智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，可有效解決煤礦環(huán)境特異性的供電系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)難的問題，技術(shù)方案是，包括底座和裝在底座上的井下沙盤和井上沙盤，井下沙盤上設(shè)置有與實(shí)際礦井布局相對(duì)應(yīng)的巷道模型，巷道模型經(jīng)井筒模型與井上沙盤相連，井下沙盤上分別設(shè)置有井下中央變電所、采區(qū)變電所、工作面平巷配電點(diǎn)、移動(dòng)變電站、工作面回風(fēng)巷配電點(diǎn)、點(diǎn)陣屏、功率因數(shù)表、電流表和電壓表，井上沙盤上設(shè)置有礦山地面變電所，井上沙盤和井下沙盤的上方在底座的后部設(shè)置有卷簾機(jī)構(gòu)，本發(fā)明能夠進(jìn)行煤礦供電與通風(fēng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、三大保護(hù)實(shí)驗(yàn)、無功補(bǔ)償、諧波治理實(shí)驗(yàn)，使用方便，效果好。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。 智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 電是煤礦生產(chǎn)所必須的主要能源，由于煤礦環(huán)境的特殊性，其供電系統(tǒng)的安全性 與可靠性就顯得尤為重要，一些故障可能引起無法預(yù)想的嚴(yán)重后果。比如漏電事故可能產(chǎn) 生的危害有：人身觸電；漏電產(chǎn)生電火花，引起瓦斯或煤塵爆炸；漏電發(fā)展到一定程度，使 電雷管無準(zhǔn)備引爆；長期的漏電電流會(huì)燒毀備，引起火災(zāi)；引起短路事故，造成更大的電氣 故障，對(duì)礦井和井下工作人員的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。煤礦安全工作事關(guān)國家和人民利益，必 須引起高度重視。目前還沒有一種針對(duì)煤礦環(huán)境特異性的供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，煤礦環(huán)境特 異性的供電系統(tǒng)難以模擬試驗(yàn)，相關(guān)的工作人員也難以得到相關(guān)的培訓(xùn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種智能型煤礦 供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，可有效解決煤礦環(huán)境特異性的供電系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)難，相關(guān)的工作 人員也難以得到相關(guān)的培訓(xùn)的問題。
[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，包括底座和裝在底座上的井下沙盤和井上沙盤，井下 沙盤上設(shè)置有與實(shí)際礦井布局相對(duì)應(yīng)的巷道模型，巷道模型經(jīng)井筒模型與井上沙盤相連， 井下沙盤上分別設(shè)置有井下中央變電所、采區(qū)變電所、工作面平巷配電點(diǎn)、移動(dòng)變電站、工 作面回風(fēng)巷配電點(diǎn)、點(diǎn)陣屏、功率因數(shù)表、電流表和電壓表，井上沙盤上設(shè)置有礦山地面變 電所，井上沙盤和井下沙盤的上方在底座的后部設(shè)置有卷簾機(jī)構(gòu)，卷簾結(jié)構(gòu)包括立柱及分 別水平裝在立柱上上部和下部的上卷筒和下卷筒，上卷筒和下卷筒上繞裝有簾體，簾體的 上下兩側(cè)分別與上卷筒和下卷筒固定在一起，上卷筒上裝有驅(qū)動(dòng)上卷筒正反轉(zhuǎn)的拉繩，構(gòu) 成簾體旋轉(zhuǎn)收放式的活動(dòng)結(jié)構(gòu)，簾體的正面上設(shè)置有用于表示典型電力系統(tǒng)、典型的煤礦 供電系統(tǒng)、基本供電方式及變電所常用接線方式的標(biāo)識(shí)體。
