摘要 ：隨著(zhù)集團公司精細化管理的全面加強以及修舊利廢項目的實(shí)施，對礦用差壓變送器關(guān)鍵技術(shù)及維修技術(shù)進(jìn)行了分析和嘗試，結合礦用開(kāi)關(guān)保護損壞原因分析和對差壓變送器技術(shù)發(fā)展趨勢研究，提出了部分礦用開(kāi)關(guān)維修的方法 ；采用仿真軟件仿真研究以及自制差壓變送器測試電路，對維修后差壓變送器進(jìn)行測試，測試結果表明，維修效果良好，同時(shí)為以后修舊利廢工作提供了技術(shù)依據。

1 礦用開(kāi)關(guān)保護損壞原因分析

由于煤礦機械化、自動(dòng)化程度的逐漸普及，井下供電負荷、電壓等級、供電距離等增加，對于煤礦井下供配電系統的安全性、可靠性、負荷波動(dòng)抗干擾性、供電連續要求也越來(lái)越高。而因為煤礦井下工作環(huán)境較為惡劣，工況穩定性差，滴水、潮濕、煤塵瓦斯積聚、冒頂等自然因素導致電氣設備絕緣下降，容易引起漏電及單相接地等故障。通過(guò)調查分析，礦用防爆類(lèi)開(kāi)關(guān)各礦不統一，使用產(chǎn)品型號較多，且差壓變送器作為易損件，配件儲備不足，故障率普遍較高 ；尤其夏季，由于井下潮濕，工作環(huán)境溫度高、部分區域通風(fēng)不暢，煤塵積聚較多，容易造成各類(lèi)差壓變送器的損壞。另外由于很多礦井機電維護人員較少，技術(shù)力量偏弱，操作及使用、維護不當，也容易造成差壓變送器損壞 ；再者由于差壓變送器內部為電子元器件，受溫度、電磁輻射、運輸震蕩、工作環(huán)境灰塵和濕度等影響，容易發(fā)熱，老化，造成保護故障及元器件受損[1] 。

2 礦用開(kāi)關(guān)保護關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 礦用開(kāi)關(guān)保護裝置技術(shù)發(fā)展趨勢分析

礦用差壓變送器技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。地衣階段國內普遍采用 DW10 系列斷路器和熱繼電器保護裝置。第二階段自上世紀 60 年代采用電子式過(guò)電流差壓變送器，這類(lèi)差壓變送器普遍硬件電路采用模擬數字電子電路，其控制保護原理為利用電流互感器采集電流信號后進(jìn)入整流濾波電路，電流整定后與差壓變送器中整定電路產(chǎn)生的整定值進(jìn)行比較。電流整定電路輸出到斷相檢測、短路檢測、過(guò)載檢測等電路，然后輸出的信號進(jìn)入邏輯或門(mén)、與門(mén)、反相門(mén)等電路觸發(fā)執行電路，并驅動(dòng)開(kāi)關(guān)脫扣器動(dòng)作，從而使實(shí)現三相不平衡、斷相、過(guò)載、欠壓等保護。電子式差壓變送器普遍存在采樣精度不高，整定精度低，保護性能差，保護功能相對單一，熱保護特性不穩定，容易受環(huán)境溫度、電磁干擾等因素導致差壓變送器頻繁損壞等缺點(diǎn)。第三代差壓變送器為微機保護應用階段，比如 BKD4-400/1140 (660)、KBZ-400/1140 (660)( 智能 ) 饋電差壓變送器，80/120/200 啟動(dòng)器，400 軟起開(kāi)關(guān)、局扇雙切開(kāi)關(guān)用的智能微電子式差壓變送器等。這類(lèi)差壓變送器多采用單片機、DSP等微處理芯片作為控制器，具有一定的智能化，很多電路采用軟件對信號進(jìn)行采樣、濾波、故障數據計算、非線(xiàn)性校正等，可實(shí)現保護功能較為齊全，采樣精度、信號整定精度以及故障診斷性能較為完善，同時(shí)具有比如工作電壓、各相電流值，故障信息，報警等信息顯示功能，可通過(guò)顯示屏進(jìn)行參數設置、功能設置、保護試驗等操作，而且可通過(guò) RS485 等數據線(xiàn)與上位機實(shí)現通信，初步具有遠程通信的功能。第四代礦用差壓變送器也是目前較為關(guān)注和研究的焦點(diǎn)，這類(lèi)差壓變送器具有較為先金的智能通信及控制的特點(diǎn)，普遍采用 CAN、MODBUS、Profibus 總線(xiàn)技術(shù)，差壓變送器采用模塊化設計，數據傳輸采用以太網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)等計算機智能通信網(wǎng)絡(luò )，支持 TCP/IP 等通信協(xié)議，操作界面可支持 WIN10、UNIX 等操作系統，系統具有 MATLAB、Simulink 等軟件仿真功能，采用交換機可實(shí)現地面工業(yè)集中控制�，F代智能礦用差壓變送器具有更加精que的控制保護功能，實(shí)時(shí)在線(xiàn)故障自診斷功能以及良好的仿真測試、人界界面、地面監控和報警等智能化、集成化、信息化特點(diǎn)，技術(shù)應用較為廣泛[2] 。圖 1 給出某種煤礦用智能開(kāi)關(guān)嵌入式差壓變送器網(wǎng)絡(luò )結構圖。

