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1、论文题目：煤矿供电系统面保护技术的研究与实现专 业：电气工程及其自动化摘 要煤矿生产各个环节的运行和保护源于煤矿供电系统，其供电的可靠性直接影响着煤矿的安全生产，因此对煤矿供电系统继电保护提出了更高的要求。传统煤矿供电系统继电保护动作的执行与否是由测量元件获取的结果与整定值比较而得来，判别故障的方法单一，有失准确性，极易造成保护误动、拒动、越级跳闸等事故，造成供电系统的大面积停电，降低了煤矿的生产效率。本设计采用煤矿供电系统面保护原理，在故障处理过程中综合供电系统的相关信息，从而快速准确地作出判断，隔离故障，有效地减少了煤矿供电系统大面积停电事故的发生。本设计由测控单元、现场总线和上位机监控系
2、统三部分组成，完成供电系统故障的分析判断、处理，实现系统遥信、遥测、遥控、遥调等任务。测控单元采用了以TMS320F2812为核心的控制芯片，完成开关运行状态、运行参数、故障检测等任务；现场总线采用CAN总线控制技术，完成上位机和测控单元之间的通讯功能；上位机监控系统采用力控组态软件为平台，完成供电系统的信息监测、系统控制逻辑判断，遥控、遥调等功能。煤矿供电系统面保护技术的应用，可有效地提高供电系统继电保护的选择性、快速性、灵敏性、可靠性，为煤矿安全生产提供安全、可靠的技术支持。关键字：面保护，现场总线，测控单元，上位机监控Subject: Research and Implementatio
3、n of the supply system about area-protection technology in underground coal minesSpecialty: Electrical Engineering and Automation ABSTRACTOperation and protection of each link of coal mine are based on the power supply in coal mine, the reliability of power supply directly affects the coal mines saf
4、ety, therefore, putting forward a higher requirement on relay protection of power supply in mine.The action of traditional protection in coal mine depends on the result of comparing with measured and setting value. This method is sample and may be not accurate, it easily cause misoperation, refusing
5、 to work, grading trip and other accidents, which will result in a big electricity cut and affect the efficiency of coal production. The design apply the principle of protection based on communication, when deal with the power failure, it will acquire related information in system, then make a quick
6、 and accurate action to insulate fault and reduce the accident of power failure in large area efficiently.This design consists of measurement and control unit, field-bus and monitoring system based host machines, which is used to analysis, judge, process system fault and achieves telemetry, remote c
7、ontrol, remote adjustment and other tasks. The measurement and control unit uses TMS320F2012 as the core control chip, accomplishing the switch operating states, operating parameters, fault detection and other tasks. Fieldbus adopt CAN bus control technology to accomplish the communication between t
8、he host computer and measurement and control unit. PC monitoring system uses configuration software as the platform to complete power system information monitoring, system logic control, remote control, remote adjustment and other functions.With the supply system about area-protection technology in
9、coal mines, we can efficiently improve the selectivity, speed, sensitivity, reliability of power system relay protection, and provide coal mine for safe and reliable technical support.KEY WORDS: protection based on communication, measurement and control unit, can bus, host computer目 录1绪论11.1课题背景及意义1
10、1.1.1课题背景11.1.2选题意义11.2生产需求状况21.3本设计的主要工作内容21.4小结22基于煤矿供电系统面保护的研究32.1概述32.1.1煤矿电力系统特点32.1.2煤矿井下供电系统线路保护原则32.1.3存在问题42.1.4解决方法42.2面保护的定义42.3煤矿供电系统的仿真模型52.4煤矿供电系统面保护网络结构62.5煤矿供电系统面保护控制策略72.5.1概述72.5.2面保护策略72.6小结83测控单元93.1测控单元硬件实现93.1.1电网电压电流处理电路93.1.1.1电压信号处理电路设计93.1.1.2电流信号处理电路设计123.1.2电网频率信号的采集与处理13
11、3.1.3主控芯片的选型153.1.4测控单元电源设计163.1.5功率因数检测电路设计183.1.6温度检测电路设计213.1.6.1温度传感器的选型213.1.6.2温度检测信号处理电路223.1.7开关量出口电路设计233.1.8缺相检测电路设计233.1.9分合闸时间检测电路设计263.1.9.1分闸时间检测电路263.1.9.2合闸时间检测电路273.1.10液晶显示接口电路设计283.1.10.1液晶显示模块的选型293.1.10.2 LCD12864显示电路293.1.11按键扫描电路设计293.2测控单元软件实现303.2.1采样算法的实现303.2.1.1概述303.2.1.