[0005] 所述的井下中央變電所、采區(qū)變電所、工作面平巷配電點(diǎn)、移動(dòng)變電站、工作面回 風(fēng)巷配電點(diǎn)和礦山地面變電所分別裝設(shè)有變壓器及電動(dòng)機(jī)，三相交流電源首先經(jīng)過裝在底 座上的總電源開關(guān)，接有功率因數(shù)表、電流表和電壓表；諧波發(fā)生器輸出端連接三相交流電 源的供電線路，同時(shí)經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器；變流器連接于三相交流電源的供電線路，同 時(shí)經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器，電力電容C與變流器并聯(lián)；電壓電流檢測模塊從三相交流電 源的供電線路取得信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊送給控制器；控制器與系統(tǒng)總線相 連，接收或發(fā)送控制信號(hào)；直流電源模塊連接在三相交流電源的零線與一根火線上，給控制 器、裝在簾體背面的點(diǎn)陣屏、裝在巷道模型內(nèi)用于表示風(fēng)流流向的通風(fēng)系統(tǒng)燈帶和揚(yáng)聲器 模塊供電，同時(shí)點(diǎn)陣屏、通風(fēng)系統(tǒng)燈帶、揚(yáng)聲器模塊均經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器；卷簾背光 燈連接于三相交流電源的零線與一根火線上；電動(dòng)機(jī)經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)連接于三相交流電 源的供電電路，電壓電流檢測模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊從每個(gè)饋電支路獲取信號(hào)， 送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器；變壓器經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)連接于三 相交流電源的供電電路，電壓電流檢測模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊從饋電支路獲取 信號(hào)，送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器。
[0006] 所述的變壓器包括礦山地面變電所裝設(shè)的象征主變的變壓器T1、象征提供地面低 壓動(dòng)力的變壓器T2、井下中央變電所裝設(shè)的象征提供井底車場低壓動(dòng)力的變壓器T3、采區(qū) 變電所裝設(shè)的象征主變的變壓器T4、象征提供照明動(dòng)力的變壓器T5,工作面平巷配電點(diǎn)裝 設(shè)的象征主變的變壓器T6 ;所述的電動(dòng)機(jī)包括礦山地面變電所裝設(shè)的象征主提升機(jī)的電 動(dòng)機(jī)Ml、象征副提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)M2、象征空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)M3、象征通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)M4、井下 中央變電所裝設(shè)的象征主排水泵的電動(dòng)機(jī)M5、采區(qū)變電所裝設(shè)的象征局部通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī) M6、象征采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)M7、象征工作面輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)M8、象征煤電鉆的電動(dòng)機(jī)M9、工作 面回風(fēng)巷配電點(diǎn)裝設(shè)的象征調(diào)度絞車的電動(dòng)機(jī)M10和象征回柱絞車的電動(dòng)機(jī)Mil。
[0007] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，簡單合理，安全可靠、設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)合理、功能完善，能夠 充分展示電力系統(tǒng)整個(gè)概貌、礦井供電系統(tǒng)接線方式以及深井、淺井、大型綜合機(jī)械化礦井 的供電系統(tǒng)概貌，能夠進(jìn)行煤礦供電與通風(fēng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、三大保護(hù)實(shí)驗(yàn)、無功補(bǔ)償、諧波治理 實(shí)驗(yàn)，并可基于實(shí)驗(yàn)裝置硬件平臺(tái)，進(jìn)行無功補(bǔ)償、諧波治理相關(guān)控制算法的優(yōu)化與研究， 使用方便，效果好，有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明電氣連接框式圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明故障點(diǎn)、缺相開關(guān)、接地網(wǎng)開關(guān)的電氣連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012] 由圖1、2、3給出，本發(fā)明包括底座和裝在底座上的井下沙盤和井上沙盤，井下沙 