朱峰
山东鲁泰控股集团有限公司太平煤矿 山东 济宁 272000
摘要：矿井供电系统的安全可靠运行，是保证煤炭生产持续发展的重要基础。如果矿山供电系统出现故障，则整个生产线将停止运转并停止正常工作。这可能会对机电设备造成不可弥补的损害，还可能导致严重的安全事故以及人身伤害。因此，对矿山供电系统进行深入分析对于提高运行可靠性非常必要。本文就此展开了探究。
关键词：煤矿供电；防越级跳闸；跳闸技术
1系统软件程序设计
1.1处理器软件架构
主程序的功能是监视整个系统并完成相关功能。中断程序按照设定的周期间歇地将中断请求发送到主程序，通过该程序，可以实现具有较高实际要求的错误判断和保护功能。通过在VxWorks平台上构建协处理器软件程序，VxWorks平台具有很高的可靠性，出色的硬件兼容性，内存管理和计时器功能，在行业中具有广泛的应用。可以根据任务的优先级安排任务，而更高级别的任务会抢占并执行CPU资源以确保任务效率。
1.2保护与防越级跳闸功能实现流程
防止超速跳闸操作通过分步闭锁完成，具体过程可以描述如下。（1）当电源系统中发生短路故障时，保护设备会检测电路故障，打开闭锁元件，然后通过GOOSE通信网络将相应的故障信息传输到上级保护设备。（2）如果在系统设置的时间范围内未从下级保护设备收到故障锁定消息，则跳闸结束。等待系统设置的解锁时间到期，或者从子保护设备接收解锁信号，并在收到解锁信号后对其进行解锁。相反，如果未收到解锁信号，则保护装置可以消除故障。（3）发生保护动作后，应通过保护装置判断断路器的不合格。当故障消除并且故障电流不再存在时，解锁信号被发送到上保护装置。如果断路器拒绝操作，则信号也必须传送到上保护装置。（4）在系统中设置时间阈值以防止长期保护阻塞问题。如果无法在设置的时间阈值内有效消除故障问题，则系统将通过保护装置强制消除故障。本文设计的防跳越跳闸系统已应用于矿山供电系统，具有良好的应用效果。在一年的实际运行过程中，矿山供电系统不存在跳闸问题，有效地保证了矿山供电系统的可靠性。
2系统硬件设计
2.1硬件系统总体架构
系统使用两个处理器同时工作，并且两个处理器相互配合工作，因此系统具有很大的存储容量，可以通过以太网进行数据通信。主处理器模型是ADSP-21065L，它可以收集和处理数据信息，并使用已建立的保护算法来分析和判断接地故障。协处理器模型是MCF54415，它提供通信，同步和实现功能。硬件系统，例如人机交互，错误记录器的存储和报告等，是通过模块化设计的，下面将详细介绍一些核心模块。
2.2电源模块
电源由PT（AC100V）供电，进入系统后，三相电压电路可分为两部分。一种是在信号调理后为防过跳跳闸系统供电，输出电压范围为3.3V至24V。其次，将电磁波隔离后采样和获取的数据信息传输到主处理器，进行A/D转换后进行分析和处理。为了提高电源模块的可靠性，系统还设置了一个储能电容器。即使电源无法正常供电，储能电容器也可以继续供电以确保系统正常运行。
2.3交流采样模块
A/D转换器是交流采样模块的核心，系统通过MAX125芯片完成相关工作。这种转换器是由一家美国公司生产的，可以通过A/D芯片满足系统的需求。该模块应由5V双极电源供电。当电压信号在-5V至+ 5V范围内时，可以对其进行采集和转换。转换时间可以最快的速度达到3μs，并且会发生错误。控制在0.008以内。
2.4开关量输入／输出模块
与系统相关的开关输出信号主要包括锁合，合闸，分闸等[1]。当员工远程控制跳闸或合闸或系统检测到电路故障问题时，系统发送开关输出信号以实现相应的开/关操作或跳闸隔离操作。从处理器输出的开关输出信号还必须通过光电隔离技术和继电器进行处理。以上两个过程可以有效防止整个防跨步跳闸系统中的故障被阻塞时产生的大电压的有害影响。
2.5以太网通信模块
