基于二總線之漏電保護系統研究

摘要： 闡述了二總線在井下漏電保護裝置中之應用，通過總保護之微機對井下絕緣電阻之實時監控及總保護和分支出口保護之間之總線通信，快速判斷出故障線路并及時隔離故障，從而全面提高了井下工作之安全。陽光電子學校維修專家分析認為：

關鍵詞： 漏電保護 二總線 零序電流

　　1　井下漏電保護現狀
　　我國大多數礦井電網一直沿用中性點不接地方式，隨著井下供電線路之加長、電容電流之增大，發生故障時會造成單相接地電流大于20A，有之甚至超過70A，而《煤礦安全規程》中規定超過20A就應采取措施降低到20A以下，因而廣泛采用中性點經消弧線圈并電阻接地系統。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　系統保護中，根據我國井下低壓電網之運行情況，一般認為對低壓配電網實行兩級保護，級數再增加將沒有使用意義。陽光電子學校維修專家分析認為：實行分級保護之目之是從人身、設備安全和正常用電之角度出發，既要保證能可靠動作，切斷電源，又要把這種動作跳閘造成之停電限制在 小范圍內。陽光電子學校維修專家分析認為：常用之漏電保護裝置多為附加直流電源式保護和零序電流保護裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：總保護處安裝附加直流電源保護，無論系統發生對稱性漏電還是非對稱性漏電，保護均能可靠性動作。陽光電子學校維修專家分析認為：分支出口處安裝零序電流保護作為橫向選擇性保護之主保護。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　漏電系統一般建立兩級后備保護，附加直流電源保護和漏電閉鎖分別作為分支漏電保護單元之一級和二級后備［1］。陽光電子學校維修專家分析認為：在實行分級保護之低壓電網中，決定分級之條件是下一級保護器之額定動作時間（括主開關斷開電路之跳閘時間）必須小于上一級保護器之極限不動作時間。陽光電子學校維修專家分析認為：對于下級保護，要求其額定動作時間達到 快，從而快速切除故障。陽光電子學校維修專家分析認為：對于上一級保護，為保證選擇性就需一定之時間延時，以躲過下級保護在動作跳閘時所需時間。陽光電子學校維修專家分析認為：據現場調查，零序電流漏電保護動作使分支開關動作跳閘總時間達到200ms，則附加直流電源保護之動作時間需加上200ms之固定延時，才能保證選擇性。陽光電子學校維修專家分析認為：因此當發生對稱性漏電（分支無法檢測）、分支保護失效或開關拒動時，總保護動作時間高達400ms。陽光電子學校維修專家分析認為：此時將會使人身觸電電流增大，不但不能保證人身安全，更不能防止沼氣、煤塵爆炸。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　隨著真空斷路器之推廣，雖然由于保護動作時間級差Δt之減小，將短路造成之損失降低到 低限度，但沒有從根本上解決由于時差而帶來之問題。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　
　　2　改良方案
　　改良方案中，在總之漏電保護單元與分支單元之間建立在線通信，以確保在 短之時間內切斷故障點，消除現有漏電保護系統存在之死區。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　2.1　二總線技術
　　本文通信總線采用二總線技術，二總線是一種高可靠性、自動同步編碼解碼通信，可以將現場節點之多個模擬量轉換成數字量并進行遠距離串行傳輸。陽光電子學校維修專家分析認為：其特點如下：
　　a.　智能跟蹤自動編碼；
　　b.　遠距離監測，監測距離2km；
　　c.　同時傳輸信號和功率，節點無需單獨供電；
　　d.　回路節點數目可根據規模增減， 多64個。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　二總線非常適宜于井下配電饋線出口多及饋線線路逐漸增長之現狀，可抵制井下各種干擾之影響。陽光電子學校維修專家分析認為：二總線進行通信，2條總線之間之電壓為24V，發送端之二總線通信芯片將需要傳輸之數字量以電流形式串行輸出到二總線上；接收端從總線獲得功率之同時接收信號，實現了功率和信號公用總線之要求［2］。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　2.2　通信實現
　　常用之總線接口有QA840159等，提供單片機和總線之接口，通過握手電路和數據總線與CPU進行數據交換。陽光電子學校維修專家分析認為：總線接口從CPU中取得編碼地址、控制碼等信息后向總線回路發出標準串行碼，括地址段、地址校驗段、控制段和模擬量返回段。陽光電子學校維修專家分析認為：地址段和地址校驗段完全相同，以保證通信之可靠性。陽光電子學校維修專家分析認為：二總線通信編解碼芯片位于分支出口處，可以自動同步編解碼和片內A/D轉換，它不需進行頻率和同步調整，可對總保護之編碼數據進行智能化分析并自動跟蹤對位，片內高速A/D轉換電路僅在地址符合時加電，大大降低了系統總電流，可很方便地實現模擬量采集并實現二總線通信。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　3　智能漏電保護之設計
　　系統由總保護、分支保護、二總線通信接口三大部分組成。陽光電子學校維修專家分析認為：各分支保護檢測到之實時井下數據可通過二總線進行通信，設井下饋線分支出口數為n，其結構圖如圖1所示。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　