盤16上設(shè)置有與實(shí)際礦井布局相對(duì)應(yīng)的巷道模型14,巷道模型14經(jīng)井筒模型10與井上 沙盤8相連，井下沙盤16上分別設(shè)置有井下中央變電所11、采區(qū)變電所15、工作面平巷配 電點(diǎn)17、移動(dòng)變電站18、工作面回風(fēng)巷配電點(diǎn)19、點(diǎn)陣屏7、功率因數(shù)表20、電流表21和電 壓表22,井上沙盤8上設(shè)置有礦山地面變電所9,井上沙盤8和井下沙盤16的上方在底座 的后部設(shè)置有卷簾機(jī)構(gòu)，卷簾結(jié)構(gòu)包括立柱la、lb及分別水平裝在立柱上上部和下部的上 卷筒3和下卷筒6,上卷筒3和下卷筒6上繞裝有簾體5,簾體5的上下兩側(cè)分別與上卷筒 3和下卷筒6固定在一起，上卷筒3上裝有驅(qū)動(dòng)上卷筒正反轉(zhuǎn)的拉繩2,構(gòu)成簾體旋轉(zhuǎn)收放 式的活動(dòng)結(jié)構(gòu)，簾體的正面上設(shè)置有用于表示典型電力系統(tǒng)、典型的煤礦供電系統(tǒng)、基本供 電方式及變電所常用接線方式的標(biāo)識(shí)體23。
[0013] 為了保證使用效果，所述的簾體5背面裝有用于照明的卷簾背光燈；
[0014] 所述的巷道模型14內(nèi)裝有用于表示風(fēng)流流向的通風(fēng)系統(tǒng)燈帶。
[0015] 所述的井下中央變電所11、采區(qū)變電所15、工作面平巷配電點(diǎn)17、移動(dòng)變電站18、 工作面回風(fēng)巷配電點(diǎn)19和礦山地面變電所9分別裝設(shè)有變壓器及電動(dòng)機(jī)，三相交流電源首 先經(jīng)過裝在底座4上的總電源開關(guān)12,接有功率因數(shù)表20、電流表21和電壓表22 ;諧波發(fā) 生器輸出端連接三相交流電源的供電線路，同時(shí)經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器；變流器連接于 三相交流電源的供電線路，同時(shí)經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器，電力電容C與變流器并聯(lián)；電壓 電流檢測模塊從三相交流電源的供電線路取得信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊送給控 制器；控制器與系統(tǒng)總線相連，接收或發(fā)送控制信號(hào)；直流電源模塊連接在三相交流電源 的零線與一根火線上，給控制器、裝在簾體5背面的點(diǎn)陣屏7、裝在巷道模型14內(nèi)用于表示 風(fēng)流流向的通風(fēng)系統(tǒng)燈帶和揚(yáng)聲器模塊供電，同時(shí)點(diǎn)陣屏、通風(fēng)系統(tǒng)燈帶、揚(yáng)聲器模塊均經(jīng) 系統(tǒng)總線受控于控制器；卷簾背光燈連接于三相交流電源的零線與一根火線上；電動(dòng)機(jī)經(jīng) 繼電器常開觸點(diǎn)連接于三相交流電源的供電電路，電壓電流檢測模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊從每個(gè)饋電支路獲取信號(hào)，送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器； 變壓器經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)連接于三相交流電源的供電電路，電壓電流檢測模塊、信號(hào)調(diào)理 模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊從饋電支路獲取信號(hào)，送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控 制器；
[0016] 所述的變壓器包括礦山地面變電所9裝設(shè)的象征主變的變壓器T1、象征提供地面 低壓動(dòng)力的變壓器T2、井下中央變電所11裝設(shè)的象征提供井底車場低壓動(dòng)力的變壓器T3、 采區(qū)變電所15裝設(shè)的象征主變的變壓器T4、象征提供照明動(dòng)力的變壓器T5,工作面平巷配 電點(diǎn)17裝設(shè)的象征主變的變壓器T6 ;所述的電動(dòng)機(jī)包括礦山地面變電所9裝設(shè)的象征主 提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)Ml、象征副提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)M2、象征空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)M3、象征通風(fēng)機(jī)的電 動(dòng)機(jī)M4、井下中央變電所11裝設(shè)的象征主排水泵的電動(dòng)機(jī)M5、采區(qū)變電所15裝設(shè)的象征 