畢業(yè)設(shè)計（論文）PIR250B智能保護器測試系統(tǒng)設(shè)計

1、1 緒論1.1 本課題的背景及意義煤是一次能源之一，其擔(dān)任著國民經(jīng)濟發(fā)展的重要任務(wù)。是生產(chǎn)力發(fā)展的主要支柱。煤礦井下的負荷等級相當(dāng)于一級負荷，如果其斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況，直接威脅到工作在礦井下的人員的生命財產(chǎn)安全。然而，煤礦的生產(chǎn)安全是一個不可忽視的重要問題。在以往發(fā)生的礦難中有很多來自于煤礦中使用的用電設(shè)備發(fā)生故障而導(dǎo)致這些讓人悲痛的事實?？梢姡瑴y試煤礦中使用的保護器、高低壓開關(guān)、磁力啟動器的好壞就顯得尤為重要。原始的測試方法是專業(yè)人員將電壓或電流調(diào)到保護器的邊界值，人為的制造故障，然后用相應(yīng)的儀器進行測量保護器各故障的相應(yīng)參數(shù)。這種測試方法雖然原理簡單，便于理解，但測試速度較

2、慢，工作復(fù)雜，測試時間長，投資成本增多，浪費很多人力物力。在測試的過程中人為地粗大誤差也是難于避免，因此原始測試的方法本身就給測試帶來了很大的誤差，故障率高。有時從井下帶上來的保護器本身就帶有故障，但原始的測試條件有限，不能測出其故障所在。這就給煤礦帶來了很大的安全隱患。煤礦的安全生產(chǎn)對國民經(jīng)濟的發(fā)展十分重要。要實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，測量煤礦中使用的各種綜合保護器的好壞。由于綜合保護器的種類繁多，給測設(shè)系統(tǒng)帶來很大的不便。本設(shè)計專門設(shè)計pir-250b智能保護器的測試系統(tǒng)，是采用山東萊蕪科技公司生產(chǎn)的多功能電參數(shù)測量儀表和工業(yè)現(xiàn)場測控模塊，與計算機配合使用來檢驗煤礦中使用的pir-250b的性能

3、，以保證煤礦生產(chǎn)的安全進行。1.2 本課題的研究內(nèi)容本論文主要研究pir-250智能保護器測試系統(tǒng)，要求能對其插件進行各個保護功能的自動檢測。pir-250智能保護器測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計：硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，初步計劃采用由測試臺、專用箱、大電流發(fā)生器、繼電器、eda模塊構(gòu)成的整個硬件系統(tǒng)；本論文按照測試系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程，對測試系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)做了系統(tǒng)的闡述。本論文的主體內(nèi)容為四個章節(jié)：第一章為緒論，主要對本論文的研究內(nèi)容、目的、意義及研究現(xiàn)狀作一一介紹；第二章主要對被測對象pir-250智能保護器進行了系統(tǒng)分析，包括保護器的原理圖和引腳說明；第三章主要研究了pir-250智能保護器測試系統(tǒng)

4、的硬件設(shè)計方案；第四章重點闡述pir-250智能保護器測試系統(tǒng)的軟件件設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容；本論文的結(jié)尾對此次畢業(yè)設(shè)計進行了工作內(nèi)容總結(jié)和本論文的研究價值，以及本論文中不足之處和在今后的工作中需要改進的地方。1.3 煤礦井下用電設(shè)備煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，井下巷道狹窄，空間狹小，光線不足，存在冒頂、片幫、滴水及淋水等現(xiàn)象，空氣中含有瓦斯氣體和煤塵，而且高溫潮濕，工作地點經(jīng)常變動，存在特殊的自然災(zāi)害和對人體不利的自然條件，電氣設(shè)備和電纜易受砸壓而使絕緣損壞，易觸電，工作環(huán)境惡劣【1】【2】。由于井下的環(huán)境較特殊,電氣設(shè)備分為礦用一般型電氣設(shè)備和礦用隔爆型電氣設(shè)備,前者不具有防爆性能,適用于沒有瓦斯、煤塵

5、爆炸危險的場所【3】；后者具有防爆和隔爆性能,適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的場所。按工作電壓高低分為低壓電氣設(shè)備和高壓電氣設(shè)備,井下電氣設(shè)備大多屬一類負荷和二類負荷,工作時的電流、電壓都較大【4】。井下供電系統(tǒng)中有一些礦用電氣設(shè)備，如移動變電站、高壓真空配電裝置、真空饋電開關(guān)、真空電磁起動器、真空本體、高壓電纜連接器、高壓漏電保護裝置、相敏過流保護器、電動機綜合保護器以及采煤機、掘進機、輸送機、裝載機、液壓泵、風(fēng)機、水泵等礦用電機【5】。這些常用的具體電氣設(shè)備為：變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備、高壓電器、高壓開關(guān)柜、低壓配電裝置、礦用隔爆配電裝置、漏電保護裝置、礦用隔爆型移動變電站、煤電鉆變壓器組合裝置、

6、整流設(shè)備、礦用電纜等【6】【7】。由于煤礦井下的環(huán)境惡劣，空氣中含有瓦斯氣體和煤塵，有爆炸的危險，礦用電氣設(shè)備必須具有防爆性能，危險場所必須嚴格按照規(guī)程使用防爆電氣設(shè)備，以消除火花、電弧或高溫?zé)岜砻娴赛c火源【8】【9】。井下巷道、硐室和工作面空間狹小，為搬遷設(shè)備方便，要求礦用電氣設(shè)備體積小，重量輕。井下存在冒頂、片幫、滴水及淋水等現(xiàn)象，所以礦用電氣設(shè)備的外殼要有足夠的機械強度和較好的防潮、防銹性能【9】。井下電氣設(shè)備起動頻繁，負載變化較大，設(shè)備易過載，要求礦用電氣設(shè)備應(yīng)有較大的過載能力。井下空氣潮濕，易觸電，故礦用電氣設(shè)備外殼應(yīng)封閉良好，有機械、電氣閉鎖及專用接地螺絲【10】【11】。煤礦井下

