礦用高壓開關微機綜合保護若干問題的研究與應用

何宇鋒

廣東省食品檢驗所（廣東省酒類檢測中心） 廣東廣州 510000

1 礦井高壓電網常用保護原理與算法

1.1 常用保護原理分析

1.1.1 短路保護

在礦井供電系統中，短路保護是最基本也是最常用的保護形勢，主要分為三相短路、兩相短路等。若電網出現短路故障時，在短路時間不斷增加過程中，按照正弦規律變化可確定周期分量，同時在高壓綜合保護中，根據短路故障實施針對性的斷路保護措施，以便控制短路電流，避免電路承受較大的負荷電流，導致電網運行出現問題。

1.1.2 選擇性漏電保護

若電網出現漏電問題時，根據線路產生的故障信號，系統會做出選擇性漏電保護，維持電網內其它裝置正常的運行，保證電網的供電能力不受影響。尤其是在礦井下潮濕的環境中，電氣設備經常出現漏電情況，選用正確的選擇性漏電保護裝置，包括中性帶你對地絕緣供電系統，具有電流相位超前等功能；中性點經消弧線圈接地系統，具有控制接地電流以及補償相位等功能。

1.2 微機保護常用算法

1.2.1 傅立葉算法

傅立葉算法分為全波傅式算法、半波傅式算法，而半波傅式算法主要以短數據窗半波傅式算法為主。使用全波傅式算法進行微機保護計算，利用算法中離散值相互疊加，求導出可代替的連續積分，在求導過程中出現的誤差，應選用全部采樣值，以此計算出故障前后的周波值。使用短數據窗半波傅式算法，利用全波中傅式算法確定頻率分量，按照2N次方乘法等方法，以此提高濾波效果以及計算的精度，在實際應用運用半波傅式算法，只需半個周期的數據，一方面提高保護系統實際應用速度和精度，另一方面根據計算結果，為全周期算法提供參考依據[1]。

1.2.2 電壓、電流的濾敘算法

第一種為序分量計算法，序分量計算方法分為零序分量計算法、正序分量計算法以及負序分量計算法。零序分量計算公式為3u0k=uak+ubk+uck，正序分量計算公式為Ua1=（Ua+Ub+Uc），負序分量計算公式為Ua2=（Ua+Ub+Uc）。

2 基于離子群算法的數字濾波器設計

2.1 粒子群算法

2.1.1 粒子群算法基本原理

粒子群優化算法的應用方式，主要應用群體智能技術，將空間內的離子設定位置，通過優化函數的適應值，提高離子的運行能力，以便在空間中快速搜索快速定位，并且在每次迭代中會更新極值，更新公式為vi=ωivi+c1r1（pb-xi）+c2r2（pg-xi），在公式中ωi代表慣性權重，c1和c2代表非負常數，r1和r2代表隨機數。進入到時到計算環節，需要將一群離子進行初始化，使每個離子在隨機的位置產生隨機的速度，隨后評價離子的適應能力.

2.1.2 粒子群算法改進計算綜述

利用慣性權重，通過收縮因子的方式，轉變PSO的計算方式，根據公式ωi=ωmax-（ωmax-ωmin）/gmax·gi，在公式中gi代表迭代次數，gmax代表最大迭代次數，將ωmax和ωmin設定為0.9和0.4，通過降低ω值，有效增強算法的收斂性。基于具備搜索的改進PSO算法，在迭代次數增加過程中，會出現較大的計算誤差，并且空間中的離子會在相鄰的區域內，按照最優質的方式進行移動，在移動中交換信息，從而優化全局分布情況。基于遺傳算法改進PSO算法，在該算法的基礎上融入GA算法，使自群算法更加優化，并且在算法中出現選擇、交叉等思想，使粒子具有多樣性特點，同時縮小粒子搜索范圍，防止粒子出現早熟的情況[2]。

2.2 基于融合策略的粒子群改進算法

2.2.1 算法描述

遵循算法描述的原則，充分體現優勝劣汰適者生存的狀態，在進行迭代計算過程中，在空間內選用20%的作為最優粒子，同時在最優和最差粒子之間，選用具有遺傳特點的粒子，通過交叉操作的方式，隨機選用最優極值的粒子，以便在交叉期間將最優經驗遺傳到下一代粒子中，使遺傳粒子的具有經驗信息，一方面是粒子群具有多樣性特點，另一方面在算法迭代期間，增強粒子的慣性權重自適應能力。

2.2.2 算法流程

算法流程如下，通過粒子初始化，為空間內權重粒子設定加速常數、權重因子、最大進化代數、粒子群規模、粒子維度以及取值范圍等，按照每個粒子的初始速度，確定每個微粒的位置以及存儲狀態，逐步更新粒子的速度，在速度變化中變化粒子的位置，并且選用空間中20%的最優粒子，通過交叉操作保證粒子種群規模。若粒子種群進入到最大進化代數，該算法流程結束。

3 基于小波包特征提取的神經網絡供電系統

3.1 小波變換基本原理與能量分布特征提取

小波變換的基本原理，主要是利用電網中小波經典信號的處理方式，避免在非平穩的信號的影響下，使傅式變換特征信號強度出現分量問題。此外在特變性質的信號變換過程中，根據信號的時間以及分辨率，提高時頻的聚苯特征能力，并且利用持續波動函數，計算政府波動值，與傅立葉計算方法類似，小波變換方法中設定尺度因子、平移因子，通過提取函數本質，提高小波信號在不同空間的神經網絡供電能力[3]。

3.2 基于小波包變換的故障信號能量特征提取

通過有效提取故障特征，一方面提高診斷速度以及準確率，需要利用傅立葉變換全局的頻率，借助小波變換分解信號，包括低頻以及高頻的部分，以便提高小波變換的分辨能力。根據信號頻譜的匹配性能，在空間內限定頻率范圍，應逐步提高空間中的頻譜性能以及分辨率，保證信號更加穩定的同時，還能利于礦井中電路出現典型信號進行有效的處理。

4 結語

綜上所述，在礦用高壓微機綜合保護系統應用過程中，針對繼電保護裝置存在的問題，借助相應的計算方法，既要提高系統的運行能力，保障電力網絡提供充足的能源，還要逐步完善保護系統，配置先進的裝置，以便在電力網絡運行中，針對出現的安全故障及時實施解決措施，有效穩定井下安全生產環境，從而提高企業的生產效率。