基于fpga的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和繼保設備模塊；數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器和電流互感器，數(shù)據(jù)采集模塊中將故障信號接收送入數(shù)據(jù)處理模塊中A/D模塊處理；數(shù)據(jù)通信模塊包括用于串口通信的RS485總線和RS232總線，數(shù)據(jù)通信模塊中總線是對采集模塊和處理模塊以及處理模塊和繼保模塊進行連接；數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D模塊、FPGA、SDRAM、上位機以及鍵盤，A/D模塊與FPGA處理芯片相連，F(xiàn)PGA與上位機之間連接傳輸數(shù)據(jù)，SDRAM是與FPGA連接的外圍電路，鍵盤與上位機連接。采用EP2C8QF208系列的FPGA芯片作為微處理器，大大簡化了保護裝置的硬件結(jié)構(gòu)，提高了保護裝置的可靠性、靈敏性、速動性。
【專利說明】
基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及煤礦安全和智能化繼電保護技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著煤礦采掘深度的不斷增加和開采規(guī)模的不斷擴大，礦井的電網(wǎng)系統(tǒng)變得越來越復雜，當前井下低壓電網(wǎng)微機保護存在問題，主要包括對稱性短路、非對稱性短路以及過載故障，這些都會造成煤礦生產(chǎn)中斷、人員傷亡巨大損失，嚴重制約著礦井產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的提尚。
[0003]為了保證電力系統(tǒng)的運行與維護，減少誤操作和經(jīng)濟損失，同時保障工作人員的生命安全的需要，本實用新型公開了一種更加安全、可靠、智能的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，將時序鑒別、相敏檢測等原理應用于井下低壓電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)中，采用EP2C8QF208系列的FPGA芯片作為微處理器，用FPGA做高速平臺，并對傳統(tǒng)保護系統(tǒng)做了必要改進，大大簡化了保護裝置的硬件結(jié)構(gòu)，提高了保護裝置的可靠性、靈敏性、速動性，最大程度避免了生命安全和財產(chǎn)的損失。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型目的是提供一種基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，已解決現(xiàn)有技術(shù)可靠性和安全性上的難題。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案為:基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于包括:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和繼保設備模塊；數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器和電流互感器，電壓互感器作用是采集電壓信號，電流互感器作用是采集電流信號，數(shù)據(jù)采集模塊中將故障信號接收送入數(shù)據(jù)處理模塊中A/D模塊處理;數(shù)據(jù)通信模塊包括用于串口通信的RS485總線和RS232總線，數(shù)據(jù)通信模塊中總線是對采集模塊和處理模塊以及處理模塊和繼保模塊進行連接；數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D模塊、FPGA、SDRAM、上位機以及鍵盤，A/D模塊是16位AD模塊，其與FPGA處理芯片相連，F(xiàn)PGA與上位機之間連接傳輸數(shù)據(jù)，上位機是對FPGA傳來數(shù)據(jù)進行分析處理，SDRAM是與FPGA連接的外圍電路，鍵盤與上位機連接，進行操作程序的輸入，數(shù)據(jù)處理模塊中FPGA處理的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換為模擬信號送入繼保設備中跳合閘處理模塊;繼保設備模塊包括LCD顯示屏和跳合閘處理模塊；當相應的處理程序輸入后傳輸至跳合閘處理模塊進行跳合閘處理的同時LCD顯示屏顯示處理結(jié)果，這樣就完成了故障處理。
[0006]所述的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器和電流互感器；電壓互感器作用是采集電壓信號，其型號為JSGW-0.5，電流互感器作用是米集電流?目號，其型號為MSQ-60。
[0007]所述的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)通信模塊包括用于串口通信的RS485總線和RS232總線;RS485總線實現(xiàn)A/D模塊和FPGA的連接，實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的傳輸;RS232總線實現(xiàn)上位機和FPGA之間的連接，完成人機數(shù)據(jù)的傳送。
[0008]所述的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D模塊、FPGA、SDRAM、上位機以及鍵盤;A/D模塊是16位AD模塊，與FPGA處理芯片連接，F(xiàn)PGA作為微處理器，選用型號為EP2C8QF208系列，這款芯片適合用于系統(tǒng)控制和通信領(lǐng)域;SDRAM用于存儲大量數(shù)據(jù)信息，上位機是建立軟件與FPGA之間聯(lián)系模塊;鍵盤用于處理程序的輸入。
