煤矿风机微机继电保护设计(附件)【字数：9353】
摘 要井下供电系统出现供电故障及突然停电会导致通风机停风,为了最大限度地抑制这一现象的发生，防止瓦斯浓度超过限定值,杜绝煤矿瓦斯泄露事故的发生,为煤矿风机设计一个微机继电保护是至关重要的。本文分析了国内外煤矿风机各类保护装置的发展现状，借助微电子技术、电力电子技术以及现代集成电路技术的迅速发展，对电机自动保护模式进行改进，以安全可靠地运行风机为出发点，在风机微机保护系统中采用单片机(MCU)设计了一种风机微机保护装置。装置可以实时采集风机中电流信号、电压，对采样数据进行保护算法计算，对当前风机的工作状态进行监视，一旦发生故障，则对风机进行保护，并分析出保护原因。本文对微机保护装置的软、硬件设计进行了论述并选择了保护算法。在对保护算法进行分析后，选择均方根采样算法并且利用数字滤波器来获取风机的运行参量，为了实现故障的快速判断本文选择了对称分量法。基于MCS-51系列单片机设计出了基本的硬件电路，并且绘制了基本的程序框图。
目 录
第一章 煤矿风机微机保护概述 1
1.1风机保护的背景和意义 1
1.2风机保护的研究现状和发展趋势 1
1.3煤矿风机工作环境及其特点 2
1.4风机微机保护系统存在的问题及解决方案 2
第二章 风机保护功能分析 4
2.1漏电闭锁保护 4
2.1.1检测原理 4
2.1.2漏电闭锁动作的电阻值确定 4
2.2电流保护 5
2.2.1电流故障分析 5
2.2.2三相对称短路及过载的保护 5
2.2.3不对称短路保护 7
2.3电压保护 7
2.3.1电压故障的特性及其分析 7
第三章 系统硬件方案 9
3.1硬件总体设计思想 9
3.2风机微机保护装置整体介绍 9
3.3数据采集模块 10
3.3.1 电压形成回路及前置滤波器 10
3.3.2 采样保持电路及信号选择电路 11
3.3.3 数模转换电路 12
3.4CPU模块 13
3.5人机接口电路及其他电路 13
3.5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1键盘输入电路 14
3.5.2LCD液晶显示 14
3.5.3 通信单元 15
3.6开关量输出电路 15
第四章 风机微机保护软件设计 16
4.1主程序 16
4.2中断处理程序 17
4.3人机对话程序 19
4.3.1LCD显示软件框图 19
4.3.2通信程序框图 20
第五章 风机微机保护算法 22
5.1算法的选择 22
5.1.1两点采样算法 22
5.1.2均方根算法 23
5.2数字滤波器 24
5.2.1减法滤波器 24
5.2.2 加法滤波器 25
5.2.3滤波器的选择 25
5.3负序及零序电流的计算 27
结束语 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 煤矿风机微机保护概述
1.1风机保护的背景和意义
煤矿、冶金、电厂、隧道和地铁等行业中风机应用十分广泛。随着当今社会经济的腾飞,能源成了最大需求，煤矿的安全生产也越来越受到重视,煤矿不仅要向国家提供能源,又因为设备运行低效的情况在生产中存在着,造成电力能源的严重,因此矿井的安全运行以及节能十分重要。煤矿安全生产的系统中,通风机是关键设备，所以有人称它为“矿井肺腑”。煤矿风机需要二十四小时连续运行,它的作用是排出粉尘和有毒气体并向井下输送新鲜空气,确保着矿井的安全生产,因此它的性能直接关系到煤矿工人的生命安全和矿井系统的经济运行。我国煤炭安全生产规程对煤矿井下通风量和风速进行了严格规定。据统计,煤矿事故大部分是由于通风设备故障造成的。另外许多重大煤矿安全事故的罪魁祸首都是瓦斯煤尘爆炸,这些瓦斯爆炸事故中,有很多种原因造成瓦斯积聚,其中最大的原因煤矿风机的运行故障。一般情况下，煤矿大都采用抽出式通风,通风机将矿井巷道里的可燃有害气体抽出，这些有害气体包含大量的一氧化碳、甲烷及粉尘等。为了扩大煤矿的规模和提高生产效率,煤矿风机需求一套可靠的微机保护系统。确保风机的二十四小时不间断运行。随着电力电子技术，微机技术，以及智能控制技术的发展,许多要求得以实现。本文正是在此背景下研究了这一微机继电保护系统。