7、使用的隔爆型電氣設(shè)備外殼必須有足夠的堅固性，滿足以下要求：能承受機械撞擊，具有足夠的機械強度，能承受內(nèi)部爆炸壓力而不損壞，不產(chǎn)生影響防爆性能的永久性變形，外殼內(nèi)產(chǎn)生可燃性混合物爆炸時不傳爆。在煤礦電氣設(shè)備中，還運用了大量的電氣開關(guān)，以作為接通開關(guān)和隔離電源的電氣設(shè)備，設(shè)置不當(dāng)會造成火災(zāi)，做好安全防火非常重要【12】【13】。1.4 煤礦井下保護基礎(chǔ)知識 過流保護、漏電保護和接地保護是井下的三大保護。還有其它保護如：失壓保護、欠壓保護、過壓保護和閉鎖功能等【14】。 電火災(zāi)產(chǎn)生的主要原因是電網(wǎng)的過電流，而過電流又是由短路、過載引起的，因此防止電火災(zāi)方法就是防止過流的產(chǎn)生。所以過流保護包括短路保護

8、和過載保護【15】。電磁式繼電器和電子式繼電器均可實現(xiàn)短路保護。過載保護可由電磁式繼電器、電子式繼電器和熱繼電器實現(xiàn)【16】。 當(dāng)電網(wǎng)絕緣電阻小于一定數(shù)值時，人觸及后會產(chǎn)生觸電危險，而且漏電不僅會使設(shè)備進一步損壞，形成短路事故，同時還導(dǎo)致人身觸電和漏電火花引爆瓦斯、煤塵的危險。因此在井下供電系統(tǒng)中必須裝設(shè)漏電保護裝置實現(xiàn)絕緣監(jiān)視、漏電保護以及補償流過人身的電容電流的作用。按其實現(xiàn)保護功能分為無選擇性漏電保護和有選擇性漏電保護【17】【18】。正常情況下，電氣設(shè)備的金屬外殼及架構(gòu)不帶電，但如果電氣設(shè)備的絕緣損壞，其金屬外殼和架構(gòu)就要帶電。當(dāng)人觸及此電氣設(shè)備時就會發(fā)生觸電事故，而且我國規(guī)定觸電的安

9、全極艱交流電流值為30ma，因此要通過接地保護限制通過人身的電流使其在極限電流之內(nèi)。保護接地的關(guān)鍵是將保護接地裝置的接地電阻降低到規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以使流過人體的電流不超過安全極限電流，達到減少觸電危險的目的【19】。其他保護主要有： 失壓保護，電氣設(shè)備在正常工作時，如果因為電源電壓的消失而停止工作，那么在電源電壓恢復(fù)時，電氣設(shè)備的自行啟動或投人工作將造成人身事故或設(shè)備損壞。對供電系統(tǒng)，許多電氣設(shè)備同時啟動和工作，也會引起不允許的過電流和過大的壓降，而熱類電氣設(shè)備可能引起火災(zāi)【20】。為防止電壓恢復(fù)時電氣設(shè)備的自行啟動或投人工作采用接觸器和按鈕控制電動機的啟動、保持、停止，就具有失壓保護作用。

10、 欠壓保護，其采用鑒幅式保護原理。在有些應(yīng)用場合下，當(dāng)供電系統(tǒng)的電壓降到額定電壓的65時，就應(yīng)能自動切除電源而停止工作，以免損壞電動機以及機械設(shè)備。 過壓保護，其采用鑒幅式保護原理。當(dāng)供電系統(tǒng)的電壓大于額定電壓的115時，就應(yīng)能自動切除電源而停止工作，以免損壞電動機以及機械設(shè)備。過電壓的保護方法是在線圈兩端并聯(lián)一個電阻、電阻串電容或二極管串電阻等形式，以形成一個放電回路，從而實現(xiàn)過壓保護【21】。 閉鎖功能，它是實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠工作的重要部分之一。常用的閉鎖有漏電閉鎖、機械閉鎖、風(fēng)電閉鎖等【22】。漏電閉鎖采用附加直流電源檢測原理實現(xiàn)，在隔爆真空型電磁啟動器、低壓饋電開關(guān)中經(jīng)常使用；高壓配電箱

11、設(shè)有機械閉鎖裝置以保證安全；風(fēng)電閉鎖功能是由分路饋電開關(guān)與風(fēng)機的控制開關(guān)配合使用實現(xiàn)的，將風(fēng)機的控制開關(guān)的常閉觸點接人分路開關(guān)的cpu回路，實現(xiàn)對分路開關(guān)的控制?？梢圆捎媒佑|器和按鈕控制方式，還可以采用低壓斷路器或?qū)ｉT電磁式電壓繼電器進行欠壓保護【23】。2 pir-250智能保護器2.1 總體概述 pir-250智能保護器為中文智能化多功能綜合保護器，適用于井下380v、660v、1140v、不接地系統(tǒng)，最大電流至250，與井下磁力開關(guān)配套使用，以實現(xiàn)用電設(shè)備的各種保護功能。保護器采用了先進的微處理器，高精度的數(shù)據(jù)處理及先進的保護算法，保護精度高，反應(yīng)速度快。能完成漏電閉鎖、欠壓、過壓、三相

