基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置

第9期 2009年9月工矿自动化Industr y and M ine A utomationNo.9 Sep.2009文章编号:1671-251X(2009)09-0056-04基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置郝迎吉1, 赵大帅1, 彭 斌1, 傅 磊2(1.西安科技大学机械工程学院, 2.西安煤矿机械有限公司,陕西西安 710054)摘要:针对现有馈电保护开关动作慢的缺点,设计了一种基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置。

该装置以ATm eg a329单片机为控制核心实现故障判断和控制功能,采用A TT 7022DSP 实现交流信号采集与统计计算功能,从而分开处理数据处理和控制功能,有效提高了装置的故障处理速度和交流信号数据采集的准确性;其选择性漏电检测电路采用自调节、自适应功能设计,对不同的矿井环境具有较好的适应性。

调试试验结果表明,该装置精度较高,动作速度快,适应性强。

关键词:矿井;电网;漏电检测;自调节;自适应;单片机;DSP;AT mega329;AT T7022 中图分类号:TD611 文献标识码:ALeakage Detection Device for M ine Pow er Supply N etw ork Based on Dual cont rollerH AO Ying ji 1, ZH AO Da shuai 1, PENG Bin 1, FU Lei2(1.Schoo l of M echanical Engineering of Xi'a n Univer sity o f Science and T echnolo gy,Xi'a n 710054,China.2.Xi'a n Coal M ining Machinar y Co.,Ltd.,Xi'an 710054,China) Abstract :T o solve the disadvantage of slo w action of ex isting feed protection sw itches,a leakage detectio n device for mine pow er supply netw o rk based o n dual controller w as designed.T he device takes ATm eg a329single chip m icrocomputer as co ntro l core to realize functio ns of fault judg ment and co ntro l,adopts ATT 7022DSP to realize functions of AC sig nal collection and statistical calculation,so as to pro cess functions of data processing and control dividually,w hich impr oves fault processing speed of the device and accuracy o f data collection of AC signal effectively.Its selective leakag e detection cir cuit adopts self adjusting and self adapting function design so that it has better adaptability to different m ine missioning r esult show ed that the device has hig h precisio n,quick action speed and strong adaptability.Key words :m ine,pow er netw o rk,leakage detection,self adjusting ,self adapting ,single chip micro com puter,DSP,A Tmeg a329,ATT 7022收稿日期:2009-05-26作者简介:郝迎吉(1958-),男,陕西三原人,硕士,教授,现主要从事单片机应用技术的教学与研究工作。

E m ail:zh aodashuai1@0 引言目前我国矿井的供电系统多为分支式结构,在每条支路上采用馈电开关实现综合保护,1条支路出现故障而不影响其它支路正常工作,不仅方便了故障的维护,而且提高了效率。

但是,目前国内设计的矿用智能型馈电保护开关多采用单片机作为核心器件。

单片机在系统中不仅要实现数据采集和运算功能,同时还要对系统进行控制和故障分析判断。

对于8位甚至是16位单片机来说,处理交流信号必然会导致运算时间过长,而M T189 88标准中规定的第一级漏电保护设备漏电动作时间不大于30m s 。

因此,国内多数智能馈电保护开关动作时间只能勉强达到标准。

为了解决现用馈电保护开关动作慢的缺点,笔者设计了一种基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置。

该装置可在采集信号和统计计算的同时对故障进行判断并实施控制,从而大大减小了漏电动作的时间。

1 系统总体设计该矿井供电网络漏电检测装置以AT MEL 公司生产的AT mega329作为控制CPU 对故障进行判断和控制;采用带6路16位ADC 的DSP 电网测量专用芯片A TT 7022对6路交流信号进行采样。

该装置能够快速计算出功率因数、电压、电流、谐波等电网运行参数。

AT mega329通过SPI 总线与ATT 7022通信,实现数据采集功能。

基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置结构如图1所示。

图1 基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置结构图2 硬件设计2.1 交流信号采集电路交流信号采集电路如图2所示。

AT T7022内部自带6路16位ADC,可同时采样3路电流、电压;输入电压有效值线性误差为0.1%;可测量电网中电压和电流的有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、夹角和相角等;含有功和无功电能变化脉冲输出;采用SPI 总线;适用于常见的电网三相三线制和三相四线制接法。

图2 交流信号采集电路图工作原理:电压和电流互感器的二次侧信号通过信号调理电路进入ATT 7022,ATT 7022内部运行式(1)、式(2)、式(3):U =1N Nn=1u2n(1)I =1N Nn=1i2n(2)P =1NNn=1u n in(3)式中:u n 为第n 点的采样电压值;i n 为第n 点的采样电流值。

然后A TT 7200将得到的电压和电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、夹角、相角和频率等参数放置在内部128个相应的寄存器中,供AT mega329按相应地址通过SPI 总线读取。

