成果简介：

矿用电磁起动器智能保护装置以plc为核心控制器，该保护装置运用相敏保护方法，克服了传统电流幅值保护方法将大电流电机启动误判为短路故障的缺点，提高了短路故障保护的可靠性。运用电流反时限特性过载保护方法，解决了干扰瞬时过载的误判问题。运用附加直流与零序功率方向角相结合的漏电保护方法，实现了漏电的可靠保护。系统硬件采用两级互感电路，方便保护装置硬件的系列化设计，运用hd2400l文本显示器作为人机界面，并通过rs485总线与plc进行通讯，实现了保护参数的灵活设置和运行状态实时显示。通过搭建实验平台测试分析，实验结果表明：该智能保护装置实现了电磁起动器的短路、过载、断相、三相不平衡、漏电、欠压和过压等故障的实时可靠保护。

成果内容提要：

主要观点：

目前，矿井仍比较广泛使用传统的电磁起动器保护系统，其性能已经不能满足日益复杂的矿井供电系统的高可靠性、高安全性的要求，严重影响了矿井的安全生产。为了解决传统矿用电磁起动器保护系统主外围硬件电路结构较为复杂、安装调试相对困难、可靠性和动作准确性较低的问题。研发一种以可编程控制器lm3108k作为核心控制器的矿用电磁起动器智能保护装置，不仅可以简化保护系统外围电路设计，而且可以提高保护系统的可靠性，对降低电气设备引起的瓦斯爆炸事故发生和提高矿用机电设备中电机的使用寿命具有重要意义。

智能保护系统通过两级三相交流电压互感器、三相交流电流互感器、零序电流互感器和零序电压互感器等硬件对电磁起动器供电线路的三相电流、三相电压、零序电压和零序电流等信号进行变换。然后，运用plc核心控制器lm3108k内部的三相交流电压、三相交流电流、零序电压和零序电流等信号采集与处理模块计算三相交流电压有效值、三相交流电流有效值、功率因数和零序功率方向角等参数，从而根据以上计算参数对短路、过载、三相不平衡、漏电、欠压和过压等故障进行判断，并通过液晶显示实时显示参数和运行状态。系统可以通过按键和菜单进行故障报警参数的设置，一旦检测到以上故障，plc控制电磁起动器进行断闸保护。

关键技术：

相敏短路保护技术、电流反延时过载保护技术、三相交流信号处理技术和漏电检测技术等。

主要技术指标：

（1）电流最大相对误差为2%；

（2）电压最大相对误差为2%；

（3）功率因数最大相对误差为2%；

（4）保护供电线路额定电压380v/660v/1140v/3300v；

（5）保护系统额定电流最大为1000a。

系统先进性及科学性：

本系统利用可编程控制器lm3108k为核心控制器，其可以直接对三相交流电压、三相交流电流、零序电压和零序电流等交流信号进行直接采集，并且内部具有交流电压和交流电流有效值，零序功率方向角和功率因数等复杂参数计算模块，从而简化了保护系统的硬件电路设计和降低了软件开发难度。系统采用相敏保护方法进行短路保护，克服了传统电流幅值保护方法中大电流电机起动误判为短路故障的缺点，提高了短路故障保护的可靠性。系统采用电流反时限特性方法进行过载保护，避免干扰瞬时过载的误判断保护。系统采用两级互感电路，对于不同等级的电压和电流的电磁起动器，只需更换一级互感器，方便了保护装置硬件的系列化设计，并且可以通过菜单灵活设置保护参数，使该保护装置可以满足不同的工况条件。

创新点：

（1）采用型号为lm3108k的plc作为核心控制器，利用其内部自带的三相交流电流、三相交流电压、零序电压和零序电流等算法模块，可以较大地降低保护软件开发难度、开发周期和提高系统的可靠性。

（2）系统对短路保护采用相敏保护方法，克服了传统电流幅值保护方法中大电流电机起动误判为短路故障的缺点，提高了短路故障保护的可靠性。

（3）过载保护采用电流的反时限特性来实现，避免干扰瞬时过载的误判断保护。

（4）采用两级互感电路，对于不同等级的电压和电流的电磁起动器，只需更换一级互感器，方便了保护装置硬件的系列化设计，并且可以通过菜单灵活设置保护参数，使该保护装置可以满足不同的工况条件。

实践意义：

当前，我国仍是一个以煤炭为主要能源的国家，产煤量约占全世界总产量的三分之一。对于每一个矿井而言，电磁起动器是必用的矿用机电设备的起停控制开关，其内部的智能保护系统对矿用机电设备供电线路的短路、过载、漏电等故障进行智能保护，可以有效地降低电气设备引起的瓦斯爆炸事故发生和提高矿用机电设备中电机的使用寿命，对确保煤矿安全生产和提高煤矿经济效益具有重要意义，经济效益显著，具有广阔的市场前景。

社会反映（成果应用或采纳情况、书评情况、成果引用或转载情况等须附相关材料复印件）：

已发表论文4篇（其中2篇被ei收录，2篇发表于核心期刊）

已获批实用新型专利2项

荣获第十届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖

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[2] ma hong wei, xing wang, mao qing hua, liu yu. the protection system design of leakage, undervoltage and overvoltage for electromagnetic starter in coal mine[j]. advanced materials research vols. 1049-1050 (2014) pp 720-725(ei: 20150300422170)

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