基于交换式以太网的井下供电防越级跳闸系统研究

论文摘要

煤矿井下高压电网多采用单侧电源辐射状干线式网络，由多段短距离电缆（100~1500m）组成。由于配电回路阻抗较小，使得各段线路始末短路电流幅值相差较小，靠电流幅值区分的速断保护难以满足纵向选择性要求。通常下级线路发生短路故障时的短路电流超过上级速断保护整定值，使上级速断保护动作造成越级跳闸，造成井下大面积停电，使煤矿生产系统瘫痪，威胁矿井和人身安全。本文分析了常规速断保护应用在煤矿井下短线路中存在的问题，重点阐述了煤矿供电系统越级跳闸现象产生的原因，并对目前几种常见的煤矿供电防越级跳闸方案进行了研究，分析了各自的优缺点，指出通信网络是防越级跳闸方案的关键。针对这种情况，本文利用交换式工业以太网在数据通信上具有突出的实时性、可靠性等优点，提出了基于交换式工业以太网的防越级跳闸系统。通过在各个综保装置上增加智能联锁装置并采用交换式以太网作为通信网络，当发生故障时各智能联锁装置对速断保护进行延时闭锁并通过以太网进行联锁通信，合理安排各级保护装置动作跳闸时间，同时满足各级保护选择性、速断性要求，防止越级跳闸现象发生。本文从硬件和软件两个方面介绍了系统具体的实现方法。在硬件上以89c52单片机为处理核心，设计了智能联锁装置以及以太网接口电路。在软件方面对以太网TCP/IP协议进行精简，只需实现原TCP/IP协议部分功能，设计了适合51单片机的嵌入式TCP/IP协议栈，并设计了智能联锁装置控制主程序。最后采用网络演算方法对交换式以太网的通信实时性、确定性和可靠性进行了计算，并通过OPNET网络仿真软件进行仿真验证，结果表明采用的交换式以太网在通信实时性、可靠性方面完全能够满足本文防越级跳闸系统网络传输要求。证明了采用本越级跳闸系统同时实现速断保护选择性、速动性要求的可行性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 国内研究现状
• 1.3 本文所作工作
• 2 煤矿供电速断保护分析
• 2.1 煤矿井下速断保护存在的问题
• 2.1.1 煤矿井下供电结构特点
• 2.1.2 煤矿井下供电系统保护配置
• 2.1.3 影响常规速断保护选择性的因素
• 2.1.4 煤矿井下供电系统越级跳闸原因
• 2.2 几种常见防越级跳闸方案分析
• 2.2.1 基于电力监控系统方案
• 2.2.2 基于 CAN 总线通讯网络方案
• 2.2.3 基于独立监控分站方案
• 2.2.4 基于分布式分站方案
• 2.2.5 基于光纤纵联差动保护方案
• 2.2.6 结论
• 3 基于交换式以太网的防越级跳闸系统
• 3.1 系统通信网络选择
• 3.1.1 交换式工业以太网
• 3.1.2 交换式工业以太网的优势
• 3.2 系统的组成
• 3.3 系统工作原理
• 3.4 系统特点
• 3.5 技术指标
• 4 硬件及功能设计
• 4.1 智能联锁装置设计
• 4.2 以太网通信接口模块设计
• 4.2.1 RTL8019AS 以太网控制器
• 4.2.2 单片机与 RTL8019AS 接口的实现
• 4.3 硬件抗干扰措施
• 5 软件设计
• 5.1 TCP/IP 协议简介
• 5.1.1 TCP/IP 分层
• 5.2 嵌入式 TCP/IP 协议栈的设计
• 5.2.1 嵌入式 TOP／IP 协议栈概念及特点
• 5.2.2 链路层协议
• 5.2.3 网络层协议
• 5.2.4 传输层协议
• 5.2.5 嵌入式 TCP/IP 协议栈测试
• 5.3 系统主程序设计
• 5.3.1 系统应用层程序接口设计
• 5.3.2 系统主程序设计
• 6 网络实时性分析和仿真测试
• 6.1 交换式以太网的延迟分析
• 6.2 通信实时性能评价
• 6.3 网络演算的基本概念
• 6.3.1 到达曲线
• 6.3.2 服务曲线
• 6.3.3 交换机对实时数据的服务曲线
• 6.3.4 系统网络最大传输延迟的计算
• 6.4 交换式以太网延迟仿真
• 6.4.1 网络模型
• 6.4.2 数据流模型
• 6.4.3 链路模型
• 6.4.4 实验仿真
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集