陳青旺

摘 要：正益礦針對井下供電系統(tǒng)越級跳閘現(xiàn)象，基于GOOSE通訊系統(tǒng)對越級跳閘系統(tǒng)的硬件以及軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明，優(yōu)化后的越級跳閘系統(tǒng)下，保護(hù)設(shè)備對礦井的跳閘故障起到良好的保護(hù)作用，且適當(dāng)延長下級裝置的閉鎖時間可以有效提高GOOSE通訊的穩(wěn)定性，對防越級跳閘功能有一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);防越級跳閘技術(shù);GOOSE通訊

0 前言

供電系統(tǒng)是礦井正常生產(chǎn)的保障，對礦井正常運(yùn)行以及工作人員的生命安全有重要意義。針對供電系統(tǒng)中短路故障以及漏電保護(hù)等跳閘現(xiàn)象，不少學(xué)者提出將高壓防爆開關(guān)控制下的智能綜合保護(hù)器采集、處理、輸出等冗余環(huán)節(jié)作為后備保護(hù)，該方法稱為電流速斷保護(hù)改造方案;對于因漏電故障發(fā)生的誤跳閘現(xiàn)象，則可對總饋電開關(guān)和分支饋電開關(guān)分別采取保護(hù)措施[1]。礦井實(shí)際應(yīng)用表明，改造方案結(jié)合以太網(wǎng)的實(shí)時性仿真運(yùn)用，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時性，可有效地防止越級跳閘事故發(fā)生，確保礦井井下供電系統(tǒng)安全運(yùn)行。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，正益礦針對井下供電系統(tǒng)越級跳閘故障，基于GOOSE通訊系統(tǒng)通過對系統(tǒng)硬件以及軟件的設(shè)計(jì)，成功解決了越級跳閘現(xiàn)象，應(yīng)用效果良好。

1 基于GOOSE通訊的井下防越級跳閘系統(tǒng)總體方案

基于GOOSE通訊的井下防越級跳閘的原理如下：通過GOOSE通訊信號將供電系統(tǒng)的各級保護(hù)聯(lián)系起來，當(dāng)供電系統(tǒng)中的任意一級保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障后，GOOSE信號迅速發(fā)出，系統(tǒng)迅速閉鎖信號同時閉鎖上一級保護(hù)系統(tǒng)，保證故障部分在最小范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)短路器發(fā)生故障后，系統(tǒng)迅速完成跳閘動作，對于分支較多的供電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)區(qū)域保護(hù)，可以有效解決時間差問題，使得供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時間的高度配合。

1.1 基于GOOSE 通訊的井下防越級跳閘系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

礦井供電系統(tǒng)是礦井正常運(yùn)行、安全生產(chǎn)的重要保證。供電系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置必須能實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測、測量供電系統(tǒng)，同時實(shí)現(xiàn)控制和保護(hù)的功能，此外，因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置還具有防越級跳閘功能，因此系統(tǒng)還需具有存儲大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行高速運(yùn)算和及時通訊的能力。

本文采用雙處理器協(xié)同工作的方式，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的同時，實(shí)現(xiàn)了大存儲的特點(diǎn)，保證了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性?；贕OOSE通訊的井下防越級跳閘系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖中，主處理器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理，并進(jìn)行故障類型的判別;協(xié)處理器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳送、對時以及故障錄波存儲的功能。井下防越級跳閘系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖1所示，從圖中可以看出，功能模塊主要包括開關(guān)控制模塊、看門狗模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、擴(kuò)展存儲模塊以及時鐘模塊等。

系統(tǒng)中雙處理器協(xié)同工作是核心，主處理器具有以下特點(diǎn)：選用ADI公司生產(chǎn)的ADSP-21065L芯片具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，在雙處理器工作狀況下，雙端口的存儲器Bank0和Bank1。

實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速處理和共享，在單周期內(nèi)允許處理器內(nèi)核和控制器的獨(dú)立訪問。SDRAM接口不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速傳遞而且雙倍的時鐘頻率加快了數(shù)據(jù)交換，完美實(shí)現(xiàn)了無縫連接。ADSP-21065L芯片改變了傳統(tǒng)ADSP-21065L芯片3.3V供電現(xiàn)狀，將供電電壓提高至5V，利用電平轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)與外圍芯片的匹配，數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入輸出的同時可以有效隔斷與總線的聯(lián)系。

協(xié)處理器采用飛思卡爾公司設(shè)計(jì)的MCF54415芯片，具有以下特點(diǎn)：在高速數(shù)據(jù)處理的同時具有低能耗，低成本的特點(diǎn);可以實(shí)現(xiàn)多個UART串聯(lián)運(yùn)行，豐富功能的同時節(jié)省了存儲空間。

