矿山低压馈电开关智能保护器的设计

摘要：该文介绍一种以ATmegal28单片机作为控制核心的低压馈电开关智能保护器，该装置在现代煤矿矿井中具有很好的应用前景，能大大提高煤矿供电系统的安全可靠性。本文主要介绍其工作原理、总体结构和主要技术指标。

关键词：馈电开关；单片机；智能保护

Abstract: the paper introduces a kind of to ATmegal28 single chip microcomputer as the core to control the low pressure feeding switch intelligent protector, this device in the modern coal mine has a good application prospect in, can greatly improve the safety and reliability of the power supply system of coal mine. This paper mainly introduces the work principle, general structure and the main technical indexes.

Key words: the feeder switch; Single chip microcomputer; Intellectual protection

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 智能保护器的工作原理和总体结构

1．1 智能保护器的工作原理

电压互感器和电流互感器将采集来的电压和电流信号都转换成0.5 V的电压信号，信号经调理滤波后送入A／D转换芯片TLC2543，单片机对采样的电压信号进行运算，对电流的采样采用了18点均方根算法，计算电压结果小0.65倍额定电压时自动显示欠压。计算出的电流结果任何一相大于额定电流的设定倍数，同时功率因数满足条件时自动显示短路；设定挡位可通过键盘设定分别是1．6、2．0、3．O、4．0、5．0、6．0、8．0、10．0倍，并在100 ms内断开馈电开关；计算电流结果大于1．2倍以上额定电流时，依据反时限原则，自动显示过载，并切断开关，从而达到保护的目的，保护器可以对近100次故障类型和时间等信息进行存储和查询。

1．2硬件系统的设计

本智能保护器集测量、保护、控制、通讯、故障记忆及查询等功能于一体，对主回路电压、电流等模拟信号进行实时采样，出现故障时能够迅速切断开关并显示各种控制和故障类型。系统硬件框图如图1所示。

由图1可以看出，整个系统由以下几部分构成：

(1)单片机最小系统包括中央处理单元及其扩展单元，用于实现数据采集、计算、逻辑判断、定时、存储等功能。

(2)实时时钟电路采用的是PHILIPS公司生产的PCF8563作为保护器的时钟电路，提供具体的年、月、日、时、分、秒的信息。

(3)开关量输入单元开关量输入信号包括真空断路器分合闸信号、复位信号、瓦斯检测信号等。

(4)开关量输出单元输出单元控制相应继电器动作，从而切断真空断路器。实现跳闸动作，切断井下供电。

(5)通讯接口采用RS485接口与上位机进行通讯，从而实现远方监控功能。

(6)人机交互接口单元由按键完成整定参数的输入设定、故障信息和产品信息的查询、时间设定；将电网工作参数、工作状态、时间以及发生故障时的故障信息用液晶中文显示，直观方便。

1．3软件设计

保护器的软件采用C语言编写，并采用模块化结构设计。初始化程序包括参数表格的装入，一些变量的初始化设定，中断，定时器等控制寄存器的设定和系统自检等内容。电压，电流的采样采用了18点均方根算法，即一个通道每周波等间隔采集18个点，为缩短总体采样时间和保护源采样间隔的一致性，采样了定时器中断的方式进行采样，每次进入定时中断后，各个通道进行选择，这样可以确保在每个周波里完整的数据采样。最后把各组采样数据依次

带入均方根算法程序，即得到各路信号的有效值。

2 智能保护器的主要技术指标

保护器具有分合闸控制、过载、短路、断相、三相不平衡、欠电压、漏电保护、风电瓦斯、故障原因记忆查询、联网通讯等功能。

(1)过载保护。过载电流整定分挡可调。标称值分别为馈电开关额定工作电流值0．2倍、0．3倍、0．4倍、0.5倍、0．6倍、0．7倍、0．8倍、0．9倍、1．O倍、1．1倍、1．2倍、1．4倍。负载电流超过过载电流整定标值1．1倍时报警，并开始实施反时限延时。负载

电流超过整定值的倍数越大，动作延时越短。过载延时整定分挡可调。分为：1、2、3、4挡，挡位越小延时时间越短。

漏电保护。作为总开关时，实现漏电保护功能。

(3)断相及三相不平衡保护。一线(相)为零，二线(相)为1．05倍整定电流时显示断相，经延时输出跳闸信号；一线(相)为低于0．6倍或超过1．6倍整定电流，二线(相)为整定电流，显示相不平衡，经延时后输出跳闸信号。延时时间为5—30 s，相平衡功能设有打开和关闭菜单，用户自由选择开或关。

(4)欠电压。主回路电压工作在低于0．65Ue为欠压，应立即切断电源，进行保护。

(5)风电瓦斯。配合瓦斯断电仪使用，瓦斯断电仪动作输人后，馈电开关断电，并显示瓦斯超限。

(6)短路故障。采用相敏保护原理，短路电流整定分挡可调。标称值分别为馈电开关额定工作电流值的1．6倍、2．0倍、3．0倍、4．0倍、5．0倍、6．0倍、7．O倍、8．0倍、9．0倍、10．0倍，精度为±5％。短路动作时间：从出现短路信号至确认无误后发出保护信号，小于100 ms。

3 结语

基于ATmegal28单片机的矿用隔爆馈电开关智能保护器通过硬件及软件的实现方法，不仅保护功能齐全，故障率低，而且显示信息丰富，使用方法简单，工作可靠，该保护器应用矿用馈电开关中，满足了现代煤矿井下用电设备的需要，具有很好的应用价值和应用前景。

参考文献：

[1]国家煤矿安全监察局．煤矿安全规程[s]．2005．

[2]中华人民共和国煤炭行业标准MT871—2000．矿用隔爆型低压交流真空馈电开关[s]．北京：国家煤炭工业局．

[3]李鑫．新型矿用隔爆馈电开关智能保护器的研究[J]．电气控制，2005(11)：53—55．

[4]马潮．高档8位单片机Atmegal28原理与开发应用指南：上[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004．

[5]谭浩强．c语言程序设计[M]．北京：清华大学出版社，2005．