12、不平衡、過載、短路等多種保護功能。該保護器有如下特點：1.采用漢字字符液晶顯示器，配合菜單式人及交互界面，操作直觀簡便。運行時實時顯示當(dāng)前三相電流和系統(tǒng)電壓，顯示信息豐富。2.各項保護功能參數(shù)均可以通過菜單選擇調(diào)整，適用范圍廣保護精度高。3.具有記憶功能。每次調(diào)整的各項保護功能參數(shù)均記憶保存，下次上電或系統(tǒng)復(fù)位時自動提取上一次設(shè)定的參數(shù)。可以通過菜單查詢故障。以方便維護。4.在系統(tǒng)帶電的情況下，通過外引按鈕，可以方便的進行定值調(diào)整、信息查詢等功能。5.在系統(tǒng)停電的情況下，可以通過本保護器內(nèi)置的本安電池模塊及保護器本體上的按鍵進行定值調(diào)整和信息的查詢，此時本裝置滿足本安要求。2.2 本保護器的原

13、理及參數(shù)2.2.1 保護器工作原理pir-250智能保護器為一體化設(shè)計，集信號采集、處理、顯示與一體，不需要再接任何傳感器。微處理器對采集的模擬量完成各種運算處理，一方面能實時地在顯示三相電流及電壓值，精度±5%，顯示數(shù)據(jù)刷新時間1s。在出現(xiàn)故障時能根據(jù)故障性質(zhì)決定跳過的時間，并記憶與故障有關(guān)的參數(shù)，以便于查詢。當(dāng)保護器裝入隔爆型磁力啟動器后，除可以通過窗口觀察到顯示屏上的各種信息外，通過在開關(guān)本體上的按鈕也可以在現(xiàn)場不打開開關(guān)外殼的情況下完成對保護器的各種保護功能的整定。2.2.2 保護器參數(shù)pir-250智能保護器適用于礦用井下380v、660v、1140v不接地系統(tǒng)，最大電流至

14、250，與井下磁力開關(guān)配套使用，以實現(xiàn)用電設(shè)備的各種保護功能。pir-250智能保護器技術(shù)參數(shù) 主要執(zhí)行標準 mt175-88圖2.1 參考接線圖（1）短路保護：動作時間200ms-400ms。（2）欠壓保護：保護器檢測到系統(tǒng)電壓低于額定65%是，動作時間8s,時間誤差<5%（可關(guān)閉）。（3）過壓保護：保護器檢測到系統(tǒng)電壓大于額定120%，動作時間1.5s（可關(guān)閉）。（4）三相不平衡：動作時間1s-60s，誤差<100ms,動作時間5%（可關(guān)閉）。（5）過載保護：過載動作時間采用返時限實時計算，具有熱記憶特性；過載保護動作2-3分鐘自動復(fù)歸。（6）漏電閉鎖：開關(guān)合閘前對供電線路的對

15、地絕緣情況進行檢測。當(dāng)絕緣電阻低于7k（380v）,22k（660v),42k（1140v）能實現(xiàn)漏電閉鎖功能，使磁力啟動器不能合閘。當(dāng)主電路絕緣阻值上升到閉鎖值得1.5倍時，自動解除漏電閉鎖。（7）漏電閉鎖保護技術(shù)參數(shù)：動作時間小于500ms對漏電阻值進行微調(diào)時，具體調(diào)整方法是：在一個電壓等級下，進行調(diào)整時應(yīng)使其微調(diào)的顯示值趨進“0”，調(diào)整完成后按“確認”，修改的參數(shù)按“確認”后，就可以直接保存。（8）需用電源：保護器使用的輸入電源為ac36v,120%-65%,在實驗前應(yīng)保證保護器的輸入電源為ac36v正負誤差<10%。2.3 pir-250b保護器引腳分析根據(jù)外圍系統(tǒng)圖中的外圍電路

16、，可以發(fā)現(xiàn)pir-250的引腳分析，下表 2.1表 2.1 保護器引腳分析引腳輸入/輸出開關(guān)/數(shù)字1輸入模擬2輸入模擬3輸出開關(guān)456接地7輸入開關(guān)pir一250b保護器的電流互感器是采用空芯式電流互感器，三個電流互感器，對電流進行實時采集，pir-250b智能保護器在短路、過載、三相不平衡和漏電閉鎖保護故障狀態(tài)的鑒別都是通過從電流互感器來讀取的。電流信號通過互感器采樣傳到保護器經(jīng)過整流進入轉(zhuǎn)換芯片中，經(jīng)過轉(zhuǎn)換芯片采樣后將得到的電流值和整定電流基準值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最后一起送入單片機中進行處理，通過實時采樣將主回路的電流值與基準電流值進行比較輸出，從而判斷用電設(shè)備的工作狀態(tài)。當(dāng)檢測到用電設(shè)備出現(xiàn)

17、故障時，單片機觸發(fā)繼電器動作完成保護輸出。引腳1、2電源輸入引腳，除了作為電源給保護器提供電源外，引腳1、2還擔(dān)任著對電壓進行實時采集，pir-250b智能保護器在過壓、欠壓保護故障狀態(tài)的鑒別都是通過從引腳1、2來讀取的。電壓信號通過引腳1、2采樣傳到保護器一起送入單片機中進行處理，通過實時采樣將主回路的電電壓值與基準電壓值進行比較輸出，從而判斷用電設(shè)備的工作狀態(tài)。必要時單片機觸發(fā)繼電器動作完成保護輸出。引腳3外接繼電器。當(dāng)外圍有故障時保護器向引腳3發(fā)出一個開關(guān)信號，從而達到保護作用。引腳4、5為備用引腳，是用于瓦斯保護使用【24】。引腳6接地。引腳7作為漏電閉鎖保護，當(dāng)電纜電阻小于一點阻值是

