高压防爆开关微机综合保护装置的研究与开发.pdfVIP

《电气应用》2006年第25卷第7期 高压防爆开关微机综合保护装置的研究与开发 张长勇 李志刚 5r0子胥杜 江 (河北工业大学电器研究所 300130) 摘 要 煤矿井下6kV电网防爆开关是矿井供电系统中的关键设备，开关的性能直接影响 矿井供电的可靠性、安全性和连续性。运用单片机技术和现场总线技术对开关的保护系统进行改 进，不但使系统的可靠性有所增强，而且更易于用户操作和维护，同时也满足了矿井自动化系统 升级的需要。 关键词 高压防爆开关 微机控制 交流采样 Modbus 做进一步的完善外还要为系统增加液晶中文显示、 1 引言 通信组网和故障记录翻查等新的功能。为此利用单 煤矿井下工作环境恶劣，负荷波动大，工况不 片机技术和现场总线技术对原有高压开关综合保护 稳定，瓦斯煤尘积聚，滴水冒顶等事故会使电气设 装置进行了改进，试验证明新的保护系统达到了各 备的绝缘强度逐渐降低。漏电和短路等故障时有发 项电气性能指标，系统的可靠性也有所增强。本文 生，如不及时排除可能引起瓦斯、煤尘爆炸，直接 主要对综合保护装置单片机接口电路的设计、过流 危及人身安全和矿井生产。高压开关综合保护是煤 保护的软硬件实现方法和通信模块的设计进行介绍。 矿井下高压供电系统的主保护，它对电缆和变压器 2单片机及外围接口电路的设计 发生的短路、过流、漏电、电缆绝缘破坏等故障都 能起到可靠的保护作用。因此高压防爆开关综合保 考虑到高压防爆开关在煤矿供电系统中的重要 护对保障人身安全、减少和避免事故的发生具有重 性，本设计在保证其各项保护性能符合煤炭行业标 大的意义。随着煤矿现代化程度的不断提高和井下 准的同时，始终把系统的可靠性放在设计的首要位 高压供电距离的增加，除了需要对以往的保护功能 置。单片机及其接口电路(见图1)是整个保护系 U7 THRl，R矾 图1单片机及外围接口电路原理图 一39— 《电气应用》2006年第25卷第7期 高压防爆开关微机综合保护装置的研究与开发 统的核心部分，因此其工作是否可靠对整个系统来 种方法。直流采样的优点是计算方便，软件设计简 说就显得尤为重要。由于串行接口器件的引脚数量 单，缺点是硬件复杂、稳定性差，而且由于受固有 和封装都要比同类的并行器件减少许多，因此使用 滤波环节的影响，采样数据无法实时反映交流信号 串口器件不但可以降低系统功耗、节省线路板空 的变化。这与保护系统要求实时性高的特点相违 间，而且为设计者更加合理地布线、提高系统的可 背，所以本系统的采样模块只能采用交流采样的 靠性创造了条件，为此在设计电路时，尽可能选用 方式。 串行接口的器件和集成度高的器件。单片机外围接 单片机把离散的采样结果转换成交流信号有效 口电路如E2PROM、日历时钟芯片、液晶模块、值的过程由交流采样子程序来完成。交流采样算法 AD转换芯片全部采用串行接口芯片。 有很多种，常用的有最大值算法、半周积分法、方 考虑到系统不但要完成人机接口(包括参数设 均根算法、傅里叶算法等，各自适用于不同的应用 置、故障记录翻查、累计运行数据查询等)、