煤矿井下高压开关综合保护单元的研制

论文摘要

煤矿井下工作环境特殊,空间狭窄,空气潮湿,负荷波动大,电气设备及供电线路绝缘容易老化,从而会造成漏电、短路、过载、过压、欠压等故障,如不及时发现和处理,将会造成严重后果,危及人身安全和生产安全[6]。随着数字集成电路的应用与发展,为了适应电器工业不断发展的需求,配电设备与控制系统日益复杂化,对综合保护产品的性能与结构提出了更高的要求。同时,高性能的单片机RAM,数字处理DSP芯片、微机保护装置的不断发展,一些新的保护原理和方案,受到了越来越多的关注,并逐步得到实际应用。本文在分析了目前国内外高压馈电开关保护器的研究进展与现状的基础上,提出了一种新的综合保护器的设计方案。本论文以TI公司的32位数字信号处理芯片TMS320F2812为核心处理器,研制了一种集多种保护、控制、显示、整定、通信功能为一体的矿用高压馈电开关保护系统。它具有漏电闭锁、短路、过载、欠压、过压等功能保护和故障查询功能,并且采用人机交互界面对电网运行状况及故障情况显示。软件编程采用了模块化结构,便于系统的升级,此外,针对系统可能遇到的各种干扰,在硬件、软件两方面进行了抗干扰设计。论文最后对馈电开关保护器在实验室结合开发板与实验室设备进行了初步试验,试验结果表明:该保护器能准确地判断电网的各种故障并执行相应操作,性能较稳定,动作可靠,达到了预期设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 高压开关综合保护系统的研究现状和发展前景
• 1.2.1 国内发展概况
• 1.2.2 国外研究概况
• 1.2.3 高压开关综合保护系统的发展趋势
• 1.3 高压防爆馈电开关保护器的功能要求
• 1.4 本论文研究内容和章节安排
• 2 煤矿井下高压电网故障与保护原理
• 2.1 我国目前煤矿井下供电系统的特点
• 2.2 过电流保护
• 2.2.1 短路故障特征分析
• 2.2.2 短路保护原理
• 2.2.3 过载保护
• 2.3 欠压、过压保护
• 2.4 漏电保护
• 2.4.1 引起漏电的原因
• 2.4.2 漏电故障的电气特征
• 2.4.3 漏电保护方式的选择
• 2.4.4 漏电保护原理
• 2.5 保护接地
• 2.6 本章小结
• 3 保护系统硬件电路设计
• 3.1 井下高压开关综合保护单元的总体设计
• 3.2 DSP 芯片的选择
• 3.2.1 DSP 的电源模块
• 3.2.2 JTAG 接口电路
• 3.3 模拟量输入前置处理模块
• 3.3.1 变换器电路
• 3.3.2 低通滤波电路
• 3.3.3 TMS320F2812 AD 转换模块
• 3.4 故障存储模块的设计
• 3.4.1 铁电存储器FM31256 主要特点
• 3.4.2 铁电存储器FM31256 引脚说明
• 3.5 人机接口单元
• 3.5.1 人机界面设计要求
• 3.5.2 人机交互界面设计方案
• 3.5.3 人机交互界面硬件电路设计
• 3.6 本章小结
• 4 保护系统算法分析
• 4.1 采样方式的选择
• 4.1.1 直流采样
• 4.1.2 交流采样
• 4.1.3 小结
• 4.2 微机保护算法的分析
• 4.3 本章小结
• 5 软件系统设计
• 5.1 DSP 软件的开发环境
• 5.2 主控模块程序设计
• 5.3 子功能模块程序设计
• 5.3.1 初始化与自检模块
• 5.3.2 模拟信号采集模块软件实现
• 5.3.3 漏电闭锁检测模块
• 5.3.4 故障存储模块程序设计
• 5.3.5 人机交互模块软件设计
• 5.4 本章小结
• 6 系统抗干扰分析
• 6.1 干扰对智能保护系统的影响
• 6.1.1 干扰的来源
• 6.1.2 干扰对保护装置的影响
• 6.2 保护系统的抗干扰措施
• 6.2.1 硬件抗干扰措施
• 6.2.2 软件抗干扰措施
• 6.3 本章小结
• 7 系统调试与结果分析
• 7.1 系统调试
• 7.1.1 硬件调试
• 7.1.2 软件调试
• 7.2 调试结果分析
• 7.2.1 数据采集部分测试
• 7.2.2 人机交互模块测试
• 7.3 试验数据分析
• 7.4 本章小结
• 8 结论
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录