验的自检功能。 系统具有红外无线测温功能和振动检测功能 系统可以检测断路器触头三相六点的温度，完成电气接点的温度 采集及显示，可进行温度温升报警值的设定，超出报警值可输出报警信号。 系统可以测取断路器分合闸时的振动时域波形和振动频域波形， 从而提取断路器运动的特征时间，预测断路器的健康状态情况。 ④计量功能 可以计算并记录系统的有功功率无功功率功率因数电能等 参数。 拥有超强的记忆功能，可进行故障查询事件记录及故障录波 等 系统可以完好保存上次设置好的整定数据，避免重新启动时的误 动作记录用电度数最大可达亿度保存最近次的故障记录以供查 阅，能记录故障原因和故障发生的日期和时间年月日时分， 按后进先出的顺序排列，并自动编号。 具有准确的时钟功能 在液晶屏的最低行显示有当前时钟年月日时分秒， 可通过按键调整。 多总线通讯功能 系统备有两种通信接口总线和总线，用户可以根据需要选择通讯方式，通讯协议也可按用户要求定制。 大屏显示人机界面 保护系统采用分辨率为的大屏显示器，可实现单屏 行个汉字的显示，使单屏显示的信息量增大，更加直观，同时设有 个按键，可配合液晶屏灵活完成参数整定故障查询等功能，大屏 显示器的背光设计，使显示更加醒目。 低压开关功能设计 系统具有完善的电气保护和控制功能 系统可实现定时限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，风电闭锁瓦斯闭锁保护等电气保 护，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等实时检测和显示，合分闸 控制及状态显示。保护系统采用精密的测量硬件和算法，既能保证 测量精度，又能提高保护速度。 系统具有模拟漏电过流试验的自检功能。 计量功能 可以计算并记录系统的有功功率无功功率功率因数电能等参数。 ④拥有超强的记忆功能，可进行故障查询事件记录及故障录波 等 系统可以完好保存上次设置好的整定数据，避免重新启动时的误 动作记录用电度数最大可达亿度保存最近次的故障记录以供查 阅，能记录故障原因和故障发生的日期和时间年月日时分， 按后进先出的顺序排列，并自动编号。 具有准确的时钟功能 在液晶屏的最低行显示有当前时钟年月日时分秒， 可通过按键调整。 多总线通讯功能 系统备有两种通信接口总线和总线，用户可以根据需 要选择通讯方式，通讯协议也可按用户要求定制。 大屏显示人机界面 保护系统采用分辨率为的大屏显示器，可实现单屏 行个汉字的显示，使单屏显示的信息量增大，更加直观，同时设有 个按键，可配合液晶屏灵活完成参数整定故障查询等功能，大屏显示器的背光设计，使显示更加醒目。 主要研究内容 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 拟采取的技术方案通过对矿用高低压线路常见故障机理保护方法与原理和在线 检测手段的分析，提出实现矿用高低压新型馈电开关控制保护系统的 总体设计方案。 研究故障特征量在线检测的各种方法和手段，总结故障特征量 与故障之间的内在关系，并结合井下高低压线路负荷的特殊情况，最 终选择效果最佳的特征量在线检测方案。 进行在线检测及保护的硬件和软件设计。系统采用高精度二次 互感器技术最佳的特征量在线检测方案和精密的交流采样采集单元， 进行特征量提取和信号的检测处理，结合各种线路保护原理以及先进 的算法，得出可靠的检测数据故障信息和合理的逻辑判据，实现 高低压线路电参数的在线检测和系统继电保护。然后，通过人机交互 电路显示系统参数和状态信息及告警，同时以通信网络与其它监测系 统共享资源。 可行性分析 本项目目前处于研发阶段，已对国内大型矿井的现有移动变电站 及高低压馈电开关使用情况矿井负荷及供电方式的特点进行过考察， 并对国内和国外相关设备进行了定程度的研究，对国内外的科研技术动态有了深入了解，此项目有较强的理论基础和良好广阔的市场前 景，实用价值高，社会效益显著。 项目申请者所在部门为太原理工大学电气与动力工程学院，学院 有电力电子与电力传动硕士点，有较强的研究群体和实验设备，有比 较齐全的智能电器研究方面的分析测试仪器设备。本项目的研发团队 矿用智能电器研究所是山西省高等学校优秀创新团队，长期从事矿用 智能电器电力系统自动化煤矿供电系统及通风机监测监控技术的 研究。先后承担过国家攻关项目国家自然科学基金重点项目科技 部国际合作重点项目山西省国际合作项目山西省科技攻关项目以 及企业重大科技攻关项目的研究，这些项目涉及煤矿井下低压电网选 择性漏电保护及其装置大型发电机绝缘检测及寿命评估矿井火灾 防治综采工作面组合电器多巷道掘进多局部通风机集成控制多 局部通风机监测监控等内容。目前团队正承担国家科技支撑重点项目 煤矿全矿井安全生产数字化监测监控及重大灾害预警系统的研究 万元，其中国拨资金万元，国家支 撑计划重点项目年产千万吨级矿井综采工作面成套装备及关键技术 中煤炭安全高效开采配套智能组合电器关键技术万元，其中国拨经费万元子项目的研究，这两个项目均已 通过专家鉴定和科技部门的验收，被评定为国际领先和国际先进水平， 并已经运用到了实践中，设备运行良好，达到了设计要求。团队自 年以来共承担横向课题项，为企业解决了技术难题的同时，形成了 具有实用价值的技术成果，获得了国家科学技术进步二等奖项省部 级科学技术奖等奖项发表论文余篇，其中被三大索引收录 余篇获得国家专利授权项五年来共转化成果项，有家大中型企 业生产，产生了巨大