採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路的製作方法
2023-05-13 10:29:11
本實用新型涉及煤礦井下隔爆型開關櫃控制和保護電源的供電技術領域，更具體地說，特別涉及煤礦井下隔爆型開關櫃採用兩路可自動切換直流電源作為控制和保護電源的電路。
背景技術：
高低壓開關櫃廣泛應用於電力配電線路中，是電力配電的關鍵設備。它的作用是控制電能的分配及電力傳輸的通斷，並具有各類保護功能。其廣泛應用於各類地面變電站和煤礦井下變電硐室。
迄今為止，所有煤礦井下的隔爆型開關櫃的控制和保護電源全部採用的是與系統電源同源的交流電源。請參閱圖1，其具體電路主要包括：電壓互感器PT、控制和保護元器件ZKB，其中，所述控制和保護元器件ZKB的電源是通過隔爆型開關櫃內電壓互感器PT二次線圈輸出的交流AC100V進行供電。當電力線路正常停電時，控制和保護元器件ZKB失電，將無法顯示、記錄設備信息和狀態；當電力線路故障停電時，由於隔爆型開關櫃沒有獨立的控保電源，控制和保護元器件ZKB失電，無法及時查找故障信息，延長了井下停電時間，存在一定的安全隱患。
目前，煤礦井下隔爆型開關櫃控制和保護電源採用電壓互感器輸出的交流電源供電最為嚴重的缺陷是；當電力供電線路出現短路故障時，連接在線路上的電壓互感器(PT)二次線圈輸出的交流電源電壓瞬時急速下降，導致控制和保護元器件ZKB工作電源失電而無法發出保護命令，造成故障線路隔爆型開關櫃的斷路器無法及時分閘，從而引起上一級開關或井上變電所出現越級跳閘，引發大面積停電事故，而煤礦井下大面積停電對於煤礦的安全運行的危害尤為嚴重。
2016年國家安全監管總局規劃科技司發布《淘汰落後安全技術裝備目錄》(2016年第一批公示)，其中煤礦領域第九條就明確指出了煤礦井下隔爆型開關櫃的供電安全性問題，明確交流電源作為控制和保護電源的技術屬於落後淘汰技術，需要在五年內進行改造升級。為此，有必要設計一種能解決上述技術問題的、採用兩路可切換直流電源作為隔爆型開關櫃控制和保護電源的電路。
考慮到運行的安全性，防止煤礦井下安全事故的發生，在採用兩路直流電源作為控制和保護電源的電路中，加入了防誤操作閉鎖元件FW，能夠切斷和閉鎖隔爆型直流電源箱向隔爆型開關櫃的輸出，滿足煤礦井下多瓦斯環境中防爆設備開門斷電的要求。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路，以解決現有技術中所存在的技術缺陷。
為了方便述說，我們對於由電壓互感器輸出的交流電源經過調壓整流後輸出的直流電源簡稱：內供直流電源；對於隔爆型開關櫃外部由隔爆型直流電源箱輸入的直流電源稱為：外供直流電源。
為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：
一種採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路，包括設於隔爆型開關櫃內部的電壓互感器、調壓整流切換模塊、以及設於隔爆型開關櫃外部的隔爆型直流電源箱，所述電壓互感器的輸出端和隔爆型直流電源箱的輸入端均與調壓整流切換模塊連接；
所述調壓整流切換模塊包括交流輸入端子、直流輸入端子、直流輸出端子、調壓元件、整流元件、濾波元件、放電電阻、切換元件、保護元件、防誤操作閉鎖元件和防倒灌二極體。
所述電壓互感器二次線圈的輸出端通過調壓整流切換模塊的交流輸入端子與調壓元件的輸入端連接，所述調壓元件的輸出端與整流元件的交流輸入端連接，所述濾波元件及放電電阻並聯在整流元件的輸出端，所述整流元件的輸出端還與切換元件連接，所述切換元件的輸出端通過直流輸出端子與隔爆型開關櫃中的控制和保護電路連接；