1.2风机保护的研究现状和发展趋势
对于风机系统的研究国外开始的很早。因此，国外大部分风机都配备了自动检测和保护系统,不仅能判断工况,还能诊断故障,对风机的检测和保护。目前国外工业控制行业仍在持续发展。其中，美、德等一些国外发达国家已经十分重视微机保护这一继电保护的分支。适合专用和普通用户的系统软件已经被一些大公司开发出来。专用的软件主要是一些大的集成控制行业厂商为自己的系统研制的。通用的软件不仅针对某一系统,用户可以选择合适的硬件和软件来组装构成需要的微机保护系统。我国在这一领域起步较晚,保护设备也相对落后,上世纪七十年代才开始发展微机保护[4]。一般情况下，我国煤矿行业中，风机都装备矿井边缘,这就造成了风机远离管理部门。因此实现风机的实时监测和远距离通讯以及保护,就成为现代大型化矿井自动化安全管理重中之重。如今，由于微电子技术、现代电子技术、控制技术及计算机技术等技术的快速发展，微机保护系统的发展也迅猛起来。一些国内的大公司也开发出了一些方便用户使用的监控保护系统软件。其中北京亚控自动化软件科技有限公司的组态王软件、三维有限公司的力控系统软件等等都是相关软件领域的佼佼者[17]。相比于发达工业的国家，我国当前的微机保护水平技术和产品还是落后的,但各行各业已经对各种保护系统产品开始广泛地应用,并对微机保护进行更进一步的研究。国内的许多科研单位院所也相继开发研制出许多设备和仪器。中国矿业大学研制的矿井主通风机性能在线监测保护和通讯系统，不仅能判断工况,还能诊断故障,对风机的检测和保护。煤科院抚顺分院研制的智能通风多参数测试仪可以同时测量压力、温度及风速三个通风参数。此外,辽宁工程技术大学，煤科院上海分院等科研机构和院校也相继开发出具备不同功能和良好性能的煤矿风机监测与保护系统[5]。总的来说,在这一方面我们已经有了很大的进步,但是我国技术水平相较于国外还是有差距的,系统功能还不完善,智能化程度和综合性能也比较低,另外保护系统的兼容性、灵活性、可移植性和扩展性都不理想,这些都是需要解决的问题。所以我们目前要开展的工作是学习国外先进技术,创新并改进控制方法,提高保护系统的安全性与可靠性。我们当前的迫切任务是加大力度发展矿井风机保护技术的研究及应用,为煤矿安全生产提供技术上的支持,。如今风机微机继电保护中已经广泛运用了各种先进的技术已。通过前面对微机保护系统国内外发展状况的介绍,对于微机保护系统我们已经有了大致的了解。微机保护系统是当今继电保护技术发展和研究的热点,更是这一技术未来发展的方向[1]。
目 录
第一章 煤矿风机微机保护概述 1
1.1风机保护的背景和意义 1
1.2风机保护的研究现状和发展趋势 1
1.3煤矿风机工作环境及其特点 2
1.4风机微机保护系统存在的问题及解决方案 2
第二章 风机保护功能分析 4
2.1漏电闭锁保护 4
2.1.1检测原理 4
2.1.2漏电闭锁动作的电阻值确定 4
2.2电流保护 5
2.2.1电流故障分析 5
2.2.2三相对称短路及过载的保护 5
2.2.3不对称短路保护 7
2.3电压保护 7
2.3.1电压故障的特性及其分析 7
第三章 系统硬件方案 9
3.1硬件总体设计思想 9
3.2风机微机保护装置整体介绍 9
3.3数据采集模块 10
3.3.1 电压形成回路及前置滤波器 10
3.3.2 采样保持电路及信号选择电路 11
3.3.3 数模转换电路 12
3.4CPU模块 13
3.5人机接口电路及其他电路 13
3.5. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1键盘输入电路 14
3.5.2LCD液晶显示 14
3.5.3 通信单元 15
3.6开关量输出电路 15
第四章 风机微机保护软件设计 16
4.1主程序 16
4.2中断处理程序 17
4.3人机对话程序 19
4.3.1LCD显示软件框图 19
4.3.2通信程序框图 20
第五章 风机微机保护算法 22
5.1算法的选择 22
5.1.1两点采样算法 22
5.1.2均方根算法 23
5.2数字滤波器 24
5.2.1减法滤波器 24
5.2.2 加法滤波器 25
