本發(fā)明涉及電氣電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置。

背景技術(shù)：

選擇性漏電保護是指當電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時，漏電保護裝置能夠有選擇地發(fā)出故障信號或切斷故障支路，而非故障線路正常工作，選擇性漏電保護可以減小故障停電范圍，便于尋找漏電故障源，縮短漏電停電時間，提高供電的可靠性；選擇性漏電保護系統(tǒng)的準確性、快速性和可靠性是實現(xiàn)選擇性漏電保護的關(guān)鍵。目前國內(nèi)煤礦低壓饋電開關(guān)普遍采用時序及功率方向型原理，總開關(guān)和分開關(guān)是通過時間的長短來實現(xiàn)分級動作，并且分開關(guān)判漏電原理存在缺陷，這種方式導致饋電開關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)誤動、拒動等現(xiàn)象，故障原因查找困難，嚴重影響煤礦正常生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置，搭建完備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用集中控制有效減少誤操作，解決了分散性漏電問題，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置，包括保護安裝盒，所述保護安裝內(nèi)部固定安裝有集成電路板，所述集成電路板上焊接有主控芯片，所述主控芯片的人機交互接口連接有人機交互模塊，主控芯片的電源引腳處連接有電源供給模塊，主控芯片的信號輸入端連接有信號采集調(diào)理模塊，所述信號采集調(diào)理模塊的輸出端連接有接線端子，所述接線端子鑲嵌在保護安裝盒的正面，主控芯片還連接有信號輸出模塊，所述信號輸出模塊包括繼電器控制模塊和報警模塊，主控芯片的通信引腳還連接有數(shù)據(jù)通信單元，所述數(shù)據(jù)通信單元與遠程上位機進行數(shù)據(jù)傳輸。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述主控芯片采用STM32F103系列嵌入式處理器，且主控芯片上設(shè)置有JTAG接口和硬件看門狗，所述JTAG接口用于連接上位機進行程序下載和調(diào)試。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所人機交互模塊包括LCD驅(qū)動器，所述LCD驅(qū)動器的輸出端連接有液晶觸摸屏和功能按鈕。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電源供給模塊包括隔離變壓器和備用電源，所述隔離變壓器的輸入端連接到低壓電網(wǎng)，備用電源的輸出端和隔離變壓器的輸出端連接有整流橋，所述整流橋的輸出端連接有穩(wěn)壓變換器。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述信號采集調(diào)理模塊包括電流傳感器組和相位比較器，所述電流傳感器組的輸出端連接有濾波器，濾波器的輸出端連接有采樣保持放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述采樣保持放大器的輸出引腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入引腳電氣相連，且模數(shù)轉(zhuǎn)換器與相位比較器的輸出端均連接至主控芯片的I/O口。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述繼電器控制模塊包括三極管電流放大電路，所述三極管電流放大電路的輸出端連接有多路并聯(lián)繼電器。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述報警模塊包括驅(qū)動器，所述驅(qū)動器的輸出端連接有蜂鳴器和報警警示燈。

作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述數(shù)據(jù)通信單元包括CAN通信總線、RS485通信總線和射頻編解碼器，所述CAN通信總線、RS485通信總線和射頻編解碼器并聯(lián)接入到通信端口，射頻編解碼器的輸出端還連接有射頻收發(fā)器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置，通過設(shè)置主控芯片，結(jié)合信號采集調(diào)理模塊和信號輸出模塊形成整體控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了集中控制；通過設(shè)置電源供給模塊，在其中設(shè)置備用電源，能夠有效防止電網(wǎng)故障導致的整體系統(tǒng)癱瘓；通過設(shè)置信號采集調(diào)理模塊，利用電流傳感器組進行電網(wǎng)電壓和零序電壓采集，利用相位比較器進行相位比較，能夠有效減小分級操作中的誤差，從而有效避免了出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象；通過設(shè)置數(shù)據(jù)通信單元，利用CAN通信總線和RS485通信總線實現(xiàn)有線數(shù)據(jù)傳輸，利用射頻編解碼器和射頻收發(fā)器實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，從而有效提高了裝置靈活性；本發(fā)明搭建完備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用集中控制有效減少誤操作，解決了分散性漏電問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為信號采集調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為主控芯片外圍電路原理圖；

圖5為；26-三極管電流放大電路原理圖。

圖中：1-保護安裝盒；2-集成電路板；3-主控芯片；4-人機交互模塊；5-電源供給模塊；6-信號采集調(diào)理模塊；7-接線端子；8-信號輸出模塊；9-繼電器控制模塊；10-報警模塊；11-數(shù)據(jù)通信單元；12-JTAG接口；13-硬件看門狗；14-LCD驅(qū)動器；15-液晶觸摸屏；16-功能按鈕；17-隔離變壓器；18-備用電源；19-整流橋；20-穩(wěn)壓變換器；21-電流傳感器組；22-相位比較器；23-濾波器；24-采樣保持放大器；25-模數(shù)轉(zhuǎn)換器；26-三極管電流放大電路；27-多路并聯(lián)繼電器；28-驅(qū)動器；29-蜂鳴器；30-報警警示燈；31-CAN通信總線；32-RS485通信總線；33-射頻編解碼器；34-射頻收發(fā)器。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例：

