礦山電力保護裝置數據處理與通信系統設計研究

黃曉婷

（中鋼設備有限公司，北京 100080）

礦山電力保護裝置數據處理與通信系統設計研究

黃曉婷

（中鋼設備有限公司，北京 100080）

在礦山的電力設施構成中，其電力保護裝置屬于該設計機構的中樞控制設備，保證該保護裝置運行功能的穩定性與可靠性，對于保證礦山電力的安全穩定供應以及生產的安全性具有重要的作用。因此，面對當前我國礦山生產蓬勃發展的發展現狀，本文以礦山的電力保護裝置為研究點，分別就其數據處理以及通信系統的設計進行全面研究，以期能夠為其電力保護裝置的發展提供建設性意見。

礦山電力保護裝置 數據處理 通信系統 設計研究

作為人口大國，煤炭資源是我國主要的一次性資源，尤其是我國原煤的產量，更是占據世界總產量的百分之三十五。雖然我國的煤礦產量較高，但是，每年我國因礦難而死亡的人數也占據了世界總量的百分之八十，由此可以看出，保證礦山安全生產的重要性。在礦山開采的過程中，其電力保護裝置對于保證其開采安全具有重要的作用，因此，保證其數據處理的準確性以及通信系統日常工作的穩定性，不僅可以對提高礦山生產的效益具有重要的作用，還具有保證礦井下設備穩定安全工作具有直接的影響。

1　數據處理的設計方案

1.1硬件的總體設計方案

本文對系統硬件采用的設計方案主要是根據該裝置中涉及到的各類型的保護原理與相應的算法進行分析的，該設計方案主要由四個部分構成。

第一，測控板部分。該部分硬件系統主要負責的是采集A、B、C三相的電流、電壓、信號的頻率以及零序的電壓，通過對以上數據的采集，使對信號的A/D濾波、信號和變換三個方面的有效調理能夠被實現。

第二，DSP板。該板作為一項專門用來進行數據處理的芯片，其主要負責的是測量控制通過該板采集來的數字量以預定的算法進行有效的判斷，從而指導保護裝置可以進行下一步保護動作。

第三，電源模塊。在該模塊中，最主要的因素就是電源的選擇，但是，由于目前電源市場相關技術的發展已經十分的成熟，并且，生產出的電源產品的可靠性與兼容性也能夠滿足該裝置的需要，唯一要注意的就是:要根據裝置實際的用電情況進行直流和交流電的選擇。

第四，人機界面。該界面主要是通過紅外線遙控器與鍵盤進行控制的，其主要的工作就是對查看裝置運行的參數、定值、修改的報告，并裝置的故障及時的上傳，保證其運行的穩定性。

1.2軟件的設計方案

與上一點相同，裝置的軟件設計也需要按照其實際的運行功能進行模塊的劃分。對此，要想提高裝飾軟件程序的數據處理功能，不僅要對各個模塊實際的工作任務進行有效的劃分，還需要設置一個專門用來處理通信消息的郵箱，使各項命令都能夠達到相應的指示效果。除此之外，還需要設置CAN現場總線的裝置通信方式，通過引入嵌入式的實時操作系統，有效的減少CPU中央管理系統對于各項任務的日常管理，分化期管理的任務量，減少出錯率，從而有效的提高系統的工作效率［1］。

2　通信系統剛干擾設計

2.1系統抗干擾的設計

礦物電力在保護裝置的正常運行的過程中，對裝置的可靠性要求非常高，可靠性具體表現在兩個方面:一是在電力系統出現故障時，保護裝置需要作出正確的相應反應，如果是保護范圍內的故障則應及時動作，不應發生拒動的現象。二是如果保護裝置處于正常的運行狀態，那么將不應該發生錯誤的動作，具有了一定的抗干擾的能力，在軟件上應該具備一定的容錯能力。微機的保護裝置有四個基本要素，分別是:選擇性、靈敏性、快速性、可靠性［2］。對于微機保護的基本要求就是可靠性，在系統正常工作時，裝置應對突發性的故障或者是不正常的運行及反應狀態進行可靠操作，而不是發生拒動的現象，并且應該記錄下故障發生時的相關信息。在現階段，電力保護裝置大都采取大規模的集成電路，使得元器件在數量上有著明顯的減少。與此同時，集成保護的開發板元器件容量加大，使得損壞率得到了很好的控制。在軟件中，通過軟件自身的檢測系統就可以看出大多數軟件的損壞程度并可以自動生成補救措施進行維護。

2.2在電源開關等部分提高硬件抗干擾能力

硬件的合理性設計是保證裝置具有保護作用的基礎，在部分硬件上的合理設計，會直接影響系統的抗干擾效果。比如說在電源方面，選用小體積的可直貼裝在電路板上的模塊電源，可利用其內部的EMI濾波單元、低消耗、高效率、安全隔離、高可靠性等優秀特點，減少電網與電源間的相互干擾［3］。在開關輸出量上，通過多種輸入方式，引導外部端子的觸電使內部裝置觸電進入輸出狀態，因為從裝置外部經由端子到輸入上的不能引入保護裝置問題，同時運用光耦器件分離來預防觸電的輸入對內部回路的干擾。

2.3提高軟件抗干擾能力

可以通過在軟件上設計保護程序來對系統進行保護，避免由于干擾突破硬件保護程序第一道防線時，對裝置產生影響影響，有效的消除干擾引起的錯誤，提由于裝置自我保護能力。因此，可以采用以下兩種方法進行保護:首先，進行參數采集設計。工作人員可以對每個不同的電力參數采集時刻十六次樣本；然后并對采集到的參數進行仔細分析，舍棄在十六次采樣中顯示異常的數據；最后，將采集到的這十六次的樣本參數平均值作為本周期當前的穩定信號值。通過這種樣本采集與排除方法能夠有效的消除本裝置在信號采集過程中的干擾［4］。并且，利用參數估計的方法，來判定系統參數發生顯著變化時，還需要為受到的干擾數值設定一個確定的范圍區間，對于超過了這個區間的數值，則判定為受到了干擾。其次，看門狗的引入。通過引入看門狗，可以使裝置在運行時受到干擾后，有效的降低程序跑飛現象。

3　結語

總而言之，本文以當前我國礦山的電力保護裝置的基本設置情況為切入點，分別從硬件與軟件兩方面入手，就該裝置應該如何進行數據的有效處理，保證得出的數據能夠使電力裝置保持正常的運行狀態進行全面的研究。除此之外，本文還從系統的整體設計方面就如何保證該裝置通信系統的正常工作，以及其抗干擾的手段進行全面的研究。

［1］鄭龍全.礦山電力保護裝置數據處理與通信系統的研究與實現［D］.魯東大學，2014.

［2］姚鈺鵬.礦山電力設備數字化綜合保護系統技術研究［D］.魯東大學，2013.

［3］董雪源.基于互聯網技術的電力系統廣域保護通信系統研究［D］.西南交通大學，2012.

［4］姚國國.安全穩定控制裝置的通信與數據采集系統的研究與設計［D］.華中科技大學，2007.