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1、本科毕业设计(论文)题目：井下低压电网综合保护技术研究 硬件设计院（系） 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 090415 姓 名 魏华 学 号 090415117 导 师 宋晓茹 2013年 6月本科毕业设计(论文)题目：井下低压电网综合保护技术研究 硬件设计院（系） 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 090415 姓 名 魏华 学 号 090415117 导 师 宋晓茹 2013年 6月 井下低压电网综合保护技术研究硬件设计摘 要 随着煤矿现代化程度的不断提高和井下供电距离的增加，对煤矿井下供电系统可靠性、安全性和连续性的要求也越来越高。由于煤矿井下环
2、境比较恶劣，低压电网经常会出现漏电、短路等各种故障，而传统的低压馈电开关保护电路过于复杂，插件较多，满足不了安全供电的要求。 本文结合目前保护装置的发展现状，设计了以P89C51RD单片机为控制核心，主要包括包括模拟信号输入电路、数据采样电路、电源电路和系统复位电路、MAX485串行通信、数字信号输入输出等主要功能模块，能够实现电网的各种保护、报警、显示与控制等功能的电路，最后的实验调试结果表明，本设计是可行的！ 关键词：单片机；低压电网；模拟比较器；单相漏电；模块化Design On Underground Low Power Integrated Protection Technology
3、 hardware design ABSTRACT With the continuous improvement of mine modernization and the distance of underground power supply, the higher reliability, security and continuity of the mine Underground Power Supply System are demanded. It is because of the terrible condition in underground faces that th
4、e electrical faults occur frequently in underground distribution networks, such as creepage,short circuit and so on. However, traditional feeder switchgear cannot satisfy the requirements of safety and reliability in power supply system due to complicated protective circuits an various pluggable uni
5、ts. Based on the status of current feeder switch protector, we design a kind of feeder switch comprehensive motor protector circuit, which use P89C51RD as control core and include many kinds of Protection functions, included the design and realization of analog signals input circuit, data sampling c
6、ircuit, power circuit, reset circuit,MAX485 serial bus,switch input and output circuit and so on.such as warning, play and control circuit in this thesis.The final experimental debugging results show that the design is feasible.Key Words: microcontrolle; low-voltage grid; analog comparator; single-p
7、hase earth leakage; modularI 目录中文摘要I英文摘要II1 绪 论11.1课题研究的背景和意义11.2 国内外发展现状和发展趋势11.2.1国内外发展现状11.2.2发展趋势21.3论文研究的主要内容31.4井下低压电网常见故障以及保护原理分析41.4.1漏电保护41.4.2过载保护61.4.3过压欠压保护71.5本章小结72 井下低压电网综合保护技术研究总体设计82.1系统功能82.2系统组成83 井下低压电网综合保护技术的硬件设计113.1系统硬件方框图113.2单片机主控模块113.3模拟量采集模块133.3.1.电压采集133.3.2.电流采集143.4选择
8、性漏电保护模块163.5 LCD模块173.6报警模块183.8键盘输入模块203.9复位电路214 井下低压电网综合保护的抗干扰设计234.1干扰原因分析234.2 采用的措施235 井下低压电网综合保护系统调试255.1系统硬件设计特色255.2系统调试256 结 论27参考文献28致 谢29毕业设计（论文）知识产权声明30毕业设计（论文）独创性声明31附录32附录A 电路原理图32附录B PCB布线图33附录C 外文翻译34i 西安工业大学毕业设计（论文）1 绪论1 .1课题研究的背景和意义 我国是产煤大国，煤炭是主要能源。据统计，我国现有煤矿21000多个，煤矿井下环境恶劣，粉尘大，湿
9、度高，矿井中含有易燃易爆气体，对井下低压电网供电提出了十分苛刻的要求川。井下的供电方式基本上为电缆供电，电缆线路经常发生单相漏电或单相接地故障，长期运行将导致绝缘击穿，还会引起井下电气火灾、瓦斯煤尘爆炸、电雷管提前引爆以及人身触电等重大事故。 根据矿井供电系统在矿井生产中的核心作用，参考煤矿安全规程(2004版)第四百五十五条“井下由采区变电所、移动变电站、或配电点引出的馈电线上，应装设短路、过负荷和漏电保护装置。”的规定，馈电开关均应具有短路保护、过载保护和漏电保护等能。馈电开关保护器应满足以下四项基本要求： (1)选择性保护的动作应具有选择性。即它是有选择地切除电网中发生故障的支路，而保证
10、非故障支路供电的连续性，尽量缩小中断供电的范围。 (2)可靠性保护系统能准确判断故障，可靠执行命令。但当其它支路发生故障时，本支路保护不应发出跳闸命令，即不产生误动的现象。 (3)快速性本支路发生故障后，保护系统应快速动作，防止故障范围扩大，降低电气设备的损坏程度。 (4)灵敏度保护系统应具有较强反应故障的能力。即不论在保护范围的始端还是在保护范围的末端发生故障，保护系统均应准确反应，甚至在后备保护范围发生故障时，也应具有一定的反应能力。 鉴于保护系统在矿井供电系统中的重要作用，很多科技工作人员都非常重视这一领域的研究。设置完善的继电保护功能，快速的反应能力和较好的选择性，在发生故障时能够有效
11、地切除故障支路，可以减小因故障而造成的停电范围，减少各相电负荷之间的相互影响，大大提高井下供电系统的安全性和可靠性。因此，研究可靠性的低压开关综合保护器对井下安全和生产具有较高的应用价值和深远的影响。1.2 国内外发展现状和发展趋势1.2.1国内外发展现状电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入新的活力。继电保护技术完成了三个发展的阶段。建国后我国继电保护学科、继电保护设计和继电器制造工业从无到有，在大约10年6的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。20世纪50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外
12、先进的继电保护设备的性能和运行技术。20世纪60年代至80年代是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛运用的时代。在此期间20世纪70年代，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到20世纪80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到20世纪90年代初，集成电路保护的研制、生产和应用处于主导地位，进入了集成电路保护时代，比如天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护以及西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护相继于1993年和1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功
13、能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。可以说从20世纪90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。目前，我国市场上的矿井低压馈电开关保护器主要是经过改进了的BKD系列，额定电压是660V/1140V两个等级。该开关采用微机作为中央控制单元，使控制电路大大简化，单一插件就可完成控制与保护功能，并且通过数码管显示整机的工作状态、工作参数以及故障参数。但是由于此馈电开关的短路保护采用鉴幅式原理，在保护范围和灵敏度方面存在冲突，动作整定值的确定比较困难。整定值过小，大电机起动时保护误动。整定值过大，线路末端短路时保护可能拒动，对煤矿井下的安全供电构成威胁，容易造成移动变电站不能正常送电，严重影响原煤生产。在国外的最近几年里，微型计算机在煤矿井下的应用发展较快，从北京国际煤炭博览会上看，1995年国外防爆开关实现微机测控的仅有英国Allenwest公司等少数几个厂家，到1997年，大部分国外厂家的馈电开关与磁力起动器均己采用微机测控。例如，英国Brush变压器公司生产的移动变电站和Baldwin & Fran