[0009]所述的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于:繼保設備模塊包括IXD顯示屏和跳合閘處理模塊;LCD顯示屏是用于實時數(shù)據(jù)顯示觀察;跳合閘處理模塊是經(jīng)FPGA處理后的新的數(shù)據(jù)輸出進行跳合閘操作，經(jīng)過一系列動作后可解決礦井電力故障，使礦井電網(wǎng)得到保護。
[0010]本實用新型采用電壓互感器和電流互感器將發(fā)生故障的電壓電流信號接收下來，然后傳輸給A/D模塊處理后通過RS485總線送入FPGA中，完成信號離散量化，F(xiàn)PGA將傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)RS232總線送入上位機進行分析處理，SDRAM用于存儲大量數(shù)據(jù)信息，當電壓電流信號出現(xiàn)異常時，電網(wǎng)發(fā)生故障，工作人員通過鍵盤操作將處理的模擬信號送入跳合閘處理模塊進行跳合閘動作，使礦井故障電壓電流信號得到快速有效處理，此處LCD顯示屏是用于實時數(shù)據(jù)顯示觀察，這樣就可經(jīng)一系列動作后解決礦井電力故障，從而使礦井電網(wǎng)系統(tǒng)得到很好綜合保護，最大程度避免生命危害和財產(chǎn)損失。
[0011]本實用新型的優(yōu)點是:本實用新型的電路簡單可靠、數(shù)據(jù)傳輸可靠、操作簡單、安全價值高、便于維護等許多優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖
【具體實施方式】
[0013]結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和繼保設備模塊，其特征在于:數(shù)據(jù)采集模塊中的電壓互感器
(I)和電流互感器(2)將發(fā)生故障的電壓電流信號接收下來，然后傳輸給A/D模塊(3)處理后通過RS485總線(4)送入FPGA(5)中，完成信號離散量化，F(xiàn)PGA(5)將傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)RS232總線
(7)送入上位機(6)進行分析處理，SDRAM(9)用于存儲大量數(shù)據(jù)信息，當電壓電流信號出現(xiàn)異常時，電網(wǎng)發(fā)生故障，工作人員通過鍵盤(10)操作將處理的模擬信號送入跳合閘處理模塊(11)進行跳合閘動作，使礦井故障電壓電流信號得到快速有效處理，此處LCD顯示屏(8)是用于實時數(shù)據(jù)顯示觀察，這樣就可經(jīng)一系列動作后解決礦井電力故障，從而使礦井電網(wǎng)系統(tǒng)得到很好綜合保護，最大程度避免生命危害和財產(chǎn)損失。
[0014]原理如圖1所示，此設計分為兩部分，第一部分是故障信號的接收以及傳輸，電壓互感器和電流互感器將發(fā)生故障的電壓電流信號接收下來，然后傳輸給A/D模塊處理后通過RS485總線送入FPGA中；第二部分是故障信號處理并動作，F(xiàn)PGA將傳來的數(shù)據(jù)經(jīng)RS232總線送入上位機進行分析處理，SDRAM用于存儲大量數(shù)據(jù)信息，當電壓電流信號出現(xiàn)異常時，工作人員通過鍵盤操作將處理的模擬信號送入跳合閘處理模塊進行跳合閘動作，使礦井故障電壓電流信號得到快速有效處理，此處LCD顯示屏是用于實時數(shù)據(jù)顯示觀察，使礦井電網(wǎng)系統(tǒng)恢復正常運行。
【主權(quán)項】
1.基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于包括:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和繼保設備模塊;數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器和電流互感器，電壓互感器作用是采集電壓信號，電流互感器作用是采集電流信號，數(shù)據(jù)采集模塊中將故障信號接收送入數(shù)據(jù)處理模塊中A/D模塊處理；數(shù)據(jù)通信模塊包括用于串口通信的RS485總線和RS232總線，數(shù)據(jù)通信模塊中總線是對采集模塊和處理模塊以及處理模塊和繼保模塊進行連接;數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D模塊、FPGA、SDRAM、上位機以及鍵盤，A/D模塊是16位AD模塊，其與FPGA處理芯片相連，F(xiàn)PGA與上位機之間連接傳輸數(shù)據(jù)，上位機是對FPGA傳來數(shù)據(jù)進行分析處理，SDRAM是與FPGA連接的外圍電路，鍵盤與上位機連接，進行操作程序的輸入，數(shù)據(jù)處理模塊中FPGA處理的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換為模擬信號送入繼保設備中跳合閘處理模塊;繼保設備模塊包括LCD顯示屏和跳合閘處理模塊；當相應的處理程序輸入后傳輸至跳合閘處理模塊進行跳合閘處理的同時IXD顯示屏顯示處理結(jié)果，這樣就完成了故障處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)采集模塊中電壓互感器用于采集電壓信號，其型號為JSGW-0.5，電流互感器用于采集電流信號，其型號為MSQ-60。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的礦井電網(wǎng)綜合保護系統(tǒng)，其特征在于:數(shù)據(jù)處理模塊中采用FPGA作為微處理器，其型號選用EP2C8QF208系列。
【文檔編號】H02J13/00GK205647031SQ201620423064
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】王躍豪, 曹珍貫, 劉駿, 徐牧, 聶然, 張志強, 賈文祥
【申請人】安徽理工大學