礦井供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)的應(yīng)用研究

高舉政

摘 要：本文以煤礦供電系統(tǒng)跳閘現(xiàn)象為切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)GOOSE通訊的井下防越級(jí)跳閘系統(tǒng)硬件以及軟件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過(guò)實(shí)踐證明，該方案下的防越級(jí)跳閘保護(hù)設(shè)備對(duì)礦井的跳閘故障起到良好的作用，延長(zhǎng)下級(jí)閉鎖裝置的閉鎖時(shí)間可以有效提高GOOSE通訊的穩(wěn)定性，對(duì)防越級(jí)跳閘功能有一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);防越級(jí)跳閘技術(shù);GOOSE通訊

1 引言

供電系統(tǒng)是煤礦正常生產(chǎn)的保障，對(duì)煤礦正常運(yùn)行以及工作人員的安全有重要意義。針對(duì)供電系統(tǒng)中短路故障以及漏電保護(hù)等跳閘現(xiàn)象，提出將井下高壓防爆開(kāi)關(guān)的智能綜合保護(hù)器的采樣、處理、輸出等冗余環(huán)節(jié)作為后備保護(hù)，加以直接的電流速斷保護(hù)的改造方案;對(duì)于漏電故障時(shí)非選擇性誤跳閘提出了一種對(duì)總饋電開(kāi)關(guān)和分支饋電開(kāi)關(guān)分別采用不同保護(hù)方式的改造方案[1]，實(shí)踐表明，以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性，可有效地防止越級(jí)跳閘事故發(fā)生，確保煤礦井下供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)煤礦供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件以及軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明對(duì)防越級(jí)跳閘功能起到積極作用。

2 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)方案

防越級(jí)跳閘的原理是：通過(guò)GOOSE通訊信號(hào)將供電系統(tǒng)的各級(jí)保護(hù)聯(lián)系起來(lái)，當(dāng)供電系統(tǒng)中的任意一級(jí)保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障后，GOOSE 信號(hào)迅速發(fā)出，系統(tǒng)迅速閉鎖信號(hào)同時(shí)閉鎖上一級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，保證故障部分在最小范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)短路器發(fā)生故障后，系統(tǒng)迅速完成跳閘動(dòng)作，對(duì)于分支較多的供電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)區(qū)域保護(hù)，可以有效解決時(shí)間差問(wèn)題，使得供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的高度配合。

2.1 防越級(jí)跳閘系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

煤礦供電系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置必須能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、測(cè)量供電系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)的功能，此外，因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置還具有防越級(jí)跳閘功能，因此系統(tǒng)還具有存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行高速運(yùn)算和及時(shí)通訊的能力。

接地選線算法需要滿足實(shí)時(shí)通訊功能的同時(shí)還需進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的采集計(jì)算，因此本文采用雙處理器協(xié)同工作的方式，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了大存儲(chǔ)的特點(diǎn)，保證了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性?；贕OOSE通訊的井下防越級(jí)跳閘系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖中，主處理器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理，并進(jìn)行故障類型的判別;協(xié)處理器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳送、對(duì)時(shí)以及故障錄波存儲(chǔ)的功能。井下防越級(jí)跳閘系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖1所示，從圖中可以看出，功能模塊主要包括開(kāi)關(guān)控制模塊、看門狗模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、擴(kuò)展存儲(chǔ)模塊以及時(shí)鐘模塊等。

系統(tǒng)中雙處理器協(xié)同工作是核心，主處理器具有以下特點(diǎn)：選用ADI公司生產(chǎn)的ADSP-21065L芯片具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，在雙處理器工作狀況下，雙端口的存儲(chǔ)器Bank0和Bank1，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速處理和共享，在單周期內(nèi)允許處理器內(nèi)核和控制器的獨(dú)立訪問(wèn)。SDRAM 接口不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速傳遞而且雙倍的時(shí)鐘頻率加快了數(shù)據(jù)交換，完美實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫連接。ADSP-21065L芯片改變了傳統(tǒng)ADSP-21065L芯片3.3V供電現(xiàn)狀，將供電電壓提高至5V，利用電平轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)與外圍芯片的匹配，數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入輸出的同時(shí)可以有效隔斷與總線的聯(lián)系。

2.2 基于GOOSE 通訊的井下防越級(jí)跳閘系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)的處理器軟件結(jié)構(gòu)由中斷服務(wù)和主程序構(gòu)成。中斷服務(wù)主要功能是通過(guò)定時(shí)周期的檢測(cè)判斷故障類型并進(jìn)行保護(hù)實(shí)施。主程序主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)各功能。軟件中斷流程圖如圖2所示。

