高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元的研究與應(yīng)用

白麗華（同煤集團(tuán)地煤公司青磁窯煤礦，山西大同037003）

高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元的研究與應(yīng)用

白麗華
（同煤集團(tuán)地煤公司青磁窯煤礦，山西大同037003）

為了提升高壓供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保煤礦作業(yè)的安全性。根據(jù)井下供電系統(tǒng)的保護(hù)原理，結(jié)合煤礦作業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，從硬件和軟件兩個(gè)角度討論了高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元設(shè)計(jì)。該高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元具有較為強(qiáng)大的保護(hù)功能和故障數(shù)據(jù)處理功能，基本上滿足了煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的使用需求，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，促進(jìn)了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

高壓防爆開(kāi)關(guān)；微機(jī)保護(hù)；測(cè)控單元

0　引言

目前狀況下，我國(guó)煤礦業(yè)取得了飛速的發(fā)展，與之相對(duì)應(yīng)的技術(shù)也隨之不斷發(fā)展與完善，高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元便是其中重要的一項(xiàng)。對(duì)于高壓防爆所控制和保護(hù)的線路而言，它是整個(gè)煤礦電網(wǎng)線路的終端線路，而高壓微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元的作用正是對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)，更為確切的說(shuō)，高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元是對(duì)高壓電以及變壓器進(jìn)行保護(hù)。一般情況下，如果相應(yīng)的電纜以及變壓器等發(fā)生了一定程度上的短路、過(guò)電流以及漏電現(xiàn)象等，高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元就會(huì)及時(shí)作出反應(yīng)，并對(duì)其進(jìn)行有效的保護(hù)，這樣一來(lái)，整個(gè)高壓線路供電的安全性與可靠性就能夠得到有效的保證。綜上來(lái)看，高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元有著十分重要的地位與作用，它的好壞能夠?qū)ΦV井下供電的安全性與可靠性起到最為直接的影響。

1　井下供電系統(tǒng)的保護(hù)原理分析

1.1電流保護(hù)原理

高壓防爆控制以及保護(hù)的線路在整個(gè)線路中有著十分重要的作用，也是整個(gè)線路的終端所在。原理如下：首先，它將反時(shí)限特性做成固定的表格，然后通過(guò)查表方式進(jìn)行一定程度上的運(yùn)用，從而對(duì)電流進(jìn)行劃分并使其成為若干個(gè)空間。這樣可以參照實(shí)測(cè)電流值表來(lái)對(duì)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行有效的確定。為了提高反時(shí)限過(guò)流保護(hù)與速斷過(guò)流保護(hù)兩者之間的縫隙配合程度，構(gòu)造了相應(yīng)的反時(shí)限特性，其動(dòng)作方程式如下：（d-k）tp/k；

在上面的方程式中，主要指的是整定的過(guò)載時(shí)間常數(shù)；d是整定的短路電流倍數(shù)；k是過(guò)載的電流倍數(shù)；I是實(shí)際的運(yùn)行電流；tp則是整定的負(fù)載額定電流。在演變的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)熱積累方程進(jìn)行構(gòu)造，然后由這一積累方程對(duì)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行合理的確定；而對(duì)于斷續(xù)過(guò)載的確定而言，則需要同時(shí)對(duì)熱積累效應(yīng)以及散熱兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，并由此來(lái)對(duì)其動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行有效地確定。

1.2漏電保護(hù)原理

在我國(guó)的煤礦高壓供電網(wǎng)絡(luò)中，工作方式主要為中性點(diǎn)不接地的。對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，零序電流中主要是容性無(wú)功電流分量，流過(guò)故障支路的零序電流滯后于零序電壓90°，而流過(guò)非故障支路的零序電流超前于零序電壓90°，然后在這一基礎(chǔ)之上通過(guò)移相的方法促使故障支路零序電流和零序電壓反相位，而非故障支路的零序電流和領(lǐng)域電壓同相位，這樣能夠使其形成具有電阻特性的電流。然后再對(duì)其方向進(jìn)行有效的判斷，由這一電流的方向確定故障支路。同時(shí)，如果發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電阻器上的電流只會(huì)經(jīng)過(guò)故障支路，這種情況下其方向正好與零序方向的電壓相反。

1.3電壓保護(hù)原理

目前，主要存在著兩種電壓保護(hù)方式，分別為欠壓保護(hù)以及過(guò)壓保護(hù)。對(duì)于欠壓保護(hù)而言，如果電網(wǎng)的近線電壓比額定值的65%小的時(shí)候，欠壓保護(hù)便可以進(jìn)行有效的保護(hù)；而對(duì)于過(guò)壓保護(hù)而言，主要是當(dāng)進(jìn)行電壓升到額定值的118%時(shí)，過(guò)壓保護(hù)便能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的保護(hù)。

2　高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元的軟硬件設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

（1）對(duì)于本文所研究的高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元而言，它具有較為強(qiáng)大的保護(hù)功能，主要涉及到以下幾個(gè)方面：短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、接地保護(hù)、監(jiān)視線保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等。除此之外，裝置接地保護(hù)還具有較為廣泛的適用性，主要適用于系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地等運(yùn)行方式。

