CN103107602A

CN103107602A - 矿用保护电力监控系统

Info

Publication number: CN103107602A
Application number: CN2013100666893A
Authority: CN
Inventors: 周冠军; 孙建华; 张炜; 王雪清; 周艳艳
Original assignee: SHANGHAI EVER POWER AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI EVER POWER AUTOMATION CO Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN103107602B

Abstract

一种电力监测技术领域的矿用保护电力监控系统，包括：通过通讯网络连接的主控制器端和若干个监测终端，其中：监测终端输出差分信号信息至主控制器端，并接收主控制器端的差分信号信息。本发明可用于矿用高压配电开关和高压磁力起动器，涵盖6kV、10kV电压等级、5～630A额定工作电流；采用双中央控制器单元控制，使其精度更高及其更加精确，性能更加稳定及其处理速度更快，全数字化整定与校准；具备欠压、过压、过载、短路、相平衡、漏电保护（接地保护）、绝缘监视等保护功能；具备RS485或CAN总线形式的四遥通讯功能；带日历时钟；具备故障记忆及查询功能；可选用电流互感器或是空心电流互感器并且不需要为不同额定电流等级更换电流互感器。

Description

矿用保护电力监控系统

技术领域

本发明涉及的是一种电力监测技术领域的装置，具体是一种矿用保护电力监控系统。

背景技术

随着煤矿生产规模的不断扩大，安全事故不断发生。近年来国家逐步加大对煤矿生存的监管力度，从源头保障煤矿的安全生产，全力保障井下电网供电质量，故煤矿机电设备朝着高电压、大功率的方向发展，高压配电装置用保护器作为一种高压供电控制设备来讲，其用途及用量也在大幅度增大，安全性能就显得愈加严重，其保护的灵敏度、可靠度、准确度和快速性直接关系到煤矿的安全生产。但现有的高压配电用保护器大多数采用模拟电路或是简单的数字控制，由于电路技术本身问题，存在采样简单、精度低、动作迟缓、选择判断不准确、保护功能不齐全、无通讯功能等，不能充分保障煤矿安全生产的应有作用，稍有不慎就会给国家和人民带来人身及财产损失。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102403786A，公开日2012-04-04，记载了一种“矿用综合保护测控装置”，该技术包括：中央处理器，所述的中央处理器采用LM3S2948芯片，中央处理器的信号输入端分别接开关量输入光电隔离电路、电压互感器和电流互感器，中央处理器的信号输出端分别接开关量光电隔离驱动输出电路和LCD液晶显示器，所述的LCD液晶显示器采用LCD12864芯片，所述的中央处理器的输入输出端通过通讯接口与后台通信。但该技术的缺点在于处理器速度慢，精度不高，性能不稳定，需要为不同的额定电流等级更换电流互感器，所以使用起来比较麻烦。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种矿用保护电力监控系统，该装置可用于矿用高压配电开关和高压磁力起动器，涵盖6kV、10kV电压等级、5～630A额定工作电流；采用双中央控制器单元控制，使其精度更高及其更加精确，性能更加稳定及其处理速度更快，全数字化整定与校准；具备欠压、过压、过载、短路、相平衡、漏电保护（接地保护）、绝缘监视等保护功能；具备RS485或CAN总线形式的四遥通讯功能；带日历时钟；具备故障记忆及查询功能；可选用电流互感器或是空心电流互感器并且不需要为不同额定电流等级更换电流互感器。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括：通过通讯网络连接的主控制器端和若干个监测终端，其中：监测终端输出差分信号信息至主控制器端，并接收主控制器端的差分信号信息。

所述的主控制器端包括：双中央控制器单元、采集单元、模数转换单元、运算放大单元、通信单元、输出单元及电源单元，其中：采集单元对来自外接的电流、电压信号采样后进行滤波保护、隔离处理并输出模拟量信号至运算放大单元，运算放大单元对信号进行放大后输出至模数转换单元进行模数转换，模数转换单元将转换得到的数字电流和电压信号与预存的阈值比较后得到故障类型，并生成数字故障数据信息至双中央控制器单元的输入端，经双中央控制器单元逻辑判断后分别输出控制指令至输出单元和通信单元，输出单元与配电柜相连接并输出数字测试结果信息，通信单元向监测终端传输差分信号信息。

所述的双中央控制器单元包括：第一控制单元和第二控制单元，其中：其中：第一控制单元分别与模数转换单元、输出单元连接并与第二控制单元通过总线的方式相连接并传输数字信号，第二控制单元在第一控制单元的基础上增加了显示单元、按键单元并与通信单元相连接并传输差分信号，模拟转换信号经过总线同时进入第一控制单元及第二控制单元，第一控制单元及第二控制单元共用模拟采集信号，相同之间的数据经过总线相连接传输数字信号。