局部通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)M6、象征采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)M7、象征工作面輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)M8、象征煤 電鉆的電動(dòng)機(jī)M9、工作面回風(fēng)巷配電點(diǎn)19裝設(shè)的象征調(diào)度絞車的電動(dòng)機(jī)M10和象征回柱絞 車的電動(dòng)機(jī)Mil ;電動(dòng)機(jī)Ml經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)JM1連接于三相交流電源的供電電路，電壓 電流檢測模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與每個(gè)饋電支路相連，將獲取的信號(hào)送至系統(tǒng) 總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線接控制器；變壓器T1經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)JT1連接于三相交流 電源的供電電路，電壓電流檢測模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與每個(gè)饋電支路相連，將 獲取的信號(hào)送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線接控制器；其余電動(dòng)機(jī)（M2--Mil)、變 壓器（T2--T6)采用與此相同的連接結(jié)構(gòu)，不再一一描述。
[0017] 為保證使用效果，本發(fā)明卷簾機(jī)構(gòu)的簾體用于將標(biāo)識(shí)體23,即典型電力系統(tǒng)、典型 的煤礦供電系統(tǒng)、基本供電方式以及變電所常用接線方式等內(nèi)容在簾體上直觀展現(xiàn)出來。 其中典型的煤礦供電系統(tǒng)可包括深井供電系統(tǒng)、淺井供電系統(tǒng)、大型機(jī)械化礦井供電系統(tǒng)； 基本供電方式可包括放射式、干線式及環(huán)狀式等；變電所常用接線方式可包括單母線接線 及橋式接線等。所需展現(xiàn)的內(nèi)容依次堅(jiān)向印制在卷簾機(jī)構(gòu)的簾體5上或?qū)⒂≈坪玫漠嫴拣?貼在簾體正面，通過拉動(dòng)卷簾機(jī)構(gòu)的拉繩，使卷筒正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，可以將其一一呈現(xiàn)，以輔 助培訓(xùn)老師講解，使實(shí)驗(yàn)效果更佳。
[0018] 功率因數(shù)表、電壓表及電流表用于實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)裝置功率因數(shù)、電壓、電流參數(shù)； 實(shí)驗(yàn)裝置上的LED點(diǎn)陣屏在系統(tǒng)無故障時(shí)，可顯示礦山安全供電、用電等相關(guān)內(nèi)容，系統(tǒng)故 障時(shí)，可顯示故障點(diǎn)、故障電流等參數(shù)；通風(fēng)系統(tǒng)燈帶采用由多個(gè)LED發(fā)光管構(gòu)成的燈帶， 用于指示巷道或井筒中風(fēng)的流向；揚(yáng)聲器模塊采用ISD1820錄音語音模塊，可模擬發(fā)出瓦 斯或煤塵爆炸時(shí)的爆炸聲響，使實(shí)驗(yàn)效果更加形象化；直流電源模塊采用長城巨龍1000DA 臺(tái)式機(jī)電腦電源，具有多路電平輸出，可將單相交流轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧闹绷麟娔?；卷簾背光燈?于照亮簾體上所展現(xiàn)的內(nèi)容；諧波發(fā)生器采用普源DG4062雙通道60M信號(hào)發(fā)生器，可產(chǎn)生 高達(dá)16次的諧波信號(hào)，可向系統(tǒng)注入各次諧波信號(hào)，作為模擬的諧波源；變流器采用三菱 公司的PS21865型IPM模塊，可使與之并聯(lián)的電容C充電或放電，用于消除諧波電流或補(bǔ) 償無功功率；電壓電流檢測模塊采用PK6015三相電參數(shù)采集模塊，實(shí)時(shí)采集供電線路的電 壓、電流信號(hào)，此信號(hào)可反映系統(tǒng)的諧波情況與無功情況；信號(hào)調(diào)理模塊采用AM-T全隔離 信號(hào)調(diào)理模塊，可使信號(hào)的頻率、幅值在最佳的范圍內(nèi)，提高信噪比；A/D轉(zhuǎn)換模塊采用16 位的ADS8325模塊，將信號(hào)調(diào)理模塊輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便控制器識(shí)別；系 統(tǒng)采用DSP28335+FPGA開發(fā)板作為控制器；控制器經(jīng)系統(tǒng)總線向諧波發(fā)生器、變流器、點(diǎn)陣 屏、通風(fēng)系統(tǒng)燈帶、揚(yáng)聲器模塊及各繼電器模塊發(fā)送控制信號(hào)，并接收各A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出 的數(shù)字信號(hào)，其中各繼電器模塊均采用鎖存型繼電器模塊，包括有復(fù)位電路，即繼電器吸合 后只有通過復(fù)位才能使繼電器斷開。
