高压防爆开关微机综合保护装置研究与开发

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1、维普资讯http://www.cqvip.com《电气应用》2006年第25卷第7期高压防爆开关微机综合保护装置的研究与开发张长勇李志刚刘子胥杜江(河北工业大学电器研究所300130)摘要煤矿井下6kV电网防爆开关是矿井供电系统中的关键设备，开关的性能直接影响矿井供电的可靠性、安全性和连续性。运用单片机技术和现场总线技术对开关的保护系统进行改进，不但使系统的可靠性有所增强，而且更易于用户操作和维护，同时也满足了矿井自动化系统升级的需要。关键词高压防爆开关微机控制交流采样Modbus做进一步的完善外还要为系统增加液晶中文显示、1引言通信组网和故障记录翻查等新

2、的功能。为此利用单煤矿井下工作环境恶劣，负荷波动大，工况不片机技术和现场总线技术对原有高压开关综合保护稳定，瓦斯煤尘积聚，滴水冒顶等事故会使电气设装置进行了改进，试验证明新的保护系统达到了各备的绝缘强度逐渐降低。漏电和短路等故障时有发项电气性能指标，系统的可靠性也有所增强。本文生，如不及时排除可能引起瓦斯、煤尘爆炸，直接主要对综合保护装置单片机接口电路的设计、过流危及人身安全和矿井生产。高压开关综合保护是煤保护的软硬件实现方法和通信模块的设计进行介绍。矿井下高压供电系统的主保护，它对电缆和变压器2单片机及外围接口电路的设计发生的短路、过流、漏电、电缆绝缘破

3、坏等故障都能起到可靠的保护作用。因此高压防爆开关综合保考虑到高压防爆开关在煤矿供电系统中的重要护对保障人身安全、减少和避免事故的发生具有重性，本设计在保证其各项保护性能符合煤炭行业标大的意义。随着煤矿现代化程度的不断提高和井下准的同时，始终把系统的可靠性放在设计的首要位高压供电距离的增加，除了需要对以往的保护功能置。单片机及其接口电路(见图1)是整个保护系U71’Hl2Rf，4图1单片机及外围接口电路原理图一39—维普资讯http://www.cqvip.com《电气应用》2006年第25卷第7期高压防爆开关微机综合保护装置的研究与开发统的核心部分，因此其

4、工作是否可靠对整个系统来种方法。直流采样的优点是计算方便，软件设计简说就显得尤为重要。由于串行接口器件的引脚数量单，缺点是硬件复杂、稳定性差，而且由于受固有和封装都要比同类的并行器件减少许多，因此使用滤波环节的影响，采样数据无法实时反映交流信号串口器件不但可以降低系统功耗、节省线路板空的变化。这与保护系统要求实时性高的特点相违间，而且为设计者更加合理地布线、提高系统的可背，所以本系统的采样模块只能采用交流采样的靠性创造了条件，为此在设计电路时，尽可能选用方式。串行接口的器件和集成度高的器件。单片机外围接单片机把离散的采样结果转换成交流信号有效口电路如EPR

5、OM、日历时钟芯片、液晶模块、值的过程由交流采样子程序来完成。交流采样算法AD转换芯片全部采用串行接口芯片。有很多种，常用的有最大值算法、半周积分法、方考虑到系统不但要完成人机接口(包括参数设均根算法、傅里叶算法等，各自适用于不同的应用置、故障记录翻查、累计运行数据查询等)、数据场合。其中傅里叶算法不但适用于正弦信号也适用通信功能，同时还要完成数据采集、数据处理和判于非正弦信号，它不受电网对称度的影响，而且具断等功能。如果只采用一个单片机会增加系统软件有滤波作用，计算精度高，缺点是速度相对不够的复杂性，而且也会影响到保护功能的响应时间快。为了提高系统响应速

6、度，采用12点采样的傅(短路保护和漏电保护要求小于lOOms)。所以本系里叶算法，可以使计算量大为减少，加快了运算速统采用了双CPU系统设计构架。主系统采用度，计算精度也能够满足要求。经过简化的基波傅AT89C55WD(内置20KBFlash)，主要负责人机里叶系数的计算公式为接口管理、通信处理、保护输出等功能；从系统采ll0】=(1／6)u(k)sin(k／6)(1)用AT89S52(内置8KBFlash)主要负责数据采样k=l和数据预处理。由于组成系统的两个单片机均有b1=(1／6){u(0)／2+1232个I／O口，I／O口相对富余，且主从单片机之∑

7、[u(k)COS(kTr／6)]+u(12)／2}(2)间传送的数据量不大，所以双CPU系统的构建没k=1有采用通常的双端口RAM作为中转的并行通信方电压有效值为式，而是将两个CPU通过并行接VI直接相连接，(3)另增两个I／O口作为通信握手联络信号来实现的。并行通信的工作时序如图2所示，此时序是主单片初相角为机89C55发送给从单片机89S52的时序图，两个=tan一(4)“1握手信号线分别定义为READY(发送数据准备好为方便调用，把12点傅里叶变换算法编成了信号)和BUSY(从机忙信号)，READY信号由子程序。当系统采用12MHz晶振时该算法用时约

8、主机发往从机，BUSY由从机发往主机，均为高电3．5ms。由于该算