基于DSP煤矿井下防越级跳闸的保护设计

　　摘要供电系统是煤矿生产的重要组成部分。煤矿通用的继电保护系统都是基于三段过流整定方法，但是对于井下线路短、大电流的故障情况上下级不能很好的进行配合，从而出现越级跳闸现象。本设计是在三段过流的基础上，通过下级对上级发闭锁信号从而使上级不误动作，以防越级跳闸的发生。
　　【关键词】煤矿供电 DSP 微机保护 越级跳闸
　　1 引言
　　目前煤矿井下供电系统线路保护普遍面临着速断过流保护定值无法整定、失压保护零时延及通讯能力差等多个难题，尤其是广泛存在的“越级跳闸”，它是影响煤矿井下安全供电的一个重要因素，由于煤矿井下环境特殊，供电系统复杂，多种原因导致越级跳闸事故发生。因此防范越级跳闸事故不仅是煤矿井下安全、可靠供电的一项重要任务。无论在开关正常动作或拒动情况下，线路短路时极易发生越级跳闸，严重影响安全生产。因此深入分析越级跳闸保护机理并解决问题,对煤矿井下连续供电、确保安全生产具有十分重要的意义。
　　2 煤矿井下越级跳闸原因及故障分析
　　（1）继电保护方式。煤矿井下供电系统，供电线路长度短，首段和末端的短路电流相差很小，所以常用的三段式保护不能适用于煤矿电网，只能采用逐段延时跳闸的时间极差整定方法，级数较多的情况下，线路总开关累积的延时时间较长，在如此短的时间内实现保护器时间上的配合, 无论在理论上还是在现有设备的制作水平上都很难实现。
　　（2）电气干扰。煤矿井下设备运行环境潮湿，空间狭小，而使用的变频器，软启动器等非线性设备较多，受电网中的谐波，浪涌等干扰，而设备的抗干扰能力差，会造成越级跳闸。
　　（3）选择性漏电保护出现选线不准确。主要与接地方式，运行方式，互感器信号失真，电网的系统参数有关，同样会造成越级跳闸
　　（4）线路故障，煤矿井下发生短路故障和短路故，也会造成越级跳闸。
　　3 硬件设计
　　（1）采用TI公司TMS320F2812是一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片，DSP由于其成本低，功耗低，高性能的处理能力，并且具有强大的外部通讯接口，很便于构成大的控制系统。快速的中断处理和硬件I/O支持；可以并行执行多个操作等特点，所以非常适合做系统CPU。
　　（2）电流信号采样电路。电流信号电路共有三级，第一级为偏置放大环节，它能够将交流信号调理成DSP能准确进行AD转换的0V至3.3V的直流信号。第二级为有源滤波环节，该环节能够滤去信号调理电路里的高频干扰信号。第三极为跟随环节，其输入高阻抗，输出低阻抗，进一步增加了信号调理电路的抗干扰能力。
　　4 软件设计
　　4.1 软件设计框图
　　系统软件设计采取模块化设计方案，将完成特定功能或者类似功能的子程序组合成功能模块，主要功能模块有GPIO、EV、SPI、AD等初始化模块 、AD采样与处理模块、液晶显示模块、人机界面操作模块等，由主函数统一调用，协调各部分正常有序工作，软件系统功能框图如图4.1所示。
　　4.2 主程序
　　首先调用初始化子程序对系统进行初始化，完成对各功能模块的工作方式配置，然后在循环中查询键盘状态和调用显示子程序进行显示，并等待系统中断，当系统中的定时器启动后，进入中断对数据进行处理。当发生中断时优先去执行中断服务程序,中断服务程序模块包括A/D采样模块；在串行口中断中，主要完成与主机的信息传送与显示工作。
　　4.3 ADC的操作
　　全部操作方式都通过ADC寄存器进行。ADC寄存器由ADC控制寄存器、ADC通道选择排序控制寄存器、ADC转换结果寄存器，ADC状态寄存器、ADC最大转换通道数寄存器，ADC自动排序状态寄存器等组成。
　　5 设计总结
　　这次设计是一个周期采240个点，每采一次数据，经ADC转换后，将模拟量转换成数字量后，转换结果就自动存入结果寄存器。当中断使能，进入AD中断子程序，DSP先通过设定的算法，将模拟量转化成数字量，再对其进行算法运算求其均值和有效值。再进行故障判断，如果有故障，GPIO口输出高电平驱动继电器动作，同时将数据传送给12864显示屏，以方便用户进行实时数据的查看。当发生故障下级拒动时，上级可靠动作，下级动作时上级可靠不动作实现防越级跳闸的功能。
　　
　　参考文献
　　[1]要焕年,曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京:中国 电力出版社,2001.
　　[2]胡天禄.矿井电网的漏电保护[M].北京:煤炭工业出版社,1987.
　　[3]陈奎,陈士军,唐轶.矿山电网漏电保护的研究 [J].电工技术杂志,2004.
　　
　　作者单位
　　陕西省理工学校陕西省西安市710054