1.引言

　　目前配電線路故障定位方法是，首先要確定故障線路，然后沿工人路故障點。隨著配電網(wǎng)的加強，該行已變得特別復雜，使用傳統(tǒng)方法，以確定故障點的具體位置是非常困難的，它會浪費多少時間，嚴重影響正常生產(chǎn)的煤礦。因此，對配電線路故障定位方法的研究具有十分重要的意義。本文旨在研究煤礦高壓故障定位系統(tǒng)的一個合適的方法。經(jīng)過國內(nèi)和國際分布故障定位技術(shù)的研究，結(jié)合煤礦6kV高壓握的實際情況，然后我們制定了煤礦高壓電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)。

　　本文首先構(gòu)建了該系統(tǒng)的數(shù)學模型，通過分析煤礦分布網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和故障定位算法研究制定一個基于圖論的智能定位算法。在地面上的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)的使用可以很容易地得到故障信息。MCGS組態(tài)軟件，Matlab，數(shù)據(jù)庫和其他PC軟件相結(jié)合，該系統(tǒng)成功地實現(xiàn)故障的精確定位和煤礦分布網(wǎng)絡(luò)的實時顯示，報警等功能的操作。

　　2.定位算法

　　根據(jù)圖論方法的基本原理，分布網(wǎng)絡(luò)的饋線將作為邊，反饋交換機作為一個頂點，因此，我們可以用圖論的方法來建立分布網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學模型和相應(yīng)的算法。根據(jù)頂點和邊之間的關(guān)系，有許多方法來描述一個矩陣。在這里，我們剛剛推出鄰接矩陣和相關(guān)矩陣的描述方法。

　　2.1鄰接矩陣

　　圖G(V，E)的節(jié)點，如v1，v2，...，vn，這N個節(jié)點的分布網(wǎng)絡(luò)，我們可以判斷行列的分銷網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣An×n至節(jié)點之間的連接關(guān)系。如果存在邊緣節(jié)點之間，Aij= Aji= 1，否則Aij= Aji= 0。

　　2.2相關(guān)矩陣

　　相關(guān)矩陣的描述方法是由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和邊之間的關(guān)系的拓撲結(jié)構(gòu)確定的。圖G(V，E)有n個節(jié)點：V ={v1，v2，...vn}和m條邊E ={e1，e2，......em}。如果該節(jié)點與邊連接，則Aij= Aji= 1，否則Aij= Aji=0。

　　2.3區(qū)域相關(guān)性矩陣

　　由于配電網(wǎng)絡(luò)反饋線路數(shù)量非常大，結(jié)構(gòu)復雜，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)往往具有很高的維數(shù)，如果我們直接使用的鄰接矩陣描述方法和相關(guān)矩陣描述方法，這將是難以計算的，所以我們需要簡化的拓撲描述矩陣，然后提出區(qū)域拓撲描述矩陣的概念，使用區(qū)域拓撲描述矩陣分析，信息處理，將大大簡化。根據(jù)節(jié)點故障的特點，我們使用一個新的節(jié)點代表整個區(qū)域的信息，只要區(qū)域內(nèi)的一個節(jié)點故障就代表區(qū)域內(nèi)的節(jié)點有故障。區(qū)域Zi(vi，vj，...... vm)是vi子節(jié)點父節(jié)點。假設(shè)可以把分布網(wǎng)絡(luò)分解成m個地區(qū)，我們可以建立一個區(qū)域的相關(guān)性矩陣Q(qij)M×M。矩陣的所有對角線元素等于零，如qij= 0。分析兩個連接的區(qū)域Zi(vi，vj，...... vn)和Zj(vi，vj，...... vn)，如果父節(jié)點Zi的vli和另一個父節(jié)點Zj的vmj相連接，則qij= 1，否則qij=0。

　　我們通過上面的介紹，區(qū)域拓撲矩陣實現(xiàn)區(qū)域劃分，并通過分析，只要區(qū)域內(nèi)的子節(jié)點有故障，它的父節(jié)點也一定有故障，如該子地區(qū)Zi(vi，vj，...... vn)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點有故障，我們會相信Zi是故障地區(qū)，如果沒有故障，我們認為該地區(qū)是正常的。確定故障信息矩陣GD：

　　我們可以通過區(qū)域故障信息矩陣和地區(qū)的相關(guān)矩陣DP故障來識別

　　故障DP標準：(1)dii=1(2)如果dji = 1，djj = 0，那么我們可以看到，故障發(fā)生在Zi地區(qū)或反饋線Zi和Zj之間。如果v1 = v2 =......=vn =0，故障出現(xiàn)在反饋線上。如果其中一個等于1，故障發(fā)生在Zi地區(qū)。

