一種礦用高壓智能綜合保護(hù)裝置及其工作原理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦用供電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓保護(hù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下作業(yè)不僅施工難度大、作業(yè)復(fù)雜度高，而且對(duì)于設(shè)備運(yùn)行的安全要求極為嚴(yán)格。由于井下作業(yè)的環(huán)境惡劣，因此要求設(shè)備的用電環(huán)境保持較高的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)井下作業(yè)設(shè)備的供電網(wǎng)絡(luò)受制于保護(hù)裝置的落后，存在運(yùn)行不穩(wěn)定的情況。井下防爆開(kāi)關(guān)常由失壓線(xiàn)圈、分勵(lì)線(xiàn)圈構(gòu)成，存在較大的安全隱患。設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，由于雷擊、地面電網(wǎng)電壓波動(dòng)等造成的井下電網(wǎng)電壓短時(shí)波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致失壓線(xiàn)圈失電，造成不應(yīng)有的釋放動(dòng)作、斷路器跳閘、負(fù)荷側(cè)停電，從而導(dǎo)致井下重要負(fù)荷如水泵、風(fēng)機(jī)等停電，容易造成生產(chǎn)安全事故。
[0003]雖然針對(duì)斷路器跳閘的情況，有防越級(jí)跳閘措施，但是傳統(tǒng)保護(hù)措施中，每臺(tái)保護(hù)裝置根據(jù)開(kāi)關(guān)等級(jí)分別設(shè)置了不同的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，通常上一級(jí)的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，然后逐級(jí)遞減，參照?qǐng)D1，有4臺(tái)保護(hù)開(kāi)關(guān)，按照等級(jí)分別設(shè)為開(kāi)關(guān)1、2、3、4，其中開(kāi)關(guān)I為最上級(jí)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)4為最下級(jí)開(kāi)關(guān)，保護(hù)開(kāi)關(guān)的斷路器執(zhí)行時(shí)間為70ms，按照現(xiàn)有技術(shù)的防越級(jí)跳閘方案來(lái)設(shè)置布局，則短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間分別設(shè)置為350ms，250ms，150ms，50ms,級(jí)差100ms。短路故障發(fā)生時(shí)，無(wú)論故障點(diǎn)發(fā)生在何處，任一級(jí)的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間都是固定的。這一情況表明，只有最下級(jí)的開(kāi)關(guān)的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是最短且符合標(biāo)準(zhǔn)的，其上級(jí)的所有開(kāi)關(guān)的短路保護(hù)時(shí)間均不能確保斷路器及時(shí)工作，存在很大隱患。而隨著電網(wǎng)層級(jí)增加，位于更上級(jí)的開(kāi)關(guān)的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，不利于運(yùn)行安全。
[0004]另外，傳統(tǒng)保護(hù)裝置在井下防爆開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)，不會(huì)檢測(cè)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間，而井下作業(yè)環(huán)境惡劣，設(shè)備老化的情況較嚴(yán)重，一旦開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)老化而導(dǎo)致執(zhí)行速度變慢，就無(wú)法確保保護(hù)動(dòng)作的正確執(zhí)行，這樣就給安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。如果為了測(cè)試開(kāi)關(guān)執(zhí)行動(dòng)作而添加額外的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，一則使得投入成本上升，二來(lái)也可能帶來(lái)更多的安全性問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種礦用高壓智能綜合保護(hù)裝置，解決以上技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]—種礦用高壓智能綜合保護(hù)裝置，包括裝置本體，所述裝置本體設(shè)置于裝置外殼內(nèi)，所述裝置本體包括一控制模塊，所述控制模塊上分別連接有用于電網(wǎng)失壓時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)分閘的失壓線(xiàn)圈、用于得電后開(kāi)關(guān)分閘的分勵(lì)線(xiàn)圈、用于檢測(cè)電流的電流傳感器、用于漏電保護(hù)的零序電流互感器；
[0008]所述失壓線(xiàn)圈的供電回路中并聯(lián)一失壓延時(shí)模塊，用于給失壓線(xiàn)圈提供后備電源，所述失壓延時(shí)模塊的延時(shí)能力為Os?5s。
