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“煤矿智能供配电技术”专题

来源：工矿自动化

煤矿供配电是高产高效矿井的动力保障，对煤矿生产和安全至关重要。当前，在实现“碳达峰、碳中和”目标的过程中，煤矿供电系统迫切需要应用物联网、大数据、云计算等新兴技术提升煤矿供电智能化程度，实现矿井安全、可靠、无人、节能供电。为促进煤矿智能供配电技术的发展，《工矿自动化》编辑部于2023年第10期组织出版“煤矿智能供配电技术”专题。

行业视野: 智能化
类别; 29个
关键词; 20位
专家; 5篇
论文; 742IP
点击量; 226次
下载量

基于改进深度森林的采煤机拖拽电缆挤压力识别方法

作者(Author)：石港, 雷志鹏

摘要：采煤机拖拽电缆在运行中常受到外部挤压力作用，致使电缆绝缘发生局部放电，影响电缆使用寿命。现有研究侧重于局部放电规律和严重程度的分析，无法评估乙丙橡胶绝缘电缆所承受应力的大小，导致无法掌握矿用乙丙橡胶绝缘电缆的运行状态。针对该问题，提出一种基于改进深度森林（S−DF）的采煤机拖拽电缆挤压力识别方法。通过实验测量了不同挤压力下采煤机拖拽电缆的局部放电，分析了局部放电谱图、平均放电电流、最大放电量和击穿场强随所施挤压力和电压的变化规律，计算了局部放电的统计特征参量。基于统计特征参量，采用S−DF模型对挤压力大小进行识别。S−DF模型在深度森林（DF）中引入Stacking集成算法，以提升识别准确率。研究结果表明：不同电压下，最大放电量和平均放电电流均随着挤压力的增大而减小；击穿场强随着挤压力的增大呈先增大后减小的趋势，挤压力大于2 000 N时的击穿场强小于未挤压时的击穿场强；不同挤压力下的局部放电统计特征参量可作为放电指纹，S−DF模型能准确地识别电缆所受挤压力的大小，且识别率高于其他传统分类算法。

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2023年第10期

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调制模型预测控制在基于STATCOM的煤矿电能质量治理的应用研究

作者(Author)：张宝军, 孟庆林, 刘鹏, 纪祥, 刘伟, 张德正, 鹿伟强

摘要：大量电力电子设备及非线性负载接入煤矿电网，使得煤矿电网中存在大量电流谐波及无功功率，严重危害煤矿电网电能质量。传统电能质量治理策略大多采用比例积分（PI）调节器对静止同步补偿器（STATCOM）进行控制，以实现谐波抑制和无功补偿，但其参数难以调节且动态响应慢。针对上述问题，提出了一种基于调制模型预测控制（M2PC）的STATCOM控制策略。首先，采用ip−iq法检测出电网中的谐波电流和无功电流作为M2PC的参考电流；其次，根据参考电流及STATCOM数学模型计算出每个扇区的2个有效矢量和零矢量的占空比及扇区代价函数；然后，通过最小化代价函数得到最佳扇区和该扇区所对应的2个最佳有效矢量和零矢量的占空比；最后，根据空间矢量调制（SVM）方式分配开关脉冲，实现固定的开关频率，从而控制STATCOM发出补偿电流，以抵消电网中的谐波电流与无功电流。仿真和实验结果表明：投入基于M2PC的STATCOM前，电网侧电流畸变严重，电网侧无功功率波动大，电网侧功率因数存在波动且小于1；投入基于M2PC的STATCOM后，由于STATCOM补偿了电网侧谐波电流，使得电网侧电流总谐波畸变率（THD）大幅度降低，且由于STATCOM补偿了负载所需无功功率，电网侧无功功率基本保持为0，电网侧功率因数稳定为1，有效改善了电能质量。

