[發明專利]一種礦用高壓電纜在線故障診斷及預警方法

有效

• 申請號: 201110059637.4
• 申請日: 2011-03-11
• 公開（公告）號: CN102156245A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 宋建成;劉姝敏;雷志鵬;許春雨;田慕琴;耿蒲龍;郭安林;孫范園
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R31/12
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

技術領域

本發明涉及一種高壓電纜故障診斷及預警方法，具體涉及一種用于煤礦井下礦用高壓電纜在線故障診斷及預警方法。

技術背景

礦用高壓電纜是礦井供電系統的重要組成部分，是煤礦安全生產的關鍵設備，擔負著向各生產環節傳輸電能的任務。隨著井下工作面的延伸，礦井供電距離越來越遠，礦用高壓電纜分布越來越復雜。供電系統操作過電壓、機械損傷和環境潮濕等因素一直以來嚴重影響礦用高壓電纜的絕緣狀態，直接導致電纜供電的可靠性降低。據不完全統計，煤礦供電設備事故中，電纜故障占2/3左右，是造成煤礦瓦斯爆炸事故的主要原因之一。為保證井下供電系統正常工作，長期以來井下工作人員采用離線測試方式，對電纜進行定期停電檢修。這種方式不但需要暫停生產，而且消耗大量人力和財力，還不能及時發現電纜的潛在故障，電纜離線測試方式已經不能滿足現代化礦井安全生產的要求。因此發展礦用高壓電纜在線故障診斷及預警系統對潛在的絕緣故障進行診斷、預警，有助于防止突發性事故發生，減小故障對礦井安全的威脅，對煤礦安全生產具有十分重要的現實意義。

現有的電纜在線故障診斷系統大多是僅對故障范圍內的特征量進行檢測，或者對單一特征量進行監測，不能及時、可靠的預警故障發展趨勢。如中國專利號為200910045471.3的專利中提到的“一種高壓電纜在線監測系統”主要對護層電流、線芯電流和電纜溫度進行檢測，它只在故障后進行保護，而不能在電纜絕緣劣化之前就及時預警電纜絕緣狀態；又如中國專利號為200910272138.6專利中提到的“高壓交聯聚乙烯電纜系統局部放電在線檢測方法及裝置”主要對電纜的局部放電進行監測，而沒有考慮單一類型的傳感器測量方案中數據的精度和可靠性，同時也沒有對采集得到的局部放電信號進行模式識別，無法進一步判斷電纜的絕緣狀態；中國專利號為200610041888.9專利中提到的“交聯聚乙烯絕緣電力電纜絕緣狀態在線監測方法”也是僅對絕緣電阻進行監測，不但存在單一特征量的缺點，而且還無法全面的診斷電纜的絕緣狀態。

發明內容

本發明目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種利用多個傳感器采集到的特征信號對礦用高壓電纜進行在線故障診斷及預警，以獲得更加準確可靠的監測數據和預警信息的礦用高壓電纜在線故障診斷及預警方法。

本發明方法采集電纜溫度、絕緣電阻和局部放電特征信號，利用這些特征量對礦用高壓電纜潛在故障進行診斷和預警。具體步驟如下：

(1)單片機采集發送；利用STC89C51單片機接收到現場可編程門陣列FPGA的采集電纜溫度和絕緣電阻指令后，啟動模數轉換器AD0809，通過模數轉換器AD0809采集10個轉換周期的電纜溫度和絕緣電阻數據，去除采樣數據的最大值和最小值后計算出平均值，將計算得到的電纜溫度和絕緣電阻特征量通過串口通信發送給FPGA。

(2)FPGA采集發送；FPGA在接收到工控機(計算機)采集的電纜溫度和絕緣電阻指令后，通過RS232向單片機發送采集指令。FPGA接收到單片機通過RS232發送來的電纜溫度和絕緣電阻特征量后，經CAN總線通訊發送至工控機。

FPGA在接收到工控機采集局部放電指令后，通過對高速模數轉換器AD9283進行控制，按10MHz采樣率采集一個工頻周期局部放電信號，將采集得到的局部放電信號存儲到FPGA宏功能Mega?function定義的先進先出存儲器中，采集結束后將局部放電采集數據通過CAN總線通訊發送至工控機。

(3)工控機通訊；工控機定時向FPGA發送采集指令，工控機通過CAN總線接收步驟(2)發送來的電纜溫度、絕緣電阻和局部放電特征信號，利用虛擬儀器LabVIEW的數據庫連接工具包將全部特征信號存儲在SQL?Sever數據庫的電纜監測實時數據表中。同時工控機利用虛擬儀器LabVIEW的數據通信工具包的TCP協議，通過以太環網與井上調度中心計算機通訊，將監測數據和預警信息發送給井上調度中心。

(4)局部放電特征提取；根據步驟(3)接收得到的局部放電特征信息，在虛擬儀器LabVIEW中提取譜圖，計算放電量因數Q、相位不對稱度Φ、相關系數cc和正(負)半波偏斜度S_K⁺(S_K^-)等統計特征量。

(5)局部放電模式識別；在虛擬儀器LabVIEW中編寫三層BP神經網絡，利用局部放電試驗數據訓練三層BP神經網絡，得到三層BP神經網絡的權值和閾值。

將步驟(4)提取的局部放電統計特征量作為三層BP神經網絡的輸入，識別礦用高壓電纜絕緣局部損傷、絕緣受潮、絕緣氣泡、電纜線芯有毛刺、絕緣水樹等局部放電現象。