18、，從電纜流向保護器的電流就達到保護器的動作值，此時保護器通過繼電器發(fā)出信號引腳3失電，達到漏電閉鎖的目的3 保護器測試系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 保護器測試的基本原理系統(tǒng)由測試臺、專用箱（與綜合保護器插件相配套）和軟件系統(tǒng)三部分組成。軟件控制測試臺經(jīng)專用箱模擬其工作環(huán)境，對綜合保護器提供相應(yīng)的電源、電壓和電流等測試信號，以完成各種測試。插件測試的基本理論是暗箱理論，（如圖3.1所示），即被測的對象是一個“暗箱”，在不允許打開“暗箱”的情況下又要了解其中的奧秘，因此，只能通過它的輸入產(chǎn)生輸出來完成對信息的處理【16】。圖3.1 測試基本理論根據(jù)上圖的測試原理，可以得出插件測試系統(tǒng)的測試過程如圖所示，其中

19、插件測試系統(tǒng)要完成以下幾步工作： (1)向被測對象發(fā)出測試的激勵信號； (2)接收被測對象在相應(yīng)激勵下的響應(yīng)信息； (3)分析在一定信號激勵下所產(chǎn)生的響應(yīng)； (4)判斷插件的性能。3.2 對所需信號的分析測試系統(tǒng)在對插件進行測試時, 必須保證能夠輸出插件的各種激勵信號, 并且正確采集被測插件上的響應(yīng)信號。綜合分析各種電子保護插件的電源及工作情況, 該系統(tǒng)需提供交流電壓127, 100, 42, 36,24, 15, 9 v等; 零序電壓應(yīng)能在0100 v調(diào)整。3.2.1 電流信號pir-250b智能保護器的額定電流為5250a, 電流互感器二次額定電流為5 , 過流短路最小整定倍數(shù)1倍, 最大

20、整定倍數(shù)為6倍, 即輸入電子保護插件的電流信號大小為0.580a, 且系統(tǒng)要求能在010a調(diào)整零序電流;過載倍數(shù)為1.0、 1.2、 1.5、 6;短路整定倍數(shù)為28倍ie, pir-250b智能保護器分體式結(jié)構(gòu), 即電流互感器與插件是分開的, 電流互感器二次側(cè)將電流信號變?yōu)殡妷盒盘栞斎氩寮? 則測試臺需提供可調(diào)的電壓信號來模擬過流的實際情況; 斷相測試在三相不平衡情況下, 模擬給出不平衡電流或電壓, 其模擬電流一般為額定值的1.05倍。因此模擬綜合保護插件的過載、短路情況所加的信號有以下幾種情況: 0100a, 02000a的電流信號和與電流信號相對應(yīng)的電壓信號。在進行過流、短路試驗時可以給

21、出所加電流的大小。3.2.2 可調(diào)電阻信號pir-250b智能保護器所監(jiān)視的回路電阻信號調(diào)整范圍應(yīng)為01.5k, 絕緣電阻調(diào)整范圍為26.5k;低壓饋電開關(guān)綜保所監(jiān)視的漏電電阻動作值:1140v系統(tǒng)為單相小于20k , 660v系統(tǒng)為單相小于11k;380v系統(tǒng)為單相小于7kpir-250b智能保護器所監(jiān)視的漏電電阻為當(dāng)電動機工作電壓為660v, 一相對地絕緣電阻低于(22±5)k 時拒絕啟動, 當(dāng)電動機工作電壓為380v, 一相對地絕緣電阻低于(7±2)k 時拒絕啟動;因此選10k和47k兩種可調(diào)電位器。3.2.3 其他信號系統(tǒng)必須有對各種電子保護插件的過載、短路、漏電、

22、斷相保護的動作時間、電動機綜合保護返回時間等的測試功能, 因此系統(tǒng)需提供時間信號, 除此以外, 測試模塊和有些電子插件需要直流信號。3.2.4保護器測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)硬件的主要功能是為被測插件提供測試激勵和控制信號，能夠模擬電氣保護插件的實際工作環(huán)境與工作條件，產(chǎn)生各種可控參數(shù)，人為模擬各種故障，檢測各種保護插件能否按照設(shè)計技術(shù)要求正常工作【25】。例如檢測保護插件在過載情況下，是否按照延時要求準確動作，并準確測量動作時間；在短路情況下，能否速動；在漏電情況下的漏電電阻的大小以及漏電動作時間等。然后將被測插件響應(yīng)信號采集、轉(zhuǎn)換處理后傳送給計算機進行處理。本文所開發(fā)的自動測試系統(tǒng)既能定性又能

23、定量檢測插件，確定故障點，實現(xiàn)快捷維修。同時由于采用鍵盤或屏幕菜單式輸入，由電腦自動控制，即刻打印出各類測試數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了測試系統(tǒng)的智能化。此測試系統(tǒng)的硬件組成具有以下功能模塊：a/d轉(zhuǎn)換接口模塊；d/a轉(zhuǎn)換接口模塊；數(shù)字量輸入、輸出模塊；開關(guān)量輸入、輸出模塊；定時器/計數(shù)器模塊；電壓變換模塊；電參數(shù)采集模塊；電流源模塊。智能電子插件測試系統(tǒng)硬件總體框圖如圖5 上位計算機打印機eda9011eda9017eda9050rs485總線eda9033eda9050eda9081繼電器專用箱被測插件大電流發(fā)生器測試臺信號圖3.2 保護器測試系統(tǒng)的硬件構(gòu)成3.3 測試系統(tǒng)設(shè)計目標 本課題研究的插件測試系