[0019] 為開展漏電實(shí)驗(yàn)或短路實(shí)驗(yàn)（如圖3所示），每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)及變壓器附近均設(shè)置一 個(gè)故障點(diǎn)25,故障點(diǎn)可為金屬端子，故障點(diǎn)與饋電支路的其中一相電氣連接；為實(shí)施電動(dòng) 機(jī)缺相保護(hù)實(shí)驗(yàn)，所有電動(dòng)機(jī)饋電支路的其中一相設(shè)置一個(gè)缺相開關(guān)24,控制該相線路的 通斷，開關(guān)安裝于電動(dòng)機(jī)附近；為實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地，所有電動(dòng)機(jī)與變壓器外殼均接至接地母線 27上，另外為避免不同設(shè)備不同相同時(shí)漏電造成的潛在危險(xiǎn)，將各用電設(shè)備的金屬外殼26 在電氣上也連接起來，相當(dāng)于將各接地極并聯(lián)組成接地網(wǎng)，而且這樣也降低了接地電阻，提 高了系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。接地網(wǎng)通過裝在底座上的接地網(wǎng)開關(guān)12接地，可 以看出，接地網(wǎng)是否有效取決于接地網(wǎng)開關(guān)的通斷。
[0020] 發(fā)生故障時(shí)，控制器根據(jù)信號(hào)檢測與處理模塊提供的信息判斷故障類型，計(jì)算故 障參數(shù)，發(fā)出諸如繼電器吸合，使相應(yīng)饋電線路跳閘等控制指令。
[0021] 本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置操作如下：
[0022] (1)正常供電通風(fēng)實(shí)驗(yàn)
[0023] 打開"總電源開關(guān)"，代表風(fēng)流向的通風(fēng)系統(tǒng)燈帶呈現(xiàn)流水狀態(tài)，象征礦井通風(fēng)正 常。變壓器ΤΙ--T6得電，電動(dòng)機(jī)Ml--Mil得電正常運(yùn)轉(zhuǎn)，功率因數(shù)表、電壓表、電流表分 別顯示系統(tǒng)功率因數(shù)、電壓與電流參數(shù)，點(diǎn)陣屏循環(huán)顯示礦山安全供電、用電等相關(guān)內(nèi)容。
[0024] 同時(shí)，卷簾背光燈點(diǎn)亮，拉動(dòng)卷簾機(jī)構(gòu)拉繩可將典型電力系統(tǒng)、典型的煤礦供電系 統(tǒng)、基本供電方式以及變電所常用接線方式在簾體上直觀展現(xiàn)出來，輔助實(shí)驗(yàn)過程。
[0025] (2)三大保護(hù)實(shí)驗(yàn)
[0026] 漏電保護(hù)實(shí)驗(yàn)：
[0027] 供電系統(tǒng)正常工作情況下，用阻抗約為1000歐姆左右的模擬人觸及任一電動(dòng)機(jī) 或變壓器的故障點(diǎn)，相當(dāng)于發(fā)生漏電故障，故障支路零序電流增大，控制器經(jīng)過運(yùn)算處理， 使該支路繼電開關(guān)跳閘，同時(shí)點(diǎn)陣屏顯示故障點(diǎn)及漏電電流數(shù)值II，故障支路被切除，其他 負(fù)載工作正常。如果設(shè)備為象征主變的變壓器，則以其為電源的所有支路均斷電；用一段導(dǎo) 體跨接于故障點(diǎn)與地之間，相當(dāng)于發(fā)生短路故障，此時(shí)可看到，開關(guān)跳閘，故障電流12>漏 電電流II。
[0028] 保護(hù)接地實(shí)驗(yàn)：
[0029] 先將接地網(wǎng)開關(guān)斷開，保護(hù)接地裝置無效，再將任一變壓器或電動(dòng)機(jī)外殼與其對(duì) 應(yīng)的故障點(diǎn)連接，外殼帶電，此時(shí)漏電保護(hù)裝置未動(dòng)作，用模擬人觸摸帶電外殼，人為制造 漏電故障，支路繼電開關(guān)動(dòng)作。
[0030] 將接地網(wǎng)開關(guān)閉合，此時(shí)保護(hù)接地裝置有效，再將任一變壓器或電動(dòng)機(jī)外殼與其 對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)連接，漏電保護(hù)立刻動(dòng)作，這使得漏電保護(hù)的可靠性更強(qiáng)。