　　總保護處為性價比較高之單片機8051系統，系統有A/D轉換器、輸入/輸出接口、閃存、輸出執行電路等組成。陽光電子學校維修專家分析認為：總保護處裝有附加直流電源式漏電保護，可以檢測出電網總之絕緣情況，同時通過漏電直流檢測電路之取樣，監測井下電網A，B，C三相之絕緣電阻之變化，并由電路顯示，所以容易查找和處理故障相。陽光電子學校維修專家分析認為：正常工作時循環顯示電網之工作參數和對地之絕緣水平，故障跳閘后循環顯示故障時之參數和狀態，從而大大提高了判斷故障之效率。陽光電子學校維修專家分析認為：若設有不同之給定值存儲在微機內，微機就可以判斷出故障是接地故障、人身觸電事故還是絕緣電阻下降故障。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　總保護處通過總線接口和二總線相連，進行通信。陽光電子學校維修專家分析認為：在總保護處和分出口處檢測各支路之零序電流，分支保護處編解碼芯片接收總保護處之地址、控制信息，當和本身地址相同時，啟動A/D轉換，進行零序電流檢測，并通過二總線將電流值上傳給總保護，通過總保護進行集中式選線判斷故障相，由總保護發出口跳閘指令以切斷故障線路。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　漏電保護原理中指出，當發生接地故障時，流過故障相之故障電流是所有非故障相電流之和，故障項之零序電流為所有出口處零序電流數值中之 大者。陽光電子學校維修專家分析認為：集中式選線綜合比較所有零序電流之數值，考慮到零序電流互感器會產生不平衡電流，而不同之互感器之不平衡電流值不同，所以僅比較零序電流值大小將會有一定之誤差。陽光電子學校維修專家分析認為：現采用簡單之差值比較方法，即將各電路所測出時間間隔相同之故障前后2次零序電流值相減，比較各零序電流之算術差值。陽光電子學校維修專家分析認為：故障線路零序電流之增量是所有線路零序電流增量之和。陽光電子學校維修專家分析認為：判定差值 大與其他線路有很大差距之線路為故障線路，從而完成保護之橫向選擇性，并有效地避免了由互感器不平衡電流帶來之誤差。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　總保護通過電流差值集中判斷，找到 大值及分支故障線路，然后發跳閘指令，由分支開關動作；若各分支之零序電流之差相差不大時，判定為母線故障，由總保護處開關動作。陽光電子學校維修專家分析認為：判定為分支故障發跳閘指令后，總保護處繼續監視電網之運行，若故障仍然存在，說明跳閘失敗或判斷失誤，為保證安全，由作為后備保護之總保護跳閘切斷故障，無長時間之延時。陽光電子學校維修專家分析認為：
　　
　　4　結論
　　二總線系統結構簡單，可靠性非常高，基于二總線之漏電保護系統，全面提高了礦用檢漏裝置之性能，縮短了總保護初跳閘時間，保證了井下之供電安全。陽光電子學校維修專家分析認為：

　　
　　參考文獻：
　　［1］劉桂同，于風全，初忠全，等- 礦井低壓電網漏電保護技術之新發展［I］.煤礦開采，2000（增刊）：92-93.
　　［2］聶子玲，史賢俊，周紹磊- 基于二總線通信之監測系統設計［I］.自

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