矿用高压防爆开关微机保护装置现状与展望.pdf

第 44卷 第 8 期 2018年 8 月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 8 Aug. 2018 文章编号671-251X201808-0028-04 DOI 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2018050038 矿 用 高 压 防 爆 开 关 微 机 保 护 装 置 现 状 与 展 望 卢东贵1， 荣相1， 曾苛3 1.中煤科工集团常州研究院有限公司， 江 苏 常 州 213015 2. TiandiChangzhou Automation Co.， Ltd., Changzhou 213015, China; 3. Shanghai Branch, Tiandi Science microcomputer protection ； leakage protection； anti-override trip; fautt diagnosis 收稿日期 2018-05-11;修回日期 2018-07-24;责任编辑 盛男。 基金项目 中煤科工集团常州研究院有限公司研发项目（ 2017GY104。 作者筒介卢东贵（ 1E78 男，江苏泰州人，工程师，现从事煤矿自动化产品及系统销售工作， E-maildg78163. com。 引用格式卢东贵， 荣相， 曾苛. 矿用高压防爆开关微机保护装置现状与展望工矿自动化， 2018,4488-31. LU DongguiRONG Xiang ZENG Ke. Status and prospect of microcomputer protection device for mine-used high-voltage explosion- proof switch[J]. Industry and Mine Automation,2018,448 28-31. 2 0 1 8 年 第 8 期 卢 东 贵 等 矿 用 高 压 防 爆 开 关 微 机 保 护 装 置 现 状 与 展 望 29 〇 引言 矿用高压防爆开关是煤矿供电系统中的重要设 备 ， 其性能对井下供电安全性和可靠性具有重要影 响[1]。20世 纪 9 0 年代起， 微机保护技术在矿用高 压防爆开关中开始应用， 防爆开关整体性能得到显 著提高。随着计算机、 微电子技术的发展， 以及用户 需求的提升， 矿用高压防爆开关微机保护装置的功 能不断丰富， 技术水平也在大幅提高。本文介绍了 矿用高压防爆开关微机保护装置的现状， 通过分析 矿用高压防爆开关微机保护装置存在的主要问题， 提 出 了 矿 用 高 压 防 爆 开 关 微 机 保 护 装 置 的 发 展 趋势。 1矿用高压防爆开关微机保护装置现状 1.1 矿用高压防爆开关微机保护装置硬件结构 目前， 矿用高压防爆开关微机保护装置大多采 用 ARM 或 DSP[2]为核心， 硬件设计基本趋于一致， 主要由核心处理电路、 模拟量采样电路、 开关量输人 输出电路、 通信接口电路、 电源电路和人机会话单元 6 个部分组成 ①核心处理电路。选用高性能片上 系统， 根据需求选配存储器、 A/D 转换器等外围器 件 ， 实现数据采集与处理、 逻辑运算与控制、 数据存 储和通信等。② 模 拟 量 采 样 电 路 。交流信号通过 微型互感器进行信号隔离、 变换， 直流信号通过线性 光 耦 进 行 隔 离 ， 信 号 调 理 后 输 人 A/D 转 换 器 。 ③开关量输人输出电路。输人开关量采用光耦隔 离后输人核心处理电路， 输出开关量采用继电器输 出到控制端口。④ 通 信 接 口 电 路 。通信驱动芯片 输出端口通过高速光耦隔离， 并采取抗干扰措施。 ⑤电源电路。采 用 AC/DC开关电源电路， 具有多 路电压输出。⑥ 人 机 会 话 单 元 。采用独立单元设 计 ， 选用单片机作为处理器， 具备按键输人和中文液 晶显示等功能， 实现与保护装置主控单元间的数据 。 1.2 矿用高压防爆开关微机保护装置基本功能 依据 煤矿安全规程 和 ；IB/T 87392015 矿 用隔爆型高压配电装置 对矿用高压防爆开关的各 种保护具体性能指标要求， 结合信息化和智能化需 求 ， 当前矿用高压防爆开关微机保护装置主要具有 6 个方面功能[3]① 测 量 功 能 ， 采集电压、 电流、 功 率、 频率、 电能、 绝缘电阻、 温度等模拟量和分闸、 合 闸等开关量。② 保 护 功 能 ， 实现短路、 过流、 过负 荷、 过压、 欠压、 漏电、 绝缘监视、 风电瓦斯闭锁等保 护。③ 控 制 功 能，实现开关的分闸、合闸、 复归和试 验等控制。④ 记 录 功 能，实现事件和故障的数据记 录。⑤人机会话功能， 实现数据显示、 记录查询、参 数修改和控制操作等。⑥ 通 信 功 能，实现数据远程 输。 