[0031] 如果故障電流沒有達(dá)到漏電保護(hù)的動(dòng)作值時(shí)，漏電電流大部分經(jīng)接地極入地，從 而避免嚴(yán)重觸電事故或漏電電流可能引起的瓦斯、煤塵爆炸，降低故障的嚴(yán)重程度。
[0032] 過流保護(hù)實(shí)驗(yàn)：
[0033] 以電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)為例，相應(yīng)的過流保護(hù)包括短路保護(hù)、漏電閉鎖、缺相保護(hù)以及 過負(fù)荷保護(hù)等。
[0034] 供電系統(tǒng)正常狀態(tài)下，用導(dǎo)體將電動(dòng)機(jī)故障點(diǎn)與地接通，制造短路故障，故障支路 繼電開關(guān)即刻動(dòng)作，切斷饋電線路，點(diǎn)陣屏顯示故障點(diǎn)及故障電流；
[0035] 用模擬人觸及故障點(diǎn)，制造漏電故障，保護(hù)裝置同樣動(dòng)作，在未復(fù)位繼電器模塊之 前，M19電動(dòng)機(jī)始終不能啟動(dòng)，即處于閉鎖狀態(tài)；
[0036] 使實(shí)驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的缺相開關(guān)閉合，即斷開該饋電支路的其中一相，此時(shí)發(fā)生缺相故 障，繼電器模塊即刻切斷該支路。
[0037] 在實(shí)驗(yàn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，人為給轉(zhuǎn)軸施加摩擦力并不斷增大，模擬電動(dòng)機(jī) 的過負(fù)荷狀態(tài)，摩擦增大到一定程度時(shí)，該饋電支路被切斷，實(shí)現(xiàn)過負(fù)荷保護(hù)。
[0038] (3)無功功率補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)
[0039] 煤礦供電系統(tǒng)無功功率不足時(shí)，功率因數(shù)降低，在供電線路上將引起較大的電壓 降落及功率損失，使導(dǎo)線發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起瓦斯或煤塵爆炸。鑒于此，在此實(shí)驗(yàn)裝置上設(shè) 計(jì)開展無功功率補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。
[0040] 控制器未向變流器發(fā)送無功補(bǔ)償指令時(shí)，變流器及電容C未投入系統(tǒng)，注意功率 因數(shù)表顯示的功率因數(shù)，同時(shí)可用示波器顯示系統(tǒng)的電壓、電流信號(hào)波形；控制器發(fā)送無功 補(bǔ)償指令，變流器及電容C投入系統(tǒng)，可從示波器觀察補(bǔ)償過程的速度與精確度等。
[0041] (4)諧波治理實(shí)驗(yàn)
[0042] 供電系統(tǒng)存在諧波時(shí)，會(huì)產(chǎn)生由集膚效應(yīng)導(dǎo)致的電纜過熱，礦井中可能導(dǎo)致煤塵 或瓦斯爆炸；諧波電壓會(huì)成為干擾源，干擾電子設(shè)備正常工作，導(dǎo)致斷路器或其他開關(guān)設(shè)備 誤動(dòng)作，引起事故。在此實(shí)驗(yàn)裝置上開展諧波治理實(shí)驗(yàn)意義重大。
[0043] 控制器未向諧波發(fā)生器發(fā)送指令時(shí)，諧波發(fā)生器不向系統(tǒng)注入諧波，可用示波器 顯示系統(tǒng)的電壓、電流信號(hào)波形；發(fā)送注入諧波指令，諧波發(fā)生器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)次數(shù)的諧波電流 并注入系統(tǒng)，從示波器觀察系統(tǒng)電壓、電流波形，并注意點(diǎn)陣屏顯示的諧波電流參數(shù)；控制 器發(fā)送諧波治理指令，變流器及電容C投入系統(tǒng)，構(gòu)成并聯(lián)型有源濾波器，產(chǎn)生與諧波電流 反相的電流信號(hào)，將諧波電流抵消掉，可從示波器觀察治理過程的速度與精確度等。
[0044] 對(duì)于無功功率補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，可采用預(yù)測功率控制策略或其他控制算法，針對(duì)諧波治 理實(shí)驗(yàn)，可采用小波分析等方法。不同控制算法達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果也不盡相同，可基于實(shí)驗(yàn)裝 置硬件平臺(tái)，將不同控制算法編制軟件，導(dǎo)入控制器，進(jìn)行無功補(bǔ)償及諧波治理控制算法的 開發(fā)、優(yōu)化與研究。