5.2.3滤波器的选择 25
5.3负序及零序电流的计算 27
结束语 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 煤矿风机微机保护概述
1.1风机保护的背景和意义
煤矿、冶金、电厂、隧道和地铁等行业中风机应用十分广泛。随着当今社会经济的腾飞,能源成了最大需求，煤矿的安全生产也越来越受到重视,煤矿不仅要向国家提供能源,又因为设备运行低效的情况在生产中存在着,造成电力能源的严重,因此矿井的安全运行以及节能十分重要。煤矿安全生产的系统中,通风机是关键设备，所以有人称它为“矿井肺腑”。煤矿风机需要二十四小时连续运行,它的作用是排出粉尘和有毒气体并向井下输送新鲜空气,确保着矿井的安全生产,因此它的性能直接关系到煤矿工人的生命安全和矿井系统的经济运行。我国煤炭安全生产规程对煤矿井下通风量和风速进行了严格规定。据统计,煤矿事故大部分是由于通风设备故障造成的。另外许多重大煤矿安全事故的罪魁祸首都是瓦斯煤尘爆炸,这些瓦斯爆炸事故中,有很多种原因造成瓦斯积聚,其中最大的原因煤矿风机的运行故障。一般情况下，煤矿大都采用抽出式通风,通风机将矿井巷道里的可燃有害气体抽出，这些有害气体包含大量的一氧化碳、甲烷及粉尘等。为了扩大煤矿的规模和提高生产效率,煤矿风机需求一套可靠的微机保护系统。确保风机的二十四小时不间断运行。随着电力电子技术，微机技术，以及智能控制技术的发展,许多要求得以实现。本文正是在此背景下研究了这一微机继电保护系统。
1.2风机保护的研究现状和发展趋势
对于风机系统的研究国外开始的很早。因此，国外大部分风机都配备了自动检测和保护系统,不仅能判断工况,还能诊断故障,对风机的检测和保护。目前国外工业控制行业仍在持续发展。其中，美、德等一些国外发达国家已经十分重视微机保护这一继电保护的分支。适合专用和普通用户的系统软件已经被一些大公司开发出来。专用的软件主要是一些大的集成控制行业厂商为自己的系统研制的。通用的软件不仅针对某一系统,用户可以选择合适的硬件和软件来组装构成需要的微机保护系统。我国在这一领域起步较晚,保护设备也相对落后,上世纪七十年代才开始发展微机保护[4]。一般情况下，我国煤矿行业中，风机都装备矿井边缘,这就造成了风机远离管理部门。因此实现风机的实时监测和远距离通讯以及保护,就成为现代大型化矿井自动化安全管理重中之重。如今，由于微电子技术、现代电子技术、控制技术及计算机技术等技术的快速发展，微机保护系统的发展也迅猛起来。一些国内的大公司也开发出了一些方便用户使用的监控保护系统软件。其中北京亚控自动化软件科技有限公司的组态王软件、三维有限公司的力控系统软件等等都是相关软件领域的佼佼者[17]。相比于发达工业的国家，我国当前的微机保护水平技术和产品还是落后的,但各行各业已经对各种保护系统产品开始广泛地应用,并对微机保护进行更进一步的研究。国内的许多科研单位院所也相继开发研制出许多设备和仪器。中国矿业大学研制的矿井主通风机性能在线监测保护和通讯系统，不仅能判断工况,还能诊断故障,对风机的检测和保护。煤科院抚顺分院研制的智能通风多参数测试仪可以同时测量压力、温度及风速三个通风参数。此外,辽宁工程技术大学，煤科院上海分院等科研机构和院校也相继开发出具备不同功能和良好性能的煤矿风机监测与保护系统[5]。总的来说,在这一方面我们已经有了很大的进步,但是我国技术水平相较于国外还是有差距的,系统功能还不完善,智能化程度和综合性能也比较低,另外保护系统的兼容性、灵活性、可移植性和扩展性都不理想,这些都是需要解决的问题。所以我们目前要开展的工作是学习国外先进技术,创新并改进控制方法,提高保护系统的安全性与可靠性。我们当前的迫切任务是加大力度发展矿井风机保护技术的研究及应用,为煤矿安全生产提供技术上的支持,。如今风机微机继电保护中已经广泛运用了各种先进的技术已。通过前面对微机保护系统国内外发展状况的介绍,对于微机保护系统我们已经有了大致的了解。微机保护系统是当今继电保护技术发展和研究的热点,更是这一技术未来发展的方向[1]。
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