所述隔爆型直流電源箱經過隔爆型開關櫃的電纜引入裝置、接線腔穿牆端子，與調壓整流切換模塊的直流輸入端子連接，外供直流電源的正極經過防倒灌二極體與切換元件連接。
進一步地，所述切換元件為常開常閉轉換型繼電器，以下簡稱繼電器；所述整流元件的輸出端的正負極分別與繼電器的正、負極常閉接點連接；所述外供直流電源的正極通過防倒灌二極體與繼電器的正極常開接點連接，所述外供直流電源的負極直接與繼電器負極常開接點的一端連接，繼電器的公共端作為輸出端。
進一步地，兩路直流控制和保護電源不採用繼電器進行切換，所述調壓整流切換模塊中整流元件的輸出內供直流電源的正極與第二防倒灌二極體的正極連接；所述外供直流電源與第一防倒灌二極體的正極連接，兩個防倒灌二極體的負極並接在一起後與直流輸出端子的正極連接，兩路直流電源的負極直接並接在一起後與直流輸出端子負極的連接。
進一步地，所述調壓元件為變壓器、單相交流固態調壓器或可控矽調壓器。
進一步地，所述調壓元件、整流元件、濾波元件、放電電阻、切換元件、防誤操作閉鎖元件和防倒灌二極體等可為相互獨立分散安裝的元件，或為一體式封裝的模塊。
進一步地，所述繼電器的線圈並聯在外供直流電源的正負極上。
進一步地，所述繼電器為電磁繼電器、固態繼電器、電子開關或者接觸器。
進一步地，所述繼電器為常開常閉轉換型、常開型或常閉型。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於：
1、本實用新型創新的採用外供(常用)和內供(備用)兩路直流電源為隔爆型開關櫃控制和保護電路供電，外供直流電源由設於隔爆型開關櫃外部為其提供直流電源的隔爆型直流電源箱提供，內供直流電源由隔爆型開關櫃內部電壓互感器輸出的交流電源，經過調壓整流濾波後輸出的直流電源提供。當外部隔爆型直流電源箱需要停電檢修時，可以通過調壓整流切換模塊將外供直流電源自動切換到內供直流電源供電。此外，還可以把外供直流電源源作為備用電源，當內供直流電源出現故障時自動切換至外供直流電源源供電。兩路直流電源可以依據使用者的要求自由選擇常用或備用電源。
2、本實用新型通過防誤操作閉鎖元件實現外供直流電源的控制和閉鎖，當開啟隔爆型開關櫃設備腔門時，切斷隔爆型直流電源箱的輸出，保證井下維護檢修時的安全，大大降低安全事故的發生機率。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是現有技術中採用交流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路原理框圖。
圖2是本實用新型所述採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路的原理框圖。
圖3是本實用新型所述採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路的一種電路原理圖。
圖4是本實用新型所述採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃的電路的另一種電路原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護範圍做出更為清楚明確的界定。
實施例一
參閱圖2所示，本實施例提供一種採用兩路直流控制和保護電源的隔爆型開關櫃GK的電路，包括設於隔爆型開關櫃GK內部的電壓互感器PT、調壓整流切換模塊TZQ、以及設於隔爆型開關櫃GK外部的隔爆型直流電源箱DXJL，所述電壓互感器PT和隔爆型直流電源箱DXJL均與調壓整流切換模塊TZQ連接。
