矿井供电系统选择性漏电保护理论及其应用研究

摘要

漏电是井下供电系统的主要故障形式，约占其总故障的70％左右，它不但导致人身触电事故，还会形成单相接地，进而发展成为相间短路，由此引发的电弧会造成瓦斯和煤尘爆炸。漏电保护器主要用来防止漏电火灾造成的经济损失和人身伤亡，因此得到广泛应用。 选择性漏电保护是指当电网发生漏电故障时，能够有选择地发出故障信号或切断故障支路电源，而非故障部分继续工作。从而减小故障停电范围，便于寻找漏电故障，缩短漏电停电时间，提高了供电的可靠性。 目前的矿井电网的选择性漏电保护系统主要采用零序电流大小及零序电流方向保护原理，这种原理在某一线路远远长于其他线路(即其分布电容与系统总的分布电容相差不大时)的情况下较难满足选择性的要求，保护装置可能发生拒动现象，不能很好的完成保护的目的。 本文在对井下电网漏电故障理论分析和仿真验证的基础上，提出了以dsPIC30F4012为核心，基于附加直流电源检测和零序功率方向的选择性漏电保护方案，介绍了基于这种选择性漏电保护方案的电网选择性漏电保护装置。该装置在总馈电开关处的漏电保护装置使用附加直流电源原理，在分支馈电开关处的漏电保护装置使用零序功率方向式保护原理，并且采用速度更快的PROFIBUS协议现场总线及光纤传输技术，使该选择性漏电保护装置的动作性能和抗干扰能力得到很大提升。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1我国矿井供电系统的基本状况

1.1.1矿井供电系统电压等级

1.1.2矿井供电系统基本结构

1.2矿井供电系统选择性漏电保护装置的重要性

1.3本论文的主要工作及内容安排

第二章常用漏电保护器及漏电理论分析

2.1漏电保护器的发展历史及现状

2.2漏电保护器的主要类型

2.3漏电保护国家标准及其性能参数

2.3.1漏电保护器的国家标准

2.3.2漏电保护器的性能参数

2.4井下电网的漏电原理分析

2.4.1单相漏电故障时的零序电压

2.4.2单相漏电故障时的零序电流

2.4.3漏电电流

2.5选择性漏电保护原理

2.5.1零序电流幅值比较法

2.5.2群体比幅比相法

2.5.3附加直流电源法

2.5.4零序功率方向法

2.5.5本系统所采用的选择性漏电保护方法

2.6单相漏电故障仿真分析

2.7本章小结

第三章选择性漏电保护装置的硬件电路设计

3.1总体硬件设计

3.2核心控制器dsPIC30F4012

3.3从处理器PIC16F877A

3.4电压测量模块

3.4.1低通滤波器

3.4.2ADC

3.5分支馈电开关处零序电流的采样

3.6人机接口单元

3.7光纤传输

3.7.1光纤

3.7.2光纤通信

3.8 PROFIBUS总线

3.8.1现场总线的概念

3.8.2 PROFIBUS总线

3.8.3基于光纤的PROFIBUS-DP总线

3.9本章小结

第四章选择性漏电保护装置的软件设计

4.1软件设计原则

4.1.1程序的总体设计

4.1.2程序的编制

4.1.3程序的检查和修改

4.1.4程序的调试

4.2软件开发环境

4.2.1 MPLAB集成开发环境(IDE)

4.2.2程序调试

4.3交流信号的采样算法分析

4.3.1傅氏算法

4.3.2均方根算法

4.4软件设计方案

4.4.1程序构成

4.4.2主程序模块

4.4.3选择性漏电保护选线模块(PIC16F877A)

4.4.4初始化与自检模块

4.4.5额定参数检测计算模块

4.4.6电压检测模块

4.4.7绝缘电阻检测模块

4.5本章小结

第五章选择性漏电保护装置抗干扰设计

5.1干扰源及危害

5.2选择性漏电保护装置硬件的抗干扰设计

5.2.1电源的抗干扰

5.2.2印刷板的抗干扰

5.2.3信号传输通道的抗干扰

5.3选择性漏电保护装置的软件抗干扰设计

5.4本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文