1.2 基于GOOSE通訊的井下防越級跳閘系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)的處理器軟件結(jié)構(gòu)由中斷服務(wù)和主程序構(gòu)成。中斷服務(wù)主要功能是通過定時周期的檢測判斷故障類型并進(jìn)行保護(hù)實(shí)施。主程序主要負(fù)責(zé)實(shí)時檢測系統(tǒng)各功能。在VxWorks操作系統(tǒng)上，對協(xié)處理器軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)和第三方軟件相連接的特點(diǎn)，便于任務(wù)的運(yùn)行、中斷和內(nèi)存的管理。本系統(tǒng)軟件包括以下內(nèi)容：文件任務(wù)系統(tǒng)、實(shí)時處理任務(wù)、人機(jī)接口任務(wù)、文件存儲功能、通訊任務(wù)等。

在進(jìn)行供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)的研究上，必須保證系統(tǒng)檢測的實(shí)時性，其中邏輯判斷以及越級跳閘信息的發(fā)送必須保證在中斷服務(wù)程序完成之前，信息的存儲和發(fā)送在主程序中進(jìn)行。礦井功能系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)的實(shí)施過程具體如下：①電路發(fā)生故障如短路故障時，系統(tǒng)中的保護(hù)裝置自動檢測到故障信息，閉鎖元件收到故障信息時自動啟動，同時上級保護(hù)裝置受到閉鎖故障信息;②當(dāng)下級保護(hù)裝置第一時間收到故障信息后，閉鎖保護(hù)裝置立即跳閘，直到保護(hù)裝置的鎖定時間完成，如果未能在第一時間收到故障信息，保護(hù)裝置則會立即跳閘以保護(hù)整個系統(tǒng)的安全性;③在保護(hù)動作完成后，保護(hù)裝置進(jìn)行故障電路判別行為，如果切斷斷路器將會導(dǎo)致電路中電流的消失，保護(hù)裝置發(fā)送故障信息至正向節(jié)點(diǎn)，如果故障信息一直存在于電路中，則故障信息上傳至上級保護(hù)裝置;④如果故障問題解決，保護(hù)返回;⑤系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)時間鎖定，在規(guī)定時間內(nèi)故障如果解決，保護(hù)返回，如果在規(guī)定時間內(nèi)故障未能解決，保護(hù)裝置通過跳閘保護(hù)系統(tǒng)的安全性[2]。

2 調(diào)試與應(yīng)用

本系統(tǒng)在正益礦進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)試和應(yīng)用，該礦實(shí)際跳閘次數(shù)達(dá)到50次，其中越級跳閘次數(shù)達(dá)到20次，嚴(yán)重影響礦井的正常運(yùn)行。經(jīng)過實(shí)際考察，對礦井供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)部分包括礦井變電站、中央變電站，采區(qū)變電所以及工作面變電站。在進(jìn)行電路系統(tǒng)的改進(jìn)過程，必須保證系統(tǒng)接地系統(tǒng)完善，只有系統(tǒng)接地沒有問題，保護(hù)裝置才可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)故障的診斷和判別。供電系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行依靠于設(shè)備良好的接地，對于電流較小的設(shè)備而言，接地不靈將會導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行受到干擾，因此進(jìn)行故障判別是出現(xiàn)問題，長時間的運(yùn)行中，設(shè)備極易發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。

本文試驗(yàn)的調(diào)試共用了66臺防越級跳閘保護(hù)設(shè)備，在長時間的運(yùn)行過程中，短路故障發(fā)生一次，越級跳閘故障發(fā)生一次，究其原因，在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，并非防越級跳閘設(shè)備硬件以及軟件的問題，而是GOOSE通信不穩(wěn)定造成的，在現(xiàn)場進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的檢查，重新進(jìn)行通信接口和交換機(jī)的設(shè)置，排除了故障[3]。

因?yàn)榈V井現(xiàn)場工作環(huán)境的惡劣性，GOOSE通信進(jìn)場出現(xiàn)數(shù)據(jù)接收傳動不穩(wěn)定的現(xiàn)象，因此導(dǎo)致故障診斷不準(zhǔn)確，可采用以下方法提高GOOSE通信的可靠性：當(dāng)GOOSE數(shù)據(jù)集發(fā)生變化時，必須及時進(jìn)行GOOSE報(bào)文發(fā)送;每隔一定時間進(jìn)行GOOSE 重發(fā)，保障通信的穩(wěn)定性。

為了進(jìn)一步提高GOOSE通信的穩(wěn)定性，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，延長下級閉鎖裝置的閉鎖時間，現(xiàn)場試驗(yàn)證明，此方法對防越級跳閘功能有一定的積極作用。

3 結(jié)論

為保證井下供電系統(tǒng)的安全，正益礦基于GOOSE通訊，對井下防越級跳閘系統(tǒng)硬件以及軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該防越級跳閘技術(shù)有良好的實(shí)際效果，在現(xiàn)場應(yīng)用中，對GOOSE通信進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，適應(yīng)井下惡劣條件的同時，對防越級跳閘功能有一定的積極作用。

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