[0009]本發(fā)明通過(guò)設(shè)置具有失壓檢測(cè)功能的主處理模塊和失壓延時(shí)模塊，配合周邊電路和開(kāi)關(guān)，對(duì)煤礦井下高壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制和保護(hù)，可以解決井下電網(wǎng)電壓短期波動(dòng)而導(dǎo)致的大面積失壓誤跳閘現(xiàn)象。
[0010]所述控制模塊采用ARM處理器，優(yōu)選采用32位ARM處理器。本發(fā)明選用先進(jìn)的32位ARM處理器具有的強(qiáng)大數(shù)據(jù)采集及處理能力，對(duì)運(yùn)行的設(shè)備信號(hào)進(jìn)行高速采樣、實(shí)時(shí)測(cè)算及連續(xù)量化處理，獲得的數(shù)據(jù)信息更為精確。
[0011 ] 所述失壓延時(shí)模塊采用以電容為儲(chǔ)能元件的失壓延時(shí)模塊，利用電容的儲(chǔ)能特性來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)電能，用作電路失壓時(shí)的后備電源。
[0012]所述電流傳感器采用空心電流互感器或者鐵芯式電流互感器，當(dāng)采用空心電流互感器時(shí)，所述空心電流互感器的量程為IA?8000A。使用時(shí)，將空心電流互感器直接穿在母線(xiàn)上，可獲得與一次側(cè)電流成正比的電信號(hào)，并且不需要因?yàn)椴煌念~定電流等級(jí)而更換電流互感器。
[0013]所述零序電流互感器采用貫穿式電流互感器。
[0014]所述控制模塊連接一 RS485通訊接口，用于通過(guò)通信電纜實(shí)現(xiàn)裝置本體與監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)之間的遠(yuǎn)程連接，以便完成包括遠(yuǎn)方分閘、遠(yuǎn)方合閘、遠(yuǎn)方試驗(yàn)、復(fù)位、對(duì)時(shí)、查詢(xún)運(yùn)行信息的操作，所述RS485通訊接口采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，提高了信號(hào)傳輸能力，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的自動(dòng)化和集中化提供基礎(chǔ)，尤其適用于井下作業(yè)環(huán)境。
[0015]所述控制模塊連接一 CAN通訊接口，用于實(shí)現(xiàn)多臺(tái)裝置本體之間的互聯(lián)；所述CAN通訊接口為本安型通訊接口 ；所述CAN通訊接口傳輸?shù)男盘?hào)為本安信號(hào)。CAN通訊接口的通訊協(xié)議支持多機(jī)通訊，可以信息并發(fā)，并自動(dòng)仲裁，從硬件上避免了通訊的沖突。通過(guò)設(shè)置CAN通訊接口實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備連接時(shí)，僅需兩根通訊線(xiàn)纜即可將參與防越級(jí)跳閘的裝置本體連接在一起，以多種方式進(jìn)行短路保護(hù)的防越級(jí)跳閘，克服了傳統(tǒng)裝置本體和高壓開(kāi)關(guān)構(gòu)建的防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的上級(jí)高壓開(kāi)關(guān)短路保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間設(shè)置過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，大大提高了井下供電的安全性。使用時(shí)，裝置本體之間僅通過(guò)兩根通訊線(xiàn)纜交互數(shù)據(jù)，與之對(duì)應(yīng)的多臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)之間除兩根通信線(xiàn)外，完全獨(dú)立。由于裝置本體之間可以實(shí)時(shí)通信，當(dāng)任一臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)運(yùn)行出現(xiàn)短路保護(hù)問(wèn)題時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的裝置本體均能夠及時(shí)與其他互聯(lián)的裝置本體進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并根據(jù)出現(xiàn)短路保護(hù)問(wèn)題的高壓開(kāi)關(guān)所在的等級(jí)和位置調(diào)整其上級(jí)高壓開(kāi)關(guān)的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，以此將實(shí)際執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作的高壓開(kāi)關(guān)的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值，使防越級(jí)跳閘功能及時(shí)啟動(dòng)。由于數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性，使得由CAN通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的裝置本體集群能夠?qū)Ψ涝郊?jí)跳閘的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)跟蹤和及時(shí)反饋，便于根據(jù)跟蹤結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)老化問(wèn)題，排除運(yùn)行安全隱患。