24、統(tǒng)的設(shè)計目標和基本功能包括：（1）自動化程度高：測試過程是由計算機進行控制的，只需人員的少量介入；（2）操作方便：能為用戶提供便于操作的界面，方便用戶對插件的測試；（3）能將所有的測試數(shù)據(jù)進行記錄，并提供用戶查看功能，便于用戶對數(shù)據(jù)進行分析和處理。測試系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成：軟件是測試系統(tǒng)的內(nèi)核，對各硬件組成進行協(xié)調(diào)和管理；硬件是軟件實現(xiàn)的載體，支撐著整個系統(tǒng)的運行。測試軟件主要完成測試碼的生成，控制測試硬件的運行，完成測試結(jié)果的處理，并為整個測試過程提供極好的交互式用戶界面【26】。測試系統(tǒng)硬件主要完成被測試插件激勵信號的提供和響應(yīng)信號的采集和轉(zhuǎn)換，這一章主要介紹測試系統(tǒng)的硬件的

25、實現(xiàn)。系統(tǒng)由測試臺、專用箱和軟件系統(tǒng)三部分組成。軟件控制測試臺經(jīng)專用箱模擬其工作環(huán)境，對綜合保護器提供相應(yīng)的電源、電壓和電流等測試信號，以完成各種測試。主要的測試項目有漏電閉鎖、過載、過壓、欠壓短路、三相不平衡等，需要對電壓、電流、電阻值、動作時間等參數(shù)進行測量，根據(jù)測試的結(jié)果來判定保護器的性能情況。3.4 測試臺測試臺可用于工作電源電壓監(jiān)測、接觸器三相同步性測試、電器耐壓絕緣測試、輸出電壓調(diào)節(jié)等；工業(yè)控制計算機通過控制箱與綜合測試臺、各種電機、大電流發(fā)生器進行連接，可以監(jiān)測電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)等相關(guān)信息，也可以進行測試起?？刂频炔僮?，同時進行測試數(shù)據(jù)的記錄，方便用戶查詢和輸出報表等。圖3.3

26、 測試臺結(jié)構(gòu)圖3.4.1 調(diào)壓系統(tǒng)系統(tǒng)采用5個單相調(diào)壓器、1個三相調(diào)壓器以及若干控制變壓器來提供電子保護插件正常工作或故障模擬情況下的電壓信號, 調(diào)壓系統(tǒng)信號見表3.1。表3.1 調(diào)壓系統(tǒng)信號信號交流電相數(shù)輸出電壓范圍/v輸出電流范圍/a相角（°）電壓輸出編號信號1一相088020a11、a12信號2二相088020a5、a6和a7、a6信號3二相04502120a17、a18和a19、a18信號4一相08802270a15、a16信號5一相08802270a13、a14信號6三相015501a1、a2、a3、a4 將各調(diào)壓器的輸出信號接到一個20芯的接插件上, 作為電子保護器插件測

27、試所將各調(diào)壓器的輸出信號接到一個20芯的接插件上, 作為電子保護器插件測試所需的交流電源,并且引出電纜線, 記為a電纜。3.4.2 智能測控模塊選擇系統(tǒng)采用的智能測控模塊為eda90系列模塊, 各模塊地址分配及功能見表3.2表3.2各模塊地址分配及功能eda模塊型號地址功能測量精度波特率901701 h電壓電流輸入0.2級9600bps9050(1)02 h數(shù)字量輸入輸出驅(qū)動9600bps9050 (2)03 h數(shù)字量輸入輸出驅(qū)動9600bps908104 h頻率與脈沖計數(shù)1 /99999600bpseda485grs232 /rs4859600bps 各智能測控模塊可以分別測出信號的電壓與電

28、流值、動作時間及漏電阻大小等。在上位計算機發(fā)出讀寫命令后, 各智能測控模塊便將測出的電壓與電流值以及動作時間和漏電阻值等送到上位機, 上位機將收到的數(shù)據(jù)在軟件界面上顯示出來, 必要時上位機可控制將讀到的數(shù)據(jù)存盤并打印輸出【27】。eda模塊提供的串行通訊接口為rs232和rs485，工業(yè)pc機的串行通訊接口為rs232。但rs232采用非平衡方式發(fā)送接收數(shù)據(jù)，傳輸距離短、抗干擾能力差、傳輸速度低，不適合工業(yè)現(xiàn)場中遠距離設(shè)備之間的通訊連接。而rs485采用平衡發(fā)送接收方式，傳輸距離遠、抗干擾能力強。因此在測試系統(tǒng)中采用了rs485接口。這樣要實現(xiàn)eda模塊和工業(yè)pc機的通訊，就必須實現(xiàn)rs232

29、/rs485信號電平的轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用的轉(zhuǎn)換器為力創(chuàng)公司的rs232/ rs485轉(zhuǎn)換器eda485g【20】。3.4.3 固定穩(wěn)壓直流信號 采用開關(guān)電源, 產(chǎn)生1路可直接提供輸出的12 v的直流電壓信號, 并通過eda9050 (1) 控制5個12 v直流電磁式繼電器, 產(chǎn)生5路12 v的可控的共地直流電壓信號,由eda9017產(chǎn)生1路電流信號; eda9081 產(chǎn)生2路計數(shù)信號, 信號發(fā)生器產(chǎn)生1路標準脈沖信號,eda9050 (2) 產(chǎn)生8路數(shù)字量輸出信號作為狀態(tài)信號和編碼信號, 再加上2路接地信號共20個信號接到一個芯的接插件上, 作為電子保護器插件測試系統(tǒng)所需的直流信號, 并且引出電