LXT971A芯片被选作以太网通信的核心芯片，该芯片有效地符合IEEE802.3标准并支持各种类型的接口。它可以通过100Mb/s光纤连接，完全可以满足系统要求。实时数据传输。LXT971A芯片直接连接到网络变压器，在数据信号传输过程中，该芯片首先将数据信号进行组合，过滤，然后将其转换为适合网络的电平信号[ 2]。当使用以太网接收信号时，网络信号被转换为系统可以通过转换电路识别的电平信号。
3煤矿供电防越级跳闸技术方案
由于短路故障引起的高压过流是造成供电系统中越级跳闸的主要原因，基于人的研究解决方案，为达到有效保护的目的，本文主要提出两种解决方案：高压选择性联锁和微机限时速断过流保护方案，根据前后顺序分别命名为方案Ⅰ、方案Ⅱ。
3.1方案Ⅰ
方案Ｉ为高压选择性联锁限时速断过流保护方案，该保护方案的系统简图如图２所示。它主要采取如图２中的ＤＫ１—ＤＫ３之间的联锁控制单元来选择性的保护各个级。该方案中系统的整个原理流程可根据图来分析，当过流故障发生在Ｋ３位置时，启动１—３位置处，而１—２位置处的保护存在启动可能性，依据控制单元之间的联锁效应，ＤＫ３将闭锁ＤＫ２；依据相同保护原理，ＤＫ２也将闭锁ＤＫ１。经过联锁控制单元之间的相互作用，断路器开关３ＱＦ将在0.2ｓ时间范围内，将进行跳闸操作以切断故障，这时将返回保护１及保护２，断路器开关１ＱＦ和２ＱＦ也不会产生误跳闸现象[3]。倘若因断路器开关３ＱＦ发生故障未进行跳闸的相关操作，经过联锁控制单元，ＤＫ３将解除闭锁的ＤＫ２，断路器开关２ＱＦ在收到ＤＫ２的相关指令后做出跳闸命令。依据前面的系统控制原理，当过流故障发生在Ｋ２位置时，启动１、２位置处，而１位置处的保护存在启动可能性，依据控制单元之间的联锁效应，ＤＫ２将闭锁ＤＫ１，断路器开关２ＱＦ将在0.2ｓ时间范围内，将进行跳闸操作以切断故障，这时将返回保护１，断路器开关１ＱＦ不会产生误跳闸现象。倘若因断路器开关２ＱＦ发生故障未进行跳闸的相关操作，经过联锁控制单元，ＤＫ２将解除闭锁的ＤＫ１，断路器开关１ＱＦ在收到ＤＫ１的相关指令做出跳闸命令。
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图1 方案Ⅰ
2.2方案Ⅱ
方案Ⅱ为高压选择性微机限时速断过流保护方案。在地面的变电所初始传输的电压为６ｋＶ，当ＣＳ检测出转换传送到井下中央变电所的电流值大于在所整流电流值，一个高电平即由传感器返回并反馈于主机；当ＣＳ检测出转换传送到井下中央变电所的电流值小于在所整流电流值，低电平即由传感器返回并反馈于主机[4]。之后，收到反馈信息的主机将依据高、低电平首先对其进行编号，之后经过逻辑判断便可判断出跳闸开关所在的位置，主机提出命令给到分机实施跳闸的相关程序。
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图2 方案Ⅱ
4结束语
综上所述，矿山供电系统的稳定运行对于确保井下安全非常重要，而矿山供电系统的遗漏是影响可靠性和稳定运行的重要不利因素。矿用供电系统的防超跳脱扣系统的建设，可以有效避免供电系统的超跳问题，大大维护了供电系统的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]路晓玲.矿井供电系统越级跳闸事故分析及防治措施[J].自动化应用,2019(06):73-74.
[2]李海光.对矿井供电系统防越级跳闸技术的分析[J].煤矿现代化,2019(04):149-150+153.
[3]雷崔蓉.关于煤矿供电系统中防越级跳闸技术的研究与应用分析[J].电子制作,2019(10):99-100+94.
[4]黄玉冬.车集煤矿供电系统防越级跳闸技术的研究及应用[J].电气防爆,2019(02):33-35.