分散式煤矿电力系统故障录波器的设计.pdf

煤炭工程 2 0 1 3年第6期 do i ： 1 0 1 1 7 9 9 c e 2 01 3 0 60 0 7 分散式煤矿 电力系统故障录波器 的设计 聂文艳 ，王仲根 ( 1 淮南师范学院 电气信息工程学院，安徽 淮南2 3 2 0 0 1 ； 2 安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南2 3 2 0 0 1 ) 摘要：煤矿电力 系统普遍采用前后 台模 式的微机式故障录波器，存在容易死机、数据丢失 以及不能组网的缺点。文章介绍 了一种基于 “ D S P+A R M”分散式煤矿 电力系统故障录波器的设 计 ，该故障录波器可以分散式安装在各个变电所中，具有运行稳定、可靠性 强、硬件配置合理 、 通 信 能力强 、体积 小的优 点 。 关键词：煤矿 ；故障录波器；分散式 ；通信 中图分类号：T M 9 3 5 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 6 - 0 0 1 8 - 0 3 De s i g n o n Fa ul t Os c i l l o g r a p h o f S e pa r a t e d Ty pe M i ne El e c t r i c Po we r S y s t e m NI E W e ny a n ，W ANG Zho n gg e n ( 1 S c h o o l o f E l e c t ri c a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e ri n g ，Hu a i n a n N o rma l U n i v e r s i t y ，Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，C h i n a ； 2 S c h o o l o f E l e c t r i c a n d I n f o rma t i o n E n g i n e e ri n g ，A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，C h i n a) Ab s t r a c t ：T h e r e we r e e a s y b r e a k d o w n c o mp u t e r ， d a t a l o s t a n d h a r d t o n e t wo r k i n g s h o r t a g e s e x i s t e d i n t h e f o r e g r o u n d a n d b a c k g r o u n d mo d e mi c r o c o mp u t e r t y p e f a u l t o s c i l l o g r a p h g e n e r a l l y a n d wi d e l y a p p l i e d i n t h e c o a l mi n e e l e c t r i c p o w e r s y s t e m T h e p a p e r i n t r o d u c e d a d e s i g n o f t h e f a u l t o s c i l l o g r a p h o f t h e s e p a r a t e d t y p e mi n e e l e c t r i c p o w e r s y s t e m b a s e d o n a “ D S P+ A RM ” T h e f a u l t o s c i l l o g r a p h c o u l d s e p a r a t e l y i n s t a l l e d i n e a c h s u b s t a t i o n a n d wo u l d h a v e a s t a b l e o p e r a t i o n h i g h r e l i a b i l i t y ， r a t i o n a l h a r d wa r e a l l o c a t i o n， a h i g h c o mmu n i c a t i o n c a p a c i t y a n d s ma l l v o l u me a d v a n t a g e s Ke y wo r d s ：c o a l mi n e；f a u l t o s c i l l o g r a p h ； s e p a r a t e d t y p e ；c o mmu n i c a t i o n 煤矿井下 环境 恶劣 、粉尘较 大 、潮湿容 易造 成供 电电 缆腐蚀 ，从而导致漏电、短路、断线等故障，进而引起瓦 斯爆炸以及其他的危害。另外一些继电保护装置误跳导致 井下供电系统停电，由于找出确切故障地点比较复杂、维 修时间较长，严重影响了原煤 的生产效率。因此，准确掌 握煤矿井下供电系统的各项电气参数，可以为工程师正确 分析和确定事故的原因、确定事故发生的地点、研究有效 的防护措施 、减少 以至 避免再 发生类 似事故 ，有 着极其 重 要 的意义。 故障录波器又称 “ 黑匣子” ，矿用故障录波器是研究煤 矿电网的基 础 ，也是评 价继 电保 护动作 行 为、分 析系统 和 设备性质及原因的重要依据。