杜成垚 李朱林
陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西 710000
摘要：井下供电体系的可靠性和安全性在煤矿出产中起着至关重要的效果。目前，我国煤矿供电体系首要选用6kV或10kV供电体系。因为现有的矿井供电体系多为短间隔、深埋、多水平的供电办法，多选用井下供电办法。因为电力线路间隔短，煤矿出产环境恶劣，电力线路经常出现短路现象，以及漏电、过流、欠压等电路故障。此外，供电体系短路时，上下短路电流难以区分，不能形成强纵向选择性短路继电维护，容易形成过流。单次跳闸事端形成井下大面积停电事端，削弱了供电体系的可靠性，降低了煤矿的安全出产和正常出产。本文提出了一种新的煤矿供电体系计划。继电维护借助总线通讯技能、核算机控制技能和微控制器技能，完成继电维护设备的控制、丈量、通讯和维护。
关键词：矿井；供电体系；线路维护设备；规划
1有关线路维护设备的首要功用
依据煤矿职工和出产的需求，线路维护设备应具有以下功用：
1） 长途监控功用。无功功率和有功功率的核算由电能计量芯片完成，核算内容上传到上位机监控体系，微线路维护设备对电力线路的电流、电压进行监测。该微型线路维护设备可长途控制具有合闸和分断动作的电力线路开关断路器。
2） 维护功用。线路维护设备具有三级电流维护功用，由维护软压板控制，具有避免闭锁和过跳闸的延时功用。
3） 故障报警功用。当线路产生故障时，维护设备在检测到故障后，以声光报警的办法报警。
4） 故障定位功用。当线路某一部分产生故障时，被维护设备将故障信息实时上传到主机上，主机能够利用点维护设备进行故障定位。
5） 参数存储功用。经过上位机监控体系能够实时存储电力线路的运转参数。
2电力线路状况监测办法
2.1绝缘状况监测
选用直流叠加法丈量电力线路的绝缘电阻。检测分为两部分：一部分是在接地电压互感器的中性点处加一个电源；另一个是在电缆接地附近衔接一个电阻。经过形成电路，能够实时核算流过监测电阻的电流和两头的电压值，然后核算出绝缘电阻值。
2.2接地电流状况监测
当地下电力线路正常或异常运转时，绝缘层的接地线会产生微弱的电流信号。运用一段时间后，电流信号会产生明显改变。例如，当电力线路中的绝缘层为树枝状或电树枝状时，介损角的正切值和电容值会较大，然后改变接地电流。因而，能够依据接地电流的改变来反映电缆的绝缘水平，也便是说，评价绝缘老化的参考标准便是基于此。在实践应用中，一般选用电流传感器将检测到的接地电流转化成电压信号，经信号调整、滤波、a/d转化后，将成果送到中央处理器进行逻辑辨认，然后完成对电力线路绝缘的实时监测。值得注意的是，该办法在地下实践环境中极易受到各种信号的搅扰。它需求高精度的传感器和信号数据传输与剖析技能来检测。
3线路维护设备的硬件计划剖析与规划
3.1煤矿供电体系线路维护设备总体计划规划
煤矿供电体系线路维护总体计划选用分布式结构，首要包含多条线路维护设备、can总线通讯模块、上位机监控体系、供电体系供给的变压器和断路器。CAN总线通讯模块选用双向通讯，供电体系内置双向通讯网络，便利为数据信息供给通道。上位机监控体系可选用can总线通讯模块进行各种维护。该设备选用长途控制，同时各线路维护设备可将其监测的线路数据信息上传至主机，便利线路维护设备与主机之间的信息快速沟通。电力体系线路监测终端设备是线路维护设备，能够及时搜集和汇总电力线路的其它信号、仿真和数据。当线路产生故障时，推送故障信号报警，主机控制体系可对维护设备进行选择性动作，确认线路故障方位，并对线路维护设备上传的信息进行智能剖析；上位机监控体系能对线路维护设备上传的信息进行智能化剖析。
3.2维护设备的硬件框图剖析与规划
线路维护设备由继电操作设备、开关量搜集单元、电源办理单元、can总线收发单元、沟通讯号搜集单元、液晶显示单元、单片机、声光报警设备等组成，继电操作设备担任断路器的操作；开关量搜集单元担任搜集断路器的开关方位信号；电源办理单元担任整个线路维护设备的供电；CAN总线收发器用于维护设备与上位机监控体系之间的数据通讯沟通讯号搜集单元首要包含电流互感器、电压互感器和信号转化电路三部分。电流互感器和电压互感器担任搜集电力线路。对于三相电压、电流信号，信号转化电路担任对搜集的电能进行转化和滤波；液晶显示单元用于显示线路监测数据和维护设备的工作状况；声光报警设备首要用于供电体系线路故障报警提示。
3.3选择微控制器
单片机是实现线路维护设备的嵌入式和小型化不行缺少的组成部分。STM32单片机F103系列主控芯片是维护设备的重要组成部分。该系列芯片具有扩展性强、功耗低的特色，十分合适煤矿出产范畴抗搅扰能力强、引脚丰富、要求强的芯片。它包含数据通讯、数据核算、数据存储、数据搜集、线路故障处理和维护逻辑判别。STM32单片机F103系列主控芯片完全能够满足上述工作要求。
3.4CAN总线通讯电路规划
因为煤矿井下各种采掘设备的不断堵截，电力线路电压波动大，电磁搅扰强。因而，对线路维护设备的通讯办法提出了更高的要求，要求具有较强的抗搅扰能力。在工业自动化范畴一般选用Can总线通讯办法。该通讯办法可靠性高，性价比高，通讯协议简略，抗搅扰能力强。
3.5沟通讯号搜集单元的规划
经过将大电流信号和高压信号转化成小电压信号，实现了电力线路的小型化监测。因而，该设备选用变压器隔离的办法，使线路上的大电流信号和高压经过沟通讯号、一次TV和Ta搜集电路的二次信号。
将丈量信号和TA信号转化后发送给单片机。它是沟通讯号搜集设备的沟通讯号搜集电路。微电压互感器选用Tv31b和ta22b11。选用专用功率计量芯片attt702b。芯片丈量精度高，非线性差错小。它能够丈量无功功率、各相电压电流、有功功率和视在功率的有用值。
4控制器软件编程
在上述线路维护计划中，每个断路器都应配备线路维护设备。因而，以STM32F103系列单片机为基础，用C语言编写了下位机程序。程序规划选用结构化、模块化、自顶向下的程序规划，分为主程序和多个子程序。子程序包含故障处理子程序、开关量检测子程序、沟通讯号搜集子程序、液晶显示子程序、can总线通讯子程序、故障判别子程序、声光报警子程序等，同时主机与主机之间选用电流维护，以及每个维护等级为3的设备。控制各维护设备动作时间，实现各维护设备之间的联动维护，确保断路器的选择性跳闸。当高爆开关K5产生故障时，能在210ms内迅速启动维护设备的时限速断维护功用，而K4的后备维护功用足以及时做出正确的响应。
结论
在剖析现有煤矿供电体系线路维护的基础上，结合井下供电体系线路维护的特色，提出了一种新的线路维护计划和维护设备。该计划利用CAN总线双向通讯的特色，实现了上位机与线路维护设备的实时快速交互，形成对供电线路的有用监控，具有长途监控、长途维护和故障报警等功用。选用三段式电流维护，当线路产生故障时，可实现选择性跳闸，解决超驰问题。
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