矿山电力保护装置通信系统分析与实现

矿产行业作为我国社会经济的重要支柱，国内的矿产量是非常大的。虽然国家大力强化了矿井的安全，投入大量的资金，然而，我国每年依然有着矿山事故的发生，死亡的人数占全球矿山事故死亡人数的一半以上。强化矿山电力安全是当今矿产行业亟待解决的问题，这是一个非常严酷的挑战。在矿山的开采过程中，电力供应和保护是最重要的一个环节，保护矿山电力输送具有重要的作用。因此，确保通讯系统的正常工作和处理数据准确性对矿山的开采有极其重要的作用。文章对矿山电力保护装置数据处理与通信系统进行一些技术分析，并提出相应的技术措施。

1矿山电力保护原理

根据安全规程对规定矿山电店配置应确保短路保护及应装过流装置，保护装置要确保电网的最大容量，线路需要设有漏电保护装置、捡漏保护装置、漏电封闭、欠压保护装置、负载保护装置、短路保护装置等设备。矿山电力保护主要有过负荷保护、漏电保护、短路保护等原理。

1.1负荷保护

矿井下过电力负荷是主要的故障，在井下有着风机、排水设备、各式绞车、传送装置、挖掘设备等都给电网造成过负荷的现象，这极有可能造成电网短路燃烧。其过负荷主要是因为线路、变压器、电动机长时间运作，并且电动机超负荷启动或者频繁启动都会造成电网过负荷现象。机器在正启动的时候需要的电能是非常大的，在负载的情况下启动，瞬间需要的电能更大，这要求电网的承受力要强，能够支持瞬间的电能传输，防止线路没烧坏，这些都可能会造成线路燃烧，甚至会产生爆炸和火灾等。过载保护原理，过载保护是保护电力负荷的重要设备，短暂的电力负荷对电网造成的伤害较少，但是长时间的负荷对电网和设备造成的伤害是非常大的。此设备在电流过大是能够增强其电阻，防止电流过大对电路和设备造成损害，从而增加了电力负荷的保护功能[1]。

1.2漏电保护

矿井下的漏电也是发生事故的主要原因，由于井下的环境复杂，湿气严重，灰尘多、且空气中含有易燃烧的气体。一旦线路和设备出现漏电现象，那么就会造成矿井的爆炸和燃烧，漏电是矿井中最危险的潜在因素。漏电保护应具备漏电闭锁和自动跳闸，并且要实时监控漏电绝缘状态，自动切掉电源。同时要立即启动备用线路进行供电，这既能确保电能的输送，使得机械不会停止工作，也能够确保线路的安全，留给维修人员足够的时间进行细致认真的维修。以上原因可通过漏电检测解决，其原理为增加直流电源检测、电流定向保护，直流副电源能够随时的检测主线路路是否漏电，如有漏电马上向电源系统报告，使其能够快速的切断主线路的电流，同时主副线路必须要定向的导电，如此一来就能够极大的避免因漏电造成的事故[2]。

1.3短路保护

电网和设备短路是造成井下事故三大原因之一，电路短路主要有线路老化、线路连接错误、线路元件损坏、人为过失（如挖沟损伤）等因素。短路的后果是产生低电压、破坏系统、线损热损和通讯影响等。电路电路可通国电流鉴副保护、相敏保护、负序保护等。其鉴别电路是否存在短路是通过电流的大小来判断的，相敏保护是在大型机械启动的时候控制器感性负载，负序保护是通过正序分量，负序电流进行三相对称保护的[3]。

2矿山电力保护设计与实现

矿山电力保护设计主要分为硬件系统设计方案和软件系统设计方案。其中良好的硬件系统具有准确性和可靠性，整体的安装、维修和调试都为为了方便日后操作的，并在满足了所有条件下，尽可能的简化，例如其体积和成本。良好的软件系统需要具备模块化保护装置、软件在满足流畅等条件时，其设计和结构要简化和降低成本，并且具备在发出指令时不受受干扰。