　　2.4算法

　　中央變電站位于255米的地下其中有三個電源線來自地面，有防爆高壓開關(guān)。我們安裝了21個無線傳感器，一旦發(fā)生故障，它們將得到和工業(yè)控制計算機相連接的基站發(fā)送的信息。圖1中央變電站的數(shù)字。 “20”和“21”是兩個觸點開關(guān)。用IPC軟件，我們可以通過上述方法找到哪條線路出現(xiàn)故障。

　　圖1中央變電站

　　3.系統(tǒng)的設(shè)計

　　煤礦高壓電源線故障定位系統(tǒng)組件如圖2所示。該系統(tǒng)采用最新技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的故障狀態(tài)監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點用于獲得整條線的信息，當線路短路，故障信息將被發(fā)送到該基站。基站編碼信號，并把它發(fā)送到地面上的主站。主站的計算機上安裝的判斷軟件可以判斷故障的位置。

　　3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是適合部署在這樣一個環(huán)境惡劣，高風險區(qū)的煤礦。圖2所示 工作原理圖

　　圖2系統(tǒng)示意圖

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點安裝的電纜線，檢測線的運行狀況。一旦線路短路，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會迅速捕捉到故障信號，將信號發(fā)送到安裝在節(jié)點附近的基站。

　　節(jié)點主要有兩部分，檢測部分和無線通信部分。節(jié)點使用MSP430 MCU F2132微控制器核心。 MSP430單片機的使用16位RISC處理器作為核心，可以執(zhí)行的指令只有一個周期，與其他類型的微控制器相比，具有更強的處理能力和運行速度，某些類型MSP430單片機內(nèi)部還設(shè)立了一個硬件乘法器， DMA等功能，可以完成由DSP完成的任務(wù)。

礦井無線故障指示器的設(shè)計如圖3所示，傳感器的主要部件是：MCU(微控制器)，無線通信模塊，電源模塊。

　　圖3礦井無線故障指示器

　　3.2高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備

　　高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖4所示。它采用插件的箱體結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計，包括高速數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲和傳輸，數(shù)據(jù)分析和處理三部分組成。

　　圖4高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件：設(shè)備訪問電流互感器(CT)。行波分量將通過濾波電路提取，由A / D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 FPGA控制模塊控制數(shù)據(jù)存儲在緩存中，一旦滿足啟動條件，記錄故障的觸發(fā)點，并存儲在緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)將被傳遞到故障記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊：保存到CF卡和SD卡，收集的數(shù)據(jù)采集部分的功率損耗，即使掉電數(shù)據(jù)也不會丟失。數(shù)據(jù)分析和處理： ETX嵌入式計算機模塊自動分析文件，完成數(shù)據(jù)顯示，打印，鍵盤控制等。

　　3.3地面監(jiān)測站的主要

　　通過上述分析和計算，礦井6KV高壓電源故障定位系統(tǒng)的實施，需要建立一個準確的分布網(wǎng)絡(luò)和故障識別矩陣的數(shù)學模型，并混合了廣泛的信息。由于系統(tǒng)的復雜性，軟件的設(shè)計成為成功的關(guān)鍵，因此，我們設(shè)計了故障信息處理和精確定位的軟件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　雖然配置的軟件有一個功能強大的人機界面和通訊功能，在數(shù)值計算和分析，似乎是不夠的。 MATLAB是一個優(yōu)秀的數(shù)值計算，算法開發(fā)，系統(tǒng)仿真軟件，可以很容易地計算和編程，但并不方便的人機界面設(shè)計，它不提供計算機硬件接口，端口無法操作。我們結(jié)合他們的優(yōu)勢。

　　當程序運行時，MCGS的出口DDE方式收集到的數(shù)據(jù)故障， Visual Basic處理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲得的故障數(shù)據(jù)，然后傳送到MATLAB函數(shù)做計算，最后Visual Basic從MATLAB軟件得到結(jié)果，并在MCGS中顯示。

　　圖5軟件結(jié)構(gòu)

　　4.小結(jié)

　　煤礦6kV的高電壓握故障定位系統(tǒng)的投資，我們可以實現(xiàn)全面的監(jiān)控，以地下的高壓電網(wǎng)，這可避免事故的發(fā)生，確保煤礦生產(chǎn)過程中的安全性，它具有大的安全意識。該系統(tǒng)將減少人員所涉及的因素，節(jié)省人員成本，提高勞動效率，確保煤礦安全。該項目有廣泛的適用性在煤礦和良好的應(yīng)用價值。