專(zhuān)利名稱(chēng)：礦用遠(yuǎn)距離短路保護(hù)數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦山井下中心點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)中遠(yuǎn)距離短路保護(hù)數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)。它特別適用于交流660V或1140V供電系統(tǒng)中的大功率設(shè)備的遠(yuǎn)距離供電短路保護(hù)使用。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，短路保護(hù)都是取電流大小變化來(lái)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，這一保護(hù)原理不能適應(yīng)長(zhǎng)距離保護(hù)的需要。過(guò)去礦山井下電氣設(shè)備容量小，起動(dòng)電流不大，供電距離短，矛盾不突出。八十年代以來(lái)，隨著大型機(jī)械化設(shè)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(hù)的原理，不能適應(yīng)新情況的要求。于是有人取電壓變化原理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離短路保護(hù)。這種辦法采用在供電線路最遠(yuǎn)端接一個(gè)電壓采樣裝置，供電線路上任何地方發(fā)生短路，供電線路末端電壓發(fā)生很大變化。電壓變化采樣裝置將電壓變化信號(hào)采樣處理，傳輸?shù)诫娫炊丝傪侂婇_(kāi)關(guān)并使其跳閘。這種保護(hù)裝置需要一個(gè)隔爆的電壓采樣裝置，并要有傳輸通道，投資大，可靠性差，技術(shù)落后。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，采用電流不平衡和設(shè)備起動(dòng)與短路時(shí)功率因數(shù)不同的特點(diǎn)及數(shù)字化技術(shù)，提供一種簡(jiǎn)便而靈敏可靠的礦用遠(yuǎn)距離短路保護(hù)數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)。
解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是礦用遠(yuǎn)距離短路保護(hù)數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)，連接有采樣單元電路LH、YH，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，低通濾波電路，模數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)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。
采樣單元電路三相電流互感器LH，三相輸出端分別接上信號(hào)轉(zhuǎn)換電阻RA、RB、RC，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，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(gè)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換口，并經(jīng)單片機(jī)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(hào)，即最小相電流與最大相電流之比，不平衡度小于0.5，視為短路發(fā)生，BJ輸出跳閘信號(hào)，真空斷路器CZ跳閘斷電。
采樣三相電壓互感器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，然后再接A/D口，并經(jīng)單片機(jī)連接，輸出BJ口，接入輸出控制電路，輸入電流、電壓信號(hào)，由單片機(jī)計(jì)算出功率因數(shù)角，其角小于25°，視為短路發(fā)生，BJ輸出跳閘信號(hào)，CZ跳閘斷電。
礦山井下供電，供電變壓器中心點(diǎn)不接地，任何兩相短路都會(huì)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(jī)DZK對(duì)輸入的電流信號(hào)計(jì)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(dāng)Q小于0.5，輸出跳閘信號(hào)。礦山井下發(fā)生的短路，據(jù)統(tǒng)計(jì)98％以上是兩相短路或先是兩相短路后引起三相短路，直接三相短路是極為少見(jiàn)的。
本實(shí)用新型還利用短路時(shí)電流大、功率因數(shù)高，而設(shè)備起動(dòng)時(shí)電流大，功率因素低的特點(diǎn)來(lái)鑒別短路是否發(fā)生，其保護(hù)距離可以做到3000米以上，比傳統(tǒng)的電流保護(hù)距離要長(zhǎng)4倍以上。設(shè)備起動(dòng)有兩大特點(diǎn)，一是起動(dòng)電流大，一般是其額定電流的5到7倍；二是功率因數(shù)低，一般為0.3至0.4。短路發(fā)生時(shí)也有兩大特點(diǎn)，一是短路電流大，二是功率因數(shù)高，在0.95以上或功率因數(shù)角小于25°。當(dāng)功率因數(shù)大于0.95或功率因數(shù)角小于25°，判定短路發(fā)生，輸出跳閘信號(hào)，BJ截止，DGT截止，CZ失電跳閘，切斷電源。用功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，二相三相短路都起作用。
用上述兩個(gè)因素同時(shí)鑒別線路是否發(fā)生短路是比較容易實(shí)現(xiàn)的。而且準(zhǔn)確率高，尤其針對(duì)井下供電中心點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，基本上是兩相短路的特點(diǎn)，采用電流不平衡原理和數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，保護(hù)距離長(zhǎng)，簡(jiǎn)單，可靠，直觀，經(jīng)濟(jì)。
本實(shí)用新型的有益效果是，短路保護(hù)距離大于3000米，比傳統(tǒng)方式提高4倍以上，提高礦井供電安全性，減少投資，節(jié)約人工，同時(shí)提高開(kāi)關(guān)的工作可靠性，靈敏性，直觀性。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
附圖是本實(shí)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(fù)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(tài)繼電器，BJ為光隔固態(tài)保護(hù)繼電器，KJ為固態(tài)光隔控制繼電器，CZ4為CZ的輔助常開(kāi)接點(diǎn)，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(jī)，RARBRC為電流互感器負(fù)載電阻，RA1RA2RB1RB2RC1RC2為分壓電阻，CA1CA2CB1CB2CC1CC2CA4CB3CB4CC3CC4L1AL1BL1CLUALUBLUC為L(zhǎng)C低通濾波器。
具體實(shí)施方式