在VxWorks操作系統(tǒng)上，對(duì)協(xié)處理器軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)和第三方軟件相連接的特點(diǎn)，便于任務(wù)的運(yùn)行、中斷和內(nèi)存的管理。本系統(tǒng)軟件包括以下內(nèi)容：文件任務(wù)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)處理任務(wù)、人機(jī)接口任務(wù)、文件存儲(chǔ)功能、通訊任務(wù)等。在進(jìn)行供電系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)的研究上，必須保證系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，其中邏輯判斷以及越級(jí)跳閘信息的發(fā)送必須保證在中斷服務(wù)程序完成之前，信息的存儲(chǔ)和發(fā)送在主程序中進(jìn)行。煤礦功能系統(tǒng)防越級(jí)跳閘技術(shù)的實(shí)施過(guò)程具體如下：

①電路發(fā)生故障如短路故障時(shí)，系統(tǒng)中的保護(hù)裝置自動(dòng)檢測(cè)到故障信息，閉鎖元件收到故障信息時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)上級(jí)保護(hù)裝置受到閉鎖故障信息;②當(dāng)下級(jí)保護(hù)裝置第一時(shí)間收到故障信息后，閉鎖保護(hù)裝置立即跳閘，直到保護(hù)裝置的鎖定時(shí)間完成，如果未能在第一時(shí)間收到故障信息，保護(hù)裝置則會(huì)立即跳閘以保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全性;③在故障保護(hù)動(dòng)作完成后，保護(hù)裝置進(jìn)行故障電路判別行為，如果切斷斷路器將會(huì)導(dǎo)致電路中電流的消失，保護(hù)裝置發(fā)送故障信息至正向節(jié)點(diǎn)，如果故障信息一直存在于電路中，則故障信息上傳至上級(jí)保護(hù)裝置;④如果故障問(wèn)題解決，系統(tǒng)會(huì)自行鎖定保護(hù)時(shí)間，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)故障如果解決，保護(hù)返回，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)故障未能解決，保護(hù)裝置通過(guò)跳閘保護(hù)系統(tǒng)的安全性。

3 調(diào)試與應(yīng)用

本系統(tǒng)在煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和應(yīng)用，該礦實(shí)際跳閘次數(shù)達(dá)到50次，其中越級(jí)跳閘次數(shù)達(dá)到20次，嚴(yán)重影響礦井的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)實(shí)際考察，對(duì)礦井供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)部分包括煤礦變電站、中央變電站，采區(qū)變電所以及工作面變電站。在進(jìn)行電路系統(tǒng)的改進(jìn)過(guò)程，必須保證系統(tǒng)接地系統(tǒng)完善，只有系統(tǒng)接地沒(méi)有問(wèn)題，保護(hù)裝置才可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)故障的診斷和判別。供電系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行依靠于設(shè)備良好的接地，對(duì)于電流較小的設(shè)備而言，接地不靈將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行受到干擾，因此進(jìn)行故障判別是出現(xiàn)問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，設(shè)備極易發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。

本文試驗(yàn)的調(diào)試共用了66臺(tái)防越級(jí)跳閘保護(hù)設(shè)備，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，短路故障發(fā)生一次，越級(jí)跳閘故障發(fā)生一次，究其原因，在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，并非防越級(jí)跳閘設(shè)備硬件以及軟件的問(wèn)題，而是GOOSE通信不穩(wěn)定造成的，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的檢查，重新進(jìn)行通信接口和交換機(jī)的設(shè)置，排除了故障。

因?yàn)槊旱V現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的惡劣性，GOOSE通信進(jìn)場(chǎng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)接收傳動(dòng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，因此導(dǎo)致故障診斷不準(zhǔn)確，可采用以下方法提高GOOSE通信的可靠性：當(dāng)GOOSE數(shù)據(jù)集發(fā)生變化時(shí)，必須及時(shí)進(jìn)行GOOSE 報(bào)文發(fā)送;每隔一定時(shí)間進(jìn)行GOOSE 重發(fā)，保障通信的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本文基于GOOSE 通訊，對(duì)井下防越級(jí)跳閘系統(tǒng)硬件以及軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該防越級(jí)跳閘技術(shù)有良好的實(shí)際效果，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，對(duì)GOOSE通信進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，適應(yīng)井下惡劣條件的同時(shí)，對(duì)防越級(jí)跳閘功能有一定的積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃雄，郝后堂，劉曉銘.煤礦井下供電防越級(jí)跳閘新技術(shù)[J].煤炭工程，2014，46（1）：18-21.