2009年第2期
煤矿机电
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基于小波变换的煤矿电缆故障检测
石晓义,李旭升
(中国矿业大学(北京),北京100083)
摘要:应用二进小波变换对动力电缆进行故障检测,经EMPT仿真数据的分析,证明该方法有很高的精确度。
关键词:动力电缆;电缆故障;测距;小波变换;在线监测
中图分类号:TM246;TP277文献标识码:A文章编号:1001-0874(2009)02-0093-03
TheMinePowerCableFaultDetectionWithWaveletTransform
SHIXiao-yi,LIXu-sheng
(ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China)
Abstract:Withtheautomatizationofthemineimproved,thetechniquesofpowercablefaultdetectionisbeingdeveloped,andmanydetectionmethodsandinstrumentscomeou.tThecausesandqualityofthefaultproduction,off一linemonitoringmethodsandtheircomparisonandanalysisareoutlinedinthispaper,especiallythedetectionmethodsbasedonthewavelettransforminthispaper.ResultsofanalysisthroughEMTPprovethismethodhashighprecision.Keywords:powercable;cablefaul;tlocation;thewavelettransformtion;on-linedetection
作人员,避免冲击信号对电缆造成的伤害。
本文提出以基于小波变换的电缆故障在线监测方法。
(1)基本原理
小波变换在时域、频域同时具有良好的局部化特性,对信号的奇异点非常敏感,适用于时变的非平稳信号的检测与分析。图1a为某三相电路故障时的A相暂态电流行波波形,其中输入数据长度为512点,行波信号采样间隔为10s。需对其施行小波变换,以考察它在小波变换下的行为。
设输入行波序列信号为i(n),小波函数为二次样条,则在某一尺度2下对应于行波信号的离散的
d
逼近分量用(A2ji(n)表示为):
A2ji(n)=
dd
j
1概述
常见的动力电缆故障一般可分为高阻故障和低阻故障两大类。从理论上讲,故障电阻在100以内为低阻故障,两者的区分界限一般取电缆本身阻抗的10倍,在实际测试工作中并不要求很严格地区分。因煤矿电缆故障会使矿井的动力供应系统中断,影响矿井的正常生产,因此准确探测电缆故障类型,并进行及时的处理,对煤矿安全生产有着重要的现实意义。
2基于小波变换的电缆故障在线监测
当电力电缆发生故障以后,首先必须确定故障的类型,即判断故障是高阻还是低阻,是闪络还是封闭性故障,是接地、短路、断线还是它们的混合,是单相、两相、还是三相故障,然后才能确定用什么方法进行监测。目前大多数电缆故障测距方法都采用离线方法,但从长远来看,在线测距方法将是发展方向。相比较而言,在线测距能实现快速故障测距,能将故障测距信息自动传送到系统监视设备,无需操
hA
k
k
2J
d
2j
i(n-2k)
j-1
(1)
当j=0时,A2ji(n)=i(n)就是原始信号。
由f(x)=
W
jZ
f(x)2j(x)决定的二进小波
d
*
变换也应是离散形式(用W2ji(n)表示),可写成:
W2ji(n)=
d
gA
k
k
d
2j-1
i(n-2k)
j-1
(2)
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煤矿机电
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模极大值代表了行波信号的幅值和变化陡度,模极大值点和行波到达监测点的时间重合。据此,可使用小波变换模极大值代替初始电流行波电流在初始阶段的瞬时采样集合,来描述行波信号的故障相特征。3仿真分析
用EMPT在某点对某10kV三相输电线路进行多种故障仿真。表1为不同故障类型时的故障特征,A,B,C对应的电流分别是IA,IB,IC;中性线电流为I0,、、模量为线模分量,其波速为线模波速,波阻抗为线模波阻抗。I=(IA-IB)∕3,I=(IB-IC)∕3,I=(IA-IC)∕3,3个模量初始电流行波对应的小波变换模极大值分别为III。
表1不同故障类型时的故障特征
故障类型A相接地
故障特征
|I0|=|I|=|I|=|IA||I0|=|I|=|I|=|IB||I0|=|I|=|I|=|IC||I|=2|I|=2|I|=2|IA||I|=2|I|=2|I|=2|IB||I|=2|I|=2|I|=2|IC|
I0=I+I=IA+IBI0=-I-I=IB+ICI0=I-I=IA+IBI0=0,I,I,I不为零
图1暂态电流行波信号的小波分解与重构图
B相接地C相接地AB相短路
BC相短路CA相短路AB相接地BC相接地CA相接地ABC三相短路
图1b、图1c为对应图1a的离散小波变换和小波逼近。图中尺度j为尺度因子,小波分解只进行了两次。
行波信号不仅可以分解为小波分量,且可由其小波变换重构,重构的公式为:
A2j-1i(n)=
d
h
kd2j
