基于WSN的煤矿井下选择性漏电保护系统

发布时间：2017-04-05 12:00

  本文关键词：基于WSN的煤矿井下选择性漏电保护系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿井下环境恶劣,供电设备易遭到破坏,可能导致漏电、触电甚至引起火灾和瓦斯爆炸等危险现象。为了避免事故的发生,不断有学者研究煤矿安全装置,井下管理方面也变得越来越更加安全、可靠。现在煤矿井下环境比较特殊,供电系统大多都是通过电缆供电,在潮湿而又狭窄的环境中极易引起绝缘电阻的下降,导致供电系统对地绝缘阻抗降低或产生过压冲击而增加人身触电的危险,发生漏电故障,而且产生的电火花增加了煤矿井下的危险度,严重影响了煤矿生产安全。故介于以上煤矿井下特殊环境对供电系统的影响,对供电电网的漏电保护系统的要求也变得更加严格。现在在煤矿漏电保护器中最常用的附加直流检测漏电保护器、零序电流保护和接地型旁路漏电保护都存在着许多缺点,也不能集中性的只应用到优点,而且布线都是有线方式,需要大量的人力、财力和物力来解决布线困难的问题,在供电单元泄漏发生故障时,工作人员需要大量的时间检查泄漏位置,大大影响煤炭生产的进展。介于以上问题和漏电保护方法的不足,本文将无线传感网络(Wireless Sensor Network简称WSN)技术应用于煤矿井下选择性漏电保护系统中,实现了检测信号或控制信号的无线传输和自动组网,解决了煤矿井下布线困难等各种问题。本文在煤矿井下布线方式改成了基于ZigBee技术的无线传感器网络方式,节点间自动组网,传输零序电流信号、零序电压信号和控制命令信号。ZigBee技术具有低成本、低功耗、节点布置方式灵活、性能可靠等特点,能量提供也仅用两节五号电池即可,自行构建网络也可免去铺设线路的繁琐。本文首先根据采集来的零序电压信号的变化来判断供电系统是否发生了漏电现象,检测来的零序电压信号超过了整定值即可判断发生了漏电,此时终端节点是处于休眠状态的；然后判断发生漏电情况后,终端节点开始对供电系统各个支路的零序电流进行采集、传输,利用改进灰色绝对关联度选漏算法对井下电网判断漏电情况,检测出漏电支路并发送命令,经WSN传输给节点,控制馈电开关动作,只允许煤矿井下供电系统漏电支路断开,保证了非故障线路的正常运行,实现了没矿井下选择性漏电保护系统的有效性,提高了煤矿生产效率。
【关键词】：WSN 漏电保护系统 ZigBee技术 CC2530 煤矿井下
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TD611.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 选题背景13-14
• 1.2 漏电保护研究现状及发展趋势14-15
• 1.3 研究目的和意义15-17
• 1.4 研究内容和思路17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 WSN的基础介绍19-29
• 2.1 基于ZigBee的无线传感器网络概述19-22
• 2.1.1 ZigBee技术简介及优势19-21
• 2.1.2 ZigBee技术应用在煤矿井下的可行性21-22
• 2.2 无线传感器网络的体系结构22-24
• 2.2.1 ZigBee网络节点分类22-23
• 2.2.2 ZigBee网络的拓扑结构23-24
• 2.3 ZigBee网络组网方案24-27
• 2.3.1 ZigBee网络初始化25-26
• 2.3.2 节点通过协调器加入初始化好的网络26
• 2.3.3 节点通过已有节点入网26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 煤矿井下低压电网漏电故障分析及保护原理29-35
• 3.1 煤矿井下低压电网供电系统29
• 3.2 井下低压电网对中性点不接地系统的漏电故障分析及其仿真29-32
• 3.3 漏电保护的常用方法32-33
• 3.3.1 附加直流源检测的漏电保护方法32-33
• 3.3.2 零序功率方向型检测式保护方法33
• 3.4 本章小结33-35
• 4 系统的硬件设计35-43
• 4.1 漏电保护系统的总体结构35-36
• 4.2 路由器节点和终端节点的硬件设计36-38
• 4.2.1 CC2530芯片简介36-37
• 4.2.2 电池供电电路设计37-38
• 4.3 协调器节点的硬件设计38-41
• 4.3.1 中央处理器的选择39-40
• 4.3.2 RS485总线通信设计40-41
• 4.4 本章小结41-43
• 5 系统的软件设计及仿真43-53
• 5.1 各个节点的软件设计43-45
• 5.1.1 路由器节点的软件设计43-44
• 5.1.2 终端节点的软件设计44-45
• 5.1.3 协调器节点的软件设计45
• 5.2 改进灰色绝对关联度算法判漏及MATLAB仿真实验45-51
• 5.2.1 改进绝对关联度选漏算法构造45-49
• 5.2.2 MATLAB仿真实验49-51
• 5.3 本章小结51-53
• 6 总结与展望53-55
• 6.1 总结53-54
• 6.2 展望54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-61
• 作者简介及读研期间主要科研成果61

【参考文献】

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本文编号：287035