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基于PIC单片机的供电测控保护系统

来源:用户上传      作者: 马一博

  摘 要 本设计在研究了煤矿井下35Kv及6KV的供电特点以及原有设备存在的问题基础上,深入研究了井下供电系统的可靠性,采用PIC单片机作为主控制器,设计了供电测控保护系统。本系统主要解决由于矿井下设备使用年限较长,设备比较陈旧,各保护功能不完善以及管理困难维护难度大等问题,当系统有问题出现时,相关技术及管理人员能够及时发现及迅速处理,避免因供电为题为煤矿带来的损失。当供电网络一旦出现故障能自动预警预报。
  关键词 供电保护;PIC;预警预报
  中图分类号TP368.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)99-0199-02
  0 引言
  对于原有的井下供电系统的高压防爆开关和低压馈电开关具有基本的短路、过载、漏电和监视保护功能。但这些只能满足现场的基本保护,系统的综合保护器精度和灵敏度并不高。与多功能的智能保护器相比,有着较多的功能上的缺陷,不方便工作人员的保护整定。当有开关故障发生时仅有简单的指示灯指示,极不方便事故的判断检修。因设施陈旧,保护误动作也时有发生,为电网的供电管理结合维护带来了极大的难度们不能满足煤矿的实际需求。
  1系统总体方案设计
  本系统系统硬件部分主要由信号采集、信号预处理电路 A/D转换、控制电路、时钟电路、数据通信、人机界面等几部分组成。单片机通过专用电能计量芯片对电力信号进行检测,该芯片内部集成了ADC、电压基准、功率/电能计算模块等,可以直接对交流信号进行采样、检测并将检测结果保存在其内部寄存器中,单片机通过简单的三线串行接口就能读取其测量数据结果,真正实现了单一环节测量。
  2系统硬件设计
  2.1 系统电源电路
  由于开关电源易产生高频干扰信号,对测量的精确性影响较大,故系统电源电路采用了传统的线性电源设计方法,被测电压信号(220V或100V)。同时也是电源电路的输入级,经过滤波、过流、过压保护电路后,经变压器降压、整流作为系统的工作电源。此外,电源电路采用三相并联结构以保证系统在一相或两相电压缺相的情况下仍能继续工作,确保能够判别系统的工作状况是否正常。
  2.2 强弱电隔离及保护电路
  由于被测的电压电流信号较高,因此必须对信号进行隔离处理。系统采用高精度的电压电流互感器实现信号转换,并在其互感器副边设计有保护电路以防止过流、过压对系统可能造成的破坏。
  2.3 信号预处理
  信号预处理的目的在于限流保护、防止浪涌电压,减少电磁干扰、输入滤波。经互感器变换后的电压电流信号在进入CS5460A之前应先通过信号预处理电路,其目的在于对两路信号进行滤波和保护CS5460A不受损坏。由于CS5460A两个通道的最大检测电压为150mV,电流通道最大短时承受电流为100mA,为预防工作中出现的异常情况,必须设计相应的保护电路。另外,预处理电路也是消除噪声,保证精度的重要环节。
  2.4 信号测量电路
  单片机同时控制三片 CS5460A 分别对三相电压电流信号采样测量,这部分电路包括PIC单片机与 CS5460A 的连接电路以及 CS5460A 的信号输入电路,其中信号输入处理电路起着滤波和保护的作用。模拟信号输入电路(A 相电路)。 PT 以及其后的串联分压电路将 220V 的电压变换为 100mV 的交流信号 ,CT为变比 1000:1 的高精度电流互感器。经变换后的被测信号以差模电压的形式接到 CS5460A 的模拟信号输入端,由于互感器自身角差的影响,可能造成输入信号产生相位偏移,使得功率测量的误差增大,而 CS5460A 具有数字相位补偿功能(可进行-2.8°至+2.8°的相位补偿) 可以大大减小互感器角差的影响。
  2.5人机交互系统电路
  这部分电路主要控制两个系统间数据通讯及信号的传输。信号检测系统是整个系统的核心部分,系统的整体性能很大部分取决于这一部分的设计,本设计的现场测控装置主要通过485总线进行连接,再通过485转光纤模块将将井下各个采集点的信息传输至井上。井上通过Labview来做出可视化操作界面来对数据进行相应的显示和操作。
  3 上位机设计
  3.1 登录权限
  本系统具有完备的管理权限设计,可以通过对登陆者的操作权限进行相应设置。可以通过界面设置登录密码及账户,登录者的注册信息保存在数据库中。保证了操作人员的稳定和可靠性。通过新建建立账户,通过编辑安全区可以编辑成员的操作权限,
  3.2 监控主界面
  本系统的主界面设计主要有用户管理功能,实时数据库存储功能,历史数据库管理功能以及打印管理。其中,用户管理又设计了权限操作和管理用户功能;实时数据库管理主要包括采集现场数据和显示实时趋势以及数据的报警信息和故障信息处理;历史数据库管理部分主要包括历史数据查询功能和历史曲线显示功能两个部分。
  3.3 系统报警
  监控对象的变化是调度控制人员最为关心的内容,因此本设计在系统中提高了报警功能,当有问题出现时,系统将以不同的方式将系统中发生的变化告知调度监控及管理人员。界面主要有声光报警信息提示、提示的主要信息包括遥信变位信号、遥测越限信号以及事故变位信号等。
  4.4 实时数据报表
  本系统将采集的数据信息自动插入数据库建好的表格里,通过sql语句编程实现了系统具备检索信息功能。界面设有显示,查询以及打印授权、修改等功能。资料库操作的权限可有授权人进行调用,表格资料打印输出等。实时打印报表而不影响正系系统传感器正常对数据的采集。也可以实时查看报表数据。
  4.5 趋势曲线
  本部分的功能模块主要是采集数据的实时曲线与历史曲线界面。该界面将采集到的各线路电量参数进行实时显示自动整理,并将数据自动进行存储。只管方便的显示了当前的各个设备运行情况并作为报警的依据。也可以通过系统的软测量预测下一组数据的范围,具有提前预警的功能。
  4.6 其他管理功能
  本社记得上微机软件设计了数据库的存储功能每用户可以在一段时间内查找数据并输出。极大的方便了维护人员的检修等。对于有用的数据信息也可以通过输出刻录到光盘上以便于以后的查询。也可以输出相应的数据报表经打印机打印备份。
  5 结论
  系统主要实现了在电网正常运行、三相不平衡状态、故障状态下的信号检测及处理,完成多功能高精度电能仪表测量功能,并实现电网信息采集监控以及对电力系统运行状况进行分析和统计。在电能计量方面,系统能实现三相电流、电压、有无功功率、视在功率、功率因数、频率和有无功电量的测量与统计功能。通过实际运行测试,能够完成各项功能且运行稳定。为井下供电系统的可靠运行打下坚实基础,确保矿井的安全生产。
  参考文献
  [1]陈玉堂,荣锋.基于485总线的多路数据采集系统.电脑与电信, 2008.
  [2]郭军杰,孟建军,丁汉.多通道 IP 电参数测量仪的设计与开发[J].电测与仪表,2008,45(2):49-52.
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