矿用综合保护器全自动测试系统设计.doc
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1、中北大学2013届毕业设计说明书摘要 随着煤矿安全生产质量标准化和电气自动化的进一步发展与提高, 煤矿井下各种不同类型的电气控制设备使用了越来越多的电子保护插件。然而,目前市场上缺乏一种全自动的、通用的,能对这些插件进行测试的系统。因此,研制矿用综合保护器测试系统有着强烈的社会需要与经济效益。本文介绍了矿用综合保护器全自动测试系统的发展前景,并且介绍了设计此系统的设计思路,对系统内部各个模块进行介绍,最后阐明了硬件设计与软件实现。本文介绍的全自动测试系统,具有减少测试人员工作强度,提高测试精度,减少误操作的特点,从而避免综合保护器测试不及时、不准确影响煤矿生产和安全问题。关键词: 综合保护器插
2、件; EDA 模块; 自动测试系统Design of the auto- testing system for mine integrated protectingAbstract With the rapid development of electric automation and standardized safety product ion in coal mine, more and more electronic protection inserters have been used in different types of electric control equipment
3、s for underground mining.However, the market at present lacks a totally automatic, universal system for mine integrated protecting.Thus, the development and research of integrated protecting inserter automatic test system for the coal mine has strong society needs and economic benefit. In this paper
4、, the future development of auto-testing system for mine integrated protecting is introduced, and what is more, the overall scheme of the integrated protecting inserter auto-testing system is given and relative hardware design and software realization are also illustrated.The test system introduced
5、has reduced testers working strength, improve the test accuracy and reduce the characteristics of the wrong operation, thereby avoiding the system testing inaccurate not affect mine production and safety issue in a timely manner.Keywords: integrated protecting inserter; EDA module; auto-testing syst
6、em目录1 绪论11.1 本课题的背景及意义11.2 国内外技术研究现状及发展趋势11.3 本论文的研究内容22 继电保护和系统设计分析42.1 矿山井下继电保护的作用42.2 继电保护的基本原理42.3 井下继电保护的分类(三大保护)42.3.1 接地保护42.3.2 过流保护42.3.3 漏电保护43 系统设计分析63.1 高压综合保护器的主要参数及其对测试仪的要求73.2 井下低压电器综合保护装置83.2.1 矿用隔爆型低压馈电开关83.2.2 井下低压漏电保护装置83.2.3 井下低压过流保护装置93.3 电动机综合保护器的现状及发展93.4 照明变压器综合保护装置94 插件通用测试系
