基于AT89C51的远距离井下综合保护照明装置的

点赞:16795 浏览:71149 近期更新时间:2023-12-29 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:本文在分析了目前我国井下低压电网微机综合保护装置存在问题的基础上,设计了基于AT89C51单片机为核心的远距离微机综合保护装置.系统采用先进的微机继电保护算法自动判断系统的短路和漏电故障,最后通过实验证实了这种微机综合保护装置在保护距离和可靠性等方面都较以往的保护系统有了一定的提高.

关 键 词:AT89C51;短路故障;漏电故障;微机综合保护装置

中图分类号:TG409文献标识码:A文章编号:1007-9599(2012)01-0000-02

StudyoftheLong-distanceComprehensiveProtectionIlluminationDeviceinCoalmineBasedonAT89C51

ZhaoYanyun

(Xi'anUniversityofScienceandTechnology,ElectricalandControlEngineering,Xi'an710054,China)

Abstract:Byanalyzingtheproblemsexistinginthecoalmineilluminationprotectiondevices,itisdesignedofthelongdistanceprehensiveprotectiondevicebasedonAT89C51.Electricalfaultssuchasshortcircuitandleakagecanbejudgedautomaticallybyusingheadvancedmicroputerrelayprotectionalgorithm.Theresultromthetestshowthattheprotectiondistanceandreliabilityofthenew-typeprotectiondeviceareimprovedobviouslythanotherprotectiondevices.

Keywords:AT89C51,Shortcircuitfault,Electricalleakagefault,Microputerprehensiveprotectiondevice

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随着高产高效矿井的建设,大中型矿井运输巷都在千米以上.传统的煤矿井下照明装置的突出问题是保护距离短,而且是运用短路电流的有效值进行保护,短路电流的小与变压器和电缆的参数有关,某两相电流突然增大,容易使保护装置误动,为了使保护装置不误动,只有增大动作电流值,短路保护距离就更短,死区范围增大,一旦发生短路,有可能使电缆过热着火,引起火灾.因此研究具有多种保护功能,且保护距离达到千米以上的微机综合保护装置,是煤矿安全生产所急需的.

一、故障保护方案的研究

(一)远距离短路保护方案

常规继电保护的整定值是通过离线计算获得,在常规电流保护整定计算中不得不按系统的最大运行方式来计算保护的动作值,而按系统的最小运行方式来校验保护的灵敏度.这种方法的保护范围受运行方式和故障类型的影响.

为了克服这个缺点,本文采用自适应过电流保护,过电流保护的整定值和特性能够实时自动调整或改变,以适应负荷和运行方式变化的要求.短路保护采用三个电流互感器分别接在电网A,B,C三相上,利用单片机对这三个电流值进行实时监视和分析,根据电网当前的实际运行情况实时、自动整定计算,无需人工参与.

(二)漏电保护方案

电网若发生漏电故障,最容易检测到的是电网各相对地绝缘电阻的下降.本文在三相电网中附加一个独立的直流电源,在三相对地绝缘电阻上将有一直流电流流通,该电流大小的变化就直接反映了电网对地绝缘电阻的变化,可以有效地监测和利用该电流构成附加直流检测式漏电保护.附加直流检测原理如图1所示.

图1附加直流检测原理

图中附加直流电源电压UZ,直流电流由电源正极流出入地,经绝缘电阻ra,rb,rc进入三相线路,再由R1-3、R4、千欧表(直流毫安表)返回电源负极.回路中电流IZ可由下式求得:

(1)

式中r∑为ra,rb,rc的并联值,R∑为检测回路中除电网对地绝缘电阻之外的所有电阻之和.检测系统确定之后,IZ将随着r∑的下降而增长,当IZ所对应的对地绝缘电阻值大于漏电闭锁值时,处理单元发出漏电闭锁信号和跳闸信号,可实现漏电闭锁保护.

二、综合保护装置系统设计

系统硬件设计

根据当前煤矿井下低压电网保护的需要,本文设计了以AT89C51为核心的微机综合保护系统.该系统的原理框图如图下图2所示.主要由数据采集模块、微处理器模块、继电器控制电路模块和显示模块构成.

图2系统总体原理框图

(二)系统软件设计

本系统的软件主要由以下几个程序模块组成:主程序、中断程序、LED显示程序、故障处理程序、采样数据计算程序等,还有一些公用的子函数库,如傅立叶变换、平方根运算等.CPU正常时执行主程序模块,在主程序执行过程中,数据采集系统的定时器每到一个采样间隔时间发出中断,执行采样中断怎么写作程序,并根据采样值初算判断相电流突变量来启动元件是否动作.若没动作返回主程序,若达到动作值则启动元件动作,程序转向故障处理子程序.在故障处理程序中完成电流计算,发出跳闸命令等功能,之后返回主程序继续巡回自检.


三、实验验证

综合保护装置由AT89C51单片机及其扩展单元、熔断器、三端稳压器、交流接触器、组合按钮等组成.

短路保护试验结果见表1.

表1短路保护动作时间

短路类型动作时间(s)

12345

a,b0.140.130.120.140.15

b,c0.130.140.120.140.13

a,c0.140.150.130.140.16

(二)综合保护装置漏电保护试验

漏电保护的取样电路和其他照明微机综合保电路一样,漏电保护试验数据如表2所示.

表2漏电保护动作时间测试数据

绝缘电阻(kΩ,)动作时间(s)

12345

00.090.110.100.110.13

10.140.150.140.170.18

1.50.180.200.210.230.24

四、结论

该系统采用先进的微机继电保护算法,能够自动判断短路和漏电故障.对于短路故障,采用自适应随机整定保护方式,结合短路电流叠加原理,实现了远距离短路保护;对于漏电故障,采用附加直流检测方案,结合电压跟随电路解决了电网电压波动的影响.