礦用遠距離短路保護數字饋電開關的製作方法
2023-06-26 05:08:31
專利名稱：礦用遠距離短路保護數字饋電開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦山井下中心點不接地供電系統中遠距離短路保護數字饋電開關。它特別適用於交流660V或1140V供電系統中的大功率設備的遠距離供電短路保護使用。
背景技術：
長期以來，短路保護都是取電流大小變化來實現短路保護，這一保護原理不能適應長距離保護的需要。過去礦山井下電氣設備容量小，起動電流不大，供電距離短，矛盾不突出。八十年代以來，隨著大型機械化設備的廣泛使用，供電距離大大提高，這種取電流大小作短路保護的原理，不能適應新情況的要求。於是有人取電壓變化原理，實現遠距離短路保護。這種辦法採用在供電線路最遠端接一個電壓採樣裝置，供電線路上任何地方發生短路，供電線路末端電壓發生很大變化。電壓變化採樣裝置將電壓變化信號採樣處理，傳輸到電源端總饋電開關並使其跳閘。這種保護裝置需要一個隔爆的電壓採樣裝置，並要有傳輸通道，投資大，可靠性差，技術落後。
發明內容
本實用新型為克服現有技術中存在的問題，採用電流不平衡和設備起動與短路時功率因數不同的特點及數位化技術，提供一種簡便而靈敏可靠的礦用遠距離短路保護數字饋電開關。
解決其技術問題所採用的技術方案是礦用遠距離短路保護數字饋電開關，連接有採樣單元電路LH、YH，信號轉換電路，低通濾波電路，模數轉換輸入電路A/D，控制輸出單元電路，在輸入與輸出控制電路之間連接有單片機DZK；輸出口BJ與QA、TA鍵，電源AC24V，控制模塊DGT輸入端串接成輔控電路；控制電源AC220V，真空短路器CZ，DGT輸出端串接成主控電路；主控與輔控電路之間有DGT連接。
採樣單元電路三相電流互感器LH，三相輸出端分別接上信號轉換電阻RA、RB、RC，將電流信號轉換成電壓信號後，分別連接L1A、L1B、L1C、CA1、CA2、CB1、CB2、CC1、CC2組成的三相低通濾波電路，其輸出再連接到三個A/D模數轉換口，並經單片機連接，由其BJ口與輸出控制電路匯接，BJ口輸出電流不平衡度信號，即最小相電流與最大相電流之比，不平衡度小於0.5，視為短路發生，BJ輸出跳閘信號，真空斷路器CZ跳閘斷電。
採樣三相電壓互感器YH，三相輸出端上分別接上分壓電路RA1，RA2，RB1，RB2，RC1，RC2，其輸出端分別連接LUA、LUB、LUCCA3、CA4、CB3、CB4、CC3、CC4，組成的低通濾波器，然後再接A/D口，並經單片機連接，輸出BJ口，接入輸出控制電路，輸入電流、電壓信號，由單片機計算出功率因數角，其角小於25°，視為短路發生，BJ輸出跳閘信號，CZ跳閘斷電。
礦山井下供電，供電變壓器中心點不接地，任何兩相短路都會造成三相電流極不平衡，其中兩相電流大，一相電流小，單片機DZK對輸入的電流信號計算處理，算出電流不平衡度Q(最小相電流與最大相電流之比值)，當Q小於0.5，輸出跳閘信號。礦山井下發生的短路，據統計98％以上是兩相短路或先是兩相短路後引起三相短路，直接三相短路是極為少見的。
本實用新型還利用短路時電流大、功率因數高，而設備起動時電流大，功率因素低的特點來鑑別短路是否發生，其保護距離可以做到3000米以上，比傳統的電流保護距離要長4倍以上。設備起動有兩大特點，一是起動電流大，一般是其額定電流的5到7倍；二是功率因數低，一般為0.3至0.4。短路發生時也有兩大特點，一是短路電流大，二是功率因數高，在0.95以上或功率因數角小於25°。當功率因數大於0.95或功率因數角小於25°，判定短路發生，輸出跳閘信號，BJ截止，DGT截止，CZ失電跳閘，切斷電源。用功率因數實現短路保護，二相三相短路都起作用。
用上述兩個因素同時鑑別線路是否發生短路是比較容易實現的。而且準確率高，尤其針對井下供電中心點不接地系統發生短路時，基本上是兩相短路的特點，採用電流不平衡原理和數位化技術實現短路保護，保護距離長，簡單，可靠，直觀，經濟。
本實用新型的有益效果是，短路保護距離大於3000米，比傳統方式提高4倍以上，提高礦井供電安全性，減少投資，節約人工，同時提高開關的工作可靠性，靈敏性，直觀性。
以下結合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。
附圖是本實用新型的電氣原理圖。
圖中，X1，X2，X3為電源輸入端，d1，d2，d3為負荷輸出端，CZ1，CZ2，CZ3為接觸器主觸頭，LH為三相電流互感器，YH為三相電壓互感器，CZ為主接觸器，DGT為光隔固態繼電器，BJ為光隔固態保護繼電器，KJ為固態光隔控制繼電器，CZ4為CZ的輔助常開接點，QA，TA為起，停按鈕，B1為控制變壓器，B2為隔離變壓器，RD為熔斷器，DZK為單片機，RARBRC為電流互感器負載電阻，RA1RA2RB1RB2RC1RC2為分壓電阻，CA1CA2CB1CB2CC1CC2CA4CB3CB4CC3CC4L1AL1BL1CLUALUBLUC為LC低通濾波器。