12、2傅里叶算法313.2.2系统初始化程序设计323.2.3模/数转换(ADC)初始化及程序设计323.2.4捕获单元初始化及程序设计333.2.5 eCAN模块初始化及程序设计343.2.6测控单元软件流程343.3小结354通信单元的设计364.1概述364.2现场总线概况364.2.1 RS-232通信及协议364.2.2 RS-485通信及协议374.2.3 CAN总线通讯374.3通信方式的选择394.4通信原理404.5通信单元硬件设计414.6 CAN总线通信协议414.6.1概述414.6.2 CAN-bus物理层424.6.3 CAN-bus链路层424.6.4通信进程444.
13、6.5通信报文格式444.6.5.1测控单元报文格式444.6.5.2上位机报文格式454.7小结455上位机监视476系统调试507结论与展望517.1结论517.2展望51致谢52参考文献53附录541绪论1.1课题背景及意义1.1.1课题背景煤炭是我国十分重要的能源，在我国的能源构成当中占有十分重要的地位。随着我国煤矿行业的不断发展，当前我国煤矿生产已经逐步实现了电气化。煤矿供电系统是整个煤矿生产的动力来源，对于煤炭企业生产的安全和有效运营具有直接的影响，供电系统发生故障时，需要靠继电保护系统迅速而又选择性地切除故障元件，将故障隔离在小范围内，防止事故扩大，因此煤矿继电保护系统是煤矿供电
14、系统安全可靠运行的有力保障。短路是煤矿井下最严重的故障形式之一。短路时 整个供 电 系统的阻抗大幅度减小，而电流则大幅度增加，短路电流可以达到正常工作电流时的几倍甚至几十倍。这样大的短路电流不仅会损坏电气设备，而且容易引起火灾，导致煤尘、瓦斯爆炸，威胁井下安全生产，造成巨大的经济损失。为了使供电系统可靠、安全地运行，并将短路带来的损失和危害限制在最小范围内，必须进行井下低压电网短路电流的计算并且合理的配备继电保护系统。在煤矿井下供电中，因受各种因素的限制，大多采用长度较短的多段电缆线路构成供电网络。煤矿供电系统普遍采用简单的阶段式电流保护。其保护仍然采用传统的整定原则，即电流和时限进行配合。由
15、于电缆线路的阻抗较小，这样上下级段瞬时电流速断保护的短路电流很难区分。当系统末端电路发生严重短路故障时，短路电流会很大，会大于上面各级保护动作整定值，使上下级瞬时电流速断保护同时启动，如果上级开关的灵敏性较高，上级会抢先动作而造成越级跳闸。1.1.2选题意义传统的矿用三大保护(过流保护、漏电保护、接地保护）属于设备保护，保护动作的执行与否是由测量元件获取的结果与整定值比较而得来，判别故障的方法单一，有失准确性，易引起越级跳闸，造成井下大面积停电，引起井下瓦斯急剧增加，威胁人身和矿井的安全，从而降低了煤矿的安全运营和生产效率。20世纪80年代末，随着现代通信技术和计算机应用技术的迅速发展，出现了对整个供电系统进行保护的面保护控制技术。面保护相对于传统的设备保护而言，面保护原理的先进之处在于除了采集故障点的信息外，还通过网络通信获得系统其他相关的非故障的信息，对信息进行采集、判断、处理，做出更为快速准确的动作决策。
