片，主要運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)、液晶顯示、 鍵盤控制W及與外界進(jìn)行各種實(shí)時(shí)通信。DSP與ARM之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換和信息傳輸。為 了確保ARM能夠?qū)崟r(shí)顯示各種信息和及時(shí)將通過(guò)鍵盤設(shè)置的信息傳給DSP，用做計(jì)算和判 斷，ARM通過(guò)DSP內(nèi)的并行接口 HPI直接訪問(wèn)DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)器，不需要硬件和軟件開(kāi)銷，而是 由DSP自身的硬件來(lái)協(xié)調(diào)沖突，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
[0014] 數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬量采集和開(kāi)關(guān)量采集兩部分。模擬量的采集是通過(guò)電壓、 電流互感器實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下的供電電纜零序電壓、零序電流進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào) 調(diào)理、濾波放大，由高精度高速度模數(shù)轉(zhuǎn)換忍片AD8022轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送DSP處理。開(kāi)關(guān)量的 采集是采集斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的位置用于保護(hù)邏輯判斷，采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DSP的存儲(chǔ)器 SRAM中，W備選線算法啟動(dòng)之后查詢故障前的電壓、電流波形。
[0015] 開(kāi)關(guān)量輸出模塊主要用來(lái)執(zhí)行保護(hù)各種命令、斷路器跳閩、信號(hào)告警等。DSP的I/O 輸出是3.3V的低電壓信號(hào)，為增強(qiáng)抗干擾能力，需要經(jīng)光電隔離放大驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作。
[0016] 通信模塊是與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳遞的通道。線路上實(shí)時(shí)信息、故障的判斷及處 理結(jié)果都需要發(fā)送到上位機(jī)和人機(jī)接口模塊進(jìn)行錄波、顯示，同時(shí)將保護(hù)各種信息傳送到 中屯、調(diào)度所，或接受中調(diào)的查詢及遠(yuǎn)方修改定值。
[0017] 人機(jī)交互模塊主要完成運(yùn)行結(jié)果、故障信息的顯示，相關(guān)參數(shù)的設(shè)定W及故障數(shù) 據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出等，并通過(guò)W太網(wǎng)通信接口連接到遠(yuǎn)程上位機(jī)，可對(duì)該保護(hù)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān) 控。
[0018] 本實(shí)用新型是實(shí)現(xiàn)故障選線準(zhǔn)確、快速、高效的基礎(chǔ)，其中最重要的是CPU模塊，采 用嵌入式微處理器ARM+DSP雙核結(jié)構(gòu)，ARM外圍集成了豐富的控制接口，主要負(fù)責(zé)復(fù)雜控制、 人機(jī)交互和通訊管理，DSP主要完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、保護(hù)計(jì)算、故障判斷和產(chǎn)生保護(hù)信 號(hào)。雙核結(jié)構(gòu)使得選線裝置性能指標(biāo)優(yōu)化、通信高速穩(wěn)定、交互界面友好直觀、功能更加強(qiáng) 大和升級(jí)更加方便。
[0019] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0020] 1、本實(shí)用新型能夠搭建穩(wěn)定可靠的硬件平臺(tái)，提高了故障選線的采樣精度，增強(qiáng) 了大量數(shù)據(jù)處理的效率，提高了抗干擾能力。
[0021] 2、本實(shí)用新型利用先進(jìn)的智能選線算法處理故障穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)信息，并將運(yùn)些選線 算法進(jìn)行融合，形成綜合決策判據(jù)，提高了故障選線準(zhǔn)確率。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0023] 圖2為本實(shí)用新型的智能選線流程圖。
