白麗華（同煤集團地煤公司青磁窯煤礦，山西大同037003）

高壓隔爆開關微機保護測控單元的研究與應用

白麗華
（同煤集團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)的保護原理，結(jié)合煤礦作業(yè)的實際特點，從硬件和軟件兩個角度討論了高壓隔爆開關微機保護測控單元設計。該高壓開關微機保護單元具有較為強大的保護功能和故障數(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，并在實際應用中取得了良好的效果，促進了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益的提高。

高壓防爆開關；微機保護；測控單元

0　引言

目前狀況下，我國煤礦業(yè)取得了飛速的發(fā)展，與之相對應的技術也隨之不斷發(fā)展與完善，高壓隔爆開關微機保護測控單元便是其中重要的一項。對于高壓防爆所控制和保護的線路而言，它是整個煤礦電網(wǎng)線路的終端線路，而高壓微機保護測控單元的作用正是對其進行有效的保護，更為確切的說，高壓開關微機保護測控單元是對高壓電以及變壓器進行保護。一般情況下，如果相應的電纜以及變壓器等發(fā)生了一定程度上的短路、過電流以及漏電現(xiàn)象等，高壓隔爆開關微機保護測控單元就會及時作出反應，并對其進行有效的保護，這樣一來，整個高壓線路供電的安全性與可靠性就能夠得到有效的保證。綜上來看，高壓開關微機保護測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)的保護原理分析

1.1電流保護原理

高壓防爆控制以及保護的線路在整個線路中有著十分重要的作用，也是整個線路的終端所在。原理如下：首先，它將反時限特性做成固定的表格，然后通過查表方式進行一定程度上的運用，從而對電流進行劃分并使其成為若干個空間。這樣可以參照實測電流值表來對動作時間進行有效的確定。為了提高反時限過流保護與速斷過流保護兩者之間的縫隙配合程度，構造了相應的反時限特性，其動作方程式如下：（d-k）tp/k；

在上面的方程式中，主要指的是整定的過載時間常數(shù)；d是整定的短路電流倍數(shù)；k是過載的電流倍數(shù)；I是實際的運行電流；tp則是整定的負載額定電流。在演變的基礎上進一步對熱積累方程進行構造，然后由這一積累方程對動作時間進行合理的確定；而對于斷續(xù)過載的確定而言，則需要同時對熱積累效應以及散熱兩個方面進行考慮，并由此來對其動作時間進行有效地確定。

1.2漏電保護原理

在我國的煤礦高壓供電網(wǎng)絡中，工作方式主要為中性點不接地的。對于中性點不接地系統(tǒng)，零序電流中主要是容性無功電流分量，流過故障支路的零序電流滯后于零序電壓90°，而流過非故障支路的零序電流超前于零序電壓90°，然后在這一基礎之上通過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。然后再對其方向進行有效的判斷，由這一電流的方向確定故障支路。同時，如果發(fā)生接地故障時，中性點電阻器上的電流只會經(jīng)過故障支路，這種情況下其方向正好與零序方向的電壓相反。

1.3電壓保護原理

目前，主要存在著兩種電壓保護方式，分別為欠壓保護以及過壓保護。對于欠壓保護而言，如果電網(wǎng)的近線電壓比額定值的65%小的時候，欠壓保護便可以進行有效的保護；而對于過壓保護而言，主要是當進行電壓升到額定值的118%時，過壓保護便能夠?qū)ζ溥M行有效的保護。

2　高壓開關微機保護單元的軟硬件設計

2.1硬件設計

（1）對于本文所研究的高壓開關微機保護單元而言，它具有較為強大的保護功能，主要涉及到以下幾個方面：短路保護、過流保護、接地保護、監(jiān)視線保護、過壓保護、欠壓保護等。除此之外，裝置接地保護還具有較為廣泛的適用性，主要適用于系統(tǒng)中性點不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地等運行方式。

（2）高壓開關微機保護單元不僅具有強大而廣泛的保護功能，同時它還能夠?qū)ο嚓P故障的數(shù)據(jù)進行一定程度上的處理，并對其進行有效的記憶，這樣一來當下次發(fā)生故障，之前所記憶的相關數(shù)據(jù)便可取出進行對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方面：保護跳閘次數(shù)、累計短路跳閘次數(shù)、故障追憶次數(shù)等。

（3）高壓開關微機保護單元有效實現(xiàn)了高壓隔爆開關不開蓋參數(shù)整定及遠方整定運行參數(shù)。

（4）在高壓開關微機保護單元裝置運行之下，保護試驗能夠與跳閘試驗分開進行，這樣一來，就能夠?qū)μl的次數(shù)進行一定程度上的降低，相關設備的使用年限便可以得到有效的增長。

（5）除此之外，在高壓開關微機保護單元裝置之中，包含了RS485以及CAN這兩種通信接口，這樣一來，便可以在此基礎之上對通信協(xié)議進行一定程度上的使用，從而達到與上級管理進行有效溝通的目的。一旦能夠與上層管理進行有效的互通，那么遠程整定、遠程遙控以及遠程遙信等功能均可以實現(xiàn)。圖1顯示的主要是微機保護測控單元框架圖：

2.2軟件設計

對于高壓開關微機保護單元的軟件設計而言，它與硬件設計有著同樣的重要性，因為只有軟硬件設計相互配合，才能夠促使整個系統(tǒng)實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)以及傳輸數(shù)據(jù)等功能。同時，軟件設計還單獨承擔了數(shù)據(jù)處理以及控制結(jié)果輸出的功能，高壓開關微機保護單元的軟件設計主要如圖2所示。

圖2　高壓開關微機保護單元的軟件設計主程序流程圖

2.3高壓隔爆開關微機保護測控單元的應用

結(jié)合煤礦井下的作業(yè)實踐，該系統(tǒng)開始運行后，可以在系統(tǒng)初始后實施任務調(diào)度，接受外部輸入，并處理各種事件。對于該保護測控系統(tǒng)，將采樣中斷作為原發(fā)事件，并根據(jù)保護功能處理流程來激活一系列后續(xù)任務，從而完成保護功能的任務鏈。同時，系統(tǒng)還存在完成通訊功能的任務和人機交互任務等。在系統(tǒng)運行的過程中，形成采樣終端，CPU在服務程序中斷后開啟A/D轉(zhuǎn)化，存儲數(shù)據(jù)。在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)出信號告知數(shù)據(jù)預處理任務讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并開展相關運算，之后數(shù)據(jù)預處理任務把信號發(fā)給保護判斷任務，并進行故障判斷。在滿足故障判據(jù)的前提下，則會觸發(fā)故障處理任務，執(zhí)行錄波、報警、出口跳閘等操作。在實際應用中，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)常見的故障類型。

3　結(jié)束語

本文主要針對高壓隔爆開關微機保護測控單元的研究與應用進行研究與分析。首先從電流保護、漏電保護以及電壓保護三個方面具體闡述了井下供電系統(tǒng)的保護原理分析，然后在這一基礎之上分析了高壓開關微機保護單元的軟硬件設計，指出了這一裝置所提供的功能以及運行的主要流程。該高壓開關微機保護單元具有較為強大的保護功能和故障數(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，并在實際應用中取得了良好的效果，促進了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益的提高。

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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，大學本科，工程師。研究領域：機電技術。