中文翻译-地下照明网新型微机综合保护装置的研究

中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 1 页 共 9 页地下照明网新型微机综合保护装置的研究赵来君，徐丹，邹有明，孙兖州（电气工程及自动化，河南理工大学，焦作 454003，河南，中国学校）摘要：目前，在 127V 的煤矿照明综合保护装置的煤矿隧道中存在的问题是现有的短时间有效的短路距离保护和分散跳闸的漏电保护装置的价值问题。因此，为确保煤矿安全，研究在地下照明网络的新型微机综合保护装置是非常重要的。一种新的自适应保护算法及短路电流叠加原理可用于实现远距离的保护。以漏电故障为目标，在电网中，额外的直流电压测量理论和下面的电路可用于解决电压波动的影响。因在系统中使用先进的算法和新的保护原理，明显提高了保护距离和照明保护装置的可靠性。关键词：煤矿照明，短路保护，漏电保护，微机综合保护装置中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 2 页 共 9 页1 引言煤矿照明是可能导致煤矿安全事故的原因之一。使用照明微机综合保护装置，不仅可以提高照明质量和劳动生产率，也可以减少煤矿安全事故的发生率。目前，在 127V 的照明综合保护装置的煤矿隧道存在的问题是：现有的短期有效的短路保护距离和分散的漏电保护装置跳闸值，能带来的巨大工作安全隐患 1。短路电流值与变压器和电缆参数值有关时，进行保护时需使用有效的数值。根据计算结果，假设变压器容量为 4KVA 和电缆截面积为 2.5 平方毫米，短路保护的有效范围只有 350 米。当电动哨子或钟跳动，两相电流会突然增加，这就容易使保护装置误动作。该方法提高了目前的经营规模可以保证安全保护装置的动作，但在另一方面，短路保护距离将缩短和死区的范围将扩大。如果短路发生时，很容易造成电缆过热着火 2。 随着高产高效煤矿和大型煤矿的建设，在大多数情况下运输线的长度都超过一公里。因此，研究在地下照明网络的新型微机综合保护装置的重点是要确保煤矿安全。2 电气故障保护方案选择在分析了隧道照明电源在煤矿和有关照明综合保护系统在我国的地位以及供电系统的具体情况的基础上，本文总结了电气故障的主要类型，并计算出合理的照明电网供电的距离。2.1 煤矿低压电网电气故障特征分析（1）漏电故障：对煤矿低压电网大部分位于矿井部分。不仅环境太恶劣，而且它是一个工作人员和生产设备相对集中的位置。如果发生泄漏故障，它可能引起触电，爆炸和电动混合底漆会过早破裂。此外，如果一段时间内有很大的漏电电流持续存在，它有可能导致绝缘电气设备的进一步恶化，这可能导致备用短路，电气火灾和其他矿井安全事故。因此，可靠的漏电保护，必须及时采取关掉漏电故障的措施。所以上述隐患是可以预防的，同时电力供应的安全性也会得到保证 3。（2）短路故障：短路故障包括两相短路和三相对称短路。三相对称短路导致中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 3 页 共 9 页电流增加，产生过电流烧坏电动机。非对称短路造成的三相不平衡电流和电网将导致负序和零序分量。负序电流会导致电动机有反向制动力矩。零序分量可以增加的损失，也可以加大电动机的振动。短路故障不仅会损坏电缆和电气设备，也可能导致在短路点产生电弧，导致瓦斯爆炸。（3）断相故障：断相故障可以产生服务电动机的波动，也可以产生零序分量和负序分量。（4）过载故障：一定程度上是允许过载发生的。它的主要问题是如何确定实际的保护特性，换句话说，它的问题是如何保证电网之间的承载能力和生产的连续性的平衡 4。2.2 长距离短路保护方案选择电力系统的可靠性和灵活性都与继电保护装置的性能有关。传统的继电保护装置采用离线计算设定值，设定值是不变的。因此，计算保护动作值是根据系统的最大的操作模式，但验证继电保护灵敏度则是根据作业系统的最低模式。虽然这种方法可以保证继电保护正确动作当电力系统因各种操作方法出现故障，但实际上它有一个缺陷：在保护范围受运行模式和故障类型的影响。