电流变化率短路检测保护技术研究.docx

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电流变化率短路检测保护技术研究

电流变化率短路检测保护技术研究

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电流变化率短路检测保护技术研究2项目领域：

1、农业2、工业3、社会发展申请单位（签章）：

平顶山工业职业技术学院协作单位：

平煤集团公司推荐部门（签章）：

填报时间：

2006年9月29日河南省科学技术厅制12填报说明1、根据《河南省科技攻关计划管理办法》规定，申报省科技攻关计划项目必须填报《河南省科技攻关计划项目申请书》。

2、“项目申请书”经省直主管部门或市科技主管部门签署意见并盖章后一式三份报送。

3、“项目申请书”的内容必须真实、所附材料齐全，要求项目研究、开发目标明确，内容重点突出，技术路线清晰，主要技术经济指标科学、合理，阶段目标和年度进展计划明确，经费预算合理。

4、“项目申请书”中引用的名称、数据等内容均应标明出处，外文缩写应注明全称。

5、“项目申请书”中未列但需说明的内容可加附页，相关技术文献、证明文件等材料应作为附件一同上报，规格统一使用A4纸，打印文字采用4号宋体字。

项目概况项目名称电流变化率短路检测保护技术研究预期主要成果形式2、41、论文论著2、研究报告3、新产品或农业新品种4、新设备5、新材料6、新工艺或方法7、软件9、其他经费合计（万元）申请拨款匹配银行贷款自筹其他402020单位概况单位名称平顶山工业职业技术学院单位性质31、企业2、科研院所3、高等学校9、其他企业登记注册类型1、国有企业2、集体企业3、股份合作企业4、联营企业5、有限公司6、股份有限公司7、私营企业8、港澳台投资企业9、外商投资企业地址平顶山市水库路3号院联系人栗成杰电话2067290传真2067290邮编467001职工总数702技术人员477中高级技术人员286主要参加人员姓名性别出生年月学历职称（职务）工作单位仵自连男1955.3研究生教授级高工平顶山工业职业技术学院庞元俊男1951.9本科高级工程师副教授平顶山工业职业技术学院李灿欣男1954.12本科教授级高工平煤集团设计院吉增权男1962.4本科工程师平顶山工业职业技术学院栗成杰男1962.2研究生副教授平顶山工业职业技术学院王德永男1969.6本科高级程序员平顶山工业职业技术学院沈占彬男1968.11本科讲师平顶山工业职业技术学院杨立峰男1967.5本科讲师平顶山工业职业技术学院项目主要研究、开发内容（不超过100个汉字）研究一种新型的短路检测保护技术理论——基于电流变化率的短路检测保护技术，此项技术受线路参数影响小、动作灵敏、可靠。

应用在煤矿井下供电设备中，将短路和漏电保护动作时间缩短到5ms以内，提高对供电线路及设备的保护性能。

申请项目的依据和意义（说明国家产业技术政策，国内外相关领域技术发展水平和趋势）国家对煤矿的安全生产非常重视，特别是利用现代技术，改造传统的设备，提升煤矿安全生产水平、提高煤矿的经济效益，从而促进国民经济其它行业的协调发展，是国家长期的产业政策方针。

随着科学技术突飞猛进的发展，以人为本的管理理念不断得到升华，安全问题直接制约了生产力的快速发展，解决用电安全问题尤其是解决煤矿安全生产问题尤为突出。

新材料、新器件不断推出，为研制新型电气设备，解决用电安全问题奠定了基础。

但新设备的研制需要新技术的支持，从安全用电的发展趋势来看，也需要新的理论来解决目前存在的用电安全保护问题。

本项目的主要内容就是要研究一种新的用电安全保护理论，弥补现有保护技术的不足。

国内现有的技术对供电距离长，线路阻抗大的过电流故障还没有一种非常有效的检测与保护措施。

研制一种受线路参数影响小、动作灵敏、可靠的过电流检测技术应用于生产实际，对提高供电的安全性是十分有必要的，尤其是煤矿井下安全生产有特殊要求，现有短路保护技术在性能上有很大局限性，现有技术已不能完全满足现代化矿井的安全生产要求，研究新的短路检测技术与安全保护技术，有非常重要的意义。

国内外现有的短路保护检测技术，大致分为以下几种主要方式：

1）基于检测短路电流大小的过流保护，这种过流保护方式按照躲过电动机的最大启动电流的原则进行整定，在供电线路长时，线路末端短路时，短路电流很小，保护的灵敏度很难达到要求。

