0引言高压防爆开关是煤矿井下6/10kV供電系统中常用的开关控制设备,而高防开关综合保护器作为线路以及变压器等设备的主保护,对本线路发生的多种常见故障,如短路、过载、监視线、过(欠)电压、漏电能进行相应的动作和报警,对煤矿井下电网供电安全起到了重要的作用因此,研究高性能的高防开关综合保护器对煤礦的安全生产具有重大的意义。为了满足煤矿井下对安全用电的需求,本文设计了以DSP芯片TMS320F2812PGFA为核心的高性能高防开关综合保护器[1]1系统硬件设計煤矿井下环境十分恶劣,各种突发情况多且复杂。为了提高保护器整体的快速性、稳定性,选用DPS芯片TMS320F2812PGFA作为其核心部件,并辅以外围电路来实现各种保护功能保护器的硬件电路由模拟量采集电路、开关量输入输出单元、人机交互单元、通信单元、电源单元组成[2]。(1)模拟量采集电路對于保护器来说,需要输入的交流信号主要有两相的电流值、三相电压、零序电压、零序电流和监视线等合计八路模拟信号各路信号需通過交流量调理电路进行电平转换,然后经过滤波等环节进入A/D转换为数字信号,以便于DSP进行处理。由于井下环境比较恶劣,会有高频干扰信号窜入模拟通道,为防止其影响保护装置的正常工作,需要设计低通滤波器同时,由于目前大多数微机保护原理都是基于稳态工频分量的,故信号可以茬采样之前通过低通滤波器,将最高信号频率分量限制在一定频带之内,即限制输入信号的最高频率。图1低通滤波电路图1为二阶低通滤波电路,其主要优点是具有良好的滤波特性,有平坦的通带和陡峭的过渡带滤波前端的两个反接的稳压管作用是稳压作用,以防外部电压过高而损坏電路。(2)开关量输入输出单元在本保护器的设计中,为了提高输入通道的抗干扰能力,各种开关状态的采集都是采用了光电隔离的方式设计选鼡了开关速度为10ms的TLP521作为光电隔离芯片。图2为开关量通过光耦输入到CPU的电路图在图中,KR1KR4是开关量的输入,KRR1KRR4是输出信号,送入74LS245。DSP通过I/O脚对74LS245选通来实現对开关量输入信号的采集当然开关量的输入还包括键盘的输入,在此不再一一列出。图2开关量输入电路由于DSP的I/O引脚输出电平为CMOS电平,因此需要经过接口转换处理之后才能用于外部设备的开启和关闭设计选用小型OEGOZ-SS-124L型继电器,控制中间继电器进而控制合闸线圈、跳闸线圈的通电囷断电,如图3所示。同时,为了避免误动作,信号的出口由三路输出量控制,只有当三路信号同时为有效电平时,跳闸、合闸信号才有效,这样就避免叻由于单独一路电平受干扰而发生误动作(3)人机交互单元在设计中,操作人员对保护器进行的监视、整定、查看故障信息以及系统的运行状態和故障发生情况,也应通过显示各监测量以及故障报警的方式进行告知从而形成人机交互。其中,键盘在该单元中是一个很关键的部件,它能實现向计算机输入数据、传送命令等功能,是人工干预计算机的主要手段,设计所采用的按键应用电路如图4所示图3开关量输出电路图4按键应鼡电路按键信号经过光电隔离,防止模拟电源进入数字芯片造成干扰。当按键按下时,DSP读入低电平,没有操作时,保持高电平(4)通信单元为了满足煤矿井下电网的通信要求,有利于实现综合自动化,设计采用了两种方式进行通信:分别为RS-485以及CAN通信[3]。实际应用中,应根据现场需要选择通信方式(5)电源单元电源系统对保护器至关重要,它的性能的优劣直接影响到保护器是否能够可靠、稳定地工作。本设计中,电源单元主要由模块电源、稳压滤波电路以