30、纜線, 記為b電纜。3.5 測試臺接口分析將測試臺的輸入輸出接口分a接口、b接口為兩中接口，a接口分析如下 表3.1測試臺a接口分析如 表3.3和表3.4所示 表3.3測試臺引腳分析引腳引腳說明輸入量輸出量開關(guān)量模擬量模擬量范圍電壓量/電流量引腳作用a1輸出量模擬量0-147v電壓量提供插件的工作電壓和電流a2輸出量模擬量0-147v電壓量提供插件的工作電壓和電流a3輸出量模擬量0-147v電壓量提供插件的工作電壓和電流a4地線輸出量模擬量0v電壓量a5輸出量模擬量0-80v電壓量用于測試斷相保護，提供較低的電壓a6地線輸出量模擬量0v電壓量a7輸出量模擬量0-80v電壓量用于測試斷相保護，提

31、供較低的電壓a8地線輸出量模擬量0v電壓量a9輸出量模擬量0-80v電壓量用于測試斷相保護，提供較低的電壓a10地線（中性線輸出量模擬量0v電壓量a11輸出量模擬量電流量提供漏電電流a12地線輸出量模擬量0v電壓量a13輸出量模擬量電流量提供漏電電流a14地線輸出量模擬量0v電壓量a15輸出量模擬量0-100v電壓量單相可調(diào)交流電壓a16地線輸出量模擬量0v電壓量a17輸入量模擬量0-20ma電流量測量漏電電流a18輸入量模擬量0-20ma電流量測量漏電電流a19監(jiān)視開關(guān)輸入量模擬量0-10v電壓量與電流量1測漏電電阻2.提供較小的電流和電壓a20地線輸出量模擬量0v電壓量表3.4測試臺b接口

32、分析引腳引腳說明輸入量輸出量開關(guān)量模擬量模擬量范圍電壓量/電流量引腳作用b1編碼輸入量開關(guān)量0/1電壓量根據(jù)編碼的不同控制開關(guān)進行保護b2編碼輸入量開關(guān)量0/1電壓量b3編碼輸入量開關(guān)量0/1電壓量b4編碼輸入量開關(guān)量0/1電壓量b5編碼輸入量開關(guān)量0/1電壓量b6輸入量開關(guān)量0/1電壓量漏電阻測量開關(guān)監(jiān)視b7輸入量開關(guān)量0/1電壓量斷相按鈕 開關(guān)監(jiān)視b8輸入量開關(guān)量0/1電壓量斷相按鈕2開關(guān)監(jiān)視b9輸入量開關(guān)量0/1電壓量實驗按鈕3開關(guān)監(jiān)視b10輸出量模擬量12v電壓量提供直流電源b11輸入量開關(guān)量0/1電壓量復(fù)位b12輸入量開關(guān)量0/1電壓量監(jiān)視計時器1工作狀態(tài)b13輸入量開關(guān)量0/1電壓

33、量監(jiān)視計時器2工作狀態(tài)b14b15b16b17輸入量開關(guān)量0/1電壓量計時器開關(guān)b18b19輸入量開關(guān)量0/1電壓量計時器開關(guān)b20地線輸出量模擬量0v電壓量3.6 大電流發(fā)生器的設(shè)計及工作原理因為很多插件需要進行過載或短路測試，而礦用高低壓防爆開關(guān)或電磁起動器的額定電流都較大，并且短路保護動作的整定值一般為額定電流的8-10倍，所以需要系統(tǒng)可以提供0-2000a的電流。可產(chǎn)生低壓大電流的變壓器俗稱大電流發(fā)生器，它是從事電力繼電保護工作人員時常用到的設(shè)備，如對繼電保護開關(guān)進行速斷、限時電流速斷臨界值的整定和校驗等。試驗的方法是先用調(diào)壓器調(diào)壓，然后由大電流發(fā)生器產(chǎn)生低壓大電流，模擬保護裝置在使用

34、中的電流【28】。圖3.4 大電流發(fā)生器電氣原理圖其中k1為dc12v中間繼電器（5a）；ka1為過電流繼電器（6a）；kmi為接觸器（40a/220v）；t為自耦調(diào)壓器（10kva）；s為升流器（10kva/2ka）；ta1為電流互感器2000a/5a；ta2為電流互感器（100a/5a），ta3為電流互感器150a/5a；sb1為停止按鈕；sb2為起動按鈕；h2電源燈；h1起動指示燈；y1、y2為02000a輸出接線銅排；y3、y4為0100a輸出接線端子；x1、x2為從控制臺引來的控制端子；y3、y4、x1、x2從航空插頭引出。圖3.5大電流發(fā)生器面板示意圖3.7 專用箱的設(shè)計 專用箱是

35、插件測試系統(tǒng)必要的組成部分，是聯(lián)系測試臺系統(tǒng)與被測插件的紐帶，主要用來具體給被測插件提供激勵信號，并把被測插件的響應(yīng)信號傳送給計算機。原則上一個插件配一個專用箱，但若同類插件所加信號相同，工作原理也基本相同，也可以共用一個專用箱。專用箱一般有幾個端子，1、來自測試臺a、b電纜線，其中a提供交流信號，b提供直流信號；2、來自大電流發(fā)生器的輸出信號，測試需要提供大電流的必須將大電流發(fā)生器的輸出與專用箱相連；3、與插件相連的端子。首先研究測試要求；其次研究插件電路及插件各管腳的作用；根據(jù)測試要求和管腳的作用，以及測試臺所提供的信號，設(shè)計出專用箱電路；制作專用箱；按照測試要求設(shè)計相應(yīng)的測試步驟，在電腦

