西门子plc控制器在煤矿低压电气馈电开关中的应用

　1、概述

　　为了确保煤矿安全的地下供电，西门子plc控制器矿井供电系统一般采用各种保护措施，如过流保护，漏电保护和接地保护。其中，漏电保护是防止人身触电的重要措施。漏电保护设备的目的是通过切断电源来防止个人电击和漏电流引起的电击。中国煤矿安全法规规定，矿井变电站高压给水机应安装选择性检漏保护装置，地下低压给水机应安装漏电保护装置。

　2 、西门子plc控制器性能介绍

　　鉴于地下煤工作环境恶劣，电磁干扰大，北京兰普丰科技有限公司专门开发了煤矿井下低压电力设备西门子plc控制器。基于PLC技术的西门子plc控制器是一款集可靠继电保护，集成测控，数据通讯于一体的高可靠性PLC控制器。安装在电力设备的防爆柜内，适用于380V，660V，1140V和3300V。如各种电压等级，可满足各种额定电流馈电开关，启动器，移动变压器低压头，双机双速开关等采矿电力设备的需求。

　　西门子plc控制器的控制和保护信号可直接采样到控制器中，具有保护精度高，响应速度快，可靠性高的特点。它可以完成过压，欠压，过载，短路，漏电，过温和三相。平衡等保护功能，可监控电网绝缘电阻，具有模拟漏电和短路测试功能，可计算零序方向角，总有功功率和功率因数，还可进行联网通信。西门子plc控制器的输入和输出通道包括8 DI，6 DO和1电压AI。它可以满足无需通道扩展的馈电开关的保护功能，不仅成本低，而且稳定性高。西门子plc控制器的正面外观如图1所示。

　图1西门子plc控制器的正面外观

　　西门子plc控制器可直接采集三相电压，三相电流，零序电压，零序电流，系统电压和绝缘电阻等信号。在使用中，没有必要将交流信号转换成直流标准信号进行采样，而是直接交流采样交流信号，即直接将交流信号发送到西门子plc控制器的模拟输入通道，从而实现交流采样。西门子plc控制器根据收集的交流信号控制断路器的闭合和断开。西门子plc控制器的内部保护采用国产芯片。通过功能块立即输出漏电保护动作和短路保护动作。当信号采集和故障发生时，大大缩短了执行保护动作的时间，并且分支开关保护的动作时间小于30ms，总开关保护动作时间小于200ms。

　　该系统还通过根据电网的分布电容和电网电压的大小增加选择性泄漏的保护特性和操作参数来增加对保护系统的保护。此外，在西门子plc控制保护系统中，采用了威纶通触摸屏的人机界面，提高了交换机的稳定性。在工业触摸屏上，可以关闭和打开开关，电网的绝缘状态，动作设定点和开关操作状态。当故障发生时，触摸屏及时记录和跳闸，显示故障参数和故障状态，实现对人员或设备的保护，大大提高故障诊断效率，排除故障。

　　cpu是西门子PLC控制器的核心部件，由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括各种监控电路，即开关状态检测、三相电压检测、三相电流检测、断路器输出控制功能。为了解决漏电保护装置的快速响应和稳定性要求，北京蓝普峰科技有限公司可根据用户的需要为用户提供定制的软硬件服务。软件方面，打开西门子PLC控制器程序源代码，将漏电保护和短路保护功能制成库文件，方便用户使用。硬件上省去了信号传输装置，西门子PLC控制器可直接进行交流采样，提高了采样速度，实现了快速稳定的保护动作。西门子PLC控制器能在规定的时间内完成信号的采集和处理，满足保护地下漏电保护装置人身安全的要求，达到保护人身安全的目的。

　3 、西门子plc控制器的矿用隔爆型真空馈电开关

　　在煤矿三相中性点不接地的供电系统中，矿用防爆真空馈电开关可作为地下配电系统的主开关或分支开关，也可作为大型 - 在不经常启动的情况下容量电动机。本文采用西门子plc控制器作为矿用防爆真空馈电开关的保护装置。它满足漏电保护装置快速稳定的要求，可以完成矿井低压电网的二次选择性漏电保护。对称短路保护，非对称短路保护，缺相保护，过载保护和过压保护。

　　3.1 矿用隔爆型真空馈电开关的操作界面

　　专用西门子plc控制器通过RS-232串口通讯口与触摸屏HMI通讯，并保留RS-485串口通讯口与上位通讯变电站通讯。

　图2矿用防爆真空馈电开关的操作界面

　　3.2 矿用隔爆型真空馈电开关的电路设计

　　3.2矿用隔爆真空供料开关电路设计

　　该控制保护系统不仅可以实现地下低压电网单相漏电的横向选择性和纵向选择性，还可以保证电网对称泄漏时的保护动作的稳定性，从而实现可靠，安全。

　　3.2.1 基于附加直流检测的总漏电保护系统

　　附加直流电源检测型漏电保护示意图如图3所示。它主要由三相电抗器和同步变压器T3，零序电抗器和零序变压器T2，滤波器组成。电路由电阻器和电容器组成，以及直流电源。当DC电压恒定时，检测到的电阻值改变。当绝缘电阻降至表1中规定的动作值时，PLC程序调用中断立即输出，使继电器工作，其常开触点接通供电开关的并联跳闸线圈，使开关跳闸至实现漏电保护。通过液晶显示器可视地显示接地电阻值。

　    3.2.2 零序功率方向式选择性漏电保护

　　矿用低压防爆馈电开关的选择性漏电保护意味着当矿井低压电网分支的某一相经历个人触电，或单次放电或单一漏电流时，它可以及时发现漏电故障。它作用于行程，有选择地切断故障线路，确保无故障线路的安全运行。当电网不对称泄漏时，采样电路分别取零序电压U0和每个支路的零序电流I0信号，如图3所示。经过放大和整形后，相位比较电路确定故障科。然后判断是否达到阈值，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，实现选择性漏电保护。

　　零序功率定向选择性漏电保护具有很强的横向选择性，即选择性漏电保护，与泄漏检测继电器不同，一旦漏电发生在电网某处，整个电网和采矿区的总停电都是造成的。但是，它也有缺点或局限。它不能检测和保护三相同时泄漏，不能防止三相对称泄漏故障。目前，用于地下矿用分支开关的智能馈电开关，如KBZ12-400，采用零序功率方向漏电保护原理。

　　图4显示了一个主交换机和四个子交换机的配置。如果子开关对地的电阻值低于漏电动作值，则子开关瞬间跳闸，而其他子开关和主开关仍可正常工作。

图4主交换机和子交换机的配置

　　4 、总结

　　西门子plc控制器矿用防爆真空馈电开关已在现场使用，以满足泄漏保护的快速性和稳定性的要求。没有诸如系统崩溃或断路器故障之类的故障，这已经被用户所接受。西门子plc控制器完成过载保护，短路保护，漏电闭锁，漏电保护，选择性漏电保护，欠压保护，过压保护，三相不平衡保护，气体锁定，风电锁定，馈电开关电量计量。通讯网络等功能。发生故障时，可以及时记录故障状态，切断电源，保护人员或设备的安全，如过大家有矿井这方面的需求，请咨询容感电气！