低壓真空饋電開關智能綜合保護器設計

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1、2010年8月礦業(yè)安全與環(huán)保第37卷第4期低壓真空饋電開關智能綜合保護器的設計樊榮(煤炭科學研究總院重慶研究院，重慶400037)摘要：介紹了目前煤礦使用的低壓真空饋電開關所配置的基于dsPIC數(shù)字信號控制器的智能綜合保護器設計研究過程，分析了硬件組成和軟件算法。產(chǎn)品的性能和功能測試表明，該產(chǎn)品具有完善的功能和先進的性能，完全可以滿足在煤礦井下的使用和對開關保護器的改造。關鍵詞：智能綜合保護器；dsPIC單片機；A／D采樣；算法中圖分類號：TD614．5文獻標志碼：B文章編號：1008—4495(2010)04—002

2、0—02目前煤礦井下供電系統(tǒng)中，大量使用的是KBZ型低壓真空饋電開關，其所配置的智能綜合保護器作為開關設備內(nèi)的關鍵部件，對煤礦井下供電網(wǎng)的安全可靠運行、故障檢測和保護至關重要。智能綜合保護器主要對電網(wǎng)電壓和電流進行數(shù)據(jù)采集和計算、分析故障、存儲故障信息以及根據(jù)故障的類型控制開關分閘控制，具有電流、電壓、零序電流、零序電壓、有功功率和無功功率等參數(shù)顯示。同時，作為煤圖1智能綜合保護器結構框圖礦電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的終端，該儀器具備通訊接口，可以與電力監(jiān)控分站進行雙向數(shù)據(jù)通訊，通過上位機控對DSP的有力支持，通過單片機實時控制功能

3、來提制開關，顯示數(shù)據(jù)、故障報警等。供真正的DSP功能，使得數(shù)據(jù)計算速度加快。智能該智能綜合保護器具有多種保護功能，包括短綜合保護器作為開關的關鍵部件，當故障發(fā)生時，保路速斷、過載保護、過壓保護、欠壓保護、選擇性漏電護器能夠準確地計算并在設定的時間內(nèi)完成動作，保護、附加直流漏電保護、三相不平衡保護、斷相這就要求保護器的控制芯片實時性高，數(shù)據(jù)計算速保護、瓦斯電閉鎖保護、風電閉鎖保護等功能。度快，而dsPIC數(shù)字信號控制器具有這樣的特點。1硬件設計根據(jù)功能的需要，該芯片具備l2位A／D轉換器，16個模擬輸人通道，具有144K

4、B閃存程序存儲低壓綜合智能保護器硬件部分包括：主控制芯器，5個定時器，8個輸入捕捉通道，具有CAN通訊片、A／D采樣、液晶顯示、保護器電源、通訊和數(shù)據(jù)存模塊和UART通訊模塊等。儲等，其結構如圖1所示。1．2A／D采樣1．1主控芯片智能綜合保護器的采樣是否準確，對于保護器智能保護器采用l6位的dsPIC數(shù)字信號控制功能的實現(xiàn)具有重要的作用。低壓饋電智能綜合保器，dsPIC數(shù)字信號控制器將單片機的控制能力和數(shù)護器需要采樣的模擬量包括：三相電壓、三相電流、字信號控制器的計算能力融合在一起。零序電壓、零序電流、系統(tǒng)頻率_1J

5、。其中三相電壓、該數(shù)字信號控制器采用改進的哈佛架構，具有三相電流、零序電壓、零序電流等模擬量都為雙極性獨立的數(shù)據(jù)和程序總線，并帶有增強型指令集包含正弦量，但是由于主控芯片的片內(nèi)A／D采樣為單極性，所以在外圍電路中要將輸入的雙極性模擬量轉收稿日期：2009—12—20；2010—06—03修訂作者簡介：樊榮(1969一)，男，陜西岐山人，1992年畢換成單極性模擬量輸入，同時要將輸入的模擬量降業(yè)于西安礦業(yè)學院，高級工程師，現(xiàn)從事煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的壓、濾波等才可以輸入芯片進行采樣。芯片片內(nèi)為研發(fā)及項目管理工作。E—mail

6、：frong@vip．sina．com。12位A／D，可以滿足性能要求。PIC芯片采樣非常·20·2010年8月礦業(yè)安全與環(huán)保第37卷第4期準確而且比較穩(wěn)定，但是由于外圍電路電阻、電容的子程序、開關量輸人子程序、控制輸出子程序等，整誤差，每1路采樣值都和實際值有偏差，需要在程序個程序的流程如圖3所示。中進行誤差修正。采樣電路結構如圖2所示。開始數(shù)主初始化____。_______●__-_一———一圖2采樣電路結構框圖讀EEPROM＼／1．3液晶顯示日歷時鐘采用LCD液晶顯示，選用128×64點陣液晶屏，—]=J_可以顯

7、示4×8漢字，同時液晶帶有字庫。點陣式液晶初始化LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、開中斷動畫、閃爍、文本特征顯示等功能。該液晶和主控芯——1=一．．．．．．!I：．．．．．．一片可以進行串行通信或是并行通信，在本次設計中采用并行通信，同時液晶屏背光的控制也在設計范二]====：圍之內(nèi)，根據(jù)用戶的需要，在設計中，將背光的時間分為5，10rain和常亮3檔。圖3智能綜合保護器程序流程框圖1．4通訊部分根據(jù)用戶的需要，可以選用RS485通訊，也可以在上述子程序中，作為

8、核心部分的算法是整個選用CAN通訊。通訊部分主要是為電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)程序的基礎，在本次設計中，采用傅立葉算法，其可設計，通過通訊，可以將三相相電壓、三相線電壓、三以濾出高次諧波J。傅立葉算法計算公式為相電流、零序電壓、零序電流、頻率、故障信息、分合()=∑[口sin(Ato1)+6c0s(A∞f)](1)閘狀態(tài)等信息上傳至上位機，同時