（2）高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元不僅具有強(qiáng)大而廣泛的保護(hù)功能，同時(shí)它還能夠?qū)ο嚓P(guān)故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度上的處理，并對(duì)其進(jìn)行有效的記憶，這樣一來(lái)當(dāng)下次發(fā)生故障，之前所記憶的相關(guān)數(shù)據(jù)便可取出進(jìn)行對(duì)比分析并提供有效的依據(jù)。故障信息主要包含了如下幾個(gè)方面：保護(hù)跳閘次數(shù)、累計(jì)短路跳閘次數(shù)、故障追憶次數(shù)等。

（3）高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元有效實(shí)現(xiàn)了高壓隔爆開(kāi)關(guān)不開(kāi)蓋參數(shù)整定及遠(yuǎn)方整定運(yùn)行參數(shù)。

（4）在高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元裝置運(yùn)行之下，保護(hù)試驗(yàn)?zāi)軌蚺c跳閘試驗(yàn)分開(kāi)進(jìn)行，這樣一來(lái)，就能夠?qū)μl的次數(shù)進(jìn)行一定程度上的降低，相關(guān)設(shè)備的使用年限便可以得到有效的增長(zhǎng)。

（5）除此之外，在高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元裝置之中，包含了RS485以及CAN這兩種通信接口，這樣一來(lái)，便可以在此基礎(chǔ)之上對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行一定程度上的使用，從而達(dá)到與上級(jí)管理進(jìn)行有效溝通的目的。一旦能夠與上層管理進(jìn)行有效的互通，那么遠(yuǎn)程整定、遠(yuǎn)程遙控以及遠(yuǎn)程遙信等功能均可以實(shí)現(xiàn)。圖1顯示的主要是微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元框架圖：

2.2軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元的軟件設(shè)計(jì)而言，它與硬件設(shè)計(jì)有著同樣的重要性，因?yàn)橹挥熊浻布O(shè)計(jì)相互配合，才能夠促使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及傳輸數(shù)據(jù)等功能。同時(shí)，軟件設(shè)計(jì)還單獨(dú)承擔(dān)了數(shù)據(jù)處理以及控制結(jié)果輸出的功能，高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元的軟件設(shè)計(jì)主要如圖2所示。

圖2　高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元的軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖

2.3高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元的應(yīng)用

結(jié)合煤礦井下的作業(yè)實(shí)踐，該系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，可以在系統(tǒng)初始后實(shí)施任務(wù)調(diào)度，接受外部輸入，并處理各種事件。對(duì)于該保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)，將采樣中斷作為原發(fā)事件，并根據(jù)保護(hù)功能處理流程來(lái)激活一系列后續(xù)任務(wù)，從而完成保護(hù)功能的任務(wù)鏈。同時(shí)，系統(tǒng)還存在完成通訊功能的任務(wù)和人機(jī)交互任務(wù)等。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，形成采樣終端，CPU在服務(wù)程序中斷后開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)化，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)出信號(hào)告知數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并開(kāi)展相關(guān)運(yùn)算，之后數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)把信號(hào)發(fā)給保護(hù)判斷任務(wù)，并進(jìn)行故障判斷。在滿足故障判據(jù)的前提下，則會(huì)觸發(fā)故障處理任務(wù)，執(zhí)行錄波、報(bào)警、出口跳閘等操作。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)遵循以上基本執(zhí)行步驟，可以有效處理礦井高壓電網(wǎng)常見(jiàn)的故障類型。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)高壓隔爆開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元的研究與應(yīng)用進(jìn)行研究與分析。首先從電流保護(hù)、漏電保護(hù)以及電壓保護(hù)三個(gè)方面具體闡述了井下供電系統(tǒng)的保護(hù)原理分析，然后在這一基礎(chǔ)之上分析了高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元的軟硬件設(shè)計(jì)，指出了這一裝置所提供的功能以及運(yùn)行的主要流程。該高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)單元具有較為強(qiáng)大的保護(hù)功能和故障數(shù)據(jù)處理功能，基本上滿足了煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的使用需求，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，促進(jìn)了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

［1］牟龍華.接地保護(hù)與故障點(diǎn)定位［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

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(編輯：向飛)

Research and Application of Microcomputer Protection and Control Unit for High Voltage Explosion Isolating Switch

BAI Li-hua
（Datong CoalMine Group DimeiCompany Qingciyao CoalMine，Datong037003，China）

In order to improve the stability ofhigh voltage power supply system，to ensure the safety of coalmines，thispaper according to the principle of protection of underground power supply system，combined with the actual characteristics of the coalmine operations，from hardware and software two aspects discusses the high-voltage flameproof switchmicrocomputer protection and control unit design.It hasmore powerful protection and fault data processing function，basically meets the demand for the use of high voltage power supply system ofcoalmineunderground，and hasachieved good results in practicalapplication.

high voltage switch；microcomputer protection；measurementand controlunit

TM564

A

1009－9492(2015)06－0127－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.035

2015－01－07

白麗華，女，1971年生，河南人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)電技術(shù)。