請參閱圖1至圖5，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置，包括保護安裝盒1，所述保護安裝盒1內(nèi)部固定安裝有集成電路板2，所述集成電路板2上焊接有主控芯片3，所述主控芯片3的人機交互接口連接有人機交互模塊4，主控芯片3的電源引腳處連接有電源供給模塊5，主控芯片3的信號輸入端連接有信號采集調(diào)理模塊6，所述信號采集調(diào)理模塊6的輸出端連接有接線端子7，所述接線端子7鑲嵌在保護安裝盒1的正面，主控芯片3還連接有信號輸出模塊8，所述信號輸出模塊8包括繼電器控制模塊9和報警模塊10，主控芯片3的通信引腳還連接有數(shù)據(jù)通信單元11，所述數(shù)據(jù)通信單元11與遠程上位機進行數(shù)據(jù)傳輸；

所述主控芯片3采用STM32F103系列嵌入式處理器，且主控芯片3上設(shè)置有JTAG接口12和硬件看門狗13，所述JTAG接口12用于連接上位機進行程序下載和調(diào)試；所述人機交互模塊4包括LCD驅(qū)動器14，所述LCD驅(qū)動器14的輸出端連接有液晶觸摸屏15和功能按鈕16；所述電源供給模塊5包括隔離變壓器17和備用電源18，所述隔離變壓器18的輸入端連接到低壓電網(wǎng)，備用電源18的輸出端和隔離變壓器18的輸出端連接有整流橋19，所述整流橋19的輸出端連接有穩(wěn)壓變換器20；

所述信號采集調(diào)理模塊6包括電流傳感器組21和相位比較器22，所述電流傳感器組21的輸出端連接有濾波器23，濾波器23的輸出端連接有采樣保持放大器24和模數(shù)轉(zhuǎn)換器25，所述采樣保持放大器24的輸出引腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器25的輸入引腳電氣相連，且模數(shù)轉(zhuǎn)換器25與相位比較器22的輸出端均連接至主控芯片3的I/O口；所述繼電器控制模塊9包括三極管電流放大電路26，所述三極管電流放大電路26的輸出端連接有多路并聯(lián)繼電器27；所述報警模塊10包括驅(qū)動器28，所述驅(qū)動器28的輸出端連接有蜂鳴器29和報警警示燈30；所述數(shù)據(jù)通信單元11包括CAN通信總線31、RS485通信總線32和射頻編解碼器33，所述CAN通信總線31、RS485通信總線32和射頻編解碼器33并聯(lián)接入到通信端口，射頻編解碼器33的輸出端還連接有射頻收發(fā)器34。

本發(fā)明的工作原理：所述保護安裝盒1采用絕緣防腐材料制成，能夠有效適應(yīng)井底的潮濕環(huán)境，保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)防止出現(xiàn)損壞，所述集成電路板2為PCB板，既能夠提高集成化程度減小體積，同時提高電路穩(wěn)定性；

所述主控芯片3采用STM32F103系列嵌入式處理器，該處理器是基于ARMCortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封裝；512K片內(nèi)FLASH（相當于硬盤），64K片內(nèi)RAM（相當于內(nèi)存），片內(nèi)FLASH支持在線編程(IAP)；高達72M的頻率，數(shù)據(jù)，指令分別走不同的流水線，以確保CPU運行速度達到最大化；通過片內(nèi)BOOT區(qū)，可實現(xiàn)串口下載程序(ISP)；片內(nèi)雙RC晶振，提供8M和32K的頻率；支持片外高速晶振(8M)，和片外低速晶振(32K)；其中片外低速晶振可用于CPU的實時時鐘，帶后備電源引腳，用于掉電后的時鐘行走；42個16位的后備寄存器(可以理解為電池保存的RAM)，利用外置的紐扣電池，和實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保存功能；支持JTAG，SWD調(diào)試.配合廉價的J-LINK，實現(xiàn)高速低成本的開發(fā)調(diào)試方案；多達80個IO(大部分兼容5V邏輯)，4個通用定時器，2個高級定時器，2個基本定時器，3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口，5路USART，一個USB從設(shè)備接口，一個CAN接口，SDIO接口，可兼容SRAM，NOR和NANDFlash接口的16位總線-FSMC；3路共16通道的12位AD輸入，2路共2通道的12位DA輸出；支持片外獨立電壓基準；CPU操作電壓范圍:2.0-3.6V；