7、统的总体设计114.1 测试系统总体方案设计114.2 测试系统硬件总体设计114.3 综合保护插件测试系统软件总体设计134.3.1 软件开发环境的选择134.3.2 软件功能模块划分145 插件测试系统硬件设计155.1 插件测试的基本原理155.2 测试系统的设计目标155.3 插件通用测试系统硬件系统的实现概述165.4 插件信号综合分析165.5 测试台的结构185.6 调压系统195.7 大电流发生器的设计195.8 信号测量与控制部分206 插件测试系统软件实现226.1 ControX2000通用监控软件简介30226.2 系统测试软件的设计方案257 矿用综合保护器全自动测试
8、的进一步定性研究277.1 电机控制部分277.2 绝缘电阻部分288 结论31附录一 系统电路图33参考文献34致 谢36第II页 共页1 绪论1.1 本课题的背景及意义 随着煤矿安全生产质量标准化和电气自动化的进一步发展与提高, 煤矿井下各种不同类型的电气控制设备使用了越来越多的电子保护插件,并且随着煤矿生产自动化程度的提高,煤矿井下的供电干线、支线、移动变电站、电动机、煤电钻、井下照明信号等都广泛使用了各种电子保护插件,主要用来对矿井下高、低压线路、照明、电动机、移动变压器等各种大型电气设备可能发生的过载、漏电、短路、过压、断相等故障进行保护,以保护这些电气设备的运行安全,同时可以防止由
9、于漏电、短路等电气故障引起的煤矿瓦斯爆炸恶性事故。除此之外,由于矿用综合保护器种类繁多, 国内生产厂家众多, 而不同的煤矿选用不同的产品,并且煤矿井下工作环境恶劣,矿用综合保护器处于长期连续工作状态,矿用综合保护器可能会出现功能失常,在实际应用中因保护插件工作异常而影响煤矿安全生产的情况时有发生,为此需要定期对运行中的矿用综合保护插件进行功能测试。因此, 研制矿用综合保护器插件测试系统有着强烈的社会需要与经济效益。设计开发能够覆盖各种保护插件的全自动测试系统十分必要,对煤矿的安全生产具有重要的意义123。目前,国家要求每个煤矿必须配备矿用综合保护插件的专用测试设备,并把这一项列为煤矿安全检查的
10、重要一项,国家将根据煤矿安全检查的结果来决定是否颁发煤矿安全许可证,没有取得煤矿安全许可证的煤矿将不得生产。随着对安全生产的宣传和国家相关政策的出台,各个矿务局、煤矿对安全生产也越来越重视起来,煤炭高效安全生产技术及装备成为矿务局、煤矿关注、采购的热点。随着科技的发展,全自动的矿用综合保护器的测试系统已经面世,势必将矿用综合保护插件的专用测试设备推向更广阔的未来。本项目开发的矿用综合保护器全自动测试系统就属于煤炭高效安全生产技术及装备中的矿用综合保护插件的专用测试设备,因此它具有广阔的市场需求。1.2 国内外技术研究现状及发展趋势外国目前没有此类产品的相关报告。 2000年以前,煤矿生产一线队
11、综合保护器的测试手段落后,没有专用综合保护器测试设备,采用纯手工测试,测试项目不全、测试误差大、测试效率低。由于煤矿生产中的保护插件应用数量很大,往往出现综合保护器测试费时长而耽误井下生产的现象,在煤矿高额生产任务的条件下这种现象往往又带来井下电气设备脱离综合保护器保护运行的不安全现象。(1)淮南无线电七厂在八十年代为了对产品进行技术检查,研制出了用于检测该厂生产的JDB系列电动机综合保护器的测试台。该试验台可供JDB系列电动机保护器调整试验用。(2)煤科总院上海分院电气设备厂研制生产的,主要用于检测矿用低压隔爆型电器设备内部各种电子保护装置的动作性能和技术参数。(3)由湘潭矿业学院自动化研究