-k
A2ji(n)-2k)+
j-1
dj-1
kkWi(n-2k)(3)
由故障特征表可知基于小波变换模极大值的行波故障选相原理概括如下:根据量初始电流行波的小波变换模极大值,按照模量间的关系选择故障相。仿真过程用软件包根据线路参数和模型及各种故障情况生成电流数据后与表1各选相故障特征比较验证其正确性及精度。B相接地,AB两相短路,BC两相短路接地,ABC三相短路4种故障仿真结果见表2。
表2故障相的EMTP仿真结果
模极大值
IAIB
ICIIII0
B相接地5.967-3.654-5.70.7390.003-0.712-0.755
AB短路7.912-7.6370.0007.3933.783-3.6560.000
BC短路接地
0.000-2.198-0.5332.0390.496-0.566-2.847
ABC短路7.492-3.791-2.6312.9484.3960.0000.000
式中h-k是h-k的复共轭,对于实函数h-k=
h-k。图1d为由离散小波变换图1b和离散逼近图1c重构的行波信号。式(1)到式(3)就是著名的小波分解和重构算法Mallat算法。
由于二进小波变换的平移不变性,行波信号的小波变换的模极大值和在母线处检测到的初始电流行波波头及各次折射,反射行波波头分量相一致。
(2)检测须知
根据模极大值进行故障检测要考虑以下3点:1)初始行波到达检测点,从信号角度来看,将出现突变,小波变换能够检测出该突变并用模极大值来描述它;
2)由于三相输电线路中各相电流不,故选相元件是建立在模行波分析基础上(凯伦贝尔变换);
3)仅使用电流行波的初始分量,它不受来自于对端母线反射波和检测母线后相邻线路母线反射波的影响。
4结语
(1)二进小波变换是进行故障分析特别是行波故障分析的有效方法,基于小波变换的初始电流行
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副井交流提升机PLC控制系统改造
朱天柱
(皖北煤电集团公司机械总厂,安徽淮北235154)
摘要:采用西门子S7-300PLC可编程控制器对副井提升机电控进行技术改造,重点介绍系统组成、工作原理。技术改造使提升机操作和维护更加简单方便,减少了维修工作量,提高了系统运行的稳定性和安全性,节约了资金。
关键词:副井提升机;PLC控制;系统改造
中图分类号:TP273文献标识码:B文章编号:1001-0874(2009)02-0095-03
AlterationofPLCControlSysteminAuxiliaryShaftHoist
ZHUTian-zhu
(Headfactoryofmanufacture,WanbeiCoalIndustryandElectricityPower(Group)Co.,Ltd.,Huaibei235154,China)
Abstract:TheelectriccontrolofauxiliaryshafthoististechnicallyalteredbytheProgrammableLogicControllerofSiemensS7-300PLC.Theformandworkingprincipleofsystemismainlyintroduced.Aftertechnologicalalteration,theoperationandmaintenanceofhoistismoresimply,
themaintenanceworkloadisreduced,
the
stabilityandsecurityofthesystemisimproved,andmoneyissaved.Keywords:auxiliaryshaf;tPLC(ProgrammableLogicController)system,systemalteration
高压交流接触器;控制回路采用大量的接触器、继电器;转子回路10部加速采用交流接触器。由于控制系统比较复杂,大量的接触器、电阻器、继电器、电机
等故障不断,维护工作量大,经研究对其进行技术改造。
2系统组成及原理
(1)PLC控制系统主要结构
行经验交流会论文集[C].杭州:2004.
[2]张正团,文锋,徐丙垠.基于小波分析的电缆故障测距[J].电
力系统自动化,2003(1).
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作者简介:石晓义(1983-),男,中国矿业大学(北京)在读硕士研究生。研究方向为电力系统的微机监控。
(收稿日期:2008-12-05;责任编辑:姚克)
1提升机原控制系统状况
神华集团石井金贺兰煤矿的设计年产量为90万t/a,随着资源日益枯竭,目前实际年产量为45万t/a。1、2副井均为斜井,斜井深404m,斜长1000m;其中2副井采用交流绕线式单台异步电动机拖动提升机方式,主要用来提人和软物料,单罐笼,滚筒直径2m,最大运行速度3m/s,电控主回路采用波的模极大值可以完整描述行波信号的故障相特征,进行故障选相。用小波变换模极大值选相可靠性极高、速度快,不受噪声干扰的影响。在选相时选
用初始电流行波,不受系统运行方式和过渡电阻的影响。
(2)本方法能正确识别和提取其中的故障信息,可以构成行波故障启动元件、选线元件和行波故障选相元件,还可以构成行波保护并实现精确故障测距。
参考文献:
[1]韩伯锋.电力电缆故障性质分析[A].全国第七次电力电缆运
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