36、上進行調(diào)試，若滿足測試要求，轉(zhuǎn)入軟件階段的設(shè)計。圖3.6專用箱電路圖4 保護器測試系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計方案插件通用自動測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要用于測試系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、資源配置、控制測試激勵的產(chǎn)生、響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集、存儲、測試結(jié)果的判斷、記錄和結(jié)果顯示、人機交互和人工干預(yù)。 系統(tǒng)通過六個eda模塊測量數(shù)據(jù)、讀取狀態(tài)、控制繼電器的閉合和關(guān)斷給專用箱提供各種信號，通過專用箱使綜合保護器正常工作，從而完成綜合保護器的測試。測試軟件還要對數(shù)據(jù)進一步處理，如電壓、電流的相互轉(zhuǎn)換等，另外還要把測量所得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)測試報告的預(yù)覽及打印等功能。4.2 保護器測試流程圖4.2.1 保護測試主流程圖

37、調(diào)整信號2輸出電壓至36v，準備向保護器供電開始測試進入測試界面測試結(jié)束選擇返回測試項目選擇測試完成否過壓保護測試過載保護測試短路保護測試欠壓保護測試斷相保護測試漏電閉鎖測試選擇保護測試項目保護測試主流程圖，如4.1主測試流程圖圖4.1主測試流程圖4.2.2 短路保護測試流程圖控制9050（2）輸出使測試臺內(nèi)p10線圈失電，常開觸點斷開p10跳閘，斷開大電流發(fā)生器電源，同時常開開關(guān)q1-2跳閘，9081停止計時記錄保護器的動作時間保存數(shù)據(jù)繼續(xù)測試否？大電流發(fā)生器復(fù)位、保護器復(fù)位返回選擇保護項目退出測試大電流發(fā)生器復(fù)位、保護器復(fù)位短路保護通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電

38、，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源通過測試臺eda9050（2）控制p10線圈得電，觸點p10閉合，進而大電流發(fā)生器k1線圈得電，觸點k閉合，按下大電流發(fā)生器sb2,km1線圈得電，km1觸點閉合，輸出電流；同時通過測試臺eda9050（2）控制線圈p12得電，測試臺的p12常開觸點閉合eda9081開始計時根據(jù)設(shè)定的短路電流動作值調(diào)整大電流發(fā)生器的輸出電流，得到所需電流調(diào)節(jié)信號2使電壓達到交流36v通過保護器引腳1和引腳2給保護器提供36v的交流電源設(shè)定短路保護的動作電流值觀察1s內(nèi)短路保護是否動作短路保護測試流程圖，如圖4.2

39、所示圖4.2短路保護測試流程圖4.2.3 欠壓保護測試流程圖欠壓保護測試流程圖，如圖4.3所示調(diào)節(jié)信號2使電壓達到交流36v通過保護器引腳1和引腳2給保護器提供36v的交流電源通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源設(shè)定過壓保護的動作電壓值設(shè)置保護器參數(shù)，調(diào)節(jié)信號2使輸出電壓為相應(yīng)欠壓值通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源，發(fā)出過壓信號；線圈q得電，觸點q1-2

40、閉合，同時測試臺通過eda9050（2）模塊輸出使線圈p12的點，p12觸點閉合，通過引腳b17接通故障計時回路f0，eda9081模塊開始計時8s內(nèi)是否跳閘？線圈q失電，開關(guān)q1-4閉合，故障動作燈亮；開關(guān)q1-2斷開，f0線路斷開，跳閘延遲計時結(jié)束測試臺發(fā)出信號切斷電路保存數(shù)據(jù)繼續(xù)測試否？測試臺復(fù)位、保護器復(fù)位退出測試測試臺復(fù)位、保護器復(fù)位返回選擇保護項目欠壓保護調(diào)節(jié)信號2使電壓達到交流36v通過保護器引腳1和引腳2給保護器提供36v的交流電源通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器

41、接通電源設(shè)定過壓保護的動作電壓值設(shè)置保護器參數(shù)，調(diào)節(jié)信號2使輸出電壓為相應(yīng)欠壓值通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源，發(fā)出過壓信號；線圈q得電，觸點q1-2閉合，同時測試臺通過eda9050（2）模塊輸出使線圈p12的點，p12觸點閉合，通過引腳b17接通故障計時回路f0，eda9081模塊開始計時8s內(nèi)是否跳閘？線圈q失電，開關(guān)q1-4閉合，故障動作燈亮；開關(guān)q1-2斷開，f0線路斷開，跳閘延遲計時結(jié)束測試臺發(fā)出信號切斷電路保存數(shù)據(jù)繼續(xù)測試否？測試臺復(fù)位、保護器復(fù)位退出測試

42、測試臺復(fù)位、保護器復(fù)位返回選擇保護項目欠壓保護圖4.3欠壓保護測試流程圖4.2.4 過載保護測試流程圖過載保護測試流程圖，如圖4.4所示過載保護調(diào)節(jié)信號2使電壓達到交流36v通過保護器引腳1和引腳2給保護器提供36v的交流電源通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源選擇過載額定電流的倍數(shù)和延時時間調(diào)節(jié)大電流發(fā)生器至過載電流倍數(shù)所需電流通過測試臺eda9050（2）控制p10線圈得電，觸點p10閉合，進而大電流發(fā)生器k1線圈得電，觸點k閉合，按下大電流發(fā)生器sb2,km1線圈得電，

43、km1觸點閉合，輸出電流；同時通過測試臺eda9050（2）控制線圈p12得電，測試臺的p12常開觸點閉合eda9081開始計時設(shè)定時間范圍內(nèi)是否跳閘記錄保護器的動作時間保存數(shù)據(jù)控制9050（2）輸出使測試臺內(nèi)p10線圈失電，常開觸點斷開p10跳閘，斷開大電流發(fā)生器電源，同時常開開關(guān)q1-2跳閘，9081停止計時大電流發(fā)生器復(fù)位、保護器復(fù)位繼續(xù)測試否？退出測試返回選擇保護項目大電流發(fā)生器復(fù)位、保護器復(fù)位圖4.4過載保護測試流程圖4.2.5 過壓保護測試流程圖過壓保護測試流程圖，如圖4.5所示過壓保護調(diào)節(jié)信號2使電壓達到交流36v通過保護器引腳1和引腳2給保護器提供36v的交流電源通過計算機ed