12、所开发出的专门用于检测国产真空高压隔爆开关综合保护器各项性能指标的测试仪。(4)由淮南工业学院设计、研制出型多功能试验装置。(5)浙江温州八达真空开关厂生产的YZB01、YZB02矿用综合保护插件测试系统为本项目的同类产品,但YZB01、YZB02存在着只能测试特定厂家生产的矿用综合保护插件而不能通用测试所有厂家生产的矿用综合保护插件和不能扩展测试新型号矿用综合保护插件的缺陷,此外其还存在着操作烦琐、对测试者专业技术水平要求高、测试数据不能打印等不足之处456。 因此,开发矿用综合保护器全自动测试系统,对插件进行全面的测试,并提高测试精度和测试效率,十分具有发展前景,更具有跨时代的意义。随着煤
13、炭工业的迅速发展,迫切需要一种矿用综合保护器全自动测试系统来满足煤矿安全高效生产需要7。而检测技术的发展,尤其是计算机技术在检测领域的应用,使得对矿用综合保护插件进行全自动测试、提高测试准确性和测试效率,成为矿用综合保护插件测试技术与设备的发展趋势。本项目研发的综合保护器测试系统采用计算机和远端测控智能模块,技术先进,自动化程度高,克服了不能通用测试所有厂家矿用综合保护插件和不能扩展测试新型号综合保护插件的缺陷,测试系统采用组合式结构,具有很高的灵活性及可扩充性。1.3 本论文的研究内容本论文主要研究矿用综合保护插件通用型测试系统,要求能对多种类型的插件进行自动检测,并且具有通用性。由于保护插
14、件的种类千差万别,其测试需求也千变万化,因此如何设计测试系统的结构,实现多种测试功能的集成与综合,以满足多种综合保护插件测试的需求,是本论文研究的重点和难点。1.测试电源信号的程控调节方案:包括测试电源信号的程控调节原理设计、测试电源信号的程控调节精度设计、测试电源信号的程控调节响应速度设计12;2.矿用综合保护插件全自动测试系统的硬件设计:硬件系统的整体结构设计,初步计划采用由测试台、专用箱、大电流发生器构成的组合式硬件系统13;硬件系统的易扩展性设计,即使测试系统易于扩充对新型号矿用综合保护插件的测试功能;硬件系统防电磁干扰设计,多个信号源均为强电类型,相互间的电磁干扰对测试的可靠性和准确
15、性产生不良影响,对信号源相互间的电磁干扰进行测试分析、并对影响系统精度的电磁干扰采取抗干扰措施。3.为了实现测试系统通用性的目标, 测试系统多种多样的测试需求与测试系统的资源之间存在着一定的矛盾, 因此必须考虑测试系统的性价比, 进行仔细地权衡和折中, 使测试系统既满足测试种类多样性的目标,又使系统的硬件资源尽可能的少。4.插件测试中需要对多种电压、电流信号进行采集、控制, 不仅有交流信号,还有直流信号, 因此必须选用合适的信号测量与控制统来完成此项任务。系统采用的EDA 模块为力创公司生产的EDA90 系列。本论文按照测试系统的设计开发过程,对测试系统的设计和实现做了系统的阐述。从逻辑上可粗
16、略划分为六个部分:第一章为绪论,主要对本论文的研究内容、目的、和意义、国内外研究现状作一介绍;第二章主要对继电保护进行介绍以及对所设计的系统进行分析;第三章主要对被测对象进行了分析;第四章主要研究了综合保护插件通用测试系统的实现插件通用测试系统的总体设计;第五章重点讨论插件通用测试系统的硬件设计的关键技术;第六章研究了插件测试系统的软件实现;第七章研究了矿用综合保护器全自动测试的进一步定性研究。最后一章对本论文的工作和不足进行总结,并对今后的研究方向进行了展望。2 继电保护和系统设计分析2.1 矿山井下继电保护的作用继电保护装置是井下供电系统的一种防止发生事故的自动装置,是保证电力系统安全可靠
17、运行不可缺少的重要设备。当电力系统中的某一处发生接地和短路故障时,或者不正常运行对系统的其它部分产生不良影响时,检测出不正常状态,发出指令或信号,将这部分从系统中切除,或使值班人员采取必要措施。 2.2 继电保护的基本原理 为了对电力系统发生故障或不正常运行状态时,实现其相应的保护作用,继电保护装置通常由测量部分、逻辑部分和执行部分组成如下: 输入信号 测量部分逻辑部分执行部分输出部分(保护对象电气参数) 整定值 2.3 井下继电保护的分类(三大保护) 2.3.1 接地保护 当电网具有保护接地时,即使有一相带电体碰到设备金属外壳,并被人体接触,电 流将通过人体电阻和接地装置的接地电阻形成的并联
