井下电力系统控制单元探究和实现

《井下电力系统控制单元探究和实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、井下电力系统控制单元探究和实现　　【摘要】针对构建井下电力系统智能控制单元的工业需求，结合电子技术和计算机控制技术，分析并设计了一类集测量、显示、保护、监测、控制、诊断及实时通信的新型井下电力系统智能控制单元。设计的智能控制单元具有短路、过载、漏电闭锁、断相、过压、欠压等保护措施，实现了对井下生产过程主要电力设备的运行及故障状况的显示，模块化的设计思路极大地提高了对设备的智能控制和监测诊断的效率。【关键词】电力系统；智能控制单元；电力故障；模块化设计1.引言9目前煤矿井下采区变电所、综采工作面在使用的高压防爆配电装置都已经使用较为智能化的PB系列

2、、BGP系列等。然而这些智能设备已逐渐不能满足高强度、高运作效率的井下生产需求，如高压防爆配电装置的保护执行机构一般为过流、高压漏电绝缘监视脱扣器和失压脱扣器，在实际作业过程中由于机械弹簧易老化疲劳、保护整定不准确及经常误动作等，使之操作不便，使用维护困难。日益推广的高压防爆真空配电装置虽然采用高压真空断路器、综合保护器以及电能计量装置等，具有漏电监视、过流、失压及过压等保护功能，但对于一些突发事故尚不能进行监测及处理，往往正是这些事故导致了大的井下事故的发生，从而引起严重的经济损失，甚至人员伤亡。文中针对构建井下电力系统智能控制单元的工业需求，

3、结合电子技术和计算机控制技术，分析并设计了一类集测量、显示、保护、监测、控制、诊断及实时通信的新型井下电力系统智能控制单元。2.井下电力系统智能控制的需求分析生产实践表明，已有的井下电力系统电力电气设备的使用仍然存在着很多的安全隐患，其中最为严重的是电力电气设备的保护功能不能充分发挥作用，其原因主要有以下几个方面：（1）煤矿井下环境特殊，电力电气设备受危害的因素多，电力电气设备故障多。（2）井下使用的各种开关的控制电路和保护电路广泛采用电子电路，造成电力电气设备故障处理、检修和维护的难度增加，使故障不能及时得到检修处理，造成电力电气设备在保护不完

4、善或没有保护的状态下运行。（3）电力电气设备内部电子元器件增多也使设备自身出现故障的机率增多。9（4）电力电气设备使用者不按生产厂家的要求操作，把电力电气设备的保护装置甩掉不用，使设备在缺少保护的情况下运行，如将馈电开关中的故障跳闸线圈封死，不让其跳闸。（5）井下电力电气设备配件通用性不高。我国井下专用配电开关和控制开关生产厂家很多，而各厂家都有自己与众不同的设计方案，使设备的结构和电路原理有较大差异，这样就会造成企业配件储备困难、设备因缺少配件而得不到修复的现象。因此，开发一种性能稳定、保护种类齐全、动作速度快、灵敏度高、可靠性好、方便实用的煤

5、矿井下电力电气设备智能控制单元是解决国内煤矿井下电力电气设备保护问题的关键。3.智能控制单元的硬件系统总体设计9煤矿井下电气设备智能控制单元的工作原理是：首先将检测的电信号分别经电压变送器和电流变送器，变成0～1v的电压信号，再经测量放大器放大成0。5V的电压信号，送至CPU，由CPU内A/D转换器将其变成数字信号后，CPU随即进行相应的计算和处理，计量数据经过总线缓冲驱动器显示在液晶屏上，CPU在对保护数据进行相应的逻辑判断后，通过总线缓冲驱动器对继电器直接操作或者发出闭锁信号。CPU定期对开关量输入状态、开关量工作状态及键盘、保护接口进行扫描

6、和检测，完成对保护对象的状态监测和人机交互功能，所有的故障信息都存放在非易失性RAM中，CPU通过串口电路向调度中心发送数据或接收指令，复位电路能使系统自动复位。由于单片机具有性能高、速度快、价格低、体积小、稳定可靠、使用方便灵活等优点，因而常常被用在智能监控装置（仪器）控制中。由于智能控制单元必须在系统发生故障时及时判断出故障点并能及时切断故障电流，在系统正常工作时，控翎单元必须有能力及时处理大量实时动态数据，因此智能控制单元对硬件CPU的实时性、快速性、准确性和多功能性要求很高，为此在硬件设计时选用了实时性和快速性都非常好的PIC16F877

7、A单片机作为中央处理器。基于单片机PICl6F877A的智能控制单元的硬件总体结构它主要由以下部分组成：（1）由CPU、时钟电路和复位电路组成CPU最小工作系统。（2）由电流互感器、电压互感器、电流变送器、电压变送器、模拟开关、放大器以及CPU的A/D转换模块组成数据采集模块。（3）12路开关量输入和3路开关量输出组成I/O功能模块。（4）由4×4键盘和液晶显示组成的人机对谣陵块。（5）由漏电闭锁模块、通信模块、联控模块、故障存储模块、实时时钟模块以及电源模块构成智能控制单元的功能电路模块。94.智能控制单元的软件总体结构设计由于该系统是对断路器

8、的开合进行控制并要求对电压、电流进行实时采样计量，因此必须对每周波20ms的正弦电流信号进行采样，采样点选为12个点，那么每2个采样点之