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2023年第10期

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基于暂态电流导数的煤矿直流配电线路无通道保护

作者(Author)：魏朝阳, 段建东

摘要：煤矿直流供配电线路故障电流具有幅值大、上升率高的特征，是威胁供电系统安全稳定的重要因素。利用直流配电系统电气特征实现故障识别的方法较少考虑保护设备的实际情况，难以处理设备误差及扰动，不满足继电保护的可靠性要求；而基于电力电子变换器的主动保护方法则较少利用故障电气量信息，仅依靠设备动作特性实现故障切除，往往不能满足继电保护的速动性要求。针对上述问题，提出一种基于暂态电流导数的煤矿直流配电线路无通道保护方案。将直流侧并联电容放电电流的二阶导数作为保护加速判据，若满足加速判据则启动加速动作，若不满足加速判据则按照断路器既定延时动作。故障发生时，电流均指向故障点，则可利用功率流向的变化初步判断故障方向，构成无通道保护，使故障线路两端断路器加速跳开，从而缩短故障切除时间。仿真结果表明，在不同故障发生位置、过渡电阻及故障类型条件下，若加速动作能够有效启动，则基于暂态电流导数的煤矿直流配电线路无通道保护方案可快速切除故障，减少故障时间；若加速动作不能启动，保护方案也能按照既定延时配合实现故障类型和区段的确定并切除故障。

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2023年第10期

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基于电流谐波特征的矿用电缆劣化监测与故障诊断

作者(Author)：卢润戈, 徐涛, 周卓蓓, 李茂, 黄潮灿

摘要：矿用电缆受煤矿恶劣环境影响，容易发生绝缘劣化、护套受损等情况，传统的矿用电缆检测多采用低压脉冲法、局放法等离线诊断方式，操作复杂，准确度低，难以满足现代煤矿生产需求。而现有基于谐波的电缆故障诊断方法存在检测装置笨重、检测精确低、难以在煤矿应用等问题。针对上述问题，提出一种基于电流谐波特征的矿用电缆劣化监测与故障诊断方法。提取电缆中高次谐波含量信息作为故障特征向量，对特征向量进行归一化处理后导入极限梯度提升树（XGBoost）模型，结合已知电缆故障劣化度数据，形成训练样本集，训练XGBoost模型，最后通过构建的XGBoost模型对电缆劣化度进行实时监测和故障诊断。仿真结果表明：针对电缆不同部位提取的高次谐波向量的相对能量有明显不同，表明提取的高次谐波向量可表征电缆不同部位的运行状态；XGBoost模型的拟合优度参数R2高达 0.93，且误差较小。案例分析结果验证了基于电流谐波特征的矿用电缆劣化监测与故障诊断方法可对矿用电缆运行状态及劣化故障进行实时、准确的监测和诊断。

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工矿自动化

2023年第10期

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矿区架空线路外破风险评估方法

作者(Author)：刘振国, 于海, 封士光, 张禹

摘要：矿区架空线路运行环境恶劣，易受到外界因素影响而导致线路损坏，需要准确评估矿区架空线路外破风险水平。然而现有的定性评估方法存在主观性强、评价结果可比性差等缺点，定量评估方法虽然有着较高的客观性，但其准确评估的基础是大量高质量数据。为均衡评估结果的客观性和评估数据的获取难度，采用半定量评估方法中的作业条件危险性分析（LEC）法，并基于矿区线路实际运行环境对其进行改进，提出了一种基于改进LEC法的矿区架空线路外破风险评估方法。首先，通过分析矿区架空线路的实际运行环境，明确主要的外破风险要素，构建矿区架空线路外破风险评估指标体系。其次，借助基于YOLOv5的图像识别策略来辨识线路环境中的外破风险源，实现线路外破风险数据的实时获取，克服了传统LEC法人工获取的数据实时性较差、数据量不足的缺点。然后，改进了LEC法的要素赋值规则，基于图像辨识结果对要素进行赋值，实现线路外破风险的实时评估，提高了评估结果的客观性，解决了传统LEC法的要素赋值依赖评价者个人经验的弊病。最后，为衡量各类风险带来的叠加影响，利用层次分析法确定各风险评价指标权重，最终实现矿区架空线路外破风险的综合评估。结合露天煤矿实际运行过程中某场景进行案例分析，结果表明该方法能对具体场景中的架空线路外破风险等级进行有效评估。

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2023年第10期

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