2.1矿山电力保护硬件设计和实现

通过电源电力路设计、时钟电路设计、信号采集设计、通讯接口设计、人机交换设计等实现电力保护硬件设计。（1）电源电路设计，通过云杰电子提供的电源模块系列，例如MEW30-S5S24D等，实现电源的设计，其具备了安全隔离、可靠性高、效率高、低功耗的特点。使用EMI能够有效的过滤单元，能够实现安全隔离。（2）时钟电路设计，采用的输入模式为外部振荡器，XCLKIN从其中获得。使用XCLKIN和VCC3V3相互连接向GID和NC输出，又或者利用PC14和PC15使用32.7频的电流向C21和C23输出。（3）信号采集，可以通过电流采集和交流电压实现，其主要的功能是通过电网中的开入量、电路信号、低电压并利用A/D转换，从而实现信号采集设计。A/D更能够很好的进行强弱电隔离。还能够通过ADC输入信号设计，通过切换硬件控制，将电流输入芯片，从而实现A/D转换和信号采集。ADC输入信号调离，TMS320F28335中含有高达12位的ADC，并且配置了5个通道输入。（4）通信接口设计，设计CAN总线接口、CAN收发器等设备，CAN最初是德国BOSCH公司应用到汽车生产车间的。通过接口能够实现总线和控制器之间的链接，能够对电力有一个有效的保护。主要有多主方式工作、非破坏仲裁技术等。CAN收发器是由CAN总线协议的数据链路层和物理层，是实现微机处理接口的电路组成[4]。（5）人机交换设计，可以通过红外遥控单元、按键接口、液晶显示单元等实现人机交互设计，可在遥控器上设计取消功能、移动功能、确认功能、递增递减功能等，这能够有效的提高职工人员控制设备的效率。同时还可以设计预留键，在职工人员确定其操作时，再次确认。并且通过液晶显示单元，能够清晰的显示要操作的流程，还能够清晰的监控电力输送的情况，从而实现有效的电力保护。

2.2矿山电力保护软件设计和实现

矿山电力保护软件需要通过软件模块划分、嵌入式系统、CAN总线通讯等方式进行设计和实现。（1）软件模块划分可分为自检测单元、数据采集模块、电能数据处理、通信模块、执行动作模块及运算分析模块。需要分工明确，并且相互作用的形式，才能够实现电力的软件保护。其流程为初始化DSP、初始化BSS、使用BIOS初始化各模块、初始化函数指针、调用用户程序、利用BIOS启动DSP、执行IDLE循环。（2）嵌入式系统利用Unix、Linux、Windows等通用的在操做系统、其流程是中断服务入口、利用CPU寄存器保存、调用中断函数、执行功能代码、退出调用中断函数、恢复数据、中断执行回指令、中断程序出口。这展现了嵌入式系统能够对电力进行保护的可能性，利用系统进行删除、创建和任务划分，其流程为就绪、运行、等待/挂起、中断状态、休眠等状态。除此之外，软件抗干扰设计可以采用共外线按钮处理、多次采集评估设计、引入watdhdog技术从而实现软件抗干扰的设计[5]。

3结束语

总而言之，对矿山电力保护的原理、矿山电力保护设计和实现都有了深刻的认识。我们也对矿山电力保护原理中的负荷保护、漏电保护、短路保护有了较深的理解，也矿山电力保护设计和实现中的矿山电力保护硬件设计和实现、矿山电力保护软件设计和实现有了全面的认识。通过文章的阐述，希望能为优化矿山电力保护装置数据处理与通信系统的相关部门提供有效的帮助，从而提高矿山电力保护装置数据处理与通信系统的效率，进而提高矿山电力保护装置的安全性，并提高整个矿山电力输送工作的效率。

作者:张黎 单位:煤科集团沈阳研究院有限公司

参考文献：

[1]娄建华,王洁.煤矿电力保护装置远程升级系统设计[J].电子世界,2016,(8):147-148.

[2]梁胤程,杨超宇,徐昕军.基于Hadoop的矿山电力设备监控保护系统设计与研究[J].煤炭工程,2015,11(7):110-113.

[3]张曼,陈宁,何婕,石慧霞.群组专用移动通信技术在矿山水文监测中的应用[J].煤矿安全,2016,2(7):105-108.

[4]聂百胜,彭斌,范鹏宏,等.矿山无线安全监测预警系统设计及关键技术[J].煤炭科学技术,2016,6(7):53-58.

[5]王波,赵涛,李梦超.基于Multi-Agent的数字化矿山配电网保护方法[J].陕西煤炭,2016,7(4):101-103.