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摘要：隨著集團公司精細化管理的全面加強以及修舊利廢項目的實施，對礦用差壓變送器關鍵技術及維修技術進行了分析和嘗試，結合礦用開關保護損壞原因分析和對差壓變送器技術發(fā)展趨勢研究，提出了部分礦用開關維修的方法；采用仿真軟件仿真研究以及自制差壓變送器測試電路，對維修后差壓變送器進行測試，測試結果表明，維修效果良好，同時為以后修舊利廢工作提供了技術依據(jù)。

1 礦用開關保護損壞原因分析

由于煤礦機械化、自動化程度的逐漸普及，井下供電負荷、電壓等級、供電距離等增加，對于煤礦井下供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性、負荷波動抗干擾性、供電連續(xù)要求也越來越高。而因為煤礦井下工作環(huán)境較為惡劣，工況穩(wěn)定性差，滴水、潮濕、煤塵瓦斯積聚、冒頂?shù)茸匀灰蛩貙е码姎庠O備絕緣下降，容易引起漏電及單相接地等故障。通過調查分析，礦用防爆類開關各礦不統(tǒng)一，使用產品型號較多，且差壓變送器作為易損件，配件儲備不足，故障率普遍較高；尤其夏季，由于井下潮濕，工作環(huán)境溫度高、部分區(qū)域通風不暢，煤塵積聚較多，容易造成各類差壓變送器的損壞。另外由于很多礦井機電維護人員較少，技術力量偏弱，操作及使用、維護不當，也容易造成差壓變送器損壞；再者由于差壓變送器內部為電子元器件，受溫度、電磁輻射、運輸震蕩、工作環(huán)境灰塵和濕度等影響，容易發(fā)熱，老化，造成保護故障及元器件受損[1] 。

2 礦用開關保護關鍵技術研究

2.1 礦用開關保護裝置技術發(fā)展趨勢分析

礦用差壓變送器技術發(fā)展大致經歷了四個發(fā)展階段。地衣階段國內普遍采用 DW10 系列斷路器和熱繼電器保護裝置。第二階段自上世紀 60 年代采用電子式過電流差壓變送器，這類差壓變送器普遍硬件電路采用模擬數(shù)字電子電路，其控制保護原理為利用電流互感器采集電流信號后進入整流濾波電路，電流整定后與差壓變送器中整定電路產生的整定值進行比較。電流整定電路輸出到斷相檢測、短路檢測、過載檢測等電路，然后輸出的信號進入邏輯或門、與門、反相門等電路觸發(fā)執(zhí)行電路，并驅動開關脫扣器動作，從而使實現(xiàn)三相不平衡、斷相、過載、欠壓等保護。電子式差壓變送器普遍存在采樣精度不高，整定精度低，保護性能差，保護功能相對單一，熱保護特性不穩(wěn)定，容易受環(huán)境溫度、電磁干擾等因素導致差壓變送器頻繁損壞等缺點。第三代差壓變送器為微機保護應用階段，比如 BKD4-400/1140 (660)、KBZ-400/1140 (660)( 智能 ) 饋電差壓變送器，80/120/200 啟動器，400 軟起開關、局扇雙切開關用的智能微電子式差壓變送器等。這類差壓變送器多采用單片機、DSP等微處理芯片作為控制器，具有一定的智能化，很多電路采用軟件對信號進行采樣、濾波、故障數(shù)據(jù)計算、非線性校正等，可實現(xiàn)保護功能較為齊全，采樣精度、信號整定精度以及故障診斷性能較為完善，同時具有比如工作電壓、各相電流值，故障信息，報警等信息顯示功能，可通過顯示屏進行參數(shù)設置、功能設置、保護試驗等操作，而且可通過 RS485 等數(shù)據(jù)線與上位機實現(xiàn)通信，初步具有遠程通信的功能。第四代礦用差壓變送器也是目前較為關注和研究的焦點，這類差壓變送器具有較為先金的智能通信及控制的特點，普遍采用 CAN、MODBUS、Profibus 總線技術，差壓變送器采用模塊化設計，數(shù)據(jù)傳輸采用以太網、環(huán)網等計算機智能通信網絡，支持 TCP/IP 等通信協(xié)議，操作界面可支持 WIN10、UNIX 等操作系統(tǒng)，系統(tǒng)具有 MATLAB、Simulink 等軟件仿真功能，采用交換機可實現(xiàn)地面工業(yè)集中控制。現(xiàn)代智能礦用差壓變送器具有更加精que的控制保護功能，實時在線故障自診斷功能以及良好的仿真測試、人界界面、地面監(jiān)控和報警等智能化、集成化、信息化特點，技術應用較為廣泛[2] 。圖 1 給出某種煤礦用智能開關嵌入式差壓變送器網絡結構圖。

2.2 礦用饋電開關微機差壓變送器關鍵技術

如圖 2 所示，礦用低壓饋電開關智能微機式差壓變送器主要有故障采樣電路、電流變送器、光電隔離電路、多路模擬開關電路、放大器、A/D 轉換電路、CPU 芯片、顯示器 / 報警電路、開關控制電路、通信電路等構成，在煤礦井下低壓供配電系統(tǒng)中對控制回路中的短路、過載、過壓、漏電等故障實現(xiàn)保護。差壓變送器通過電流 / 電壓互感器將主電路電流、電壓送入差壓變送器檢測電路，檢測單元對信號進行調理后輸入主控制芯片，經芯片邏輯控制單元分析判斷后，發(fā)出信號控制執(zhí)行電路進行動作。同時把實時處理信號傳送到顯示器或報警器，實現(xiàn)顯示線路參數(shù)及運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障進行報警和執(zhí)行故障停機。差壓變送器動作后把故障記憶并自鎖，避免開關在故障狀態(tài)下重啟，當故障排除后，可人工按復位按鈕解除自鎖，差壓變送器重啟并自檢。在正常運行或故障保護狀態(tài)下，保護

