矿用隔爆真空馈电开关智能化微机保护器的设计

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1、矿用隔爆真空馈电开关智能化微机保护器的设计1前目随着煤矿对控制电器的精度、速度和通信方而的要求越来越高，传统保护器已难以满足需求。本文研发一种用于低压馈电开关的智能化微机保护器，综合RS-485总线技术和单片机技术，引人光电藕合器件，提高Y系统的抗干扰能力。现介绍该智能保护器的原理及特点。2设计原理(1)硬件设计微机保护硬件系统如图1所示。其模拟量输人系统，即数据采集单元;数据处理单元，即微机保护系统；数字量输人/输出接口，即开关量输人输出系统;通讯接口；显示，包括液品显示和各种指示灯。微机保护系统屮通过A/D转

2、换器将输人的电压、电流等模拟量转换为数字量(也可以含开关量输人)的采样过程，一般通过采样中断来实现。从外而引人微机保护器的开关量，如开关、断路器的常开点和常闭点等都是由“开关量输人系统”回路屮的光电隔离技术处理后，将信息送至中央处理系统。从微机保护送出的开关量，如调闸命令，告警信息等，则是经“开关量输出系统”回路中的光电隔离技术处理后，将中央处理系统的判断结果送出。中央处理系统即CPU主系统，对数据采集系统输人的各种原始数据进行计算分析、处理、判断，完成各种继电保护功能。该智能保护器具有RS-485和RS-232

3、通讯接口，与上位控制系统计算机或其它控制设备通信，向控制系统提供被保护对象的各项电气参数，接受控制指令，实现电器的远动操作和动作参数的遥调。本智能电动机综合保护器选用了MGLS12864型液晶显示模块。图2为LCD的接口电路，通过74LS164串人并出门将要显示的内容送到液晶显示模块。VCCT_v〒cU2CLRQB:?QF•00WQACLKSc3QDBQHCLRUlVCCDB7DI36DB5DB4DB3DB2DB1DBOER/WD4CSBCSAn雄35oVDDVSS田2液晶显示屏検口电路图⑵软件设计1)主要程序模

4、块系统软件编程包括三个主要程序模块:①初始化模块，包括对W78E52的初始化，例如vO口、定时器、中断的优先级、中断堆栈设置以及A/D转换、采样保持器等;②信号处理模块，主要包括数据采集、数字滤波、有效值计算等，通过检测，获得电机运行状态，单片机完成各种故障的分析判别；③监控及故障处理模块，主要完成对电力系统的监控、故障显示和通断处理。初始化模块要建立任务间通信的信号量、消息队列及任务队列，分配任务优先权，所有新建任务为就绪态。智能电器系统在接到控制系统的命令后，应立即按照指令动作，故通信和保护应有高的实时性。表

5、1为智能电器任务及其优先级的列表。电压、电流等模拟信号的采集和A/D转换是智能电器工作的基础，为了保证严格的时间间隔要求，软件屮模拟信号采集与转换由屮断服务程序实现，屮断结束后，系统调度程序调用就绪任务队列中优先权最高的任务。表1省能电番的任务及优先级任务内容优先级禊裉倍号采篥1电路畚数汁算、比较2过载、短路、接地、断相、欠压保护3通倌4铒盘输人5足示6(1)采样保护算法智能电器的控制对象是电气设备或供配电线路，在系统出现故障时，必须及时判断故障点、故障类型并可靠地分断故障电流;系统正常工作时，必须有能力及时处理

6、大量的实时动态数据。下面将重点介绍采样算法和保护算法。a.采样算法采用两点乘积法。两点乘积法利用1/4周波的时间就可计算出正旋波信号的最大值。从而缩短采样时间，加快保护的响应。设电压信号两个采样值为：=UmsinwtU2=Umsin⑽+n/2)由此可以计算出电压信号的幅值：U^U22=Um2b.保护算法采用反时限保护。在数据存储器内预先存人反时限动作曲线的电流值和相应的动作时间，当采样算法计算出电流值后，将该值和额定值相比，然后查表，求出动作时间，通过定吋器延时后发出分断信号。定时过程屮，仍然对信号进行采样。如果

7、电流值发生变化，则根据发热效应相等的原则随时调整动作时间。设原来电流L,动作时间为，二次采样电流为12,査表得动作时间为t2。则实际动作时间t为：t=(I22xt2-I2xtl)/I23系统功能(1)过载短路保护馈电开关主回路在运行过程中，电流信号通过电流互感器送人控制盒的微型精密电流互感器变成电压信号，电压信号经过整流、滤波、LM358放大后，送入单片机处理。如果出现过载、短路信号，则单片机发出低电平信号，经过光祸和三极管切断继电器的电源，切断主回路。同时，液晶显示器显示“过载”或“短路”，只有故障清除后，按下

8、“取消”按钮，方可恢复正常状态。过负荷(即过载)是煤矿井下一种不正常运行状态。过负荷后，电流相位对称，幅值大于额定电流。过负荷故障在一定范围或一定时间内的是允许的，但长吋间过负荷运行是不允许的，因为电网过负荷后，热量积累会导致电缆温度升高，但只耍温度不超过其允许温升范围，电网都可以继续正常运行，否则便需对其实行保护。煤矿井下电网由于负荷波动比较大，线路中的电流变化频繁，因