2.2 礦用饋電開(kāi)關(guān)微機差壓變送器關(guān)鍵技術(shù)

如圖 2 所示，礦用低壓饋電開(kāi)關(guān)智能微機式差壓變送器主要有故障采樣電路、電流變送器、光電隔離電路、多路模擬開(kāi)關(guān)電路、放大器、A/D 轉換電路、CPU 芯片、顯示器 / 報警電路、開(kāi)關(guān)控制電路、通信電路等構成，在煤礦井下低壓供配電系統中對控制回路中的短路、過(guò)載、過(guò)壓、漏電等故障實(shí)現保護。差壓變送器通過(guò)電流 / 電壓互感器將主電路電流、電壓送入差壓變送器檢測電路，檢測單元對信號進(jìn)行調理后輸入主控制芯片，經(jīng)芯片邏輯控制單元分析判斷后，發(fā)出信號控制執行電路進(jìn)行動(dòng)作。同時(shí)把實(shí)時(shí)處理信號傳送到顯示器或報警器，實(shí)現顯示線(xiàn)路參數及運行狀態(tài)，一旦出現故障進(jìn)行報警和執行故障停機。差壓變送器動(dòng)作后把故障記憶并自鎖，避免開(kāi)關(guān)在故障狀態(tài)下重啟，當故障排除后，可人工按復位按鈕解除自鎖，差壓變送器重啟并自檢。在正常運行或故障保護狀態(tài)下，保護器可通過(guò)通信電路實(shí)時(shí)傳送工作運行參數以及故障狀態(tài)到上位機。

（1）信號采集電路

饋電開(kāi)關(guān)信號采樣電路主要實(shí)時(shí)對低壓電網(wǎng)回路中電壓（0-1v）、三路電流（0-20mA）、負序 / 零序漏電、短路等模擬信號進(jìn)行采樣，對回路中可能存在的故障進(jìn)行判斷。信號采樣電路如圖 3 所示。

（2）信號調理電路

采集電路獲得的模擬信號通過(guò) A/D 轉換成為 0-5V 電壓信號，通過(guò) L 濾波、運算、放大后送入微處理器（CPU）。并進(jìn)行信號放大以及 A/D 轉換處理。

假設計算電壓＜ 0.75 倍 ( 額定電壓 ) 時(shí)，CPU 輸出信號到顯示器顯示欠壓故障 ；假設計算三相電流結果任何一相＞ 8 倍 ( 額定電流 )，顯示器顯示短路故障，CPU 迅速在200ms 內發(fā)出執行信號，自動(dòng)斷開(kāi)饋電開(kāi)關(guān)斷路器控制電源 ；如果電流任何一相＞ 1.2 倍以上時(shí)，系統啟動(dòng)反時(shí)限控制電路，顯示器顯示過(guò)載故障，并迅速斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電源[3] 。