所述的监测终端是指：具有显示和指示单元的表头，该监测终端的外部设有终端指示单元和终端显示单元，其中：终端指示单元与监测终端的GZ-1、HW-1、TXDW、TXND、FW-1端口相连并接收来自双中央控制器单元的信息，终端显示单元与监测终端的SY-OUT1-1、SY-OUT2-1、SY-OUT3-1、HZ-OUT-1、BH-OUT端口相连并接收来自双中央控制器单元的信息。

技术效果

与现有技术相比，本发明可选用铁芯式电流互感器或量程更大的空心电流互感器。当选用空心互感器，可以不需要为不同的额定电流等级更换电流互感器；同时本发明能够实现双中央控制器自检；此外，本发明还可以通过外部硬件实现方便的手动定值调整、保护试验、信息查询等功能。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为主控制模块示意图。

图3为双中央控制器单元示意图。

图4为实施例工作流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：通过通讯网络连接的主控制器端和若干个监测终端，其中：

监测终端输出差分信号信息至主控制器端，并接收主控制器端的差分信号信息。

如图2所示，所述的主控制器端包括：双中央控制器单元、采集单元、模数转换单元、运算放大单元、通信单元、输出单元及电源单元，其中：采集单元对来自外接的电流、电压信号采样后进行滤波保护、隔离处理并输出模拟量信号至运算放大单元，运算放大单元对信号进行放大后输出至模数转换单元进行模数转换，模数转换单元将转换得到的数字电流和电压信号与预存的阈值比较后得到故障类型，并生成数字故障数据信息至双中央控制器单元的输入端，经双中央控制器单元逻辑判断后分别输出控制指令至输出单元和通信单元，输出单元与配电柜相连接并输出数字测试结果信息，通信单元向监测终端传输差分信号信息。

所述的数字故障数据信息包括：反应速度要求信息、故障类型以及当前时间，其中：故障类型包括：绝缘监视、接地（漏电）保护、欠压、过压、三相不平衡、过载、短路、断相。[0018]如图3所示，所述的双中央控制器单元包括：第一控制单元和第二控制单元，其中：其中：第一控制单元分别与模数转换单元、输出单元连接并与第二控制单元通过总线的方式相连接并传输数字信号，第二控制单元在第一控制单元的基础上增加了显示单元、按键单元并与通信单元相连接并传输差分信号，模拟转换信号经过总线同时进入第一控制单元及第二控制单元，第一控制单元及第二控制单元共用模拟采集信号，相同之间的数据经过总线相连接传输数字信号。

当检测到故障后不管哪一方检测到均进行故障数据传输来告知对方，第一控制单元实际上是保护的主体，当第二控制单元上出现保护，第一控制单元的相应保护位也要分断。

所述的采集单元采集由被保护线路一次PT、CT输入的幅值为100V和5A的交流电压、电流信号，该采集单元包括：电流采集模块、电压采集模块和漏电保护单元，其中：电流采集模块与模数转换单元相连接并采集电流模拟信号信息后进行滤波及抗干扰处理并传输至模数转换单元，电压采集模块与模数转换单元相连接并采集电压模拟信号后进行滤波及抗干扰处理并传输至模数转换单元，漏电保护单元与模数转换单元相连接并接收采集到的零序电流信号进行比例运放及积分运放进行滤波放大处理后的信号传输至模数转换单元。

所述的电源单元采用带有失压延时功能的高可靠性的开关电源，该电源单元包括：控控制变压器和储能模块，其中：控制变压器的输入端与储能电容相连并接收110V电压信号，输出端与双CPU其他电源及开关量采集及开关量输出相连并输出24V、5V电源，储能模块的输入端与控制变压器±5V输出端相连接并接收直流5V电源信号，输出端与液晶电源、CPU其他电源相连并输出5V变压信号。

所述的主控制器端设有主显示单元，该主显示单元与双中央控制器单元的信息输出端相连并显示故障数据信息。

所述的主控制器端设有按键电路，该按键电路与双中央控制器单元的手动输入端相连接以实现对双中央控制器单元的手动操作。

所述的监测终端是指：具有显示和指示单元的表头，该监测终端的外部设有终端指示单元和终端显示单元，其中：终端指示单元与监测终端的GZ-1、HW-1、TXDW、TXND、FW-1端口相连并接收来自双中央控制器单元的信息，终端显示单元与监测终端的SY-OUT1-1、SY-OUT2-1、SY-OUT3-1、HZ-OUT-1、BH-OUT端口相连并接收来自双中央控制器单元的信息。[0025]所述的终端指示单元共有6个LED指示灯组成，其中：合闸指示灯为绿色、故障指示灯为红色、通信指示灯为黄色、电源指示灯为绿色、分闸指示灯为红色；终端显示单元为4×8点阵的汉字字符液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，运行时实时显示当前时间、电流和电网电压、电度、绝缘电阻及故障信息。

