基于STM32 系列微处理器的矿井电网选择性漏电保护分析-电气工程专业论文.docxVIP

第一章 绪 论 §1-1 矿用隔爆型真空馈电开关研究的意义 矿井电网的正常运行是井下用电设备正常运行的前提和保证。矿井下环境潮湿、煤尘密集、瓦斯与 空气混杂，加上采煤机等设备工作时负荷容易产生较大波动，造成用电设备及线缆的绝缘破坏。另外， 井下人为的误操作也常常会导致线缆的断裂，增大接地或漏电故障发生的可能。单相接地时线路运行在 线电压下，由于高于正常运行电压，线路不能长时间承受，不然就会造成绝缘击穿，乃至造成三相或两 相短路。短路或击穿现象都会产生电弧，在煤尘瓦斯混杂的环境下，极易发生爆炸事故，给人民的生 命和财产安全带来灾难行的后果。近年来，我国安检部门加大了矿井生产的管制力度，同时对矿用电气 设备的安全可靠性提出了更高的要求。因此研究高性能的矿用隔爆型真空馈电开关具有重要意义。 虽然馈电开关是矿井电网的重要保护设备，但它在现场的实际运行状况并不是很理想。还存在一些 问题：主电路的接线复杂，使用较多的中间继电器，还有电网电量信号的采集设备落后等这些问题会造 成保护动作的延迟；一些传统的保护原理保护整定困难，精度较低，常常会造成误动或拒动；还有就是 通信功能还不成熟，没有实现保护之间，保护与地面监控主机之间的网络化通信。在智能化发展浪潮的 推动下，微型计算机的很多优点得到了发挥，使得保护装置的性能有了很大的提高。 为此，本课题选择高性能的微处理器与合适的总线技术相结合来进行矿用隔爆型真空馈电开关的研 制，为煤矿自动化程度的进一步提高做出贡献。 §1-2 馈电开关的发展状况与应用现状 1-2-1 国内外馈电开关的发展状况 八十年代之前，我们国家矿井下使用的馈电开关大多是从国外进口的，还不具备自主研发的能力。 这些进口的馈电开关性能比较差，特别可靠性和灵敏性，更谈不上新型的的功能了。为了满足我国煤矿 工业自动化发展的迫切需要，我们国家在借鉴各国馈电开关研制技术的基础上，结合我国煤矿工业自身 的特点和存在的问题，开始了自主的研发工作。市场上逐渐涌现出了各种我国自主研发的形形色色的馈 电开关。虽然这些馈电开关保护特性各有差别，但总的来说，我国的馈电开关大概经历了空气式和真空 式两种[2]。在初期，空气式的用的比较多，这种馈电开关没有选择性，一旦漏电，继电器动作于跳闸。 使故障线路与非故障线路同时断电。给井下生产作业、故障判断及线路维修带来很多的不便。随着陆地 上电力系统自动化的发展和继电保护理论的日趋成熟，出现了选择性漏电保护的理论。并开始了对矿井 电网的应用尝试。它能够将故障支路识别出来，并且有选择性地将故障支路从电网中切除，而不会影响 到其他非故障支路的正常工作，很大程度的提高了矿井供配电网络的可靠性。后来又出现了真空式馈电 开关，大大提高了保护容量。还增加了多种新的保护功能，比如漏电保护、欠压保护、短路保护、接地 保护、过载保护等。由于那个时期，数字电路还没盛行，多数是使用模拟电路来实现的。各个模块的实 现都是通过分立元件来组建电路，所以造成研制出的保护抗干扰能力不太好，极限通断能力也不高，机 械寿命和电寿命次数也不多。要满足我国煤矿工业智能化，自动化的发展需求还是有一段路要走。这又 使我国的煤矿工业发展受到了约束。近些年来，数字电子技术迅猛发展，微型计算机的应用如雨后春笋。 馈电开关的研制工作也顺应了该趋势。许多智能化，数字化的馈电产品出现在市场上，这些馈电都带有 友好的人机接口，一目了然的显示屏幕，方便的按键操作，很容易实现实时数据的记录和各种保护参数 的整定。给井下技术人员的故障判断、故障排除及线路维修也带来了很多方便。另外，通信技术和总线 技术的发展应用，给馈电开关带来了网络互联的发展前景。保护之间，保护与地面监控主机之间可以实 时通信，共享信息。为我国煤矿工业的发展又注入了新鲜的血液。 国外的馈电开关目前还是比我国的先进些，特别是采煤技术成熟的欧美国家，他们的馈电开关都做 了综合监控系统，故障自诊断系统。诸如采用 PLC 实现的 LC33 系列（可适应 3300V 电压），CMOS 电 子保护的 SCB/1100 系列，实现了高度的自动化。尽管我们国家也取得了较大的进步，但国内用的普遍 还是 KBZ 系列的真空馈电开关，它的很多性能还是有待于进一步提高。本课题就是针对目前我们国内 的 KBZ 系列馈电开关存在的一些问题进行进一步的性能优化和提高。 1-2-2 目前市场上的馈电开关中存在的问题 通过对国内外馈电开关的比较不难发现目前矿井中使用的馈电开关所存在的问题： 1）电网电量信号的采集精度有待提高 目前在我国的馈电开关中，电气信息量的采集多数还是采用直流电量变送器将交流量变换成直流量 进行分析，无法分析电网的动态变化特性。由于这种方法本身存在滞后性，使得保护动作的延迟时间也 加大，影响动作的快速性，进而影响