井下低压开关微机继电保护的研究

宋宣立，商利斌

(1.河南煤化焦煤集团方庄二矿，河南 焦作 454000;2.河南豫光金铅集团有限责任公司，河南济源 454650)

1 前言

由于我国煤矿供电系统多为中性点不接地系统，且煤矿供电环境比一般的供电环境要复杂得多、恶劣得多。为实现对电气元件的可靠保护，本文拟采取充分利用计算机优势的具有可靠性高、保护性能完善、易扩展以及维护方便等优点的微机继电保护作为井下低压开关的保护方案。而井下电网的过电流保护主要采用三段式电流保护，即电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。第Ⅰ段电流速断保护和第Ⅱ段限时电流速断保护配合作为开关的主保护，第Ⅲ段定时限过电流保护作为开关的后备保护，实现低压开关的电流保护。

2 三段式微机电流保护

2.1 三段式电流保护

本设计中，井下电网的过电流保护主要采用三段式电流保护。第Ⅰ段电流速断保护;第Ⅱ段限时电流速断保护;第Ⅲ段定时限过电流保护。

仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护;由于有选择性的电流速断保护不能保护本线路的全长，因此可考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时电流速断保护;过电流保护通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。

2.2 微机继电保护

微机保护硬件系统包含以下四个部分:①数据处理单元，即微机主系统;②数据采集单元，即模拟量输入系统;③数字量输入/输出接口:即开关量输入输出系统;④通讯接口。微机保护中CPU通过模数转换器(A/D)获得输入的电压，电流等模拟量为数字量(也可以含开关量输入)的过程称为采样，它实际上完成了输入连续模拟量到离散采样数字量的转换过程，一般通过采样中断来实现;微机保护的软件主要是指是指微机执行的程序。由于微机保护具有巨大的计算、分析和逻辑能力，有存储记忆功能，可以实现任何性能完善且复杂的保护原理，因此设计中将三段式电流保护和微机保护相结合作为井下低压开关的综合保护。

3 井下低压开关保护要求

在井下电气设备如此复杂的工作环境下，要使井下供电系统和各电气设备正常运行，井下所采用的低压开关必须符合如下条件:井下供电安全标准;开关通用性强。能够适应各种额定电流的需要，并能够有效的避开机组电动机启动时的启动电压、启动电流;具有接地闭锁功能，保证在检修等开关断开的情况下人员的安全性;由于井下供电要保证工作人员的人身安全，所以不能够采用自动重合闸。

4 井下低压开关微机继电保护的研究

本设计的重点是电流保护中低压开关的微机电流保护部分。本微机保护由硬件和软件两部分组成。微机电流保护系统硬件装置由模拟量输入系统、CPU主系统和开关量输入/输出系统三大模块组成。模拟量输入系统将从煤矿供电系统中取到的电压、电流等模拟量转换成数字量，送入CPU系统读取运算。CPU再对各种数据进行分析和运算处理，以完成保护功能。软件部分主要是通过单片机及其程序的执行来实现的。

4.1 硬件系统

低压开关的微机电流保护的硬件系统装置由模拟量输入系统、CPU主系统和开关量输入/输出系统三大模块组成。模拟量输入系统主要是模拟量数据采集系统，它将从电力系统中取到的电压、电流等模拟量转换成数字量;开关量输入/输出系统完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部开关的输入和人机对话。CPU主系统即微机保护主系统是整个微机保护的核心部分，也是最复杂的部分，包括与其他芯片的接口、外部扩展(本设计外部扩展RAM6264)等。

4.2 软件系统

微机保护的软件部分主要是指微机执行的程序。它用来实现各种输入量的实时采集、运算处理和逻辑判断功能，控制各硬件电路的有序运行和正常工作，发出各种保护出口命令，配合微机保护硬件系统完成对整个电路的保护。其主程序流程图如图1所示。

图1 主程序流程图

图1中左上角是程序的入口。每当装置刚接通电源或手按复位(RESET)按钮后，CPU都要响应复位中断，它将从一个规定的地址(称复位向量地址)去提取第一条要执行的指令所存放的地址。因此只要把所希望的入口地址固化在复位向量地址中，就可以保证每次合电源或手按复位按钮后都自动进入程序的入口。

由程序流程图可以看出，故障处理程序在正常时是不执行的，仅在系统有故障，起动元件起动后才停止自检，开始执行故障处理程序。故障处理程序是主程序的一部分不要求在一个采样间隔时间内完成，本设计中，软件安排方法对硬件速度的要求是必须在一个采样间隔时间内完成中断服务程序而并不要求在一个采样间隔时间内必须完成一次过电流计算。

5 结论

本设计以三段式电流保护为基础，各段保护相互配合，第Ⅰ段电流速断保护和第Ⅱ段限时电流速断保护作为开关的主保护，第Ⅲ段定时限过电流保护作为开关的远后备保护，从而实现对低压开关的综合保护。针对井下低压开关的特殊工作环境和低压开关保护的特殊要求，以及目前我国煤矿井下供电系统多为中性点非直接接地系统的实际情况，为了保证工作人员的人身安全，本设计微机电流保护基本达到了应用要求，保证了在任何一相发生断路或短路时，整个网络都能断开并发出信号，并且不存在自动重合闸，避免了工作人员的意外伤害。

［1］贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理［M］.北京:中国电力出版社，1994.

［2］张明昌，弭洪涛.电力系统微机保护［M］.北京:冶金工业出版社，2002.

［3］王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［4］李奕汉.综采供电中的DZKD1140660馈电开关三段过流保护［J］.中外技术情报，1995.

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