2 矿用高压防爆开关微机保护装置存在的主要 问题 2.1 缺乏统一的标准 目前， 矿用高压防爆开关微机保护装置没有具 体的行业标准， 存在以下问题①外形结构不统一， 对安装的空间要求和固定方式不同。②信号接口 不统一， 对高压防爆开关的电气控制电路要求不同。 ③功能指标不统一， 对高压防爆开关的性能影响很 大 ， 开关相互间保护配合存在隐患。 2.2 选择性漏电保护准确率较低 矿用高压防爆开关微机保护装置常用的选择性 漏电保护方法主要基于零序功率方向原理、 零序电 流原理、 首半波原理、 谐波电流原理等， 但在实际应 用中漏电保护准确率较低， 时常出现漏电保护拒动、 误动。尤其在大量变频器应用和电网无功补偿的情 况下，提高选择性漏电保护准确率的难度更大。 2.3 防越级跳闸性能不全面 发生瞬时失压、 短路、 漏电故障时易引起煤矿供 电系统越级跳闸。针对瞬时失压引起的越级跳闸， 可在矿用高压防爆开关微机保护装置中设计后备电 源 ， 实时监测失压期间电网电压， 并根据预置参数判 断是否执行分闸动作； 针对短路引起的越级跳闸， 主 要采用电气信号闭锁、 通信数据闭锁、 集中数据分析 处理等方式来解决[56]，但实际应用效果难以验证； 针对漏电引起的越级跳闸， 目前没有较好的解决 方。 2.4 缺乏故障诊断功能 矿用高压防爆开关所处环境恶劣， 负荷变化大， 分合闸振动剧烈， 随着长时间运行， 存在一些潜在的 故障， 例如隔离触头由于老化或机械振动引起触头 松动， 导致接触电阻增大， 引起发热； 真空灭弧室出 现劣化， 引起真空度下降， 导致断路器分断能力下 降。当前矿用高压防爆开关微机保护装置主要侧重 于对电网的保护， 缺少对防爆开关的故障诊断， 不能 对防爆开关运行工况进行在线监测。 2.5 通信可靠性差 目 矿用 压 爆 微机 护装 用 RS485、CAN、以太网方式通信， 在强电磁干扰环境 30 工 矿 自 动 化2 0 1 8 年 第 4 4 卷 下 ， 通信可靠性较低。RS485总线方式应用最多， 接线和维护方便， 但通信故障率高， 且出现故障难以 排查； CAN总线物理层抗干扰能力强， 但总线负载 率低， 不适合煤矿供电系统的数据传输， 在煤矿井下 应用较少； 以太网通信速率高， 在地面开关微机保护 中广泛应用， 但在煤矿井下应用时存在接线不便和 维护性差， 出现故障后短时间内难以恢复等问题。 3矿用高压防爆开关微机保护装置发展趋势 3. 1 技术标准统一■ 借鉴地面开关微机保护装置的统一保护屏配 置、 统一尺寸、 统一端子、 统一信号的新“ 四统一” 设 计原则[7]， 今后应针对矿用高压防爆开关微机保护 装置的外形结构、 信号接口、 功能指标等形成行业 标准。 3.2 多判据融合的选择性漏电保护 基于单一的稳态或暂态分析方法难以解决选择 性漏电保护动作不准确的问题， 未来应基于煤矿电 网模型特征和矿用高压防爆开关微机保护装置的高 速数据采集、 数据处理能力， 应用稳态、 暂态分析方 法和参数识别方法进行多判据信息融合处理， 提高 选择性漏电保护准确率[89]。 3. 3 基于智能变电站的防越级跳闸 基于电气信号闭锁、 通信数据闭锁等方式不能 完全防止越级跳闸事故， 因此应在高速、 可靠的通信 网络前提条件下， 将智能变电站用于快速传递实时 跳闸、 逻辑闭锁等信号的GOOSE技术用于传送闭 锁 信 号 ， 防 止 短 路 故 障 和 漏 电 故 障 引 起 的 越 级 跳闸[ 10- 11]。 3. 4 矿用高压防爆开关故障诊断 依据矿用高压防爆开关的故障机理及各种故障 监测对象的状态特性（ 包括分闸与合闸线圈电流状 态特性、 储能电容电压状态特性、 断路器动作状态特 性、 振动状态特性、 真空灭弧室真空度状态特性） ， 在 矿用高压防爆开关内配置温度、 振动等传感器， 由矿 用高压防爆开关微机保护装置采集电气信号、 机械 状态信号、 灭弧室真空度状态信息， 通过数字处理， 线分 矿用 压 爆 障信 [12*。 3.5 多通信方式组合 随着煤矿供电智能化技术发展需求， 矿用高压 防爆开关微机保护装置与地面集控中心之间的数据 交互量越来越大， 实时性要求也越来越高， 对保护装 置的通信能力提出了更高的要求。未来需要应用多 通信技术 矿用 压 爆 微机 护装 通 信 可 靠 性 ， 例 如 采 用 光 纤 以 太 网 作 为 主 传 输 ， M2M 无线通信技术、 电力载波通信技术作为辅助 输 ， 通信 实 性 性 。 4结语 目前， 矿用高压防爆开关微机保护装置还处在 智能化初级阶段， 与地面开关微机保护装置的技术 应用水平仍存在较大差距。今后需通过标准化、 数 字化、 网络化、 智能化等方面的研究， 提升矿用高压 防爆开关微机保护装置的技术水平， 为煤矿供电系 统 性 。 参 考 文 献 （ References [ 1] 王 彦 文 ， 高 彦 . 煤 矿 供 电 技 术 [M ].徐 州 中国矿业大 学 出 版 社 ， 2013. 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