參閱圖3所示，所述調壓整流切換模塊TQZ包括交流輸入端子(L1、L2)、直流輸入端子(IN+、IN-)、直流輸出端子(OUT+、OUT-)、調壓元件TY、整流元件D、濾波元件C、放電電阻FR、切換元件K、防誤操作閉鎖元件FW、防倒灌二極體D1、D2、保護元件FU1；
所述電壓互感器PT二次線圈輸出端通過調壓整流切換模塊的交流輸入端子(L1、L2)與調壓元件TY的輸入端連接，所述調壓元件TY的輸出端與整流元件D的交流輸入端連接，所述整流元件D的正負極輸出端並聯有濾波元件C及放電電阻FR，同時，所述切換元件K的3腳和4腳分別連接在整流元件D的正負極輸出端，所述切換元件K的輸出端5、6腳(公共端)連接直流輸出端子，並通過直流輸出端子與控制和保護電路連接。
所述隔爆型直流電源箱DXJL通過隔爆型開關櫃GK的電纜引入裝置、接線腔內的穿牆端子將外供直流電源引入調壓整流切換模塊的直流輸入端子(IN+、IN-)，外供直流電源的正極與防倒灌二極體D1的正極連接，所述防倒灌二極體D1的負極與切換元件K的1腳連接。外供直流電源的負極直接和切換元件K的2腳連接。切換元件K的線圈並聯在外供直流電源的正負極上。
參閱圖3所示，所述切換元件K為繼電器，所述濾波元件C、放電電阻FR並聯在整流元件D的輸出端，繼電器K的3腳和4腳分別與整流元件D的正、負極輸出端連接；所述外供直流電源的正極經過防倒灌二極體D1與繼電器K的1腳連接。外供直流電源的負極直接和2腳連接。
所述調壓元件TY為變壓器、單相交流固態調壓器或可控矽調壓器等。
所述調壓元件TY、整流元件D、濾波元件C、放電電阻FR、切換元件、防誤操作閉鎖元件FW和防倒灌二極體D1等既可以為相互獨立的分散安裝的元件，也可以加工為一整體封裝模塊，該封裝模塊可以同時實現隔爆、調壓、整流、濾波、切換、閉鎖等功能。
本實施例中兩路直流控制和保護電源的自動切換是通過繼電器K的觸頭動作，接點轉換來實現的。當外供直流電源輸入正常時，繼電器K的線圈帶電，觸頭動作，常閉接點轉換為常開接點，內供直流電源的輸出迴路斷開，外供直流電源經過轉換後的常開接點(此時為閉合)輸出到直流輸出端子為隔爆型開關櫃內的控制和保護迴路供電。
所述防倒灌二極體D1的作用是防止整流元件D輸出的直流電源反灌到隔爆型直流電源箱DXJL中。
本實施例在正常運行時，外供直流電源為隔爆型開關櫃GK內部的控制和保護電路供電。外供直流電源經過調壓整流切換模塊上的直流輸入端子(IN+、IN-)接入調壓整流切換模塊，再通過防倒灌二極體D1輸入到繼電器K的常開接點的1腳和2腳。由於繼電器K的線圈帶電，繼電器K的1-5腳和2-6腳閉合，外供直流電源經過經繼電器K的1-5腳和2-6腳輸出到直流輸出端子(OUT+、OUT-)。由於繼電器K的線圈帶電吸合，繼電器的3-5腳和4-6腳瞬時轉變為常開狀態，內供直流電源斷開，作為備用。
當隔爆型直流電源箱DXJL需要停電檢修或輸出電壓大幅度降低時，繼電器K的線圈失電，繼電器K的接點動作返回，繼電器3-5腳和4-6腳閉合導通，控制和保護電源切換到由內供直流電源供電。
所述外供直流電源依次經過隔爆型開關櫃GK的電纜引入裝置(俗稱喇叭口)、接線腔隔爆穿牆端子、直流輸入端(IN+、IN-)接入調壓整流切換模塊TZQ，外供直流電源的正極與防倒灌二極體D1的正極連接，並通過D1的負極連接至繼電器K的1腳，外供直流電源的負極直接接至繼電器K的2腳。
作為優選，所述繼電器K為電磁繼電器、固態繼電器、電子開關或者接觸器。
所述繼電器K為常開常閉轉換型、常開型或常閉型。
本實施例中，內供直流電源與外供直流電源採用同一對直流輸出端子(OUT+、OUT-)輸出到控制和保護電路。
在本實施例中，濾波元件C的作用是：過濾直流電源中的交流成分，提高調壓整流切換模塊TZQ輸出的直流電源的質量；電阻FR為放電電阻，它的作用是：在維修人員檢修前釋放該電容儲蓄的電能，防止維修人員觸電，同時能夠避免檢修時電容放電產生火花，保證煤礦井下用電安全。