[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0046] 1、本發(fā)明能將煤礦環(huán)境特異性的供電系統(tǒng)以模型的形式呈現(xiàn)出來，容易讓相關(guān)工 作人員很直觀的對(duì)電力系統(tǒng)整個(gè)概貌、礦井供電系統(tǒng)接線方式以及深井、淺井、大型綜合機(jī) 械化礦井的供電系統(tǒng)概貌進(jìn)行了解；
[0047] 2、本發(fā)明能夠進(jìn)行煤礦供電與通風(fēng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、三大保護(hù)實(shí)驗(yàn)、無功補(bǔ)償、諧波治理 實(shí)驗(yàn)，并可基于實(shí)驗(yàn)裝置硬件平臺(tái)，進(jìn)行無功補(bǔ)償、諧波治理相關(guān)控制算法的優(yōu)化與研究， 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，覆蓋面廣，不僅可用于普通機(jī)電工人的常規(guī)培訓(xùn)，還可用于高級(jí)工程技術(shù)人 員的設(shè)計(jì)與研究工作；
[0048] 3、在簾體上設(shè)置標(biāo)識(shí)體23來展現(xiàn)典型電力系統(tǒng)、典型的煤礦供電系統(tǒng)、基本供電 方式以及變電所常用接線方式等內(nèi)容，并且能夠通過拉動(dòng)卷簾機(jī)構(gòu)的拉繩，使卷筒正轉(zhuǎn)或 者反轉(zhuǎn)，可以將其一一呈現(xiàn)，以輔助培訓(xùn)老師講解，使實(shí)驗(yàn)效果更佳；
[0049] 4、本發(fā)明各負(fù)載點(diǎn)外殼均與接地網(wǎng)相連接，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生人體觸電事故時(shí)，觸 電電流大大減小，保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員安全；另外，采用一定阻抗值的模擬人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同樣使本 發(fā)明應(yīng)用時(shí)的安全性得到提高；
[0050] 5、本發(fā)明集諧波源與諧波治理硬件資源于一體，可實(shí)現(xiàn)人為注入諧波，并可通過 有源濾波手段予以消除，使諧波發(fā)生、諧波治理過程清晰直觀，有利于培訓(xùn)人員理解接受；
[0051] 6、總線技術(shù)的應(yīng)用使各負(fù)載點(diǎn)的故障均集中于控制器進(jìn)行運(yùn)算處理，而非各負(fù)載 點(diǎn)獨(dú)立處理，這樣不僅節(jié)約設(shè)計(jì)成本，而且簡化了電氣接線，使本實(shí)驗(yàn)裝置的電磁兼容性得 以提高，應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性、可靠性增強(qiáng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括底座和裝在底座上的井下沙盤和井上 沙盤，其特征在于，井下沙盤（16)上設(shè)置有與實(shí)際礦井布局相對(duì)應(yīng)的巷道模型（14)，巷道 模型（14)經(jīng)井筒模型（10)與井上沙盤（8)相連，井下沙盤（16)上分別設(shè)置有井下中央變 電所（11)、采區(qū)變電所（15)、工作面平巷配電點(diǎn)（17)、移動(dòng)變電站（18)、工作面回風(fēng)巷配電 點(diǎn)（19)、點(diǎn)陣屏（7)、功率因數(shù)表（20)、電流表（21)和電壓表（22)，井上沙盤⑶上設(shè)置有 礦山地面變電所（9)，井上沙盤（8)和井下沙盤（16)的上方在底座的后部設(shè)置有卷簾機(jī)構(gòu)， 卷簾結(jié)構(gòu)包括立柱（la、lb)及分別水平裝在立柱上上部和下部的上卷筒（3)和下卷筒（6)， 上卷筒（3)和下卷筒（6)上繞裝有簾體（5)，簾體（5)的上下兩側(cè)分別與上卷筒（3)和下卷 筒（6)固定在一起，上卷筒（3)上裝有驅(qū)動(dòng)上卷筒正反轉(zhuǎn)的拉繩（2)，構(gòu)成簾體旋轉(zhuǎn)收放式 的活動(dòng)結(jié)構(gòu)，簾體的正面上設(shè)置有用于表示典型電力系統(tǒng)、典型的煤礦供電系統(tǒng)、基本供電 方式及變電所常用接線方式的標(biāo)識(shí)體（23)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的簾 體（5)背面裝有用于照明的卷簾背光燈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的巷 道模型（14)內(nèi)裝有用于表示風(fēng)流流向的通風(fēng)系統(tǒng)燈帶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的井 