低压真空馈电开关智能综合保护器设计

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1、2010年8月矿业安全与环保第37卷第4期低压真空馈电开关智能综合保护器的设计樊荣(煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆400037)摘要：介绍了目前煤矿使用的低压真空馈电开关所配置的基于dsPIC数字信号控制器的智能综合保护器设计研究过程，分析了硬件组成和软件算法。产品的性能和功能测试表明，该产品具有完善的功能和先进的性能，完全可以满足在煤矿井下的使用和对开关保护器的改造。关键词：智能综合保护器；dsPIC单片机；A／D采样；算法中图分类号：TD614．5文献标志码：B文章编号：1008—4495(2010)04—002

2、0—02目前煤矿井下供电系统中，大量使用的是KBZ型低压真空馈电开关，其所配置的智能综合保护器作为开关设备内的关键部件，对煤矿井下供电网的安全可靠运行、故障检测和保护至关重要。智能综合保护器主要对电网电压和电流进行数据采集和计算、分析故障、存储故障信息以及根据故障的类型控制开关分闸控制，具有电流、电压、零序电流、零序电压、有功功率和无功功率等参数显示。同时，作为煤图1智能综合保护器结构框图矿电网监控系统的终端，该仪器具备通讯接口，可以与电力监控分站进行双向数据通讯，通过上位机控对DSP的有力支持，通过单片机实时控制功能

3、来提制开关，显示数据、故障报警等。供真正的DSP功能，使得数据计算速度加快。智能该智能综合保护器具有多种保护功能，包括短综合保护器作为开关的关键部件，当故障发生时，保路速断、过载保护、过压保护、欠压保护、选择性漏电护器能够准确地计算并在设定的时间内完成动作，保护、附加直流漏电保护、三相不平衡保护、断相这就要求保护器的控制芯片实时性高，数据计算速保护、瓦斯电闭锁保护、风电闭锁保护等功能。度快，而dsPIC数字信号控制器具有这样的特点。1硬件设计根据功能的需要，该芯片具备l2位A／D转换器，16个模拟输人通道，具有144K

4、B闪存程序存储低压综合智能保护器硬件部分包括：主控制芯器，5个定时器，8个输入捕捉通道，具有CAN通讯片、A／D采样、液晶显示、保护器电源、通讯和数据存模块和UART通讯模块等。储等，其结构如图1所示。1．2A／D采样1．1主控芯片智能综合保护器的采样是否准确，对于保护器智能保护器采用l6位的dsPIC数字信号控制功能的实现具有重要的作用。低压馈电智能综合保器，dsPIC数字信号控制器将单片机的控制能力和数护器需要采样的模拟量包括：三相电压、三相电流、字信号控制器的计算能力融合在一起。零序电压、零序电流、系统频率_1J

5、。其中三相电压、该数字信号控制器采用改进的哈佛架构，具有三相电流、零序电压、零序电流等模拟量都为双极性独立的数据和程序总线，并带有增强型指令集包含正弦量，但是由于主控芯片的片内A／D采样为单极性，所以在外围电路中要将输入的双极性模拟量转收稿日期：2009—12—20；2010—06—03修订作者简介：樊荣(1969一)，男，陕西岐山人，1992年毕换成单极性模拟量输入，同时要将输入的模拟量降业于西安矿业学院，高级工程师，现从事煤矿安全监控系统的压、滤波等才可以输入芯片进行采样。芯片片内为研发及项目管理工作。E—mail

6、：frong@vip．sina．com。12位A／D，可以满足性能要求。PIC芯片采样非常·20·2010年8月矿业安全与环保第37卷第4期准确而且比较稳定，但是由于外围电路电阻、电容的子程序、开关量输人子程序、控制输出子程序等，整误差，每1路采样值都和实际值有偏差，需要在程序个程序的流程如图3所示。中进行误差修正。采样电路结构如图2所示。开始数主初始化____。_______●__-_一———一图2采样电路结构框图读EEPROM＼／1．3液晶显示日历时钟采用LCD液晶显示，选用128×64点阵液晶屏，—]=J_可以显

7、示4×8汉字，同时液晶带有字库。点阵式液晶初始化LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、开中断动画、闪烁、文本特征显示等功能。该液晶和主控芯——1=一．．．．．．!I：．．．．．．一片可以进行串行通信或是并行通信，在本次设计中采用并行通信，同时液晶屏背光的控制也在设计范二]====：围之内，根据用户的需要，在设计中，将背光的时间分为5，10rain和常亮3档。图3智能综合保护器程序流程框图1．4通讯部分根据用户的需要，可以选用RS485通讯，也可以在上述子程序中，作为

8、核心部分的算法是整个选用CAN通讯。通讯部分主要是为电网监控系统程序的基础，在本次设计中，采用傅立叶算法，其可设计，通过通讯，可以将三相相电压、三相线电压、三以滤出高次谐波J。傅立叶算法计算公式为相电流、零序电压、零序电流、频率、故障信息、分合()=∑[口sin(Ato1)+6c0s(A∞f)](1)闸状态等信息上传至上位机，同时