基于DSP的漏电保护器的理论研究和设计

论文摘要

漏电是矿井下低压电网供电主要故障形式,约占其总故障的70%左右,它不但导致人身触电事故,还会形成单相接地,进而发展成为相间短路,由此引发的电弧会造成瓦斯和煤尘爆炸。漏电保护器主要用来防止漏电火灾造成的经济损失和人身伤亡,因此得到广泛应用。选择性漏电保护是指当电网发生漏电故障时,能够有选择地发出故障信号或切断故障支路电源,而非故障部分继续工作。从而减小故障停电范围,便于寻找漏电故障,缩短漏电停电时间,提高了供电的可靠性。本文在对井下电网漏电故障理论分析的基础上,设计了以DSP为核心,基于附加直流电源检测和零序功率方向的选择性漏电保护方案,介绍了基于这种选择性漏电保护方案的选择性漏电保护装置。该装置在总馈电开关处的漏电保护装置使用附加直流电源原理,在分支馈电开关处的漏电保护装置使用零序方向保护原理,并且在实际低压电网中可以实施光纤传输,这样使该选择性漏电保护装置的动作性能和抗干扰能力得到很大提升。通过设计的硬件和编程软件方法实现对漏电支路有效的判断,并从实验波形分析,可以实现漏试和选择性。该装置经实验室调试和电器厂馈电开关中使用,该装置在漏电的准确性和动作时间都达到了国家相关标准,为漏电保护器设计和制造提供了理论和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 矿井供电系统选择性漏电保护装置的重要性
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 本文的主要研究内容及工作任务
• 2 常用漏电保护器及漏电理论分析
• 2.1 漏电保护器的发展历史与趋势
• 2.2 漏电保护器的主要类型
• 2.3 漏电保护国家标准及其性能参数
• 2.3.1 漏电保护器的国家标准
• 2.3.2 漏电保护器的性能参数
• 2.3.3 智能化的漏电保护器设计要求
• 2.4 矿井电网的漏电原理分析
• 2.4.1 漏电保护动作原理
• 2.4.2 单相漏电故障时的零序电压
• 2.4.3 单相漏电故障时的零序电流
• 2.4.4 漏电电流
• 2.5 选择性漏电保护原理
• 2.5.1 零序电流幅值比较法
• 2.5.2 比幅比相法
• 2.5.3 附加直流电源法
• 2.5.4 零序功率方向法
• 2.5.5 本文所采用的选择性漏电保护方法
• 2.6 本章小结
• 3 选择性漏电保护装置的硬件电路设计
• 3.1 总体硬件设计
• 3.2 采样电路
• 3.3 信号调理电路
• 3.4 零序方向性判别电路
• 3.5 DSP 处理
• 3.6 开关量输入输出电路
• 3.7 光纤传输
• 3.8 液晶显示与键盘电路
• 3.9 供电部分
• 3.10 本章小结
• 4 选择性漏电装置的软件设计
• 4.1 软件设计原则
• 4.1.1 程序的总体设计
• 4.1.2 程序的编制
• 4.1.3 程序的检查和修改
• 4.1.4 程序的调试
• 4.2 软件开发环境
• 4.2.1 MPLAB 集成开发环境（IDE）
• 4.2.2 程序调试
• 4.3 系统的调试和测试
• 4.4 交流信号的采样算法分析
• 4.5 软件设计方案
• 4.5.1 程序构成
• 4.5.2 主程序模块
• 4.5.3 选线模块
• 4.5.4 初始化与自检模块
• 4.5.5 额定参数检测计算模块
• 4.5.6 电压检测模块
• 4.5.7 绝缘电阻检测模块
• 4.6 本章小结
• 5 选择性漏电保护装置抗干扰设计与实验结果
• 5.1 干扰源及危害
• 5.2 选择性漏电保护装置硬件的抗干扰设计
• 5.2.1 电源的抗干扰
• 5.2.2 印刷板的抗干扰
• 5.2.3 信号传输通道的抗干扰
• 5.3 选择性漏电保护装置的软件抗干扰设计
• 5.4 零序方向性判别实验
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 存在问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录