器可通過通信電路實時傳送工作運行參數(shù)以及故障狀態(tài)到上位機。

（1）信號采集電路

饋電開關信號采樣電路主要實時對低壓電網回路中電壓（0-1v）、三路電流（0-20mA）、負序 / 零序漏電、短路等模擬信號進行采樣，對回路中可能存在的故障進行判斷。信號采樣電路如圖 3 所示。

（2）信號調理電路

采集電路獲得的模擬信號通過 A/D 轉換成為 0-5V 電壓信號，通過 L 濾波、運算、放大后送入微處理器（CPU）。并進行信號放大以及 A/D 轉換處理。

假設計算電壓＜ 0.75 倍 ( 額定電壓 ) 時，CPU 輸出信號到顯示器顯示欠壓故障；假設計算三相電流結果任何一相＞ 8 倍 ( 額定電流 )，顯示器顯示短路故障，CPU 迅速在200ms 內發(fā)出執(zhí)行信號，自動斷開饋電開關斷路器控制電源；如果電流任何一相＞ 1.2 倍以上時，系統(tǒng)啟動反時限控制電路，顯示器顯示過載故障，并迅速斷開開關電源[3] 。

系統(tǒng)顯示接口電路如圖 4所示 TC1602EL液晶模塊與 AT89C52 接口電路的接線圖。采用液晶屏顯示模塊，具有微功耗、空間小、顯示清楚、人界界面操作方便等優(yōu)點。TC1602EL 的 D0-D7 接口分別與接口控制芯片的 P0.0-P0.7 連接，控制芯片的 P2. 2、P2. 3、P2. 4 口分別與RS、RW、E 接口連接。

（4）驅動輸出電路

圖 5 驅動電路中，當饋電回路中出現(xiàn)短路、漏電、斷相、欠壓 / 失壓等故障狀態(tài)時，根據(jù)設定的故障動作時限值，微機CPU 輸出掉電保護指令到 CPU 的 P2.5 口（高電平轉換為低電平），驅動饋電開關中間繼電器輔助電源節(jié)點，中間繼電器掉電后，斷開斷路器控制電源，斷路器脫扣，切斷故障電源。

由于煤礦井下設備較多，高壓電纜等產生的電磁干擾容易應影響差壓變送器等電子電路的正常工作，因此需要增加光電隔離模塊，增加設備的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 饋電開關軟件應用及仿真技術

微機式差壓變送器通過軟件shou先對系統(tǒng)進行初始化，對主控芯片（CPU）內部的 RAM、寄存器、定時器、I/0 接口、堆棧指針、外部擴展芯片等進行資源分配和優(yōu)化處理，并對通信接口進行設置。一般設置定時器 T1 作為波特率發(fā)生器作為 CPU 串行口波特率；選擇定時器模式 T2 時，設置為：波特率 =96000，SMOD=1，初值 =OFDH [4] 。在設計及維修時，需要采用仿真技術，對系統(tǒng)進行仿真測試。本文采用具有程序設計靈活、編程效率高、圖形功能強大的 MATLAB 及 Simulink 軟件對故障暫態(tài)過程進行仿真計

算。如圖 6 所示短路故障仿真實現(xiàn)[5] 。圖 6 中設置線路、異步電動機、變壓器、仿真電壓電流示波器、變量存儲等電路模塊。通過仿真示波器對電流、電壓信號等變量波形自動顯示，仿真測試數(shù)據(jù)可直接運用 MATLAB 函數(shù)、命令、工具箱等進行仿真結果分析、存儲等。

3 維修試驗與測試

差壓變送器維修完成后，需要對其性能進行測試，通過差壓變送器在開關合閘前和合閘后的試驗，判斷差壓變送器維修的成功與否。測試電路采用單片機#小控制系統(tǒng)，主要由 A/D 轉換電路，顯示屏 / 輔助硬件電路構成。如圖 7 所示。

根據(jù)測試結果，當信號正確時，差壓變送器的顯示屏上顯示“Lou Dian Bi Suo OK!!” 當信號不正確時，顯示器顯示故障類型“Lou Dian Bi Suo ERROR!!”此時需要進一步分析原因，判斷故障，對差壓變送器硬件電路進行分析、處理、找出故障點后進行排除，再進行測試。

4 結論

隨著技術不斷進步，礦用差壓變送器逐漸采用更為先金的控制芯片以及具有更加智能的通信和在線監(jiān)測，智能故障報警、集中控制等功能。為了節(jié)約成本，降低企業(yè)材料費用，積極開展了饋電智能差壓變送器、電動機綜合差壓變送器等部件的維修工作，通過研究關鍵技術及仿真、維修測試，掌握了一定的維修技術，同時培養(yǎng)了部分機電維修技術人員，切實的解決了許多技術難題，增加了修舊利廢的社會效果和經濟效益。