基于二總線之漏電保護(hù)系統(tǒng)研究

摘要： 闡述了二總線在井下漏電保護(hù)裝置中之應(yīng)用，通過總保護(hù)之微機(jī)對井下絕緣電阻之實(shí)時監(jiān)控及總保護(hù)和分支出口保護(hù)之間之總線通信，快速判斷出故障線路并及時隔離故障，從而全面提高了井下工作之安全。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

關(guān)鍵詞： 漏電保護(hù) 二總線 零序電流

　　1　井下漏電保護(hù)現(xiàn)狀
　　我國大多數(shù)礦井電網(wǎng)一直沿用中性點(diǎn)不接地方式，隨著井下供電線路之加長、電容電流之增大，發(fā)生故障時會造成單相接地電流大于20A，有之甚至超過70A，而《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定超過20A就應(yīng)采取措施降低到20A以下，因而廣泛采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　系統(tǒng)保護(hù)中，根據(jù)我國井下低壓電網(wǎng)之運(yùn)行情況，一般認(rèn)為對低壓配電網(wǎng)實(shí)行兩級保護(hù)，級數(shù)再增加將沒有使用意義。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：實(shí)行分級保護(hù)之目之是從人身、設(shè)備安全和正常用電之角度出發(fā)，既要保證能可靠動作，切斷電源，又要把這種動作跳閘造成之停電限制在 小范圍內(nèi)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：常用之漏電保護(hù)裝置多為附加直流電源式保護(hù)和零序電流保護(hù)裝置。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：總保護(hù)處安裝附加直流電源保護(hù)，無論系統(tǒng)發(fā)生對稱性漏電還是非對稱性漏電，保護(hù)均能可靠性動作。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：分支出口處安裝零序電流保護(hù)作為橫向選擇性保護(hù)之主保護(hù)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　漏電系統(tǒng)一般建立兩級后備保護(hù)，附加直流電源保護(hù)和漏電閉鎖分別作為分支漏電保護(hù)單元之一級和二級后備［1］。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：在實(shí)行分級保護(hù)之低壓電網(wǎng)中，決定分級之條件是下一級保護(hù)器之額定動作時間（括主開關(guān)斷開電路之跳閘時間）必須小于上一級保護(hù)器之極限不動作時間。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：對于下級保護(hù)，要求其額定動作時間達(dá)到 快，從而快速切除故障。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：對于上一級保護(hù)，為保證選擇性就需一定之時間延時，以躲過下級保護(hù)在動作跳閘時所需時間。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，零序電流漏電保護(hù)動作使分支開關(guān)動作跳閘總時間達(dá)到200ms，則附加直流電源保護(hù)之動作時間需加上200ms之固定延時，才能保證選擇性。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：因此當(dāng)發(fā)生對稱性漏電（分支無法檢測）、分支保護(hù)失效或開關(guān)拒動時，總保護(hù)動作時間高達(dá)400ms。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：此時將會使人身觸電電流增大，不但不能保證人身安全，更不能防止沼氣、煤塵爆炸。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　隨著真空斷路器之推廣，雖然由于保護(hù)動作時間級差Δt之減小，將短路造成之損失降低到 低限度，但沒有從根本上解決由于時差而帶來之問題。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　
　　2　改良方案
　　改良方案中，在總之漏電保護(hù)單元與分支單元之間建立在線通信，以確保在 短之時間內(nèi)切斷故障點(diǎn)，消除現(xiàn)有漏電保護(hù)系統(tǒng)存在之死區(qū)。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　2.1　二總線技術(shù)
　　本文通信總線采用二總線技術(shù)，二總線是一種高可靠性、自動同步編碼解碼通信，可以將現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)之多個模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并進(jìn)行遠(yuǎn)距離串行傳輸。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：其特點(diǎn)如下：
　　a.　智能跟蹤自動編碼；
　　b.　遠(yuǎn)距離監(jiān)測，監(jiān)測距離2km；
　　c.　同時傳輸信號和功率，節(jié)點(diǎn)無需單獨(dú)供電；
　　d.　回路節(jié)點(diǎn)數(shù)目可根據(jù)規(guī)模增減， 多64個。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　二總線非常適宜于井下配電饋線出口多及饋線線路逐漸增長之現(xiàn)狀，可抵制井下各種干擾之影響。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：二總線進(jìn)行通信，2條總線之間之電壓為24V，發(fā)送端之二總線通信芯片將需要傳輸之?dāng)?shù)字量以電流形式串行輸出到二總線上；接收端從總線獲得功率之同時接收信號，實(shí)現(xiàn)了功率和信號公用總線之要求［2］。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　2.2　通信實(shí)現(xiàn)
　　常用之總線接口有QA840159等，提供單片機(jī)和總線之接口，通過握手電路和數(shù)據(jù)總線與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：總線接口從CPU中取得編碼地址、控制碼等信息后向總線回路發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)串行碼，括地址段、地址校驗(yàn)段、控制段和模擬量返回段。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：地址段和地址校驗(yàn)段完全相同，以保證通信之可靠性。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：二總線通信編解碼芯片位于分支出口處，可以自動同步編解碼和片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換，它不需進(jìn)行頻率和同步調(diào)整，可對總保護(hù)之編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析并自動跟蹤對位，片內(nèi)高速A/D轉(zhuǎn)換電路僅在地址符合時加電，大大降低了系統(tǒng)總電流，可很方便地實(shí)現(xiàn)模擬量采集并實(shí)現(xiàn)二總線通信。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　3　智能漏電保護(hù)之設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)由總保護(hù)、分支保護(hù)、二總線通信接口三大部分組成。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：各分支保護(hù)檢測到之實(shí)時井下數(shù)據(jù)可通過二總線進(jìn)行通信，設(shè)井下饋線分支出口數(shù)為n，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　