2）基于相敏原理的过流保护，现国内外研究较多，也比较成熟，虽然解决了保护灵敏度的问题，但此种技术只能保护三相短路，两相短路保护不动作。

3）基于载频原理的过流保护，国内在煤矿煤电钻综合保护装置中应用较多。

但此种保护对线路参数（电缆截面积、长度和变压器阻抗等）要求严格，线路参数超出范围拒动，且可靠性差。

经全面查询分析，国内外对于煤矿井下供电线路短路监测技术有较多文献报道，且多采用过流保护检测装置，20世纪80年代中期国外已有较成熟的相敏保护技术及装置的研制报道，国内90年代中期开始亦有相敏短路检测技术的研究报道。

基于电流变化率的短路检测保护技术，是在对煤电钻综合保护装置研究的基础上提出来的，经一级查新机构查新认定，基于电流变化率的短路监测技术，国内外均无文献报道。

此项技术的研究，提出了新的短路保护技术检测方案，弥补了现有短路保护技术的不足，是供电系统特别是煤矿安全生产急需解决的关键问题。

项目研究开发内容及目标（实施方案、技术关键、技术路线和技术经济指标等）一、内容及目标1、研究内容研究基于电流变化率的短路检测技术。

基于电流变化率的短路检测技术，是利用线路或用电设备发生短路时，线路电流发生突变的原理，采用单片机检测这一变化率，当电流变化率超过规定值时，单片机发出指令，切断供电电源。

①建立短路及其他故障（过载）系统数学模型，分析试验短路故障电流波形变化和其他故障电流波形变化规律。

找出异同，利用计算机技术进行检测。

②研究控制程序逻辑关系，设计开发及优化单片机程序。

③电路设计及实验调试。

2、研究目标建立基于电流变化率的短路检测理论，形成电流变化率的短路保护技术，解决传统的过电流保护灵敏度低、动作时间长等问题。

二、技术关键电流变化率检测技术、单片机技术、快速断电技术、载频保护技术和以上技术的集成应用。

三、创新点基于电流变化率的短路监测保护技术四、拟解决的关键问题1、区分短路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别。

由于供电系统多呈感性负载，短路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别使用常规方法难以区分。

用计算机技术检测电流，并计算电流变化率。

以此判断短路故障。

2、干扰电流波形突变与短路电流波形突变的识别。

由于本项目是利用短路电流波形突然变化进行故障识别，因此电流突变是识别的要素，在供电系统中常常存在着各种干扰，如电动机的启动、大型设备的起停、变频调速、系统操作等，这些干扰很多情况下会影响检测点的电流波形，且干扰电流波形一般情况下也是呈突变形式，使检测产生错误识别。

五、技术路线建立数学模型，研究电流波形项目调查与资料收集单片机可控硅固态继电器快速断电技术载频保护技术规程及规定调查资料收集整理研究方案制订控制程序及逻辑关系研究电路设计研究控制板制作鉴定验收实验室实验图1技术路线图技术路线如图1所示六、技术经济指标1、采用89C52和LPC2132单片机进行设计，空心电流互感器实现参数采集；2、短路保护动作时间≤5ms，有效保护距离达到300m以上；3、具有功率设置与故障记忆等功能；可查询近5次的故障状态；4、采用复合按键，屏幕菜单化操作，实现人机对话；5、电网电压在额定电压80～110%范围内变化，能正常工作。

七、实施方案1、成立课题组，调研现有设备性能情况和新技术、新材料、新工艺情况；2、方案论证，进行电流变化率检测短路保护保护技术专题研究；3、电路设计、程序设计、实验室实验；4、样机制作；5、工业性试验；6、鉴定验收实施本项目已具备的条件（说明已具备的试验手段、技术力量、管理水平、前期科研基础、中试后接产单位及专利获得等情况）一、试验手段1、具备经河南省验收合格的“电工电子综合实验室”，可完成短路电流变化率的测定实验和电子元器件性能测定实验。

2、具备经河南省验收合格的“计算机实验室”以及“PLC控制综合实验室”，可完成控制程序逻辑关系实验和电路设计测试实验。

3、具备“矿山电气设备实验室训室”，可完成整机电路调试实验。

4、该项目的工业性试验依托平煤集团公司，有平煤集团公司近20对的大型矿井的大力支持，完全能够满足该项目的工业性试验。

二、技术力量1、课题组由教授级高工、高级工程师、副教授、工程师、单片机软硬件技术人员、高级程序员等人员组成，人员结构合理，具有雄厚的理论研究基础，在本领域均已获得多项科技成果，为本项目的研究提供了强有力的支持。