2.2 选择性漏电检测和自调节、自适应电路选择性漏电分析:当供电网络的某一个支路出现漏电故障时,供电系统产生零序电流和零序电压,且非漏电支路的零序电流超前零序电压90!,漏电支路的零序电流滞后零序电压90~180!;不同额定电压的供电系统所要求的漏电阻值不同,具体的漏电阻值与额定电压的对应值如表1所示。

因此,只要检测出零序电流和零序电压的夹角和漏电阻值便可判断出该支路是否漏电。

表1 漏电阻值与额定电压的对应值表额定电压/V 漏电阻值/k380 3.566011114020330050该装置的选择性漏电检测和自调节、自适应电路由主控制芯片AT mega329、2路史密斯触发器和1路附加直流检测电路构成,如图3所示。

其中,史密斯触发器的输入分别接零序电压、零序电流互感器的二次侧,输出分别接ATm eg a329的外部输入捕获口ICP1和模拟比较器的输入口AINT1;附加直流检测电路的输入端接附加直流采样电阻的非接地端,输出端接ADC0。

多路选择开关4051A 和4051B 用于选择性漏电的自适应调整,当装置出现不正常情况时,调整零序电流和零序电压的触发值,使其适应当地矿井的环境,以提高漏电动作的可靠性。

∀57∀2009年第9期郝迎吉等:基于双控制器的矿井供电网络漏电检测装置图3 选择性漏电检测和自调节、自适应电路图3 软件设计由于零序电流的大小受供电线路分布电容的大小影响明显,供电线路长短不同、矿井的环境不同导致分布电容有所差异;而由于负载的不平衡也可能导致零序电压的不同,即使在不漏电的情况下,三相负载的不平衡也可能导致零序电压出现,因此,为了使漏电检测装置对不同情况具有适应能力,就要对各种不同情况进行判断,并做适当调整。

笔者采用中断的方式对选择性漏电进行判断和调整,提高了漏电动作速度。

工作原理:如图4所示,ICP1引脚出现上升沿信号时,T imer1下降沿捕获中断子程序得到响应,说明零序电压存在并进行了触发;再对零序电流进行判断,当flag=1,说明零序电流存在并进行了触发,否则零序电压不存在;再进行漏电阻值的计算,判断是否漏电。

下面对以下4种情况进行分析:(1)当漏电阻值小于等于动作电阻值且flag=1时,装置进行零序电流和零序电压夹角(angle)计算,若90!<ang le<180!,说明该支路漏电并进行相应漏电处理,否则说明该支路没有漏电,子程序退出。

(2)当漏电阻值小于等于动作电阻值且flag#图4 软件流程图1时,说明有漏电而零序电流没有触发,则应该调整4051A使零序电流触发。

(3)当漏电阻值大于动作电阻值且flag=1时,说明没有漏电而零序电压和零序电流同时触发了,则应调整4051A和4051B使零序电压和零序电流均不触发。

(4)当漏电阻值大于动作电阻值且flag#1时,说明没有漏电而零序电压触发了,应调整4051B,使零序电压不触发。

以上4种情况中只有第一种情况是正常的,其它3种都是不正常的情况,需要进行自适应调整。

4 结语经调试试验可知,基于AT mega329和AT T7022的矿井供电网络漏电检测装置精度较高;集合故障判断和控制相分离的设计思想,较好地提高了故障的动作速度;选择性漏电检测和自调节、自适应电路的设计使得该装置对不同的矿井环境具有很好的适应性。

∀58∀工矿自动化2009年9月参考文献:[1] 李 鑫,郭凤仪,王国强,等.新型矿用隔爆馈电开关智能保护器的研究[J].电气应用,2005(11):53 55. [2] 赵建文.附加电阻测量电网绝缘阻抗的新方法[J].继电器.2006(12):52 55.[3] 程跃森.直流系统接地检测装置的研究[D].保定:华北电力大学,2007.[4] 洪 焱,苏静明.基于嵌入式系统的矿用隔爆型馈电开关监控系统的设计[J].工矿自动化,2008(6).[5] 吴平安,张少海,易志明.直流系统漏电检测方法的比较[J].华北电力技术,2003(2).第9期 2009年9月工矿自动化Industr y and M ine A utomationNo.9Sep.2009文章编号:1671-251X(2009)09-0059-04基于小波分析的暂态量选线式漏电保护方法的研究杨利军1, 涂 建2(1.潞安集团余吾煤业有限责任公司自动化科,山西长治 046103;2.湖北师范学院控制科学与工程系,湖北黄石 435002)摘要:针对中性点经消弧线圈接地的矿井高压电网选线困难的问题,文章提出了一种基于小波分析的暂态量选线式漏电保护方法。