泄漏電纜井下監(jiān)控系統(tǒng)(本科)(編輯修改稿)
2025-07-20 05:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 機技控制技術(shù)、發(fā)電機技術(shù)和新材料的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)得到極為迅速的發(fā)展。單機容量從最初的數(shù)十千瓦級到現(xiàn)在的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組:功率控制方式從定槳矩失速控制向全槳距變距和變速控制發(fā)展；運行可靠性從20世紀(jì)80年代的50%提高到現(xiàn)在的98%以上，并且在風(fēng)力發(fā)電場運行的風(fēng)力發(fā)電機組全部可以實現(xiàn)集中控制與遠(yuǎn)程控制。風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，將會成為未來主要的替代能源。風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是一個集氣動、機械、液壓、電氣與電子等多種元器件于一體的綜合性控制系統(tǒng)。伴隨著風(fēng)力發(fā)電機組型式的不斷升級，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制策略亦不斷進(jìn)步。20世紀(jì)80年代，風(fēng)力發(fā)電多采用定槳距風(fēng)力機與鼠籠異步發(fā)電機組成的發(fā)電機組，相應(yīng)的控制系統(tǒng)主要是解決發(fā)電機組的安全可靠運行與減小并網(wǎng)沖擊等問題。20世紀(jì)90年代初期，變槳距風(fēng)力發(fā)電機組開始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場。采用全槳變距的風(fēng)力發(fā)電機組，起動時可對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并網(wǎng)后可對功率進(jìn)行控制，使風(fēng)力機的起動性能和功率輸出特性都有顯著的改善。在以往控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)增加了槳距調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，從而構(gòu)成一個功率閉環(huán)控制系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了變槳風(fēng)力機、變速發(fā)電機與變頻器組成的風(fēng)力發(fā)電機組，即變速恒頻風(fēng)電機組，相應(yīng)地在控制系統(tǒng)中又增加了轉(zhuǎn)速控制和變頻控制。近年來，風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)的安全運行控制開始受到重視。在存在電壓、頻率波動、三相不平衡和瞬時電壓跌落，甚至外部短路等非理想因素的電力系統(tǒng)中，如何延長的風(fēng)力發(fā)電機組的運行時間，減少不必要的脫網(wǎng)次數(shù)，保護(hù)機組免受因頻繁制動剎車造成的機械與電氣沖擊，成為了當(dāng)今的研究方向。 在本章的論述中，簡要介紹了泄漏電纜在國內(nèi)外的發(fā)展概況、基本構(gòu)成，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀。第2章 泄漏電纜井下監(jiān)控系統(tǒng)的組成 泄漏監(jiān)控系統(tǒng)的組成設(shè)備 每個系統(tǒng)要求一個前端機，它含有以下四個部分：（1） HE主板 前端機提供了至語音基站、數(shù)據(jù)調(diào)制器以及視頻監(jiān)視器的接口。前端機可以支持8個語音/數(shù)據(jù)信道，并可通過前端機擴(kuò)展單元擴(kuò)充至16,24或32個。前端機包括濾波器和放大器，用于路由無線電信號到接收器與發(fā)射器的合路和分路。連接視頻模塊到前端機，可提供16個視頻信道。（2） HEPS（前端機供電單元），由主電源120/20Vac供電，前端機電源為前端主機和基站提供直流電源，輸入為交流市電（110/220V）。前端機設(shè)備用電池，電池可工作4小時。在非本安型系統(tǒng)，輸出經(jīng)電源控制模塊分成4組獨立電源連接到4組輸出，任何一組電源短路不影響其他電源的供電。一旦發(fā)生短路時，可以提供相互保護(hù)。