随着微机保护在电力系统的广泛应用和通信的不断进步，自适应系统理论已被引入到继电保护装置中。自适应继电保护装置是那些可以按照对电力系统的运行模式和变化的信息在线进行计算和修改保护定值。因此，可以得到最佳的保护性能。自适应继电保护装置超越了传统的继电保护装置，有明显的选择性，快速性和灵敏度。在本文中，短路保护采用三相电力网络电路三个电流互感器。微机可进行实时监视和分析，这种电流三相幅度，可以自动计算设定值根据电网的实际情况。如果电流是稳定的，乘以保护可靠系数获得采样值的设定值。因自动调整设定值在每 10 毫秒的实际监测情况的基础上来调整数值大小，因而短路保护可以实现可靠的和敏感的目标。2.3 漏电保护方案选择该漏电保护的主要目的是防止触电和漏电电流产生的气体，它是三个主要煤矿电气保护措施之一。因为有效接地中性保护模式的网络系统具有明显的缺点，一般在强电流的情况下易形成电弧，因此它不允许使用。多采用与非有效接地中中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 4 页 共 9 页性网络系统。非有效接地系统接地电容中性网络小，故障电流低；非有效接地中性网络系统的缺点是：当电源线出现单相接地，其它两相电压可能上升到原来的几倍，所以很容易造成绝缘薄弱处刺破，然后形成两相短路。此外，当人体直接接触电网非有效接地中性线时，因为身体有一定的阻力，电流将通过人体，使电缆、人体与大地构成一个闭合回路。虽然目前较有效接地中性电流较小，但它仍然在某些情况下危害生命，因为分布电容 C 和电阻 R 的存在。在这种情况下，电网分布电容是决定的漏电电流值的主要因素之一，因此，单相接地故障电流值主要取决于分散能力。因此，必须对单相接地故障进行监视和保护。在漏电故障，附加直流电压测量理论和下面的针对电路用于解决电网电压波动影响。如果电网发生漏电故障，每相绝缘电阻值将下降，其值更容易测试。假设我们添加一个独立的，直接在三相电网电流电源供应，并使其影响三相电网和大地，然后直接电流将流过三相绝缘电阻到地，这个电流值直接反映了电网对地绝缘电阻变化，使用此电流值可能构成额外的直接电流测量漏电保护器 2,4,5。图 2.1 显示了其他直接电流测量原理。DC 是一个额外的直流电源和直流电压从获得。直接电流从正极大地，绝缘电阻 ， 和 ，然后流入三相电路，然ZUarbc后经过 、 回到负极。关于稳定直流，电容 C 等于开路，使电流不能流过，13R4因此我可以通过电流方程 获得。ZI中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 5 页 共 9 页图 2.1 直接直流测量理论对于 的计算公式如下：ZI 134ZZabcUIrR其中 是 ， 和 的并联电阻值， 为所有在测量 ABC 电路绝缘电阻除rabrc对电网接地电阻的总和。该检测系统决定了 和 值是由式（1）发现： 将Z ZI增加与 一起下降。当电阻值对地， 对应大于漏电保护锁定值，中间 处理r ZI微机元素发出的信号和漏锁定跳闸信号，实现了漏电闭锁保护。图 2.2 显示了漏电保护器由三个整流管构成。三整流管 ， 和 与电网连aVbc接 a，b 和 c 相分别，另有末端连接在一起，并经过负载电阻 接地。fzR图 2.2 三个整流管的漏电保护器由于变压器的中性点不接地，在经过三年整流管整流后直接电流必须流经 ，fzR大地，电网 ， 和 因此，此电流值直接反映了电网绝缘状况，可用于构成漏arbc电保护。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 6 页 共 9 页3 微机综合保护装置的设计该系统的设计包含了硬件电路设计和软件设计。3.1 硬件电路设计为了适应当前煤矿电网发展，并满足在材料分析和矿井低压电网保护的需要，提出新的综合保护装置的设计，其核心部分是 AT89S51 单片机。该系统采用先进的微机继电保护算法。从电力系统的信号全部数字化处理，如电器短路和漏电故障等可自动判断。