目前 国内煤矿故障录波器主 要采用微机式故障录波器 ，即前后台模式，这种录波器前 台是采集板，后台采用工控机 ，这种前后台模式的录波器 存在着系统不稳定、储存容量小、易死机、不能组网等缺 点。针对这些 问题 ，本文提 出了采用 D S P采集板加 A R M平 1 8 台这种硬件结构方式代替传统故障录波器的前后台模式 ， 这种录波器可以很方 便 的分散安装 在各个 开关柜 中 ，通过 以太网连接到调度中心，并且各个录波器可以组网协调工 作 ，具有运行稳定、可靠性强、硬件配置合理、通信能力 强、体积小 的特点 。 1系统硬件设计 分散式故障录波器采用 D S P采集板加 A R M平台这种硬 件结构方式代替传统故障录波器的前后台模式，分散式故 障录波器结构 图如 图 1所示 。该 系统 由两 大部分 组成 ，第 一 部分 为数据采集模 块 ，由多块 D S P采集 板组 成 ，其功能 主要 是 对 电 力 参 数 的 采 集 和 处 理。D S P芯 片 选 用 T M S 3 2 0 L F 2 8 1 2 ，该芯 片 具 有强 大 的数 据处 理 能 力 ，利 用 D S P芯片对采集来的模拟信号进行处理，计算出基波和各 次谐波含量 ，为故障启动判断提供理论依据。第二部分以 A R M 为核心处理器 的 C P U板 ，选用 三星公 司的 $ 3 C 2 4 1 0芯 收稿 日期 ：2 0 1 21 01 0 基金项目：安徽省高等学校优秀青年人才基金项目( 2 0 1 2 S Q R L 1 7 5 ) 作者简介：聂文艳( 1 9 8 1 一) ，女，安徽寿县人，讲师，现在淮南师范学院从事自动化控制、电机保护的研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 6期 煤炭工程 片，运行 L I N U X操作系统，实现多任务管理，对 D S P板采 集过来 的数据作进 一步 的处理 ，给 D S P板采集 板发 送是否 启动录波控制命令，一旦启动录波程序后，将 D S P采集的 前几次周期的电压、电流数据保存下来。$ 3 C 2 4 1 0芯片有 丰富的 I O E l ，可 以方便 的设 计 出显 示 、键 盘 、以太 网以 及其他接口电路。 图 1 分散式故障录波器结构 图 1 1 数 据采 集 与调 理 电路 故障录波器需要采集井下一些设备的电压、电流值以 及一些继电保护装置保护动作的情况，模拟信号需要经过 调理才能送给 D S P处理 ，开关量经过光电隔离后方可送人 到 D S P的 I O口。将采集到的电压与电流经过降压后，分 别变为 I O O V的电压和 5 A的电流的模拟量，由于井下环境 复杂，信号在传输过程中很容易受到外在环境的干扰 ，所 以必须对信号经行调理，另外 A D采集模块所能处理 的信 号电压往往较小 ，通常在几伏左右，所以也有必要对采集 到的信号经行处理。电压检测与调理电路原理如图 2所示、 电流检测 与调理 电路如图 3 所 示。 RP 1 图 2 电压检测与调理电路原理图 Rpi 、 图 3 电流检测与调理电路原理图 经过电压、电流处理电路后的信号直接送入 A D模块， 该系统选用 MA X I M公司的 1 4位 M A X 1 2 5芯片，每个采集 板装置需要采集 1 6路 模拟量 ，所 以需要 2块 A D芯片 。经 过 A D模块处理后的信号直接送入 D S P的 I O口，供 D S P 芯片进行下一步处理 。 1 2 HP I 接 口 电路 D S P采集板与 A R M板的数据交换是整个 系统 的一个 重 要的部分，D S P要将 采集 的数据送给 A R M板进行存储， A R M板也要给 D S P板发送一些控制命令，该系统采用了 D S P芯片T M S 3 2 0 L F 2 8 1 2内置的HP I 接口作为通信接口，作 为两个芯片的数据交换、通信接 口，H P I 接口结构图如图 4 所示 。 D 3 1 ： 0 H D 3 1 ：0 A 1 HR， W A 3 ： 2 H C N T L I ： O n GCS 4 HCS $ 3 C2 4 1 0 n OE HDSl TM S 3 2 0 LF2 8 1 2 n W BE HDS 2 HRDY E I NT1 H I T 图 4 HP I 接 口结构 图 1 3 其他外部接 13 电路 根据需要设计了其他外围相关 的电路为了工程师方 便对故障录波器进行设置以及对故障数据的查看，外接了 一 个触摸屏电路，触摸屏选用液晶显示模块 L T S 3 5 0 Q 1一 P D 1 ，它兼显示与触摸功能于一体 。设计了以太网接 口电路 可以方便与远程后台中心经行通信、数据交换。为了大容 量存贮数据，扩充了一个硬盘存储器，可以大容量存储故 障数据，最大可以存储 1 0 0 G的数据。 2 系统软件设计 故障录波器应用程序主要有主程序、采样中断程序、 故障启动录波程序、显示程序、通讯程序等，下面给出了 主程序和采样中断服务程序。主程序主要包含系统初始化、 开中断、是否与上位机通信、键盘输入以及一些其他功能 散转等。系统主程序流程图如图 5所示 ，采样中断服务程 序流程图如图 6所示 。 系统初始化后 ，进入采样服务中断程序后 ，D S P芯片 判断采集板模拟量采集是否结束 ，采样结束后，对采集到 的数据进行处理分析，如果有故障则跳到录波程序入 口进 行故障录波，没有故障则将最近的 1 0周采样数据存储，将 原来的数据全部覆盖刷新。 3系统测试 该系统在 A R M 平 台上 移 植 了 L i n u x操 作 系统 ，并 在 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m