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煤矿井下供电电网监控系统的结构、设计、原理

来源:智能电力网 时间:2021-04-30 19:23:48 发布信息

     对煤矿来说,任何时刻地突然停电都会危及安全、生产和煤矿的经济效益,科学供电,合理用电就意味着降低生产成本,提高经济效益。特别是井下供电比较复杂,为保证安全供电,各种高压开关装置都装有漏电和短路保护,而一旦出现线路故障,首先引起高压开关掉电,影响生产,况且由于保护设备质量的不完善性,还易发生误掉电。无论如何,掉电后必须由人工送电。由于井下变电所的特殊性,很少有人值守,加之距离较远,当值班人员发现掉电到去送上电,往往需要很长时间。另一方面,为便于供电管理人员的科学管理,实时了解某路负载的电流、电压、功率等参数也是非常重要的。而本文介绍的井下变电所高压供电监控系统就能在实时监测显示各路负载用电参数的同时,实现地面计算机遥控井下变电所高压真空开关分、合闸,即实现地面计算机遥控断、送电,基本上可以解决上述问题。


1、系统结构及工作原理 

       本系统的监控对象就是变电所里的高压真空开关,是相对集中的地方,但变电所之间距离往往相距甚远,所以系统具有集散型的特点,在设计系统时就采用集散型计算机监控系统。系统中心计算机放在地面值班室。井下变电所设一台分站,分站再与被监控高压开关装置内的智能采集器连接,采集器完成对电流、电压、功率等传感器信号的采集和输出控制信号。 


系统工作原理: 

       在系统第一次运行时,系统计算机需根据系统所接分站和每台分站所接各智能采集器进行“系统定义”,即定义计算机共接了几台分站,每台分站的地址号是什么?每台分站连接了多少个智能采集器?且智能采集器的地址编号是什么?计算机的定义必须与实际相连接的设备相符,否则,计算机测不到数据。 

       定义完了分站和智能采集器以后,再执行“初始化”,在执行初始化成功后,即可进入“实时监控”,计算机运行后台实时通信程序,依次将各分站及各分站所接智能采集器采集到配电开关装置内的电流、电压、功率、开合状态等采集回来显示在系统主画面上,并随时根据需要,对某一配电开关进行人工分、合闸操作。 


2、硬件设计 

2.1通信接口设计 

       系统选用了当前技术比较先进,性能比较好,适于工业现场使用的现场总线CAN BUS。CAN现场总线技术是德国BOSCH公司于80年代初为解决现代工业中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发,目前已逐步应用到其它领域的一种符合国际标准的串行数据通信协议。CAN的主要技术特点有:对等网络结构,采用非破坏性总线仲裁技术,每一帧信息都有CRC校验及其它检错措施,通信误码率低,通信距离达10千米(5KB/S),通信速率最高可达1MB/S,节点数目实际可达110个,通信介质采用双绞线,也可用光纤。 


2.2分站的设计 

       分站的作用是提高系统采集数据的速度和缩短系统巡测周期,从而提高系统的整体性能,在整个系统结构中起着承上启下的作用。它还能脱离主机独立工作。 

       本分站采用双单片机(1)。单片机Ⅰ专用来控制智能采集器(设计容量为16,可以扩展)。单片机Ⅱ专用于同地面计算机通信。两单片机独立工作,双方通过一只双口RAM数据存储器进行数据传递和交换。双口RAM的作用是能允许两只单片机同时对其读写操作,但不允许两单片机同时对同一存储单元进行写操作,这可通过两只单片机连接两根握手线来控制。 

       单片机Ⅰ与智能采集器的通信方式为485,单片机Ⅱ与地面计算机(经过RS232通信接口)的通信方式为CAN总线。 

       掉电不丢失EEPROM是用来保存地面计算机对分站的初始化常数,主要是分站所接各智能采集器的个数和地址。 


分站工作原理: 

       单片机Ⅱ上电后先从EEPROM中读取已定义的常数,然后写到双口RAM的特定地方,写完后就等待地面计算机发来的控制指令,按照不同的控制指令对双口RAM进行读写操作。如果单片机读到的常数,经判断后不是计算机定义的一组有规律的数(如分站为第一次上电或更换新的EEPROM),则单片机进入等待状态,等计算机进行初始化操作。当单片机收到计算机定义的常数时,先将其保存到EEPROM中,等待以后上电或复位后使用,然后再写到双口RAM的特定地方。 


2.3智能采集器的设计 

       智能采集器的作用是在高压配电开关内部采集系统需要的电流、电压、有功功率、真空开关的开合状态等电参数。同时执行地面计算机发来的“复位”,“合闸”,“分闸”控制等操作。 

       电流、电压、有功功率传感器均选用了0~5V的模拟输出方式,电流传感器的输入范围交流0~5A,电压传感器的输入范围交流0~100V ,有功功率传感器选用了三相三线制输入方式,即A、C相电流和A、B、C相电压。A/D转换器我们选用新型具有11路0~5V输入,串行数据输出,分辨率为12位的模数转换器TLC2543。该芯片具有精度高,转换快,操作简单等特点。RS485通信电路是采集器单片机与分站通信接口部分(2),单片机和采集器是相对独立工作的,无论通信电路通不通,或是能否受分站单片机的控制,它都循环不断地采集传感器的输入信号和读真空开关的开、合状态,并放在内部的数据缓冲区,也可由专用显示器显示。 


3、系统关键技术 

3.1通信 

       通信是计算机间的相互交换数据。没有数据通信,就构不成计算机应用系统,所以通信在计算机应用系统中是非常重要的部分,尤其在远距离通信系统中,是首先要考虑的部分。通常为了系统工作可靠,往往投入巨资敷设光缆。 


3.2智能采集器的设计 

     设计的智能采集器除了满足系统监测监控的需要外,还必须具有体积小,耗电少,功能强,工作可靠等特点。不仅实现在线监测,还能在线控制,具有远方遥控的功能。它的连线也很关键,必须保证与原有高压真空开关内的综保电路和控制执行机构保持各自独立工作,这是系统设计时的重点考虑内容。控制输入输出接口也都采用了无源接点,在电气上实现了隔离。 


3.3系统的分、合闸功能 

       为实现系统的远距离分、合闸,从计算机操作、通信到采集器执行控制动作进行了综合考虑和设计,采取了密码操作、专线传输、实时监测、定时中断、安全退出等技术措施。 


3.4分站的双向通信 

       分站的主要功能是实现双向通信。目前市场上出现的绝大部分单片机只具有一个串行口,如采用一个串行口实现双向通信,无法满足系统实时监控的需要,如果扩展串行口,会分散或占用单片机过多的工作时间,影响分站或单片机的工作性能,为彻底解决分站双向通信的问题,设计了双单片机结构,并选用一片双口RAM(随机存储器)进行数据暂存和缓冲,两只单片机各自独立工作,互不影响。同时分站将以最快的通信速度把变电所内所有采集器的数据同时传给地面计算机,从实际使用效果来看是非常理想的。 

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