高速数字信号处理器在井下移动 变电站相敏保护中的应用.pdf

2 0 0 8 年第5 期煤矿机电 9 7 高速数字信号处理器在井下移动 变电站相敏保护中的应用 孙全才，王清灵 安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南2 3 2 0 0 1 摘要 为了提高煤矿生产的安全、可靠性，设计了以基于高速数字信号处理器为核心的相敏保 护装置的软、硬件，通过i p - i 。算法可实时地检测移动变电站的功率因数，实现对称性短路故障的辨 识。 关键词 高速数字信号处理器；相敏保护；移动变电站；功率因数 中图分类号T D 6 1 1 ．5 文献标识码B文章编号1 0 0 1 0 8 7 4 { 2 0 0 8 0 5 0 0 9 7 0 2 A p p l i c a t i o no fP h a s e S e n s i t i v eP r o t e c t i o nt oT r a n s f o r m e r S u b s t a t i o nU n d e r g r o u n d S U NQ u a r t - c a i ，W A N GQ i n g l i n g D e p a r t m e n to fE l e c t r i c a la n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，A n h u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，H u a i n a n2 3 2 0 0 1 ，C h i n a 1 引言2 工作原理 煤矿采区移动变电站的供电可靠性对煤矿的生 产至关重要，由于其负载均为感性负载，随着井下供 电线路的加长，线路上最大起动电流与最小两相短 路电流十分接近，使按电流幅值进行整定的过流保 护难以区分。 为了保证供电的连续性、安全性、可靠性，就要 能准确区分起动动电流和短路电流。理论分析和实 验表明，鼠笼型电动机的起动时，由于电感的存在， 其功率因数C O S 妒在0 ．3 ～0 ．5 左右，而在线路短路 时，电感效应很小，故功率因数C 0 89 接近于1 ，若在 检测电流大小的同时再检测功率因数，通过功率因 数的大小，显然很容易把起动电流和短路电流区分 开来，这就是相敏保护原理。但传统的功率因数检 测是将电网电压、电流正弦波整形为方波，通过检测 周期性方波来计算功率因数值，主要缺点是采集的 信息落后一个电源周期，实时性不好，并抗干扰能力 不强，不能适应现场的运行条件，设备实际运行时电 流波形畸变较为严重，误差较大。本文提出通过i 。． i 。算法，可动态检测供电线路的功率因数的方法，具 有实时性好、抗干扰能力强的特点。 i p - i 。算法的原理如图1 所示。若变压器的三相 瞬时电流为i 。、i 。、i 。，则根据文献[ 2 ] 可得瞬时有功 电流i ，和瞬时无功电流i ，为 ．n ] 【】 叫I ’4 ～s i n 川t o t 二】用三- 肋1 ／2 二擐】f | ] 通过F I R 低通滤波器，又可分别得到与三相电 流的基波正序分量相对应的瞬时有功电流i 。和瞬 时无功电流i ，中的直流分量一i ，和i 。，这样就可以算 出基波功率因数。 图1 ／p - i q 算法原理图 下转第1 0 8 页 万方数据 1 0 8 煤矿机电2 0 0 8 年第5 期 减少矿井漏风损失，提高有效风量率。 2 避免径向流的正确途径是使气流在叶轮不同半径 处所产生的风压相等。据资料介绍，将一台7 0 B 型或B Y 型 轴流式通风机的非扭曲叶片改造成扭曲叶片，年平均可节电 1 3 万k 矾。 3 叶片顶部与机壳间的径向问隙对通风机的风压和 效率有较大的影响。使用经验表明当径向间隙增至叶片长 度的2 ％时，效率将下降2 ％一3 ％，风压将减少4 ％一6 ％。 通常叶片顶部与机壳间的间隙，应符合表1 规定。 表1 叶轮直径与径向间隙 叶轮直径／r a m径向间隙／m m 1 2 0 0 】8 0 0 2 ．4 2 ．8 1 ．8 2 ．7 5 3 ．6 4 ．2 收稿日期2 0 0 8 0 6 0 4 本栏责任编辑周丛笑 上接第9 7 页 3 硬件电路设计 主要采用基于高速数字信号处理器 T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 的计算机控制系统，它是r 丌公司的一 款用于控制的高性能、多功能、高性价比的3 2 位定 点D S P 芯片，具有数字信号处理能力、强大的事件 管理能力和嵌入式控制功能、运算速度快、接口资源 丰富，适用于具有大批量数据处理的测控场合。相 敏保护硬件结构如图2 所示。 C A N 总线I L C D T M 3 2 0 F 2 81 2A／D G P I O B ll 驱ll 间 _ _ _ - - ‘一r ‘’1 一j J _ L - J IL U 苗L 一苫 [ [ 在 莅Il 路ll 嘉 分 、A 口 闸 线 圈 ‘“‰‰n 闭 图2 相敏保护硬件结构框图 电压、电流信号的采集采用霍尔传感器 L E M 模块 L A 2 5 一N P ，它可以传感从直流到数百千赫兹频 率的信号，具有精度高、动态性能好、过载能力强的 优点。其中a 相传感的电流信号到D S P 的转换电 路如图3 所示，它将L E M 输出的双极性信号转经过 一1 ‘V 图3a 相电流输入电路 电平偏移电路转换为单极性信号，再经过线性光耦 T I L 3 0 0 隔离后送人到D S P D i g i t a lS i g n a l P r o c e s s i n g ；其余三路模拟量采集电路和a 相电流检测电 路类似，这里不再重述。 4 软件设计 程序采用C 语言编写，具有结构清晰、可读性 好的优点。主要软件功能模块有电压相位的计算、 事件管理模块的设置、W a t c hD o g 的设置和中断服 务程序。 对于三相三线制系统三相电压在两相静止坐标 系中等效为一旋转矢量，旋转角速度等于电网基波 频率，因此可通过采样Ⅱ。、／／, 。计算静止坐标系下的 M 。、u 堆，其基波电压的相位角少 a r c t a n ≥，通过查 Ⅱ坩 表运算可得基波电压的相位角，这就是电压相位的 计算方法。一 中断服务程序包括数据A ／D 转换，C w 和c ， 矩阵变换，F I R 滤波程序，功率因数的计算程序。 5结语 基于T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 处理器和i p i 。算法的相敏 保护方案具有精度高、适时性好的特点，可以很好地 解决井下供电线路过长导致的大容量鼠笼电动机起 动电流与短路电流难以区分的问题，提高三相短路 保护的灵敏度和采区移动变电站的供电可靠性。 参考文献 [ 1 ] 刘兵．矿山供电[ M ] ．徐州中国矿业大学出版社，2 0 0 4 [ 2 ] 王兆安．等．谐波抑制和无功功率补偿[ M ] ．北京机械工业出 版社。1 9 9 8 [ 3 ] 苏奎峰，等．T M S 3 2 0 F 2 8 1 2 原理与开发[ M ] ．北京电子工业出 版社，2 0 0 5 作者简介引1 全才 1 9 7 8 一 ，男，讲师。2 0 0 4 年毕业于安徽理工大 学电力电子与电力传动专业 硕士学位 ，主要从事电气自动化方面 的教学和研究工作，发表论文多篇。 收稿日期2 0 0 8 0 5 2 0 ；责任编辑姚克 万方数据