下中央變電所（11)、采區(qū)變電所（15)、工作面平巷配電點(diǎn)（17)、移動(dòng)變電站（18)、工作面回 風(fēng)巷配電點(diǎn)（19)和礦山地面變電所（9)分別裝設(shè)有變壓器及電動(dòng)機(jī)，三相交流電源首先經(jīng) 過裝在底座（4)上的總電源開關(guān)（12)，接有功率因數(shù)表（20)、電流表（21)和電壓表（22); 諧波發(fā)生器輸出端連接三相交流電源的供電線路，同時(shí)經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器；變流器 連接于三相交流電源的供電線路，同時(shí)經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器，電力電容C與變流器并 聯(lián)；電壓電流檢測模塊從三相交流電源的供電線路取得信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模 塊送給控制器；控制器與系統(tǒng)總線相連，接收或發(fā)送控制信號(hào)；直流電源模塊連接在三相 交流電源的零線與一根火線上，給控制器、裝在簾體（5)背面的點(diǎn)陣屏（7)、裝在巷道模型 (14) 內(nèi)用于表示風(fēng)流流向的通風(fēng)系統(tǒng)燈帶和揚(yáng)聲器模塊供電，同時(shí)點(diǎn)陣屏、通風(fēng)系統(tǒng)燈帶、 揚(yáng)聲器模塊均經(jīng)系統(tǒng)總線受控于控制器；卷簾背光燈連接于三相交流電源的零線與一根火 線上；電動(dòng)機(jī)經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)連接于三相交流電源的供電電路，電壓電流檢測模塊、信號(hào) 調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊從每個(gè)饋電支路獲取信號(hào)，送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系統(tǒng)總線 受控于控制器；變壓器經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)連接于三相交流電源的供電電路，電壓電流檢測 模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊從饋電支路獲取信號(hào)，送至系統(tǒng)總線；繼電器模塊經(jīng)系 統(tǒng)總線受控于控制器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能型煤礦供電系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的變 壓器包括礦山地面變電所（9)裝設(shè)的象征主變的變壓器T1、象征提供地面低壓動(dòng)力的變壓 器T2、井下中央變電所（11)裝設(shè)的象征提供井底車場低壓動(dòng)力的變壓器T3、采區(qū)變電所 (15) 裝設(shè)的象征主變的變壓器T4、象征提供照明動(dòng)力的變壓器T5,工作面平巷配電點(diǎn)（17) 裝設(shè)的象征主變的變壓器T6 ;所述的電動(dòng)機(jī)包括礦山地面變電所（9)裝設(shè)的象征主提升機(jī) 的電動(dòng)機(jī)Ml、象征副提升機(jī)的電動(dòng)機(jī)M2、象征空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)M3、象征通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)M4、 井下中央變電所（11)裝設(shè)的象征主排水泵的電動(dòng)機(jī)M5、采區(qū)變電所（15)裝設(shè)的象征局部 通風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)M6、象征采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)M7、象征工作面輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)M8、象征煤電鉆 的電動(dòng)機(jī)M9、工作面回風(fēng)巷配電點(diǎn)（19)裝設(shè)的象征調(diào)度絞車的電動(dòng)機(jī)M10和象征回柱絞車 的電動(dòng)機(jī)Mil。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK104092226SQ201410373741
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】郭三明, 王志方, 孫鵬荊 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)