矿用隔爆型移动变电站高低压馈电开关开发项目可行性研究报告投资建议书word文档（32页）

系统具有模拟漏电过流试验自检功能。

计量功能可以计算并记录系统有功功率无功功率功率因数电能等参数。

④拥有超强记忆功能，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整定数据，避免重新启动时误动作记录用电度数最大可达亿度保存最近次故障记录以供查阅，能记录故障原因和故障发生日期和时间年月日时分，按后进先出顺序排列，并自动编号。

具有准确时钟功能在液晶屏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大屏显示器，可实现单屏行个汉字显示，使单屏显示信息量增大，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硬件设计系统采用双设计，增强系统稳定性和快速性。

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，并具有统内存管理模式，可用语言实现复杂数学算法。

具有丰富外设资源，其内部位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复用引脚支持个外设中断外设中断扩展控制器，管理片上外设和外部引脚引起中断请求此外还集成了个输出，个位定时器，路模块和路模块串行外设等资源。

与以往单片机或定点相比，丰富外设资源和优异高速浮点运算能力，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保护提供了坚实基础。

模拟量数据采集电路采用交流采样，有利于实时数据精确采样和算法分析，提取实现保护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，接收键盘操作信息和来自显示信息，完成系统按键操作和显示功能。

馈电开关保护系统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依据，有利于系统功能结构改进和矿井其他电气产品选型优化。

此外本系统交流采集方法和采样算法使用，使系统数据测量更加快速准确，使系统功率因数以及零序电压和零序电流夹角测量计算更加精确，保证了系统保护性能快速性和稳定性。

通信功能设计系统设计两种远程通信接口总线和总线，可实现数据及时上传和接收上位机发布远程操作命令，增强了系统灵活性，同时系统通信兼具快速性和可靠性，为构建可靠矿井电站自动化系统提供了保障。

壳体改进设计该馈电开关壳体采用钢板焊接加工而成，前门为平面止口式，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地势环境，不至于因接触不良造成断路器烧坏事故发生。

壳体前门结构及开门方式良好设计是壳体优质隔爆安全性能保证。

通用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支点角度转换，实现门开关，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，通过门和箱体卡条配合错位实现门开关，外观大方，加工精度要求高，门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，在保证隔爆性能同时，也使箱体兼具大方外观，操作方便，增加了系统品质。

关键技术与难点本项目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复杂应用系统，技术上主要涉及有自动化检测信号处理通信网络数据库等技术，目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保护系统，是集继电保护综合测控数据通信功能于体矿用高低压新型馈电开关控制保护系统。

本项目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。

拟采取技术方案及可行性分析拟采取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分析，提出实现矿用高低压新型馈电开关控制保护系统总体设计方案。

研究故障特征量在线检测各种方法和手段，总结故障特征量与故障之间内在关系，并结合井下高低压线路负荷特殊情况，最终选择效果最佳特征量在线检测方案。

进行在线检测及保护硬件和软件设计。

系统采用高精度二次互感器技术最佳特征量在线检测方案和精密交流采样采集单元，进行特征量提取和信号检测处理，结合各种线路保护原理以及先进算法，得出可靠检测数据故障信息和合理逻辑判据，实现高低压线路电参数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特点进行过考察，并对国内和国外相关设备进行了定程度研究，对国内外科研技术动态有了深入了解，此项目有较强理论基础和良好广阔市场前景，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，有较强研究群体和实验设备，有比较齐全智能电器研究方面分析测试仪器设备。

本项目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研究，这两个项目均已通过专家鉴定和科技部门验收，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同时，形成了具有实用价值技术成果，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，产生了巨大经济效益和社会效益。

创新团队深入开展研究积累了丰富经验，奠定了良好基础。

团队已对申请课题做了定预研，拟申请中项目研究目标和内容明确思路清晰，计划进度安排合理，就项目成熟性而言符合要求。

提交成果形式与主要技术经济指标本项目旨在建立种新型智能综合保护系统，该系统不仅具有电压电心论文和形成项发明专利。

由于本设计中采用为控制核心，采用交流采样技术和算法进行数据处理，完全克服了直流采样中固有整流时间长和普通交流采样算法误差大缺点，使得短路保护动作更加迅速和准确，达到瞬动，远远高于国家标准要求。

系统主要涉及自动化检测交流采样及信号处理多总线网络通信等技术，其具体考核指标如下矿用高压开关技术指标额定电压额定电流额定频率额定短路开断电流有效值短路关合电流峰值额定短时耐受热稳定电流额定峰值耐受动稳定电流额定短路持续热稳定时间主回路电阻电气保护特性高压开关保护系统以为控制核心，采用智能化全中文显示，可实现选择性漏电绝缘监视过欠压短路过流变压器温度等保护功能，实时显示工作电压电流值及合分闸状态故障状态及故障时间系统电能等。

过载保护过载保护动作电流值按电流互感器倍分级整定，精确度为，其反时限保护特征符合下表规定系统电流额定电流过载延迟时间∞可返回时间状态从冷态开始从热态开始从冷态开始短路保护短路保护动作电流值按电流互感器二次电流倍倍倍倍倍倍倍倍分级整定，从短路信号出现到发出保护信号小于，精确度为。

漏电保护零序电流整定值分档可调标称值为共八挡，精度为。

零序电压整定值分档可调标称值为共六挡，精度为。

漏电动作时间分档可调标准值为共八挡。

④绝缘监视保护绝缘监视保护是对高压双屏蔽绝缘电缆地线及监视线状况进行监视，动作特性如下表保护动作状态可靠动作允许动作不允许动作监视线与地线回路电阻保护动作时间小于电压保护当电网电压降低至网络电压时欠压保护，升至时过压保护，动作时间。

非电量保护根据输入瓦斯闭锁风电闭锁及低压设备闭锁接点状态，启动保护动作于告警或跳闸根据断路器触头温度进行温度保护，可以根据用户需求自行整定温度值。

通信网络设备支持总线和总线通信，可以上传高压开关电参数及分合闸状态信息，也可接受远程控制信息实现远程监控。

系统支持用户自定义通讯协议，具备多种通讯协议网络通讯能力。

采用分辨率为汉字液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，可方便地查询修改参数，运行时实时显示当前绝缘电阻值系统电流系统电压与合分闸状态，且具有事故性质时间记忆与查询和电能计量功能，操作直观简便。

矿用低压馈电开关指标额定电压额定电流额定频率极限分断能力机械寿命不小于次电寿命不小于次电力电缆最大外径电气保护特性低压馈电开关保护系统以为控制核心，采用智能化全中文显示，可实现漏电绝缘监视过欠压短路过流等保护功能，实时显示工作电压电流值及合分闸状态故障状态及当前故障时间等。

馈电开关电流