礦用遠(yuǎn)距離短路保護(hù)數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)，包括采樣單元電路、波形處理單元電路、單片機(jī)、控制單元電路和輸出電路。
A、采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、采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(fù)載電阻RA，RB，RC和分壓電阻RA1，RA2，RB1，RB2，RC1，RC2，再經(jīng)各自的低通濾波單元電路分別連接到單片機(jī)的1、2、3、4、5、6六個(gè)A/D輸入端口，采樣電路實(shí)現(xiàn)交流采樣；C、單片機(jī)包括A/D轉(zhuǎn)換接口電路、儲(chǔ)存單元、運(yùn)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(dòng)按扭QA、BJ、KJ和CZ4連接成副控回路，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(gè)同路之間跨連著過(guò)零投切功率模塊GM；所述控制單元電路的電源初級(jí)端分別連接著主電路，控制單元電路的停止、起動(dòng)回路連接著單片機(jī)的6、7、8、9輸出端口。
其工作過(guò)程如下，供電電流經(jīng)三相電流互感器LH采樣變成小電流信號(hào)，在三相負(fù)載電阻RARBRC上取出電壓，經(jīng)電感、電容組成π形濾波后分別送入單片機(jī)的三相電流A/D口，經(jīng)A/D處理變成三相半波數(shù)字信號(hào)。三相電壓經(jīng)三相電壓互感器YH采樣變成低電壓信號(hào)，經(jīng)分壓后在電阻RA2、RB2、RC2取出電壓，經(jīng)電感、電容組成π形濾波后分別送入單片機(jī)的三相電壓A/D口，經(jīng)A/D處理變成三相半波數(shù)字信號(hào)。采樣電路實(shí)行三相半波交流采樣。
每相電壓電流過(guò)零時(shí)間進(jìn)行比較，得到過(guò)零時(shí)間差，這就是功率因數(shù)角。顯然，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，感性電流分量大，電流過(guò)零滯后電壓比較多，功率因數(shù)角比較大，功率因數(shù)小。短路發(fā)生時(shí)呈現(xiàn)阻性負(fù)載，電流滯后電壓過(guò)零時(shí)間短，功率因數(shù)角小，功率因數(shù)高。
單片機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)有故障診斷程序，單片機(jī)對(duì)輸入的電壓電流信號(hào)經(jīng)故障診斷程序分析判斷，如果功率因數(shù)大于0.95或功率因數(shù)角小于25°，判定短路發(fā)生，單片機(jī)輸出跳閘信號(hào)，使BJ斷開(kāi)，DGT固態(tài)繼電器截止，真空接觸器CZ斷開(kāi)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
同樣，單片機(jī)對(duì)輸入的電流信號(hào)，隨時(shí)由故障診斷程序進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)電流不平衡度小于0.5，判定短路發(fā)生，單片機(jī)輸出跳閘信號(hào)，使BJ斷開(kāi)，DGT固態(tài)繼電器截止，真空接觸器CZ斷開(kāi)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。不平衡值在0.5至0.7時(shí)，延時(shí)5秒跳閘。
單片機(jī)還對(duì)電機(jī)的過(guò)電流、斷相、短路進(jìn)行保護(hù)；對(duì)線路及電氣設(shè)備的絕緣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)絕緣下降到38kΩ(1140V)時(shí)或22kΩ(660V)時(shí)輸出保護(hù)信號(hào)，使線路斷電。
權(quán)利要求1一種礦用遠(yuǎn)距離短路保護(hù)數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)，采用兩相短路時(shí)電流不平衡原理和設(shè)備起動(dòng)與短路時(shí)功率因數(shù)不同的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離短路保護(hù)，其特征是連接有采樣單元電路LH、YH，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，低通濾波電路，模數(shù)轉(zhuǎn)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(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的礦用遠(yuǎn)距離短路數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)，其特征是采樣單元電路三相電流互感器LH，三相輸出端分別接上信號(hào)轉(zhuǎn)換電阻RA、RB、RC，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，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(gè)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換口，并經(jīng)單片機(jī)連接，由其BJ口與輸出控制電路匯接，并當(dāng)電流不平衡度小于0.5，BJ輸出跳閘信號(hào)。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用遠(yuǎn)距離短路數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)，其特征是采樣三相電壓互感器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，然后再接A/D口，并經(jīng)單片機(jī)連接，輸出BJ口，接入輸出控制電路，并當(dāng)功率因數(shù)角小于25°，BJ輸出跳閘信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及礦山井下中心點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)中額定工作電壓660V或1140V數(shù)字饋電開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)距離短路保護(hù)技術(shù)，其額定工作電流為300A、400A、500A、630A、800A、1000A。利用電流不平衡原理，當(dāng)兩相發(fā)生短路時(shí)，出現(xiàn)兩相電流大一相電流小，最小相電流比最大相電流小于0.5時(shí)輸出短路跳閘信號(hào)；還利用短路時(shí)功率因數(shù)大于0.95時(shí)電流大、當(dāng)功率因數(shù)大于0.95判定短路發(fā)生，輸出跳閘信號(hào)切斷電源。上述兩種方法實(shí)現(xiàn)大功率遠(yuǎn)距離供電的短路保護(hù)是由電腦數(shù)字技術(shù)完成。它的有益效果是短路保護(hù)距離大于3000米，比傳統(tǒng)方法增加4倍以上，且簡(jiǎn)單、可靠、直觀、經(jīng)濟(jì)。
文檔編號(hào)H02H7/09GK2735623SQ20032010890
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者張德昌 申請(qǐng)人:張德昌