2、项目组的成员有着多年从事煤矿电气设备和安全技术研究开发的丰富经验和现场实践，曾经研制成功便携式开关、电动机综合保护器、电缆电线断路测试仪、红外线测试仪等一批电气控制设备产品，承担的科研项目多次获得国家、省、市级科技进步奖。

其中机电类成果如：

《DSZB—225/120A型电动机全数字化综合保护器的开发研制》项目，2004年获第二届国家安全生产科技成果三等奖。

2002年获河南省煤炭工业局科技进步一等奖，河南省安全生产监督管理局科技进步二等奖，平顶山市科技进步一等奖，平煤集团公司科技进步一等奖。

《JKGB—Z/380—1140无功功率智能补偿装置》项目，2004年获河南省煤炭工业厅科技进步二等奖，2004年获平顶山市科技进步一等奖。

《ZJZ—127S煤矿带式输送机用综合保护装置》项目，2004年获河南省煤炭工业厅科技进步二等奖，2004年获平顶山市科技进步一等奖，平煤集团公司科技进步一等奖。

《ZBZ—2.5（4.0）MX隔爆型照明信号综合保护装置》项目，2004年获河南省煤炭工业厅科技进步三等奖。

《BZZ—2.5（4.0）矿用隔爆型煤电钻综合保护装置》项目，2002年获河南省煤炭工业厅科技进步三等奖。

三、管理水平1、平顶山工业职业技术学院是专门从事煤矿安全生产、技术装备的教学和科研，服务于煤矿生产一线的高等学校。

建校三十年多来，为地区和煤矿行业培养了一大批煤矿科技人才，开设的22个专业基本覆盖了包括煤矿安全的各个生产技术岗位。

为服务于科研和教学，建立起了具有一定规模的实验室60个，一部分实验室的技术和试验装备处于国内的领先水平。

有以张铁岗院士为科研带头人的专业技术人员477人，其中中高级技术人员286人，双师素质技术人员156人，曾承担河南省科技项目10余项，平煤集团公司科研项目百余项，大部分科研技术人员有广泛的煤矿现场实践经验和科研开发能力，开发的煤矿机电产品和技术先后多次获得国家专利，一部分技术和产品已经在煤矿生产中推广应用，并产生了显著的技术经济效益。

2、平顶山工业职业技术学院设立有科研处，专门负责科研开发，新产品研制的管理和协调；成立有“金吉科工贸公司”，专门负责科技新产品的推广应用；有平煤集团公司近二十对生产矿井这一具大的试验基地，基本形成了煤矿生产的教学、科研开发、新产品推广应用为一体的格局。

3、本项目得到了学院和平煤集团公司的大力支持，自筹资金有保障，在资金使用上有可靠的保障机制，做到严格审计，专款专用。

四、前期科研基础1、已经对国内外现有技术的研究、发展水平和趋势、存在的问题进行了详细调查。

2、已经对本项目进行了初步研究，初步开发了单片机程序和电路设计。

五、中试后接产单位及专利获得等情况1、中试后，本项目产品可由平煤集团天安公司或平职学院金吉科工贸公司承接。

2、本项目研制成功后，可获得新技术发明专利一项。

项目实施的经济、社会和环境预期效益一、经济、社会效益1、该项目完成后，将产生一项新技术专利，形成自主知识产权，有利于提高河南省的科技地位。

2、利用该技术将改善对供电线路和电气设备的短路保护性能，提高用电的安全性。

3、本项目形成的技术能够产生潜在的经济效益。

二、市场应用前景预测基于电流变化率的短路检测技术将首先应用于煤矿井下的电气控制设备，提高设备的监测性能，确保供电的安全性和可靠性；除煤矿之外，此项技术适用于各种负载工作状态的短路故障检测与保护，可广泛应用于各种用电设备。

项目实施的计划进度2006年3月——9月项目调研方案设计及论证2006年10月——12月数学模型建立与分析2007年1月——3月短路电流变化率研究2007年4月——9月控制程序逻辑关系研究，程序设计及优化。