系統顯示接口電路如圖 4所示 TC1602EL液晶模塊與 AT89C52 接口電路的接線(xiàn)圖。采用液晶屏顯示模塊，具有微功耗、空間小、顯示清楚、人界界面操作方便等優(yōu)點(diǎn)。TC1602EL 的 D0-D7 接口分別與接口控制芯片的 P0.0-P0.7 連接，控制芯片的 P2. 2、P2. 3、P2. 4 口分別與RS、RW、E 接口連接。

（4）驅動(dòng)輸出電路

圖 5 驅動(dòng)電路中，當饋電回路中出現短路、漏電、斷相、欠壓 / 失壓等故障狀態(tài)時(shí)，根據設定的故障動(dòng)作時(shí)限值，微機CPU 輸出掉電保護指令到 CPU 的 P2.5 口（高電平轉換為低電平），驅動(dòng)饋電開(kāi)關(guān)中間繼電器輔助電源節點(diǎn)，中間繼電器掉電后，斷開(kāi)斷路器控制電源，斷路器脫扣，切斷故障電源。

由于煤礦井下設備較多，高壓電纜等產(chǎn)生的電磁干擾容易應影響差壓變送器等電子電路的正常工作，因此需要增加光電隔離模塊，增加設備的安全性和穩定性。

2.3 饋電開(kāi)關(guān)軟件應用及仿真技術(shù)

微機式差壓變送器通過(guò)軟件shou先對系統進(jìn)行初始化，對主控芯片（CPU）內部的 RAM、寄存器、定時(shí)器、I/0 接口、堆棧指針、外部擴展芯片等進(jìn)行資源分配和優(yōu)化處理，并對通信接口進(jìn)行設置。一般設置定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器作為 CPU 串行口波特率 ；選擇定時(shí)器模式 T2 時(shí)，設置為 ：波特率 =96000，SMOD=1，初值 =OFDH [4] 。在設計及維修時(shí)，需要采用仿真技術(shù)，對系統進(jìn)行仿真測試。本文采用具有程序設計靈活、編程效率高、圖形功能強大的 MATLAB 及 Simulink 軟件對故障暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真計算。如圖 6 所示短路故障仿真實(shí)現[5] 。圖 6 中設置線(xiàn)路、異步電動(dòng)機、變壓器、仿真電壓電流示波器、變量存儲等電路模塊。通過(guò)仿真示波器對電流、電壓信號等變量波形自動(dòng)顯示，仿真測試數據可直接運用 MATLAB 函數、命令、工具箱等進(jìn)行仿真結果分析、存儲等。

3 維修試驗與測試

差壓變送器維修完成后，需要對其性能進(jìn)行測試，通過(guò)差壓變送器在開(kāi)關(guān)合閘前和合閘后的試驗，判斷差壓變送器維修的成功與否。測試電路采用單片機#小控制系統，主要由 A/D 轉換電路，顯示屏 / 輔助硬件電路構成。如圖 7 所示。

根據測試結果，當信號正確時(shí)，差壓變送器的顯示屏上顯示“Lou Dian Bi Suo OK!!” 當信號不正確時(shí)，顯示器顯示故障類(lèi)型“Lou Dian Bi Suo ERROR!!”此時(shí)需要進(jìn)一步分析原因，判斷故障，對差壓變送器硬件電路進(jìn)行分析、處理、找出故障點(diǎn)后進(jìn)行排除，再進(jìn)行測試。

4 結論

隨著(zhù)技術(shù)不斷進(jìn)步，礦用差壓變送器逐漸采用更為先金的控制芯片以及具有更加智能的通信和在線(xiàn)監測，智能故障報警、集中控制等功能。為了節約成本，降低企業(yè)材料費用，積極開(kāi)展了饋電智能差壓變送器、電動(dòng)機綜合差壓變送器等部件的維修工作，通過(guò)研究關(guān)鍵技術(shù)及仿真、維修測試，掌握了一定的維修技術(shù)，同時(shí)培養了部分機電維修技術(shù)人員，切實(shí)的解決了許多技術(shù)難題，增加了修舊利廢的社會(huì )效果和經(jīng)濟效益。