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摘要

 

随着采煤自动化技术的发展和井下高压供电距离的增加，对矿井供电的可靠性和安全性提出了越来越高的要求。我国煤矿井下高压电网以 6kV 供电为主，6kV 高压防爆开关综合保护系统对矿井供电系统至关重要。 

本文根据煤矿井下高压电网的实际情况，从理论上分析了井下高压电网常见的故障电气特征，并设计出针对性地保护方案。主要采用了：煤矿井下高压电网微机选择性速断短路保护方案；“启动于零序电压及其突变量，选择性动作于零序电流五次谐波比幅比相”的选择性漏电保护方案；欠电压保护增加了延时的功能。本文以高性能单片机 Intel 80296SA 为中央控制单元，以模数转换芯片 Max125 为采样电路，采用大规模集成电路实现了保护系统硬件电路的设计。使用汇编语言完成了软件系统的设计，介绍了设计过程中采取的硬件、软件抗干扰措施。

关键词：煤矿井下；单片机控制 ；6kv；防爆开关；综合保护系统

 

目录

1绪 论 1

1.1 设计的背景和意义 1

1.2 井下高压防爆开关综合保护系统的发展现状和趋势 1

1.3 井下高压防爆开关微机综合保护系统的必要性和基本要求 2

1.3.1 采用微机保护的必要性 2

1.3.2 采用微机保护的基本要求 2

1.4本设计的主要内容 3

2 井下高压电网故障分析 4

2.1 概述 4

2.2 井下高压电网短路故障分析 4

2.3 井下高压电网漏电故障分析 5

2.3.1 漏电故障暂态特征 5

2.3.2 漏电故障稳态特征 5

2.4 过载故障分析 8

2.5 欠电压故障分析 8

2.6 绝缘监视故障分析 8

3 井下高压防爆开关综合保护系统的保护方案设计 10

3.1 短路保护 10

3.1.1 短路保护原理 10

3.1.2 选择性短路保护系统方案 11

3.1.3 短路保护的方案设置 14

3.2 漏电保护 14

3.2.1 谐波方向型选择性漏电保护原理 14

3.2.2 矿井高压电网漏电保护启动零序电压的选择 15

3.2.3 谐波方向型矿井高压电网选择性漏电保护方案 17

3.3 过负荷（过载）保护 17

3.4 欠电压保护 18

3.4.1 欠电压保护增加延时的作用 18

3.4.2 欠电压保护延时与瞬时的选择 18

3.4.3 动作时间 18

3.4.4 欠电压保护方案 19

3.5 绝缘监视保护 19

4 综合保护系统的总体规划与硬件电路设计 21

4.1 CPU 主系统 22

4.1.1 80296SA 单片机介绍 22

4.1.2 外围扩展电路 23

4.2 模拟量交流采样单元 25

4.2.1 电压形成回路 26

4.2.2 数据采样电路 26

4.3 选择性漏电保护单元 28

4.3.1 保护方案工作原理 29

4.3.2 硬件系统涉及的主要电路介绍 30

4.4 开关量输入、输出单元 34

4.4.1 开关量输入单元 34

4.4.2 开关量输出单元（跳闸电路） 35

4.5 通信接口电路 36

5 综合保护系统的软件设计 38

5.1 软件设计 38

5.1.1 系统的主程序 38

5.1.2 采样中断程序设计 39

5.1.3 过流故障处理程序设计 41

5.1.4 漏电保护程序流程图 43

5.1.5 欠电压保护 45

6 系统抗干扰设计 47

6.1 干扰的来源和分析 47

6.2 硬件方面的抗干扰措施 47

6.2.1 滤波、退耦与旁路 48

6.2.2屏蔽与隔离 48

6.2.3 对供电电源的要求 48

6.3 软件抗干扰措施 48

6.3.1输入输出量的抗干扰 49

6.3.2 软件拦截设计 49

结论 50

致谢 51

参考文献 52

附录A 53

附录B 57