[0024] 圖3為本實(shí)用新型的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、D-S證據(jù)理論智能選線框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參見(jiàn)圖1，一種礦井漏電故障選線裝置，包括有CPU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、 開(kāi)關(guān)量輸出模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊和提供工作電源的電源模塊，CPU模塊包括有進(jìn) 行高速數(shù)據(jù)交換和信息傳輸?shù)腄SP和ARM,數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端分別與DSP的信號(hào)輸 入端相連接，存儲(chǔ)模塊包括有分別與DSP和ARM相連接的二個(gè)存儲(chǔ)器SRAM,開(kāi)關(guān)量輸出模塊 的信號(hào)輸入端與DSP的信號(hào)輸出端相連接，ARM通過(guò)通信模塊與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳遞，人 機(jī)交互模塊與ARM進(jìn)行信息傳遞。
[00%] 本實(shí)用新型中，DSP采用TMS320F2812忍片。
[0027] ARM 采用 32 位 S3C2440忍片。
[0028] 數(shù)據(jù)采集模塊包括有模擬量采集模塊和開(kāi)關(guān)量采集模塊，模擬量采集模塊包括有 對(duì)煤礦井下的供電電纜零序電壓、零序電流進(jìn)行檢測(cè)的電壓、電流互感器，電壓、電流互感 器的輸出端依次通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路、濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換忍片AD8022分別與DSP的信 號(hào)輸入端相連接;開(kāi)關(guān)量采集模塊包括有斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、跳合閩位置繼電器、RC濾波電 路和光禪隔離模塊，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)和跳合閩位置繼電器的輸入接點(diǎn)采集的 開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò)RC濾波電路濾波和光禪隔離模塊光電隔離后輸入DSP的信號(hào)輸入端。
[0029] 開(kāi)關(guān)量輸出模塊包括有信號(hào)放大電路和光禪隔離模塊，所述DSP輸出的控制信號(hào) 經(jīng)信號(hào)放大電路功率放大和光禪隔離模塊光電隔離后驅(qū)動(dòng)電網(wǎng)中的斷路器動(dòng)作。
[0030] 通信模塊包括有UART通信、CAN總線通信和W太網(wǎng)通信接口。
[0031] 人機(jī)交互模塊包括有液晶觸摸屏、SD卡、矩陣鍵盤、USB接口和微型打印機(jī)。
[0032] W下結(jié)合圖2、3對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0033] 根據(jù)選線裝置硬件平臺(tái)，將選線裝置的軟件分為上電自檢、AD采集中斷、故障啟 動(dòng)、故障選線算法處理、跳閩信號(hào)輸出、故障錄波、人機(jī)顯示等。
[0034] 為了故障選線的提高準(zhǔn)確率，采用基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、D-S證據(jù)理智能算法融合的 選線方法。首先從零序電流信號(hào)中提取穩(wěn)態(tài)信息和暫態(tài)信息的特征量，然后計(jì)算各個(gè)特征 量的故障測(cè)度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合處理后的數(shù)據(jù)輸入到D-S證據(jù)理論中 去，利用D-S證據(jù)理論的模型再進(jìn)行決策級(jí)融合實(shí)現(xiàn)故障選線。
[0035] 具體選線步驟如下：
[0036] 1、首先利用快速傅里葉變換和小波包變換從零序電流信號(hào)中提取穩(wěn)態(tài)基波分量、 有功分量、五次諧波分量，小波包能量分量。然后計(jì)算各個(gè)特征量的故障測(cè)度，得到處理后 的特征數(shù)據(jù)形成訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集。
[0037] 故障測(cè)度為[一1，1]的實(shí)數(shù)變量，則其越趨于一1，沒(méi)有故障的可能性越大;越趨于 1，故障發(fā)生的可能性越大。定義線路的故障測(cè)度函數(shù)為：
[003引 Xp化）=X巧化巧ap化） （1)
[0039] 其中Xrp化)為相對(duì)故障測(cè)度函數(shù)，為可確定故障測(cè)度函數(shù)。
[0040] 2、初始化概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，最后得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值。 利用測(cè)試樣本集對(duì)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果。
[0041] 3、將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出作為D-S證據(jù)理論的獨(dú)立證據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值轉(zhuǎn)換后得 到對(duì)應(yīng)證據(jù)下每種狀態(tài)的基本概率分配。通過(guò)證據(jù)理論中證據(jù)組合規(guī)則得到每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng) 的基本分配概率。