18、回路流入大地,再通过其他两相对地绝缘电阻和对地电容回到电源。由于接地装置的分流作用,使通过人体的电流大大减小,避免漏电电流对人体的伤害。2.3.2 过流保护 短路保护:传统的短路保护主要是基于电热原理和电磁原理。用熔断器实现的短 路保护就是电热原理的典型应用,而用过电流继电器实现的短路保护则是电磁原理的应用实例,热继电器是电热和电磁原理的结合应用 断相保护:相保护采用负序保护原理,当线路电流大于负荷额定电流的一定倍数时开始动作。 过载保护:载保护过载是指电动机的运行电流或电气设备的工作电流大于其额定电流,但超过额定电流的倍数小些。通常是额定电流的1.5倍以内。引起电动机或电气设备过载的原因很多
19、,如负载突然增加。过载保护的动作时间与过载电流大小有关,其动作值设定小于短路保护的动作值。过载时,电流继电器动作。其触点接通时间继电器线圈,经延时后时间继电器触点动作。使执行机构动作,切断主同路电源,同时发出过载信号。2.3.3 漏电保护 漏电保护能够防止人身触电事故。能够不问断地监视井下采区低压电网的绝缘状态,以便及时采取措施,防止其绝缘进一步恶化。减少漏电电流引起矿井瓦斯、煤尘爆炸的危险。防止短路电流所产生的电弧烧穿隔爆型电气设备的金属外壳,或使其外壳的温度升高,超过危险值,从而提高了电气设备的防爆性能。预防电缆和电气设备因漏电而引起的相间短路故障。特别是在使用屏蔽电缆的情况下,相间短路必
20、然先从接地漏电开始,致使漏电保护装置首先动作,将故障排除,因而可防止短路事故发生。对于由短路引起的接地故障,漏电保护还可起短路保护的后备保护作用,一旦短路保护装置拒动,漏电保护装置还可使开关跳闸。 防止电网的接地漏电电流引爆电雷管。选择性漏电保护装置的使用,将会缩小漏电的停电范围,便于寻找漏电故障,并能及时排除,从而缩短了漏电的停电时间,有利于提高劳动生产率,给矿井带来显著的经济效益。3 系统设计分析 矿用综合保护器,简称综保,是保护煤矿井下包括供电与用电设备、具有过电流保护、短相保护、三相不平衡保护、过压与欠压保护、绝缘监视保护、漏电保护欲闭锁保护等功能的继电保护装置,它们往往作为电气开关的
21、部件插装在开关内,因此一般称为插件8。 设计矿用综保插件通用测试系统,对各种不同类型电子保护插件的模拟、检测试验和维护,以作为煤矿各保护插件安全检测设备。主要研究内容包括测试系统硬件设计(其中包括测试台设计),测试系统的软件设计。首先要了解煤矿用各种保护器类型,各种保护器需要完成的测试项目,对保护器测试精度要求。下表为部分待测插件列表。表2.1 插件列表序号规格项目生产厂家主机1JGB-1监视,过载,短路,漏电阳泉矿山设备研究所BGP6-62BLDJ-3监视,过载,短路,漏电西安交大无线电厂BGP6-63GZHB-3监视,过载,短路,漏电沈阳天行电子研究所BGP6-64GZHB-3L监视,过载
22、,短路,漏电八达真空电气开关厂BGP6-65LDJZB监视,过载,短路,漏电汾西机器厂BGP9l-66ZBZ90监视,过载,短路,漏电汾西机器厂BGP9l-67DCZB-X3监视,过载,短路,漏电北京顺德电子公司BGP40-68BZZK1、2、3过载,短路,漏电济源中原防爆电器厂BZKD-400Z9BKD-DL短路、过载济源中原防爆电器厂BKD9-20010ZZB-400过载,短路,漏电八达真空电气开关厂BKD20-40011智能保护过载,短路,漏电常州东成电器公司QJZ-30012WJBK-II过载,短路,漏电八达真空电气开关厂QJZ-40013ABD8-315、过载,短路,漏电东煤真空电气
23、公司BQD23-31514JDB-80A、C电子综保八达真空电气开关厂QBZ-8015JDB-120电子综保八达真空电气开关厂QBZ-12016JDB-225电子综保八达真空电气开关厂QBZ-20017照明综保过载,短路,漏电北京煤矿用设备公司ZXZ8-2.5-II3.1 高压综合保护器的主要参数及其对测试仪的要求高压综保的电路结构一般有输入整定、比较延时、记忆执行电路三大部分组成。高压综保经历了模拟电路阶段、模拟电路为主数字电路为辅阶段、微机式高压综保阶段三个阶段910。现有国产高压隔爆开关综合保护器的主要参数如下1011:(1) 欠压保护 当电源电压大于75%额定电压时,保护器应能跳闸,低
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