煤礦井下6～10kv電網(wǎng)選擇性速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、煤礦井下 610kv 電網(wǎng)選擇性速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 前言我國(guó)煤礦井下高壓供電網(wǎng)，因受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素的限制，在多數(shù)采用多段短電纜（ 1001000m/段）組成逐級(jí)控制干線式縱向網(wǎng)絡(luò)。 過(guò)電流是煤礦井下電網(wǎng)常見的故障之一，并直接影響著煤礦井下供電的安全性、可靠性。傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)方法，不能構(gòu)成有效的縱向選擇性過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，短路故障時(shí)常導(dǎo)致越級(jí)跳閘是不可避免的，有的礦井甚至越過(guò)多級(jí)引起地面 610kv 下井電纜開關(guān)跳閘，造成井下大面積停電，嚴(yán)重威脅礦井安全。單片機(jī)和串行通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為新型過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新思路，本文由此設(shè)計(jì)出煤礦井下電網(wǎng)選擇性速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)的硬件電路和軟件框圖。

2、2 典型煤礦井下 610kv 供電系統(tǒng)分析典型的井下高壓供電系統(tǒng)是一個(gè)單側(cè)電源三級(jí)線路供電系統(tǒng)，如圖1所示。圖 1 井下高壓供電系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖各處開關(guān)分類及作用（1）分段開關(guān)，如 qf15、qf25、qf35 等，將單母線分為兩段，不設(shè)保護(hù)。（2）進(jìn)線開關(guān)，如qf1、qf2、qf3 等，作為該段母線的電源開關(guān)，不設(shè)保護(hù)。（3）線路開關(guān)，又稱出線開關(guān)，如qf11 qf14、qf21、 qf23、 qf31、qf33 等，用來(lái)保護(hù)一條線路，或線路變壓器組，應(yīng)設(shè)保護(hù)。（4）直配負(fù)荷開關(guān)，如qf22、qf24、qf32、qf34 等，只經(jīng)過(guò)很短的電纜（約幾十米） 就接到高壓端負(fù)荷 固定式變壓器或高壓電動(dòng)機(jī)

3、，此類開關(guān)也應(yīng)設(shè)置保護(hù)。3 選擇性速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)整定方法該速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)的整定方法較簡(jiǎn)單，按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)，躲過(guò)線路長(zhǎng)時(shí)最大工作電流整定：idzkk?kzq?ijs式中 idz過(guò)流保護(hù)一次動(dòng)作電流，ka；kk可靠性系數(shù)，取1.25；kzq電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)系數(shù)，取1.53；ijs線路計(jì)算電流， 是用需用系數(shù)法求得的半小時(shí)最大平均負(fù)荷電流，ka。4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)該保護(hù)系統(tǒng)由若干臺(tái)分機(jī)和一臺(tái)主機(jī)組成，分機(jī)根據(jù)其開關(guān)位置共分三級(jí)，每級(jí)由若干臺(tái)（ n）組成。如圖 2 所示。第一級(jí)分機(jī)對(duì)應(yīng)開關(guān)是地面變電所各出線開關(guān)。第二級(jí)分機(jī)對(duì)應(yīng)開關(guān)是井下變電所各出線開關(guān)。第三級(jí)分機(jī)對(duì)應(yīng)開關(guān)是采區(qū)變電所各出線開關(guān)

4、。三級(jí)分機(jī)通過(guò)串行通信和主機(jī)聯(lián)接。圖 2 系統(tǒng)電路框圖4.1 系統(tǒng)分機(jī)硬件組成及工作原理選擇性速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)分機(jī)由 at89s51 單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、顯示器、鍵盤、rs-485 串行通信接口電路等組成，如圖 3 所示。圖 3 分機(jī)系統(tǒng)電路框圖分機(jī)單片機(jī)采用 51 系列中實(shí)用的 atmel 公司生產(chǎn)的 at89s51 單片機(jī)。 at89s51 單片機(jī)片內(nèi) 4k 程序存儲(chǔ)器是 flash 工藝，存儲(chǔ)器可用電的方式瞬間擦除、改寫?？s短設(shè)計(jì)、開發(fā)時(shí)間。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)電流、電壓模擬信號(hào)經(jīng)電壓形成、采樣保持、低通濾波器（ alf）、a/d 轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)正常工