　　總保護(hù)處為性價比較高之單片機(jī)8051系統(tǒng)，系統(tǒng)有A/D轉(zhuǎn)換器、輸入/輸出接口、閃存、輸出執(zhí)行電路等組成。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：總保護(hù)處裝有附加直流電源式漏電保護(hù)，可以檢測出電網(wǎng)總之絕緣情況，同時通過漏電直流檢測電路之取樣，監(jiān)測井下電網(wǎng)A，B，C三相之絕緣電阻之變化，并由電路顯示，所以容易查找和處理故障相。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：正常工作時循環(huán)顯示電網(wǎng)之工作參數(shù)和對地之絕緣水平，故障跳閘后循環(huán)顯示故障時之參數(shù)和狀態(tài)，從而大大提高了判斷故障之效率。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：若設(shè)有不同之給定值存儲在微機(jī)內(nèi)，微機(jī)就可以判斷出故障是接地故障、人身觸電事故還是絕緣電阻下降故障。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　總保護(hù)處通過總線接口和二總線相連，進(jìn)行通信。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：在總保護(hù)處和分出口處檢測各支路之零序電流，分支保護(hù)處編解碼芯片接收總保護(hù)處之地址、控制信息，當(dāng)和本身地址相同時，啟動A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行零序電流檢測，并通過二總線將電流值上傳給總保護(hù)，通過總保護(hù)進(jìn)行集中式選線判斷故障相，由總保護(hù)發(fā)出口跳閘指令以切斷故障線路。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　漏電保護(hù)原理中指出，當(dāng)發(fā)生接地故障時，流過故障相之故障電流是所有非故障相電流之和，故障項(xiàng)之零序電流為所有出口處零序電流數(shù)值中之 大者。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：集中式選線綜合比較所有零序電流之?dāng)?shù)值，考慮到零序電流互感器會產(chǎn)生不平衡電流，而不同之互感器之不平衡電流值不同，所以僅比較零序電流值大小將會有一定之誤差。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：現(xiàn)采用簡單之差值比較方法，即將各電路所測出時間間隔相同之故障前后2次零序電流值相減，比較各零序電流之算術(shù)差值。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：故障線路零序電流之增量是所有線路零序電流增量之和。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：判定差值 大與其他線路有很大差距之線路為故障線路，從而完成保護(hù)之橫向選擇性，并有效地避免了由互感器不平衡電流帶來之誤差。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　總保護(hù)通過電流差值集中判斷，找到 大值及分支故障線路，然后發(fā)跳閘指令，由分支開關(guān)動作；若各分支之零序電流之差相差不大時，判定為母線故障，由總保護(hù)處開關(guān)動作。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：判定為分支故障發(fā)跳閘指令后，總保護(hù)處繼續(xù)監(jiān)視電網(wǎng)之運(yùn)行，若故障仍然存在，說明跳閘失敗或判斷失誤，為保證安全，由作為后備保護(hù)之總保護(hù)跳閘切斷故障，無長時間之延時。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：
　　
　　4　結(jié)論
　　二總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性非常高，基于二總線之漏電保護(hù)系統(tǒng)，全面提高了礦用檢漏裝置之性能，縮短了總保護(hù)初跳閘時間，保證了井下之供電安全。陽光電子學(xué)校維修專家分析認(rèn)為：

　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］劉桂同，于風(fēng)全，初忠全，等- 礦井低壓電網(wǎng)漏電保護(hù)技術(shù)之新發(fā)展［I］.煤礦開采，2000（增刊）：92-93.
　　［2］聶子玲，史賢俊，周紹磊- 基于二總線通信之監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［I］.自

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