[0042] 對(duì)供電電網(wǎng)中的線路進(jìn)行編號(hào)，用line化)表示化=0表示母線），構(gòu)成故障線路的 識(shí)別框架：
[0043] Θ ={line(k) |k = l,2,...,N} (2)
[0044] 若每一種選線判據(jù)都是一種證據(jù)體，每條線路可能是故障線路的信任程度稱為信 度函數(shù)，構(gòu)造出故障選線的基本信度分配函數(shù)如下：
[0045]
(3)
[0046] 其中mr是相對(duì)信度分配函數(shù)，ma是可確定信度系數(shù)。
[0047] 證據(jù)組合的選線判斷準(zhǔn)則為:假定為mi( ·)為基于零序電流法、有功分量法、五次 諧波分量法、小波包能量分量分別對(duì)應(yīng)的故障測(cè)度函數(shù)經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合后得出的信度分 配函數(shù)。
[004引 mi=mi(l0)，mi(h)，mi(l2)...mi(ln)，mi( Θ )i = 4 (4)
[0049] 4個(gè)證據(jù)通過(guò)證據(jù)組合規(guī)則組合后基本信度分配為
[(K)加]
(.5)
[0051] 4、經(jīng)過(guò)D-S證據(jù)理論組合處理后，得到各條線路的綜合可信度分配值，設(shè)定相關(guān)闊 值，利用決策級(jí)融合得出最終的選線結(jié)果。
[0052] 設(shè)定故障線路和非故障線路的信任函數(shù)值之差大于闊值ει;不確定度m(0)不大 于闊值62;故障線路具有最大信任函數(shù)值63。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種礦井漏電故障選線裝置，其特征在于：包括有CPU模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模 塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊和提供工作電源的電源模塊，所述的CPU模塊 包括有進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換和信息傳輸?shù)腄SP和ARM，所述數(shù)據(jù)采集模塊的信號(hào)輸出端分別與 所述DSP的信號(hào)輸入端相連接，所述的存儲(chǔ)模塊包括有分別與所述DSP和ARM相連接的二個(gè) 存儲(chǔ)器SRAM，所述開(kāi)關(guān)量輸出模塊的信號(hào)輸入端與所述DSP的信號(hào)輸出端相連接，所述的 ARM通過(guò)所述通信模塊與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳遞，所述的人機(jī)交互模塊與所述ARM進(jìn)行信息 傳遞。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于：所述的DSP采用 TMS320F2812 芯片。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于：所述的ARM采用32位 S3C2440芯片。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集模塊包 括有模擬量采集模塊和開(kāi)關(guān)量采集模塊，所述的模擬量采集模塊包括有對(duì)煤礦井下的供電 電纜零序電壓、零序電流進(jìn)行檢測(cè)的電壓、電流互感器，所述的電壓、電流互感器的輸出端 依次通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路、濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD8022分別與所述DSP的信號(hào)輸入 端相連接;所述的開(kāi)關(guān)量采集模塊包括有斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、跳合閘位置繼電器、RC濾波電 路和光耦隔離模塊，所述斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)和所述跳合閘位置繼電器的輸入接 點(diǎn)采集的開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò)所述RC濾波電路濾波和所述光耦隔離模塊光電隔離后輸入所述DSP的 信號(hào)輸入端。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的開(kāi)關(guān)量輸出模塊 包括有信號(hào)放大電路和光耦隔離模塊，所述DSP輸出的控制信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大電路功率放大 和光耦隔離模塊光電隔離后驅(qū)動(dòng)電網(wǎng)中的斷路器動(dòng)作。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的通信模塊包括有 UART通信、CAN總線通信和以太網(wǎng)通信接口。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井漏電故障選線裝置，其特征在于:所述的人機(jī)交互模塊包 括有液晶觸摸屏、SD卡、矩陣鍵盤、USB接口和微型打印機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK205620497SQ201620484310
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】石曉艷, 陳尚成, 徐春, 孫杰, 桂國(guó)友
【申請(qǐng)人】安徽理工大學(xué)