具體實施方式
礦用遠距離短路保護數字饋電開關，包括採樣單元電路、波形處理單元電路、單片機、控制單元電路和輸出電路。
A、採樣單元電路包括三相電流互感器LH和三相電壓互感器YH；B、採樣單元電路的三相電流互感器LH和三相電壓互感器YH的三相輸出端上分別連接著負載電阻RA，RB，RC和分壓電阻RA1，RA2，RB1，RB2，RC1，RC2，再經各自的低通濾波單元電路分別連接到單片機的1、2、3、4、5、6六個A/D輸入埠，採樣電路實現交流採樣；C、單片機包括A/D轉換接口電路、儲存單元、運算單元、故障診斷電路和輸出電路；D、控制單元電路包括由24V電源、停止按扭TA、起動按扭QA、BJ、KJ和CZ4連接成副控迴路，還包括由220V電源、真空接觸器CZ、DGT輸出端連接成的主控同路，兩個同路之間跨連著過零投切功率模塊GM；所述控制單元電路的電源初級端分別連接著主電路，控制單元電路的停止、起動迴路連接著單片機的6、7、8、9輸出埠。
其工作過程如下，供電電流經三相電流互感器LH採樣變成小電流信號，在三相負載電阻RARBRC上取出電壓，經電感、電容組成π形濾波後分別送入單片機的三相電流A/D口，經A/D處理變成三相半波數位訊號。三相電壓經三相電壓互感器YH採樣變成低電壓信號，經分壓後在電阻RA2、RB2、RC2取出電壓，經電感、電容組成π形濾波後分別送入單片機的三相電壓A/D口，經A/D處理變成三相半波數位訊號。採樣電路實行三相半波交流採樣。
每相電壓電流過零時間進行比較，得到過零時間差，這就是功率因數角。顯然，電機起動時，感性電流分量大，電流過零滯後電壓比較多，功率因數角比較大，功率因數小。短路發生時呈現阻性負載，電流滯後電壓過零時間短，功率因數角小，功率因數高。
單片機內部設計有故障診斷程序，單片機對輸入的電壓電流信號經故障診斷程序分析判斷，如果功率因數大於0.95或功率因數角小於25°，判定短路發生，單片機輸出跳閘信號，使BJ斷開，DGT固態繼電器截止，真空接觸器CZ斷開，電機停止運轉。
同樣，單片機對輸入的電流信號，隨時由故障診斷程序進行比較，發現電流不平衡度小於0.5，判定短路發生，單片機輸出跳閘信號，使BJ斷開，DGT固態繼電器截止，真空接觸器CZ斷開，電機停止運轉。不平衡值在0.5至0.7時，延時5秒跳閘。
單片機還對電機的過電流、斷相、短路進行保護；對線路及電氣設備的絕緣進行監測，當絕緣下降到38kΩ(1140V)時或22kΩ(660V)時輸出保護信號，使線路斷電。
權利要求1一種礦用遠距離短路保護數字饋電開關，採用兩相短路時電流不平衡原理和設備起動與短路時功率因數不同的特點實現遠距離短路保護，其特徵是連接有採樣單元電路LH、YH，信號轉換電路，低通濾波電路，模數轉換輸入電路A/D，控制輸出單元電路，在輸入與輸出控制電路之間連接有單片機DZK；輸出口BJ與QA、TA鍵，電源AC24V，控制模塊DGT輸入端串接成輔控電路；控制電源AC220V，真空短路器CZ，DGT輸出端串接成主控電路；主控與輔控電路之間有DGT連接。
2根據權利要求1所述的礦用遠距離短路數字饋電開關，其特徵是採樣單元電路三相電流互感器LH，三相輸出端分別接上信號轉換電阻RA、RB、RC，將電流信號轉換成電壓信號後，分別連接L1A、L1B、L1C、CA1、CA2、CB1、CB2、CC1、CC2組成的三相低通濾波電路，其輸出再連接到三個A/D模數轉換口，並經單片機連接，由其BJ口與輸出控制電路匯接，並當電流不平衡度小於0.5，BJ輸出跳閘信號。
3根據權利要求1所述的礦用遠距離短路數字饋電開關，其特徵是採樣三相電壓互感器YH，三相輸出端上分別接上分壓電路RA1，RA2，RB1，RB2，RC1，RC2，其輸出端分別連接LUA、LUB、LUCCA3、CA4、CB3、CB4、CC3、CC4，組成的低通濾波器，然後再接A/D口，並經單片機連接，輸出BJ口，接入輸出控制電路，並當功率因數角小於25°，BJ輸出跳閘信號。
專利摘要本實用新型涉及礦山井下中心點不接地供電系統中額定工作電壓660V或1140V數字饋電開關的遠距離短路保護技術，其額定工作電流為300A、400A、500A、630A、800A、1000A。利用電流不平衡原理，當兩相發生短路時，出現兩相電流大一相電流小，最小相電流比最大相電流小於0.5時輸出短路跳閘信號；還利用短路時功率因數大於0.95時電流大、當功率因數大於0.95判定短路發生，輸出跳閘信號切斷電源。上述兩種方法實現大功率遠距離供電的短路保護是由電腦數位技術完成。它的有益效果是短路保護距離大於3000米，比傳統方法增加4倍以上，且簡單、可靠、直觀、經濟。
文檔編號H02H7/09GK2735623SQ20032010890
公開日2005年10月19日 申請日期2003年10月15日 優先權日2003年10月15日
發明者張德昌 申請人:張德昌