在本實施例中，防誤操作閉鎖元件FW為磁控開關或光電開關。當隔爆型開關櫃設備腔防爆門關閉，磁控開關和光電開關能夠檢測到感應源時，磁控開關和光電開關內部常開接點閉合，隔爆型直流電源箱內輸出迴路接觸器JC的線圈帶電並吸合，外供直流電源的供電迴路導通；在開啟隔爆型開關櫃設備腔防爆門時，由於磁控開關或光電開關的感應源撤出感應範圍，磁控開關和光電開關內部接點斷開，隔爆型直流電源箱內輸出迴路接觸器JC的線圈失電並斷開，外供直流電源的供電迴路停止輸出，這樣就實現開啟隔爆型開關櫃設備腔防爆門時，防誤操作閉鎖元件FW對於外供直流電源的控制和閉鎖功能。
實施例二
參閱圖4所示，本實施例中沒有採用切換元件繼電器K，而是直接將內供和外供兩路直流電源並聯在一起，依據直流電流由高電位流向低電位的原理及二極體的反向截止功能實現兩路直流電源的不間斷切換。
本實施例中所述整流元件D的正負極輸出端同樣並聯有濾波元件C、放電電阻FR，不同之處在於整流元件D輸出端沒有切換元件K,整流元件輸出端的正極直接與防倒灌二極體D2的正極連接，防倒灌二極體D2的負極與防倒灌二極體D1的負極相連接；所述隔爆型直流電源箱DXJL輸入的外供直流電源的正極連接防倒灌二極體D1的正極，因此，兩路直流電源的正極通過防倒灌二極體D1、D2後並聯在一起，內供和外供兩路直流電源的負極直接並聯在一起。並聯之後的直流電源通過直流輸出端子(OUT+、OUT-)為控制和保護迴路供電。
本實施例中兩路直流電源的自動切換是通過調壓整流切換模塊TZQ中兩個防倒灌二極體D1和D2的反向截止功能，以及依據直流電流由高電位流向低電位的原理來實現的。實際實施中，將內供直流電源作為備用電源，將其輸出的電源電壓調整到比外供直流電源稍低，這樣，當外供直流電源正常時，由於其電壓較高，控制和保護迴路使用該路直流電源。外供直流電源由於防倒灌二極體的阻擋，無法通過防倒灌二極體D2。當外供直流電源停電檢修或電壓降低時，則自動轉換為內部直流電源向控制和保護迴路無間斷供電。由於防倒灌二極體D1的反向截止作用，內供直流電源無法流入外部隔爆型直流電源箱DXJL內部。
由於煤礦井下存在瓦斯等易燃易爆危險氣體，一旦供用電設備運行檢修中產生電火花將會引發瓦斯爆炸事故，為此《國家煤礦安全規程》規定，所有井下供用電設備必須開門斷電檢修。本實用新型的設計能夠實現在隔爆型開關櫃外部為其提供控制和保護電源的隔爆型直流電源箱需要斷電檢修時，還可以自動切換到由隔爆型開關櫃內部內供(備用)直流電源供電，保證了隔爆型開關櫃的連續可靠運行。
相比現有技術，本實用新型專利隔爆型開關櫃採用兩路可切換直流電源作為控制和保護電源的技術，徹底解決了當前隔爆型開關櫃採用交流控制和保護電源的種種弊端和缺陷，同時通過兩路直流電源的自動切換，解決了煤礦井下電氣設備維修時必須開門斷電的安全規程要求，即，當隔爆型開關櫃外部隔爆型直流電源箱需要停電檢修又不能停止隔爆型開關櫃的控制和保護電源時，可以切換到隔爆型開關櫃內部內供直流電源供電，保證了煤礦井下隔爆型開關櫃的安全、可靠運行，從而大大提高了煤礦井下變電運行的可靠性和安全性。
同時，考慮到煤礦井下安全用電的重要性，在此電路中還設計有防誤操作閉鎖元件FW，當隔爆型開關櫃需要開啟防爆門檢修時，防誤操作閉鎖元件能夠自動切斷和閉鎖隔爆型直流電源箱向隔爆型開關櫃的供電。
雖然結合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是專利所有者可以在所附權利要求的範圍之內做出各種變形或修改，只要不超過本實用新型的權利要求所描述的保護範圍，都應當在本實用新型的保護範圍之內。