矿用隔爆型移动变电高压开关保护系统的开发

摘要

本文针对目前我国矿用高压开关存在测量精度低、采样算法陈旧、抗干扰性能差、保护难以整定、越级跳闸故障频发、功能不能满足需求这些问题而提出的。随着我国煤炭工业的快速发展，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性和连续性提出了新的要求，同时也对保证供电系统安全运行的重要设备矿用隔爆型移动变电站高压开关的保护系统提出了更高的要求。因此，开发一套集多种保护、通信、测控功能于一体的矿用隔爆型移动变电站高压开关的保护系统具有重要的现实意义。在对矿用高压电网常见故障原因、故障类型和保护算法分析的基础上，开发了基于DSP芯片TMS320F28335和C8051F020单片机双CPU结构的矿用隔爆型移动变电站高压开关保护系统，不仅可以实时测量、分析判断和处理高压电网数据，又可以与多机进行通信，实现资源共享，远程监测监控等功能，为煤矿数字化安全生产提供技术保障。
　　本研究在查阅大量国内外相关技术文献的基础上，经多次现场调研，分析了目前矿用高压电网常见故障原因、故障类型，提出了基于光纤闭锁式防越级跳闸短路保护方案，将多机光纤通信应用到速断保护中，实现了短路保护动作的选择性。综合考虑煤矿井下供电系统结构和安装环境，在确保煤矿井下供电安全的前提下，设计了多CPU的控制框架，开发了保护系统硬件电路，包括DSP最小系统、信号调理电路、开关量输入/输出电路、通讯电路和供电电路，提出了硬件抗干扰的方法。根据井下高压开关保护装置需要实现的功能，采用模块化结构程序设计方法，设计了保护系统的主程序、故障判断及处理子程序、液晶显示子程序和通讯子程序等，分析了保护系统数据采集方法及相关算法，并提出了软件抗干扰的方法。利用实验室及协作单位山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司已有的测试条件，对本文所研制的高压真空开关保护系统进行了各项功能的调试，试验结果表明:系统保护功能完善，运行稳定，动作可靠，灵敏度高，系统能够准确、快速地对矿用高压电网信号进行采集和处理，实现选择性短路、过载、过压等保护功能，对提高井下供电系统的可靠性和安全性有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1课题研究目的与意义

1．2 矿用保护系统的发展与现状

1．2．1 国外的发展与现状

1．2．2 国内的发展与现状

1．3 本文研究目标及研究内容

第二章 矿井高压电网故障保护设计

2．1 煤矿井下供电系统简要分析

2．2 煤矿井下高压电网短路保护设计

2．2．1 短路保护中存在的主要问题

2．2．2 煤矿井下供电系统越级跳闸原因

2．2．3 基于光纤通信的防越级跳闸短路保护设计

2．3 矿井常见故障保护设计

2．3．1 漏电保护设计

2．3．2 过负荷保护设计

2．3．3 断相保护设计

2．3．4 电压保护设计

2．3．5 绝缘监视保护设计

2．3．6 温度保护设计

2．4 本章小结

第三章 保护系统硬件电路设计

3．1 系统硬件电路总体设计

3．2 MCU选型

3．2．1 资源需求分析

3．2．2 主处理器选型

3．2．3 从处理器选型

3．3 最小系统设计

3．3．1 晶体振荡电路

3．3．2 复位电路

3．3．3 JTAG接口电路

3．3．4 EEPROM存储器的选择

3．4 数据采集模块

3．4．1 电压／电流采集电路

3．4．2 信号调理电路

3．4．3 绝缘电阻检测电路

3．4．4 温度测量电路

3．5 开关量输入／输出模块

3．6 通讯接口模块

3．6．1 串口扩展电路

3．6．2 RS-422通信接口电路

4．6．3 RS-485通信接口电路

3．6．4 光纤收发模块接口电路

3．6．5 CAN接口电路

3．7 电源模块

3．8 硬件抗干扰设计

3．9 本章小结

第四章 保护系统软件设计

4．1 软件整体框架

4．2 主程序

4．3 故障判断及处理程序

4．3．1 短路保护程序

4．3．2 电压保护程序

4．4 A／D采样

4．4．1 采样方式选择

4．4．2 算法分析

4．5 电能计量

4．6 人机界面程序设计

4．7 通信程序

4．7．1 RS-485通信程序设计

4．7．2 CAN通信程序设计

4．7．3 RS-422通信程序设计

4．8 软件抗干扰设计

4．9 本章小结

第五章 保护系统调试

5．1 试验系统构成

5．2 保护性能调试

5．3 通讯性能调试

5．3．1 RS-485通讯

5．3．2 CAN通讯

5．4 系统性能指标

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的研究成果