44、a9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源設(shè)定過壓保護的動作電壓值設(shè)置保護器參數(shù)，調(diào)節(jié)信號2使輸出電壓為相應(yīng)過壓值通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源，發(fā)出過壓信號；線圈q得電，觸點q1-2閉合，同時測試臺通過eda9050（2）模塊輸出使線圈p12的點，p12觸點閉合，通過引腳b17接通故障計時回路f0，eda9081模塊開始計時2s內(nèi)是否跳閘？線圈q失電，開關(guān)q1-4閉合，

45、故障動作燈亮；開關(guān)q1-2斷開，f0線路斷開，跳閘延遲計時結(jié)束測試臺發(fā)出信號切斷電路保存數(shù)據(jù)繼續(xù)測試否？測試臺復(fù)位、保護器復(fù)位退出測試測試臺復(fù)位、保護器復(fù)位返回選擇保護項目圖4.5過壓保護測試流程圖4.2.6 漏電閉鎖保護測試流程圖漏電閉鎖測試流程圖，如圖4.6所示漏電閉鎖調(diào)節(jié)專用箱變阻器至動作燈亮 保存漏電閉鎖電阻值停止調(diào)節(jié)專用箱變阻器，通過計算機控制eda9050（2）使p7線圈得電，常開開觸點p7閉合，專用箱p1線圈得電，進而常開觸點p1-1、p1-3閉合，常閉觸點p1-2、p1-4斷開通過計算機eda9050（1）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p

46、2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護器接通電源通過a19把專用箱電流送到eda9017測得電流值，進而測得漏電閉鎖電阻值使測試臺p7線圈失電，測試臺常開觸點p7斷開增大變阻器的組織，使故障燈滅保存數(shù)據(jù)停止調(diào)節(jié)專用箱變阻器，通過計算機控制eda9050（2）使p7線圈得電，常開開觸點p7閉合，專用箱p1線圈得電，進而常開觸點p1-1、p1-3閉合，常閉觸點p1-2、p1-4斷開通過a19把專用箱電流送到eda9017測得電流值，進而測得解鎖電阻值繼續(xù)測試否？測試臺信號源、保護器復(fù)位返回選擇保護項目目退出測試測試臺信號源、保護器復(fù)位整定漏電閉鎖值和解鎖圖4.6漏電閉鎖保護測試流程圖4.2.

47、7 斷相保護測試流程圖斷相保護試流程圖，如圖4.7所示斷相保護通過測試臺eda9050（2）控制p10線圈得電，觸點p10閉合，進而大電流發(fā)生器k1線圈得電，觸點k閉合，按下大電流發(fā)生器sb2,km1線圈得電，km1觸點閉合，輸出電流；同時通過測試臺eda9050（2）控制線圈p12得電，測試臺的p12常開觸點閉合eda9081開始計時記錄保護器的動作時間保存數(shù)據(jù)控制9050（2）輸出使測試臺內(nèi)p10線圈失電，常開觸點斷開p10跳閘，斷開大電流發(fā)生器電源，同時常開開關(guān)q1-2跳閘，9081停止計時從大電流發(fā)生器引出一相或兩項電纜穿過保護器的空心互感器斷相保護的動作值通過計算機eda9050（1

48、）使測試臺的p8和p5線圈得電，常開觸點 p8和p5閉合，進而使專用箱的p2線圈得點，常開觸點p2-1閉合同時 ，保護保護器接通電源觀察1s內(nèi)斷相保護是否動作返回保護測試項目選擇界面調(diào)節(jié)信號2使電壓達到交流36v通過保護器引腳1和引腳2給保護器提供36v的交流電源繼續(xù)測試否？大電流發(fā)生器復(fù)位、保護器復(fù)位退出測試大電流發(fā)生器復(fù)位、保護器復(fù)位圖4.7斷相保護測試流程圖5結(jié)論礦用電子保護插件既是煤礦機電設(shè)備中的重要組成部分，又是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證。現(xiàn)在任何一個現(xiàn)代化生產(chǎn)礦井中都使用著多種不同類型的電子保護插件。因此研制礦用智能電子保護插件測試系統(tǒng)有著迫切的社會需要與可觀經(jīng)濟效益。本文針對pir-

49、250b智能保護器測試系統(tǒng)設(shè)計。文中根據(jù)pir-250b智能保護器外圍電路圖分析了保護器各引腳功能及保護器的工作原理。根據(jù)保護器的引腳功能和工作原理，然后結(jié)合中北大學(xué)研發(fā)的測試平臺，設(shè)計了pir-250b智能保護器的專用箱。同時也對保護器的漏電電閉鎖保護、三相不平衡保護、過壓保護、欠壓保護、短路保護、過載保護設(shè)計了相應(yīng)的測試流程圖。本測試系統(tǒng)為測試保護器提供了很大的方便，節(jié)省了很多人力物力，提高了測試精度。本文的設(shè)計中尚存在一些不足之處，望各位老師批評指正。附錄a 系統(tǒng)電路圖附錄b pir-250b專用箱路圖參考文獻1王公強,淺談煤礦井下電氣設(shè)備的安全與保護2田偉.試論礦井安全供電 山西省大同市同煤集團，2009.103仇士弼、許博毛、郢孜，煤礦井下供電現(xiàn)狀4謝振東、矯書華、李食順. 淺析煤礦井下供電系統(tǒng)漏電的原因及預(yù)防措施雞西礦業(yè)集團東海礦5applied protective relaying westin