基于单片机的井下低爆综合保护器设计

kajchild

摘要:矿用 隔爆型低压馈电开关是煤矿配电系统的关键环节，其好坏直接影响着煤矿井下生
) h3 E  f* r& O' W" L产安全和生产效率。而低压馈电开关的智能化程度主要取决于保护系统的可靠性和灵敏性。本
设计研制的井下低爆综合保护器,依据MT871 - 2000<矿用隔爆型低压交流真空馈电开关》标
2 s, Z" l, h- J# h& W准,能对低压电网中出现的短路、过载、过压、欠压、漏电等故障进行实时检测,并有方便的两键参
2 C+ n$ P6 i1 x( F数设定和全中文液晶显示功能。通过对井下低压供电不同方式的深入研究，本设计较好地解决
( c" D8 Y- N; x; j- s. e. s了功率方向型漏电的误动作和拒动作问题,以及短路、漏电等故障的越级跳闸的问题。
0 v: ^5 W% j& t8 j9 u. G( K关键词:漏电;低压电网;综合保护器;单片机
: F' T2 R9 \8 _9 Z1低爆保护装置现状
' V9 ~) {/ c/ o9 G2 I一般说来国内低爆保护装置普遍存在着以下几
5 b6 w; e( N. f8 q$ t' J个方面的问题:
" Q6 w$ S+ a+ B# Z) c( S) J(1)漏电保护困难。井下低压供电系统漏电故
- ]7 Z+ `, n6 P% t# P% ?障大约占到总故障的80%以上。由于漏电故障信
" M6 o: t/ l+ Q! ?, m8 v& ?9 K/ @号鉴别较为困难,且还与供电系统的中性点接地方
式(不接地和经补偿接地)有关,研究难度大。单片
机计算时间长,动作大都在100 ms以上。
(2)抗干扰性能差。随着煤矿效益的逐步好
) |! r. d) w8 h- I) m3 l1 R2 X: R转,井下设备尤其是- -些大型变频设备的大面积使
0 F5 ]  b, Y4 o# f% O( _用,使得煤矿井下的供电情况变得更加复杂。一般
说来,井下电网的功率因数很低,煤矿只在地面变电
0 S1 t; W! E" u2 q  z: L! ?7 N所进行集中补偿,在综采根本没有,因此波形畸变十
分严重,低压开关拒动、误动频繁,严重影响煤矿井
1 [' p) b9 o) b4 @9 _) B下的安全和生产。
; S. L4 S5 T, B6 T) t(3)无监控能力。综采面的低压设备普遍没有
# T2 j$ O  a2 E3 m/ s' i" F通讯功能,不能适应煤矿井下自动化的需要。
0 \/ Q& B; g2 U7 ?! Y/ }2保护器总体设计
* {/ X' H9 C* ~3 G低爆保护器是低爆开关的重要组成部分,是针
1 ^* O) F  L/ _) T- _$ R& v对煤矿井下低压电网而设计的。系统能够独立完成
1 v& z' W) Z" E$ a7 m对低压电网各物理量参数的检测、计算和逻辑处理,
/ g& s. h( {% l! f5 P并能够与上位机进行数据交换,完成“测量、监控、
保护"等功能。图1是本次设计的总体框图。
(1)数据采集功能。①模拟量采集:即实时采
集低压电网的电流、电压漏电等模拟信号,作为电
网中各种故障的判断依据。②开关量采集:将开关

* S$ P" j! b2 i9 K1 G  c柜状态和风电闭锁信号送到单片机的V0口,单片
机对其进行检测。
8 G' P- d0 e! j6 b4 d; M, a图1保护器构成框图
& [% K8 r2 ~) I$ H(2)人机对话界面。采用按键输人电网各项参
9 X- J+ i! o6 X& ^/ q数整定值,输入参数有:电网额定电压、额定电流、开
( s" g. e% Z% ~4 ~0 M关种类、短路倍数、过载倍数、过载延时、漏电电流、
/ w- y" g5 q) ?# ?; C漏电延时、高低压功能选择、漏电功能选择等。
按键功能还包括时间设定故障试验查询等内
容。其中时间设定包括年、月、日、时、分、星期等内
( W4 ?% U5 J% t容。按键功能包括短路、漏电的模拟故障试验。查
询功能包括参数设定查询、100次的故障记忆查询、
2 o: G+ J# y$ s3 a9 r+ C10万次的开关分合闸次数显示等。
( c% G) m! Z: @" `1 l0 P液晶显示器实时显示电网的工作电压、工作电
/ ]" m8 {( u2 c( K" Q, S$ A$ ^- [流、开关状态和当前的时间。发生故障时显示故障
/ ]) S+ m  K6 B' Q& [8 E类型及跳闸的时间,以方便工作人员识别和检修。
8 T* l& w$ m( @( n& H: Y! l% H(3)保护功能。保护功能是测控系统的重点。
, W- B& s; j1 \$ p" R对电网的短路故障进行速断保护;漏电故障实行定
时限延时保护;过载故障采用反时限延时保护;当电
+ y1 s1 f: y/ U+ R5 A1 o/ d网电压低于额定电压的70%时,进行欠压保护;当
) x5 Z' z2 o: Y1 }4 {& g

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低爆保护器是低爆开关的重要组成部分