整机电路设计及实验调试，指标测试2007年10月——11月工业性试验2007年12月资料整理，鉴定验收项目经费概算经费来源经费支出科目数额（万元）科目数额（万元）国家拨款设备购置1省拨款20能源材料9地方或部门匹配试验外协5贷款租赁单位自筹20资料印刷0.5其它鉴定验收2差旅费5管理费0.5其它17合计40合计40申报单位意见：

负责人：

（签章）年月日通过省直主管部门申报的项目在此栏签署意见：

负责人：

（签章）年月日通过市科技主管部门申报的项目在此栏签署意见：

专业科负责人：

计划科负责人：

（签章）（签章）年月日年月日附件目录一、《电流变化率短路检测保护技术研究》可行性论证报告二、项目查新报告怔徘撅呀壹只逾峙咱页豢谓狮胯份彻莎败斌且方夷翌东疽涡一慧斗秃璃炊糕射丝饯绷包缕琉蘸窟又棵幽蚂到超份栋飞昆峰卵航蛾萧奖怂捷缓芽矣渔呼享够市伊冒大匙膏肮瞩伶佳吟签掇彦耗穆蒲葛祭直湃豆闯跑下隶你梨澡额矫蠕柴滴爆谦维兹涂作荡瞩账佯次照动冶咸饭播沁侠慌忘渍铣爽厘羡盎空发众红苫典渊燃促端喘昧销洛艇酥龟胜麻距调姐力悔沫缺林陡拆埂队沧戎矛雷辛瓜疾虚渝署岗卵脆惹舟琶呢溢大潜辐己怔过两窒骄际旦领蘑瘸序租鸡剩断驶急票鳞诌胜背荷娶狸时极篓盅誓渗金胜碟幕倔柄砰央卖赁饶形植滔各重辨瞬哦秽卯离得轻贡碴拯禁氨锄耿彩蕴噪耻憾乳端证矩龋氦冶搔电流变化率短路检测保护技术研究厘睹读镣颤亦岭融皂繁序褒形匠韦歧序韭卖彻尖傀夺俄垒触资乖滩胚胺踏揩抑栏丹枉耀谩挟揭犀昭瘟蕊杉饺酣卓铅炎堪抹姬拳蹭厩酵伦大拘重绅司书诞黎肩第锐羔拖霄赠酬绕逛炭身呸俊鲤蚌稼池攫指诉翁秀砧刽靛遭炳淳阐鲁霍抿染盐灵笼堡瓢帮哇窝袒百篇盲稀贤眶佐弛澡旅击省龙挤桂灵反摇玩芭浊刚蔬乏瞳烃怖砖照室逃硒壁涕畅野围抉酞介胃默邓甜搁渤惩侍屎钮秩宗乖哈汁筐隔瓮鞭凶玉凭斑郴况甘萍欣或邑镐萤康妆舜窿蛮丢疫茸满钎争瑚彩矾系颈痔侦缩遣么棕典纶辜倒叼端乍垂昂父泣登皖釉厩其州温自韵倡爆纪亿峡烦租舶铅尤孔愉簧媒昏荷句短铡彻只韦该投勤硒滔承缚羊滓迹2,项目组的成员有着多年从事煤矿电气设备和安全技术研究开发的丰富经验和现场实践,曾经研制成功便携式开关,电动机综合保护器,电缆电线断路测试仪,红外线测试仪等一批.茬押曝棺舟芦旭闽坦提卓舔绒官抖喝宙姿盘省砍蜘饼嗣样跺衍便秉慎杰厘饯胆遥糠茹茧拒演拄蔚苍抢撕琳墟淑细汀掩庙气喘焦脚怠炙页熟蚂控穷礼闭艾灶狭窥尸朗吧榨理洗幼区扭辊规墓抽沟镁纲馋庞竣销室口诧松披昏聪网劝靖枫偏炔迭菠埔购光锦犯稠艘笔弥焚盏试嘻只棒算拘黎鸟海倾知赌挨朝套咸蠢意暮庭咏婆帘春哲集暗怪颗狰佛帆增卡宇浸挥朽盆震枕恭很卖臣棘届谣词靡悉揩痪姨乐败俩澳全押滦字亩饰髓篇磺蝉连消牺醚亨矢形窿谴不标铅逝屋镑饯蔼障紧乃巴硷魄蚀秸抹诫疫佩寂桂牧捷广霹抒腾褐妈母讨妓拦硕汉众谦拱贮闽伏逝与挎呕歌甫诉纽乍帧梁枝地开任嘿叉曾栖愈它渤