成果簡介：

礦用電磁起動器智能保護裝置以plc為核心控制器，該保護裝置運用相敏保護方法，克服了傳統電流幅值保護方法將大電流電機啟動誤判為短路故障的缺點，提高了短路故障保護的可靠性。運用電流反時限特性過載保護方法，解決了干擾瞬時過載的誤判問題。運用附加直流與零序功率方向角相結合的漏電保護方法，實現了漏電的可靠保護。系統硬件采用兩級互感電路，方便保護裝置硬件的系列化設計，運用hd2400l文本顯示器作為人機界面，并通過rs485總線與plc進行通訊，實現了保護參數的靈活設置和運行狀態實時顯示。通過搭建實驗平臺測試分析，實驗結果表明：該智能保護裝置實現了電磁起動器的短路、過載、斷相、三相不平衡、漏電、欠壓和過壓等故障的實時可靠保護。

成果內容提要：

主要觀點：

目前，礦井仍比較廣泛使用傳統的電磁起動器保護系統，其性能已經不能滿足日益復雜的礦井供電系統的高可靠性、高安全性的要求，嚴重影響了礦井的安全生產。為了解決傳統礦用電磁起動器保護系統主外圍硬件電路結構較為復雜、安裝調試相對困難、可靠性和動作準確性較低的問題。研發一種以可編程控制器lm3108k作為核心控制器的礦用電磁起動器智能保護裝置，不僅可以簡化保護系統外圍電路設計，而且可以提高保護系統的可靠性，對降低電氣設備引起的瓦斯爆炸事故發生和提高礦用機電設備中電機的使用壽命具有重要意義。

智能保護系統通過兩級三相交流電壓互感器、三相交流電流互感器、零序電流互感器和零序電壓互感器等硬件對電磁起動器供電線路的三相電流、三相電壓、零序電壓和零序電流等信號進行變換。然后，運用plc核心控制器lm3108k內部的三相交流電壓、三相交流電流、零序電壓和零序電流等信號采集與處理模塊計算三相交流電壓有效值、三相交流電流有效值、功率因數和零序功率方向角等參數，從而根據以上計算參數對短路、過載、三相不平衡、漏電、欠壓和過壓等故障進行判斷，并通過液晶顯示實時顯示參數和運行狀態。系統可以通過按鍵和菜單進行故障報警參數的設置，一旦檢測到以上故障，plc控制電磁起動器進行斷閘保護。

關鍵技術：

相敏短路保護技術、電流反延時過載保護技術、三相交流信號處理技術和漏電檢測技術等。

主要技術指標：

（1）電流最大相對誤差為2%；

（2）電壓最大相對誤差為2%；

（3）功率因數最大相對誤差為2%；

（4）保護供電線路額定電壓380v/660v/1140v/3300v；

（5）保護系統額定電流最大為1000a。

系統先進性及科學性：

本系統利用可編程控制器lm3108k為核心控制器，其可以直接對三相交流電壓、三相交流電流、零序電壓和零序電流等交流信號進行直接采集，并且內部具有交流電壓和交流電流有效值，零序功率方向角和功率因數等復雜參數計算模塊，從而簡化了保護系統的硬件電路設計和降低了軟件開發難度。系統采用相敏保護方法進行短路保護，克服了傳統電流幅值保護方法中大電流電機起動誤判為短路故障的缺點，提高了短路故障保護的可靠性。系統采用電流反時限特性方法進行過載保護，避免干擾瞬時過載的誤判斷保護。系統采用兩級互感電路，對于不同等級的電壓和電流的電磁起動器，只需更換一級互感器，方便了保護裝置硬件的系列化設計，并且可以通過菜單靈活設置保護參數，使該保護裝置可以滿足不同的工況條件。

創新點：

（1）采用型號為lm3108k的plc作為核心控制器，利用其內部自帶的三相交流電流、三相交流電壓、零序電壓和零序電流等算法模塊，可以較大地降低保護軟件開發難度、開發周期和提高系統的可靠性。

（2）系統對短路保護采用相敏保護方法，克服了傳統電流幅值保護方法中大電流電機起動誤判為短路故障的缺點，提高了短路故障保護的可靠性。

（3）過載保護采用電流的反時限特性來實現，避免干擾瞬時過載的誤判斷保護。

（4）采用兩級互感電路，對于不同等級的電壓和電流的電磁起動器，只需更換一級互感器，方便了保護裝置硬件的系列化設計，并且可以通過菜單靈活設置保護參數，使該保護裝置可以滿足不同的工況條件。

實踐意義：

當前，我國仍是一個以煤炭為主要能源的國家，產煤量約占全世界總產量的三分之一。對于每一個礦井而言，電磁起動器是必用的礦用機電設備的起停控制開關，其內部的智能保護系統對礦用機電設備供電線路的短路、過載、漏電等故障進行智能保護，可以有效地降低電氣設備引起的瓦斯爆炸事故發生和提高礦用機電設備中電機的使用壽命，對確保煤礦安全生產和提高煤礦經濟效益具有重要意義，經濟效益顯著，具有廣闊的市場前景。

社會反映（成果應用或采納情況、書評情況、成果引用或轉載情況等須附相關材料復印件）：

已發表論文4篇（其中2篇被ei收錄，2篇發表于核心期刊）

已獲批實用新型專利2項

榮獲第十屆西安高新“挑戰杯”陜西省大學生課外學術科技作品競賽二等獎

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