根据绝缘电缆和网络目前的程度，可监控网络，轮流显示电气参数。图 3.1 显示了系统原理图。图 3.1 系统整体示意图3.2 软件设计模块化设计方法用于在软件设计，它不仅极大方便地提供了程序调试，而且还创造了该功能的进一步扩张。在软件设计上提高系统的可靠性和抗干扰能力，能采取相应的抗干扰措施。该系统软件由以下几个程序模块：主程序，中断程序，LED 显示程序，故障处理程序，采样数据采集程序等。而且它也有一些公共的子功能，如傅立叶变换，平方根操作等。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 7 页 共 9 页在 AT89S51 正常进行主程序模块，执行主程序时，数据采集系统计时器发出一个中断，在每个采样间隔进行采样中断服务，并启动元件，根据初步计算开放式三相电流突然变化采样值，判断是否采取行动。如果实现动作，启动元件动作和程序转向的故障处理子程序，否则返回主程序，计算故障处理程序的电流值，并发出跳闸命令，然后返回到主程序继续循环自我检查。主程序主要完成如系统初始化、自检等任务。系统初始化包括中断设置，初始化定时器，可编程交换机端口初始化的初始化和模量。系统自检主要是到RAM，CPU，输入输出通道测试。系统初始化完成后，程序进入，直到被其他中断程序6-8中断循环自检条件 6-8。3.3 主要技术参数：（1）微机综合保护装置的防护距离：0-1600 米（2）主变压器变比电压：660（380）/133V，能力是 4KVA 或 2.5KVA。（3）漏电保护：漏电闭锁值：4K1K;漏电动作值：2K0.5K;保护装置动作时间：小于或等于 0.2 秒（路电阻接地） 。（4）短路保护：两相或三相短路动作时间小于或等于 0.2 秒。（5） LED 显示程序：工作电流和绝缘电阻电气依次显示网络地，开关时间为 10 秒。4 实验结果综合保护装置是由 AT89S51 单片机和扩展单元、保险丝、三相稳压器、交流接触器、组合按钮等构成。该实验系统原理图如图 4.1 所示。4.1 短路保护实验图 4.1 显示了短路测试导线连接图。注意，以 B 相和 C 相短路为例。两相短路测量操作时间用电力秒表记录，电力秒表上的电源开关 QS 关闭模拟故障，秒表的电流被切断后，保护设备的电源跳闸，所以该指标在相应的刻度停止。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 8 页 共 9 页图 4.1 电线短路测试连接图短路保护实验数据见表 4.1表 4.1 短路保护动作时间动作时间/s短路类型1 2 3 4 5a,b 0.15 0.16 0.14 0.15 0.14b,c 0.14 0.15 0.13 0.15 0.14a,c 0.15 0.13 0.14 0.16 0.154.2 漏电保护实验电器漏电保护实验的数据显示如表 4.2 所示。表 4.2 漏电保护动作时间动作时间/s绝缘电阻/k 1 2 3 4 50 0.08 0.10 0.12 0.09 0.121 0.15 0.16 0.18 0.15 0.191.5 0.21 0.22 0.24 0.22 0.255 总结由于在使用微机综合保护装置时，采用先进的算法和新的保护原理，保护距离和可靠性明显提高，有效性和可行性已在实验室被证明，在这些基础上，可以进一步研究探讨。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文第 9 页 共 9 页参考文献1 邹有明，程力帆煤矿电气安全技术在中国的前景科学与安全技术，2002：611-6152 徐丹新型微机网络在地下照明综合保护装置的研究ME 焦作：河南理工大学，20053 王玉杰，雍之逡漏电保护器在微控制器中的应用中国安全科学学报，2000，10（3）：75- 784 胡天禄，汪充啉，穆龙华高电压矿山电网漏电保护装置跳闸参数分析中国煤炭学会，2003，28（2）：205- 2095 张秀娟，孟祥忠计算机上煤矿坑地区变电站的保护系统的研究煤矿机械，2004，25（1