[0016]本發(fā)明中的CAN通訊接口及數(shù)據(jù)交互的工作原理及步驟如下:
[0017]I)發(fā)生故障的負(fù)載側(cè)的高壓開(kāi)關(guān)等級(jí)設(shè)為n，其所對(duì)應(yīng)的裝置本體在檢測(cè)到短路故障后，通過(guò)CAN通訊接口及對(duì)應(yīng)的通訊總線(xiàn)向其他等級(jí)的高壓開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的裝置本體發(fā)出標(biāo)識(shí)越級(jí)跳閘的指令；
[0018]2)各級(jí)高壓開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的裝置本體在接收到越級(jí)跳閘的指令后，與自身的開(kāi)關(guān)等級(jí)比較，忽略與自己相等或者高于自己等級(jí)的高壓開(kāi)關(guān)的裝置本體所發(fā)來(lái)的指令，僅接收比自己等級(jí)低的設(shè)備發(fā)來(lái)的指令，并且進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)時(shí)間設(shè)為T(mén)s ；
[0019]3)任一高壓開(kāi)關(guān)自身等級(jí)設(shè)為m，所對(duì)應(yīng)的裝置本體的越級(jí)延時(shí)為T(mén)，短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間設(shè)為T(mén)d，則存在如下關(guān)系:Ts = (n-m) *T+Td ；
[0020]其中，Td設(shè)置不大于30ms時(shí)，可確保，短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在10ms內(nèi)，以便符合煤炭行業(yè)中的《礦用隔爆型高壓真空配電裝置》內(nèi)的裝置標(biāo)準(zhǔn)。
[0021]為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整上級(jí)高壓開(kāi)關(guān)短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的功能，需要對(duì)各臺(tái)裝置本體進(jìn)行如下設(shè)置:
[0022]a)設(shè)置本裝置本體所對(duì)應(yīng)的高壓開(kāi)關(guān)等級(jí)；
[0023]b)設(shè)置本裝置本體的短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；
[0024]c)設(shè)置本裝置本體的越級(jí)延時(shí)；
[0025]d)將各臺(tái)參與防越級(jí)跳閘聯(lián)網(wǎng)保護(hù)的裝置本體所連接的CAN通訊接口用通訊線(xiàn)纜連接在一起；
[0026]e)統(tǒng)一設(shè)置各臺(tái)裝置本體所連接的CAN通訊接口的波特率。
[0027]所述RS485通訊接口和所述CAN通訊接口均分別通過(guò)光電隔離后與所述控制模塊連接。
[0028]所述控制模塊連接一無(wú)線(xiàn)模塊，以便配合具有無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能的采集設(shè)備和傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)采集和傳輸。
[0029]所述無(wú)線(xiàn)模塊優(yōu)選采用zigbee模塊。
[0030]所述裝置本體包括一開(kāi)關(guān)量采集模塊和一繼電器輸出模塊，分別用于采集各個(gè)高壓開(kāi)關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)和控制繼電器工作，所述開(kāi)關(guān)量采集模塊和所述繼電器輸出模塊分別通過(guò)光電隔離后連接所述控制模塊，所述開(kāi)關(guān)量采集模塊將高壓開(kāi)關(guān)的斷路器狀態(tài)反饋給控制模塊，從而使控制模塊識(shí)別斷路器的分合閘狀態(tài)，然后再通過(guò)控制繼電器輸出模塊來(lái)控制繼電器使其執(zhí)行動(dòng)作，使斷路器分閘或合閘。
[0031]傳統(tǒng)的井下防爆開(kāi)關(guān)由于不檢測(cè)開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間，一旦執(zhí)行機(jī)構(gòu)老化導(dǎo)致執(zhí)行速度變慢，就無(wú)法確保保護(hù)動(dòng)作可以被正確執(zhí)行。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)量采集模塊和繼電器輸出模塊，配合控制模塊構(gòu)成了開(kāi)關(guān)分合閘動(dòng)作時(shí)間檢測(cè)和控制系統(tǒng)，用于對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控，大大方便了井下供電設(shè)備的檢測(cè)，避免了傳統(tǒng)井下防爆開(kāi)關(guān)在運(yùn)行時(shí)存在的老化、失靈等隱患。具體的檢測(cè)原理如下:裝置本體中的繼電器執(zhí)行動(dòng)作時(shí)間設(shè)為T(mén)j，高壓開(kāi)關(guān)斷路器的動(dòng)作完成執(zhí)行時(shí)間為T(mén)z，裝置本體檢測(cè)判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作變位耗時(shí)Tc，裝置本體以發(fā)出分閘指令的