摘要：针对阳煤集团寿阳景福煤业有限公司罕山选煤厂漏电保护系统存在的故障信号检测困难的问题，设计了基于STM32微控制器的选煤厂漏电保护系统。重点介绍了漏电保护系统软硬件设计并完成系统动作特性、动作时间试验测试。测试结果表明，采用STM32微控制器方案的选煤厂漏电保护系统满足设计要求，提升了选煤厂配电系统的安全性和智能化水平。
关键词：选煤厂;漏电保护;STM32微控制器;设计与试验;
Abstract：Aiming at the difficulty of fault signal detection of earth leakage protection system in Hanshan Coal Preparation Plant of Shouyang Jingfu Coal Industry Co., Ltd., the paper introduces an earth leakage protection system based on STM 32 micro-controller, including its software and hardware design and experimental testing of operating characteristic and time, whose testing results show that the scheme can meet the design requirements and improve the safety and intelligentization of power distribution system in coal preparation plant.
Keyword：coal preparation plant; earth leakage protection; STM 32 micro-controller; design and experiment;
选煤厂配电系统采用AC 660V供电后，以三相对称电力低压负荷为主，一般采用电阻接地系统，并分散设置干式660/380/220V照明变压器。选煤厂低压配电以主厂房为中心，主变电所设在主厂房内，在原煤系统、浓缩车间、装车仓及压滤车间等处还设有车间变电所或配电室[1,2]。罕山选煤厂实际运行过程中，漏电保护系统存在故障信号检测困难的问题，无法满足安全生产要求。因此，优化选煤厂漏电保护系统很有必要。采用STM32微控制器技术，能够为选煤厂漏电保护系统的高效、智能化运行带来便利，达到漏电保护系统智能、安全运行的目的。本文详细介绍了系统设计并通过试验测试验证了设计的漏电保护系统的适用性和正确性，对提升选煤厂运行安全系数和运行效率具有重要意义。
1 系统功能
1）漏电保护功能，包括漏电故障检测、人身触电保护、接地选线、绝缘参数自测以及漏电保护自适应等。
2）通信功能，能实现故障信号的上传和下传，并能为选煤厂集中控制系统及时提供故障信息。
3）测量显示与人机接口功能，采用数码管和打印机等可显示故障支路、故障时间、故障动作状态以及各相对地电压、故障动作状态记忆、追忆等功能。
4）自检功能，具有开机自检和键盘自检的功能。漏电保护系统如图1所示，采用主、分控制模式，以CAN总线通信实现主机与分机间的数据传送[3]。该系统采用主、分二级漏电保护装置组成，主厂房漏电保护装置设为主机，每个低压配电子系统（如准备车间配电室、浮选车间配电室、浓缩车间配电室、装车站配电室以及筛分破碎车间变电所等）漏电保护装置均设置为分机。
图1 选煤厂漏电保护系统框
2 系统组成
选煤厂漏电保护系统流程如图2所示，由数据采集系统、微控制器处理系统、装置输出系统、傍路接地系统以及通信系统五部分组成。
图2 选煤厂漏电保护系统流程
（1）数据采集系统：装置所需的零序电压u01、u02、u03，各段母线对地电压ua1～uc1、ua2～uc2,ua3～uc3，零序电流i0～i64信号分别取自各条母线零序电压互感器的开口三角、三相电压互感器的二次侧以及各条出线上的零序电流互感器二次侧[4]。零序电流输入信号经输入电路、滤波与保护电路、多路开关、采样保持电路处理后其输出送入模数转换器A/D，将模拟量转化为数字量后送给装置的CPU进行处理。而取自零序电压互感器开口三角的零序电压等信号则首先进入电流型电压互感器，变换成微机装置所需的电压值。
（2）微控制器处理系统：采用STM32F107VCT6微控制器，并配以合适的外围电路，来实现多种功能，是漏电保护系统的核心[5,6]。该微控制器采用Intel高可靠性、低功耗的CHMOS工艺制造，满足漏电保护系统要求。
（3）输出系统：可实现键盘、显示、打印以及报警功能；采用八段LED共阴极发光二极管显示器并选用了一台智能点阵式串行击打式打印机。
（4）旁路接地系统：旁路接地电路由固态继电器和集电极开路输出的六组反相驱动器等器件组成，在配电室的三条母线上各接一路，并分别接至单片机系统的PB0-PB7和PC0。
（5）通信系统：采用CAN2.0B通信协议实现主机与分机间的数据传送。
3 软件设计
选煤厂漏电保护系统软件设计基于Keil软件平台，采用C语言加MCS-51汇编语言混合编程实现。根据系统设计以及需完成的功能，漏电保护系统软件模块流程如图3所示，依次调用初始化及自检模块、主控制模块、电压数据采集处理模块、绝缘参数测量模块、接地分流模块、故障线路判断模块、显示报警打印模块、键盘接收中断模块，完成漏电保护功能。
图3 选煤厂漏电保护系统软件模块流程
4 试验测试
4.1 动作特性测试
选煤厂漏电保护系统动作特性测试接线如图4所示。零序电压U0取自中性点，调压器输出接到可调电阻器W1，用来模拟零序电流。A相接一个1KΩ的电阻，用来模拟单相接地。另外，分别在模拟线路的三相上接固态继电器和旁路接地电阻，模拟接地分流电路。根据选煤厂的实际情况，将零序电流整定到400 m A，调节调压器和W1的值，得到设置的零序I0值。先调节I0大于零序电流整定值，然后调节I0小于零序电流整定值，并依次把模拟零序电流与装置各路零序电流采集口连接，再把模拟零序电压依次与装置各段母线零序电压入口连接。按下按钮T，模拟漏电故障，得出以下试验结果：当I0大于零序电流整定值时，装置均能准确、可靠地动作；当I0小于零序电流整定值时，装置均不动作。
4.2 动作时间测试
选煤厂漏电保护系统动作时间测试试验接线如图4所示。零序电流调整到动作值，按下按钮T，直到装置发出傍路接地的报警声，测得的时间为装置的傍路接地时间。从傍路接地的报警声结束，到装置发出故障线路的报警声，测得的时间称为装置的接地选线时间。
图4 动作特性测试试验
设计的选煤厂漏电保护系统动作时间测试结果如表1所示，旁路接地动作时间和接地选线时间测量值均小于理论值，满足漏电保护系统设计要求。
表1 动作时间试验结果
5 结语
以STM32微控制器为核心的漏电保护系统实现了选煤厂漏电保护系统主机、分机控制，并经CAN总线通信实现了数据传送。基于STM32微控制器的选煤厂漏电保护系统针对阳煤集团寿阳景福煤业有限公司罕山选煤厂漏电保护系统存在的故障信号检测困难的问题进行设计并在该选煤厂完成漏电系统动作特性测试和动作时间测试。测试结果表明，系统满足设计要求，提升了漏电保护系统的智能化水平，有助于提升选煤厂运行的安全性和效率。
参考文献
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