（1）所述主控芯片3用于進行數(shù)據(jù)分析和處理操作，所述JTAG接口12用于進行程序下載并進行聯(lián)機調(diào)試操作，所述硬件看門狗13可以防止程序跑飛進行強制復(fù)位操作；所述主控芯片3由電源供給模塊5進行供電后正常工作；

正常情況下，所述隔離變壓器18直接接入電網(wǎng)，將電網(wǎng)的電壓進行降壓變換后輸入至整流橋19，當電網(wǎng)供電出現(xiàn)異常時，備用電源18立即補充供電，維持正常工作，所述整流橋19將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，輸出的電信號送入至穩(wěn)壓變換器20，穩(wěn)壓變換器20輸出穩(wěn)定直流電壓至主控芯片3，驅(qū)動其開始工作；

（2）所述人機交互模塊4用于進行信息輸入出操作，從而實現(xiàn)人機交互功能，所述LCD驅(qū)動器14用于實現(xiàn)輸出的LCD電平信號轉(zhuǎn)換，所述液晶觸摸屏15可以顯示當前的操作界面也可以進行參數(shù)設(shè)置，所述功能按鈕16用于進行功能選擇操作，所述主控芯片3接收到輸入指令后，開始調(diào)用相應(yīng)程序按照設(shè)定優(yōu)先級開始進行數(shù)據(jù)處理操作；

（3）所述信號采集調(diào)理模塊6通過接線端子7連接到低壓電網(wǎng)的各個采樣點，所述電流傳感器組21用于采集電網(wǎng)電壓和零序電壓大小，不同支路的零序電壓分別送入至相位比較器22的并行輸入端；所述電流傳感器組21將采集到的輸出信號送入至濾波器23，濾波器23將濾除雜波后的信號送入至采樣保持放大器24，所述采樣保持放大器24按照設(shè)定頻率開始進行采樣操作，并且將采集到的信號進行放大，由于采集的均為模擬信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器25傳輸至主控芯片3；

（4）所述主控芯片3根據(jù)數(shù)據(jù)采集區(qū)零序電壓大小，采用修正零序電壓法監(jiān)視漏電電阻，如果參數(shù)超限則說明電網(wǎng)發(fā)生漏電故障，執(zhí)行漏電線路判斷程序，否則程序返回；裝置根據(jù)投入的支路數(shù)目采用零序電流相對比幅法、零序電流方向法和零序電流群體比幅比相法對故障線路進行判斷，當支路數(shù)不大于2條時采用零序電流方向法，否則采用裝置判漏基本算法進行決策，基本算法是裝置根據(jù)投入的支路數(shù)和各支路電容電流特點從3種選線算法選定的最為合適的1種算法，如果基本算法決策錯誤，裝置采用輔助算法繼續(xù)對線路進行選線；

（5）所述主控芯片3按照處理結(jié)果控制驅(qū)動繼電器控制模塊9和報警模塊10，當工作出現(xiàn)異常時，將輸出電流信號至三極管電流放大電路26，三極管電流放大電路26將信號放大后，控制對應(yīng)的多路并聯(lián)繼電器27中的那一個繼電器跳變至常閉端，斷開電路；同時輸出信號至驅(qū)動器28，驅(qū)動器28將功率放大后驅(qū)動蜂鳴器29開始發(fā)出聲音警報，同時點亮報警警示燈30；

（6）所述數(shù)據(jù)通信單元11數(shù)據(jù)通信單元11用于進行數(shù)據(jù)傳輸操作控制，所述CAN通信總線31、RS485通信總線32分別通過RS485傳輸線和CAN傳輸線連接至不同的數(shù)據(jù)接收設(shè)備，實現(xiàn)有線數(shù)據(jù)傳輸；所述射頻編解碼器33用于將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成射頻信號，然后通過射頻收發(fā)器34進行射頻收發(fā)，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，提高裝置的靈活性。

該基于嵌入式的井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置，通過設(shè)置主控芯片3，結(jié)合信號采集調(diào)理模塊6和信號輸出模塊8形成整體控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了集中控制；通過設(shè)置電源供給模塊5，在其中設(shè)置備用電源18，能夠有效防止電網(wǎng)故障導致的整體系統(tǒng)癱瘓；通過設(shè)置信號采集調(diào)理模塊6，利用電流傳感器組21進行電網(wǎng)電壓和零序電壓采集，利用相位比較器22進行相位比較，能夠有效減小分級操作中的誤差，從而有效避免了出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象；通過設(shè)置數(shù)據(jù)通信單元11，利用CAN通信總線31和RS485通信總線32實現(xiàn)有線數(shù)據(jù)傳輸，利用射頻編解碼器33和射頻收發(fā)器34實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，從而有效提高了裝置靈活性；本發(fā)明搭建完備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用集中控制有效減少誤操作，解決了分散性漏電問題。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。