5、作時(shí)各分機(jī)不斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)字信號(hào)通過(guò)接口電路傳送給at89s51 單片機(jī) p0口。at89s51 單片機(jī)將采集數(shù)據(jù)與程序存儲(chǔ)器中的整定值進(jìn)行比較，如果采集數(shù)據(jù)大于整定值，確認(rèn)為過(guò)流后，分機(jī)立即報(bào)告主機(jī)，并報(bào)告分機(jī)編碼，等待主機(jī)進(jìn)一步確認(rèn)，如果主機(jī)確認(rèn)該分機(jī)對(duì)應(yīng)出線過(guò)渡過(guò)流故障，分機(jī)立即動(dòng)作； 如果主機(jī)確認(rèn)該人機(jī)無(wú)過(guò)流故障，分機(jī)不動(dòng)作。開關(guān)量輸入、輸出接口部分是微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)與外部聯(lián)系的部分。為提高系統(tǒng)抗干擾能力，開關(guān)量輸入、輸出電路經(jīng)光電隔離芯片與 at89s51 單片機(jī) p1 口連接。如果分機(jī)需動(dòng)作，分機(jī)通過(guò)開關(guān)量輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)繼電器，如跳閘出口繼電器、信號(hào)繼電器。串行通信接口將分機(jī)與

6、主機(jī)聯(lián)接成一個(gè)有機(jī)整體。為提高分機(jī)、主機(jī)可靠性以及抗干擾能力， 串行通信接口分別通過(guò)光電隔離芯片與分機(jī)、主機(jī)連接。分機(jī)通過(guò)串行通信可將本線路過(guò)流信息及分機(jī)編碼傳送給主機(jī)，使主機(jī)能夠邏輯判斷過(guò)流故障。由于 at89s51 單片機(jī)串行口輸出電平是 ttl 電平，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)典型三級(jí)供電網(wǎng)是由1001000m 電纜組成，因此通信距離至少滿足1000m。目前 rs-485 最遠(yuǎn)通信距離為 1200m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù) 32 個(gè)，符合設(shè)計(jì)要求，因而可外擴(kuò)展rs-485 電平轉(zhuǎn)換電路。 at89s51 單片機(jī)輸出的ttl 電平通過(guò)光電隔離芯片后，由max485 芯片轉(zhuǎn)換為 rs-485

7、 電平后與主機(jī)通信。4.2 系統(tǒng)主機(jī)硬件組成及工作原理選擇性速斷過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)主機(jī)由pc 機(jī)、 rs-485/rs-232 轉(zhuǎn)換器組成。系統(tǒng)主機(jī)電路框圖如圖4 所示。圖 4 主機(jī)系統(tǒng)電路框圖分機(jī)通過(guò)串行通信傳送的rs-485 電平由rs-232/rs-485 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為rs-232 電平，最后輸入 pc 機(jī)的 rs-232 接口。反之 pc 機(jī)通過(guò)串行通信將故障反饋信息送給對(duì)應(yīng)分機(jī)。為保證主機(jī)與各級(jí)通信距離不超過(guò)1200m，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將主機(jī)安裝在井上中央變電所。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包括分機(jī)軟件與主機(jī)軟件兩部分，其中分機(jī)軟件由分機(jī)主程序、采樣中斷服務(wù)程序、故障處理程序三部分組成。主程序主要包括初始化和自檢循環(huán)兩部分內(nèi)容。分機(jī)主程序流程圖如圖5。圖 5 分機(jī)主程序流程圖主機(jī)軟件主要包括主程序、故障處理程序兩部分構(gòu)成。主機(jī)主程序與分機(jī)主程序類似，自檢時(shí)增加了故障檢查程序，當(dāng)主機(jī)收到分機(jī)過(guò)流報(bào)告后，主機(jī)故障程序起動(dòng)，該程序主要運(yùn)用了邏輯判斷，對(duì)各分機(jī)分析并分類。首先跳第三級(jí)分機(jī)，然后逐級(jí)分析跳閘。使保護(hù)系統(tǒng)具有選擇性。從而避免電網(wǎng)越級(jí)跳閘。故障處理結(jié)束后，程序返回主程序。6 結(jié)論該保護(hù)系統(tǒng)