煤矿井下高压开关综合保护单元的研制

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煤矿井下工作环境特殊,空间狭窄,空气潮湿,负荷波动大,电气设备及供电线路绝缘容易老化,从而会造成漏电、短路、过载、过压、欠压等故障,如不及时发现和处理,将会造成严重后果,危及人身安全和生产安全[6]。随着数字集成电路的应用与发展,为了适应电器工业不断发展的需求,配电设备与控制系统日益复杂化,对综合保护产品的性能与结构提出了更高的要求。同时,高性能的单片机RAM,数字处理DSP芯片、微机保护装置的不断发展,一些新的保护原理和方案,受到了越来越多的关注,并逐步得到实际应用。本文在分析了目前国内外高压馈电开关保护器的研究进展与现状的基础上,提出了一种新的综合保护器的设计方案。本论文以TI公司的32位数字信号处理芯片TMS320F2812为核心处理器,研制了一种集多种保护、控制、显示、整定、通信功能为一体的矿用高压馈电开关保护系统。它具有漏电闭锁、短路、过载、欠压、过压等功能保护和故障查询功能,并且采用人机交互界面对电网运行状况及故障情况显示。软件编程采用了模块化结构,便于系统的升级,此外,针对系统可能遇到的各种干扰,在硬件、软件两方面进行了抗干扰设计。论文最后对馈电开关保护器在实验室结合开发板与实验室设备进行了初步试验,试验结果表明:该保护器能准确地判断电网的各种故障并执行相应操作,性能较稳定,动作可靠,达到了预期设计目标。
摘要第2-3页
ABSTRACT第3-4页
1 绪论第8-14页
    1.1 课题的背景和意义第8-9页
    1.2 高压开关综合保护系统的研究现状和发展前景第9-11页
        1.2.1 国内发展概况第9-10页
        1.2.2 国外研究概况第10-11页
        1.2.3 高压开关综合保护系统的发展趋势第11页
    1.3 高压防爆馈电开关保护器的功能要求第11-12页
    1.4 本论文研究内容和章节安排第12-14页
2 煤矿井下高压电网故障与保护原理第14-27页
    2.1 我国目前煤矿井下供电系统的特点第14页
    2.2 过电流保护第14-20页
        2.2.1 短路故障特征分析第15-18页
        2.2.2 短路保护原理第18-19页
        2.2.3 过载保护第19-20页
    2.3 欠压、过压保护第20页
    2.4 漏电保护第20-25页
        2.4.1 引起漏电的原因第20-21页
        2.4.2 漏电故障的电气特征第21-22页
        2.4.3 漏电保护方式的选择第22-23页
        2.4.4 漏电保护原理第23-25页
    2.5 保护接地第25-26页
    2.6 本章小结第26-27页
3 保护系统硬件电路设计第27-44页
    3.1 井下高压开关综合保护单元的总体设计第27-28页
    3.2 DSP 芯片的选择第28-32页
        3.2.1 DSP 的电源模块第30-31页
        3.2.2 JTAG 接口电路第31-32页
    3.3 模拟量输入前置处理模块第32-36页
        3.3.1 变换器电路第32页
        3.3.2 低通滤波电路第32-34页
        3.3.3 TMS320F2812 AD 转换模块第34-36页
    3.4 故障存储模块的设计第36-39页
        3.4.1 铁电存储器FM31256 主要特点第36-37页
        3.4.2 铁电存储器FM31256 引脚说明第37-39页
    3.5 人机接口单元第39-43页
        3.5.1 人机界面设计要求第39页
        3.5.2 人机交互界面设计方案第39-40页
        3.5.3 人机交互界面硬件电路设计第40-43页
    3.6 本章小结第43-44页
4 保护系统算法分析第44-48页
    4.1 采样方式的选择第44-45页
        4.1.1 直流采样第44-45页
        4.1.2 交流采样第45页
        4.1.3 小结第45页
    4.2 微机保护算法的分析第45-47页
    4.3 本章小结第47-48页
5 软件系统设计第48-58页
    5.1 DSP 软件的开发环境第48页
    5.2 主控模块程序设计第48-49页
    5.3 子功能模块程序设计第49-57页
        5.3.1 初始化与自检模块第50-51页
        5.3.2 模拟信号采集模块软件实现第51-53页
        5.3.3 漏电闭锁检测模块第53页
        5.3.4 故障存储模块程序设计第53-55页
        5.3.5 人机交互模块软件设计第55-57页
    5.4 本章小结第57-58页
6 系统抗干扰分析第58-61页
    6.1 干扰对智能保护系统的影响第58-59页
        6.1.1 干扰的来源第58页
        6.1.2 干扰对保护装置的影响第58-59页
    6.2 保护系统的抗干扰措施第59-60页
        6.2.1 硬件抗干扰措施第59-60页
        6.2.2 软件抗干扰措施第60页
    6.3 本章小结第60-61页
7 系统调试与结果分析第61-65页
    7.1 系统调试第61-62页
        7.1.1 硬件调试第61-62页
        7.1.2 软件调试第62页
    7.2 调试结果分析第62-63页
        7.2.1 数据采集部分测试第62-63页
        7.2.2 人机交互模块测试第63页
    7.3 试验数据分析第63-64页
    7.4 本章小结第64-65页
8 结论第65-67页
    8.1 结论第65-66页
    8.2 展望第66-67页
致谢第67-68页
参考文献第68-71页
附录第71页
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