例电路 滤波 绝缘 监视 无线测温 电路 滤波 温度 信号 信号变换滤波 振动 信号 高压开关保护系统模拟量采集部分是系统的主体，主要包括以下 几个部分供电线路的两相电压两相电流零序电压和零序电流信 号，经信号变换隔离滤波等信号处理电路后，进入的转换 模块进行交流采样绝缘监视信号通过线性光耦隔离变换电路采集， 滤波后送入的转换模块断路器触头温度信号由无线红外测温 传感器及其处理电路采集，滤波后进入的转换模块开关的振 动信号采用压电式加速度传感器进行监测，经过信号变换和调理送入 的转换模块。

的软件系统对各种采样信号进行数字滤波傅里叶变换数学 运算和逻辑运算后，根据开入量信号完成相应操作，并提供各种保护 功能，由继电器电路完成开关分合闸动作，同时通过显示模块输出显示信息，并由和总线通信接口将测控信息输出。

时钟及 电路用于实现系统记时和系统记忆功能。

低压开关保护系统原理 其系统原理框图如下 信号变换 磁隔离 信号变换 磁隔离 滤波 滤波 显示模块 光电隔离时钟 串行通信 光电隔离 光电隔离 继电器 光电隔障特征量 提取电路交流信号调理采集电路和多总线通信模式为基本架构，采 用平滑滤波采样方式和算法，以及频率跟踪技术，实现电参数在线 检测与实时显示数据存储与分析供电线路控制与保护故障告警 和数据网络化传输的保护系统，是集继电保护综合测控数据通信 功能于体的矿用高低压新型馈电开关控制保护系统。

本项目的技术难点是过电流选择性保护断路器故障诊断信号 交流采样技术和算法对故障特征量的提取，此外多总线通信模式设 计及通信协议制定对系统显示和网络化也尤为重要。

拟采取的技术方案及可行性分析 拟采取的技术方案 立项背景和意义 我国是世界第产煤大国，煤炭产量占世界总产量的。

煤炭是 我国的主要能源，分别占次能源生产和消费总量的和。

在未 来段时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构。

但是我国煤矿地质 条件复杂，是世界上煤矿灾害严重事故多发的国家，煤矿生产事故 造成了重大财产损失大量人员伤亡和严重的社会影响，同时引起了 国际社会的广泛关注。

煤矿的供电系统在整个矿井生产过程中起着十分重要的作用，随 着我国煤炭企业向综合机械化采煤迈进，矿井供电安全可靠性与提高 煤炭生产效率的关系越来越密切，同时兼并重组政策使我国大中型矿 井高产高效综采工作面不断涌现，亟需智能化程度高使用灵活 性能可靠的电控设备来保障综采工作面设备的正常运行，从而为生产 效率的不断提高提供支撑条件，因此研发出高水平高性能的智能化 开关深受煤炭企业的欢实现了故障预先监测报警并及时有效的分析处理系统运行管 理和实时用电量计量管理，为实现全矿井供电系统无人值守创造有利 条件。

可见，该项目对于提高煤矿生产的安全性可靠性和生产效率具 有定的社会意义和较高的经济价值。

二研究方案 高低压馈电开关总体设计 馈电开关组成 高低压馈电开关由断路器隔离机构保护用电流电压互感器 过电压保护装置和高低压开关保护系统等组成。

断路器是馈电开关的核心组成部分，其结构特点直接影响整个系 统的工作性能，因此选用优质的断路器尤为重要，其中高压断路器选 用公司生产的系列的可抽出式断路器，该断路器额定工作 电压为，工频耐压为，额定电流为，它采用复合绝缘方式，产品结构紧凑，其操动机构为弹簧机构，具有额定电流较大额 定开断次数高等优点，可以保证馈电开关安全可靠动作低压断路器 选用型低压永磁真空断路器，该断 路器额定工作电压为，额定短路通断能力为 ，额定电流为，其主体结构为真空开关管和永磁机构， 分上下结构，断路器具有调整维修方便，分断能力强，可靠性高， 机械寿命和电寿命长等优点。

高低压开关保护系统原理 高低压开关保护系统均采用公司的浮点型 构成，实现数据采集显示和保护动作。

高压开关保护系统原理 其系统原理框图如下 信号变换 磁隔离 信号变换 磁隔离 滤波 滤波 显示模块 光电隔离 时钟。

近年来井下电气设备的不断升级改造，矿用隔爆型移动变电站已 核准通过，归档资料。

未经允许，请勿外传，经在井下采区变电所和综采工作面普遍推广使用。

矿用隔爆型移动变 电站由隔爆型高压开关隔爆型低压真空馈电开关和干式变压器组成， 适用于含有瓦斯或煤尘等爆炸危险环境的矿井中，是煤矿供电系统中 不可缺少的电气设备。

矿用隔爆型移动变电站用隔爆型高压开关适用 于电压等级为的供电系统，可作为高压防爆独立开关， 进行电能的分配和控制矿用隔爆型移动变电站用低压真空馈电开关， 用于低压侧供电系统的电能分配和线路保护，是矿用隔 爆型移动变电站重要的组成部分。