前端機電源面板有四個電壓表，可分別監(jiān)測各個泄漏電纜插口的直流電壓。在本安型系統(tǒng)，F(xiàn)CL4的4組輸出都有獨立的本安電源。（3） FCL4（前端機分線器）把單個的泄漏電纜輸出插孔分成四個，在前端機的非本安設(shè)備和地下設(shè)備之間提供接口，同時也是直流電源輸出至泄漏電纜的接口。（4） HEBU（前端機隔離單元）前端機隔離單元只需要用于本安型系統(tǒng)。前端含有從非本安電源供電的設(shè)備。為了確?！安淮_定安全”電壓進(jìn)入井下危險區(qū)域，RF信號進(jìn)出前端機，都必須經(jīng)過認(rèn)證過的確保安全的隔離器HEBU。電源分為ISPSUS、ISPSU、ISUPS三種型號，期中ISPSUS應(yīng)用于地面，與ISPSU、ISUPS安裝在地下不一樣，不需要安裝在FLP盒子里，提供12Vdc，1A的本安型輸出，通常用于地下放大器和其他設(shè)備。ISPSU安裝在FLP盒子里，當(dāng)甲烷濃度超出當(dāng)?shù)氐V井管理所接受的最大值時，交流電必須被斷開。這意味著在甲烷爆發(fā)時將失去系統(tǒng)的電源。在此期間如果需要保持電源，則需要本安型不間斷電源（ISUPS）。FPC（電源耦合器）安裝在泄漏電纜中，它耦合ISPSU或ISUPS輸出的12VDC給泄漏電纜。FPC在泄漏電纜兩部分提供DC隔離，確保不加上相鄰的ISPSU的電能。放大器裝于井下，用于放大RF信號，從而補償RF信號沿泄漏電纜傳輸時的損失，約每隔350米需要安裝一個放大器，在巷道有支線的地方，放大器之間的距離應(yīng)短于350米，這是因為信號通過支線時的損失部分應(yīng)該予以考慮。標(biāo)準(zhǔn)的放大器可以放大語音和數(shù)據(jù)信號，A1模塊放大上行的數(shù)據(jù)和語音信號，A3模塊放大下行的數(shù)據(jù)和語音信號，并預(yù)留了可插入視頻放大模塊的接口。在放大器內(nèi)，沒有暴露的電子部件，這樣可以避免安裝過程中的意外損害。用在離開主電纜區(qū)域如斜坡、豎井等處鋪設(shè)支路泄漏電纜時用。分支部件有兩種，一種為單分支FBU1，另一種為雙分支FBU2。兩者工作原理類似，都提供從主電纜走出分支，單分支用于“丁”字型路口，雙分支用于“十”字型路口。分支器是無源設(shè)備。線路終端器具有以正確的阻抗終止電纜、密封電纜末端，防止水分進(jìn)入電纜兩項功能。一段電纜如果有4處或4處以上的損壞就應(yīng)該更換，接線盒供維修電纜用。（FPAD）FPAD為電纜系統(tǒng)提供了插入信號損耗。防止由于地形或系統(tǒng)設(shè)計的改變，在放大器之間會產(chǎn)生的錯誤電纜間距。專門用于不能安裝泄漏電纜的地下礦場或相似的環(huán)境。天線在這些區(qū)域提供大范圍的無線覆蓋，同時在爆破之前很容易取回。在天線和手持電臺或移動電臺保持暢通無阻的通信。語音/數(shù)據(jù)基站由三個部分組成：接收器、發(fā)射器和控制器，根據(jù)需要設(shè)置：全雙工、半雙工或單工操作方式。系統(tǒng)語音/數(shù)據(jù)基站可以從一個信道增加至32個信道，每個信道可以傳送語音/數(shù)據(jù)信號，它同前端機一起安裝在機柜中。前端控制器被設(shè)計安裝在泄漏通信系統(tǒng)的前端上，被用來和安裝在礦井中泄露電纜通信系統(tǒng)上的內(nèi)嵌信標(biāo)進(jìn)行通訊。前端控制器支持全雙工VHF通信，可以和內(nèi)嵌信標(biāo)進(jìn)行交換信息，這種鏈路可以使得信息從前端控制器安全地傳輸?shù)叫艠?biāo)，反過來也是一樣。在接收器已經(jīng)確認(rèn)數(shù)據(jù)被接收到后，發(fā)送器將丟棄數(shù)據(jù)。（內(nèi)嵌信標(biāo)讀寫器）內(nèi)嵌信標(biāo)讀寫器提供位置信息，一個信標(biāo)內(nèi)嵌在泄漏電纜通訊網(wǎng)絡(luò)中，在礦井中的特定位置有必要記錄收發(fā)器的經(jīng)過。每一個信標(biāo)通過編程使它具有一個唯一的十六位編碼。（人員收發(fā)機）人員收發(fā)機被用來跟蹤整個礦井中人員的活動，當(dāng)人員在信標(biāo)范圍內(nèi)經(jīng)過時，收發(fā)機可以確定它的位置。（自供電式收發(fā)機）和IVT（車輛收發(fā)機）自供電式收發(fā)機是獨立的裝置，可以附屬在人員、資產(chǎn)或者設(shè)備中，在某些應(yīng)用中，使用自供電式收發(fā)機來檢測人員和車輛的位置會更有效。車輛收發(fā)機與人員收發(fā)器的功能相同，同時還含有+12VDC/+14VDC供電系統(tǒng)及外部TNC天線連接兩項
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