目前，矿井使用的矿用高低压馈电 开关内置的综合保护器种类通信规约多种多样，保护功能较少，数 据上传不全，并且很多保护器不具备数据通信接口此外，信号采集 硬件复杂，算法陈旧，电气参数采样精度差，大部分采集电路多采用 直流输出，误差大，不能进行故障录波，难以满足开关各项保护计 量精度的要求，不能对开关实现远程合分闸控制和各项电参数数据的 监视分析，同时也达不到电力监控管理系统的目的。

为了保障井下安 全生产，提高生产效率，本项目旨在设计集监测计量控制保护 于体的高低压新型馈电开关控制保护系统，其性能可靠，动作准确， 特别是检测监控系统保护功能的完善健全，使控制系统操作更人性化，智能化，使供电设备供电线路和用电负荷得到了全面安全地保护， 有效地防止了供电系统故障运行越级跳闸大面积停电等事故的发 生， 保护原理和保护方法分析比较 项目针对三段式电流保护速断过流过载反时限过流保 护过压和欠压保护附加直流型功率方向型漏电保护和绝缘监视保 护的保护原理进行分析，得到最佳保护方法和控制策略。

保护系统数据采集电路和人机交互单元的硬件设计 系统采用双设计，增强系统的稳定性和快速性。

数据采集电路采用公司位浮点芯片为核心 处理器进行数据采集，实现保护功能。

为高性能的位 浮点，具有单精度浮点运算单元，具有主频兆次 浮点运算能力采用哈佛流水线结构，能够快速执行中断响应，并具 有统的内存管理模式，可用语言实现复杂的数学算法。

具有丰富的外设资源，其内部位的转换器具有 个转换通道个采样保持器内外部参考电压，转换速度为，同 时支持多通道转换具有个可编程的复用引脚支持个外设 中断的外设中断扩展控制器，管理片上外设和外部引脚引起的中断请求此外还集成了个输出，个位的定时器，路模 块和路模块串行外设等资源。

与以往的单片机或定点相比， 丰富的外设资源和优异的高速浮点运算能力，既节省了 系统硬件和软件开支，又为系统稳定运行和快速精准的保护提供了坚 实的基础。

模拟量数据采集电路采用交流采样，有利于实时数据的精确采样 和算法分析，提取实现保护的特征量开关量电路采用高速输入输出 隔离微型输出驱动电路。

人机交互单元以单片机，开门方式采用了左右平移式快开门结构，前门与隔离开关手柄设有机械 电气联锁装置，保证馈电开关处于分闸状态时，前门方可打开，前门 打开后以正常的操作方式也不能使馈电开关合闸。

机芯断路器为 手车式结构，并有内置导轨，可方便拉出机芯，并设有机械闭锁装置 锁紧断路器，使馈电开关适应于矿井复杂的地势环境，不至于因接触 不良造成断路器烧坏的事故发生。

壳体前门结构及开门方式的良好设计是壳体优质隔爆安全性能的 保证。

通用的有螺钉门活节螺栓门和快开门三种。

螺钉门结构简单， 易于加工生产，容易保证隔爆间隙，但操作不方便活节螺栓门加工 制造较前种复杂，容易保证隔爆间隙，操作相对方便快开门种类 较多，般使用常使用的有上下提升式和左右平移式两种，上下提升 式快开门靠壳体自重和手柄支撑的支点角度转换，实现门的开关，工 艺性要求高，加工工艺较为复杂，般用于高压装置或大型箱体中， 而左右平移式快开门靠轴向运动，通过门和箱体卡条的配合错位实现 门的开关，外观大方，加工精度要求高，门的吃力设计是设计重点， 成本略高，但般用于低压装置或小型箱体，操作方便，性价比较好。

本设计中高压开关和低压馈电开关均采用左右平移式快开门，在保证隔爆性能的同时，也使箱体兼具大方的外观，操作方便，增加了系统 品质。

关键技术与难点 本项目的研究对象是个涉及到信号处理智能控制计算机通 信和故障诊断技术的复杂应用系统，技术上主要涉及的有自动化检 测信号处理通信网络数据库等技术，目的是组建以故为控制核心，由键盘大尺寸 显示屏和通信接口组成，单片机与芯片 进行通信，接收键盘的操作信息和来自 的显示信息，完成系统的按键操作和显示功能。

馈电开关保护系统的软件实现 系统采用数字滤波和快速傅立叶算法对模拟量采集数据进 行处理，实现交流采样，结合保护原理实现三段式电流保护反时限 过流保护过压欠压保护附加直流型功率方向型漏电保护，绝缘 监视保护，风电闭锁瓦斯闭锁保护等电气保护，使保护动作更加快速。

同时实现电参数三相电压两相电流有功功率无功功率 功率因数零序电压零序电流电能电缆绝缘电阻等及温度和 振动信号的实时检测和显示合分闸状态显示故障查询事件记录 及故障录波功能。

本系统增加的电能计量和故障查询事件记录及故障录波功能， 为井下负荷分析和故障分析提供了重要的依据，有利于系统功能结构 改进和矿井其他电气产品的选型优化。

此外本系统交流采集方法和采样