所述的终端指示单元共有6个LED指示灯组成，其中：合闸指示灯为绿色、故障指示灯为红色、通信指示灯为黄色、电源指示灯为绿色、分闸指示灯为红色；终端显示单元为4×8点阵的汉字字符液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，运行时实时显示当前时间、电流和电网电压、电度、绝缘电阻及故障信息。

在出现故障时能根据故障性质决定跳闸的时间，并记忆故障有关参数以便于查询，在必要时还可通过RS485或CAN总线通讯接口与整个监视系统进行通讯。以绝缘监视为例：采集16V电压过来的数字信号，通过各种元器件进行运放、滤波、抗干扰处理为模/数转换可识别的模拟信号，通过模/数转换后转换为双CPU可识别的控制信号，双CPU内部对其进行半波采样，通过半波积分算法后乘以相关系数求得近似值，为了保证其采样的精度，对其进行12次采样求和后乘以3/32的全算法，全算法仅用到了加法和移位，增加了运算速度并增强了数值精度。电压、电流、零序电流电压：采用傅立叶算法，仅算出一次谐波，多次优化了开方算法，节约了350us，采集到的数据与设置的阀值进行对比做出相应的保护功能。

通过简单操作可随时对保护器的保护功能进行整定，当保护器装入隔爆型高压开关后，除可以通过窗口观察到显示屏上的各种信息外，通过在开关本体上的按钮也可在现场不打开开关外壳的情况下完成对保护器的各种保护功能的整定及试验，使之真正实现保护器的智能化。或者通过RS485串行通讯口或CAN总线通讯口，实现与上位机通讯组网，上位机可查询本开关的各种运行方式与参数、开关运行状态、发生故障后故障的有关信息。

如图4（a）和（b）所示，所述的漏电保护单元：首先漏电保护打开，选择是电流接地型或者功率方向型（补偿），如果是电流接地型：由采集单元采集到零序电流，先经过比例运放及积分运放对信号进行滤波放大处理，然后进入模数转换单元，模数转换单元将模拟信号转换为双CPU可识别的数字信号，并将数字信号通过总线传送至双CPU，此时双CPU将打开比较器及基准器对此数字信号进行逻辑判断，双CPU将其逻辑判断之后将此信号输送到光电耦合器上进行隔离并输出12V，12V经过继电器输出DC24V，DC24V给断路器让其动作进行保护，采集的断路器的常开或者常闭点进入光耦进行隔离（保护）然后进入双CPU进行判断，当电流设定的阀值小于零序电流采集值时不动作，否则动作。如果是功率方向型：由采集模块采集到零序电压和零序电流，先经过比例运放及积分运放对信号进行滤波放大处理，此时零序电压将经过有源低通滤波和抗干扰处理之后将此信号传送给施密特触发反向器，同时零序电流信号会进入隔离电路对此信号进行抗干扰处理之后将其送入施密特触发反向器，零序电压和零序电流信号由施密特触发反向器传送给双CPU，此时双CPU将打开比较器及基准器对此数字信号进行逻辑判断，双CPU将其逻辑判断之后将此信号输送到光电耦合器上进行隔离并输出12V，12V经过继电器输出DC24V，DC24V给断路器让其动作进行保护，采集的断路器的常开或者常闭点进入光耦进行隔离（保护）然后进入双CPU进行判断，当零序电流值和零序电压值大于设定值不动作，否则动作。

当采用补偿方式运行时（一般在过补偿方式下运行），对零序电压和零序电流的幅值进行计算，不进行相位计算，幅值达不到时就关闭零序电压中断和零序电流中断，幅值达到后（暂时定为U0=10V，I0=0.5A)进行如下处理：打开零序电压的脉冲输入中断（设置零序电压的上升沿触发中断），在零序电压的上升沿中断服务程序中打开与零序电流输入相关的比较器的中断（比较器设置上升和下降沿都出发中断，比较器的参考电压选择内部参考电压），同时零序电流中断标志清零，如果零序电流中断第一次是上升沿，就判断零序电压输入是否是高电平，如是高电平，标志置位。当零序电流第二次中断时，延时约0.3ms或再小一些,判断零序电流是否是下降沿，如是下降，就判断零序电压的输入是否是低电平，如是低电平，就满足功率方向的条件，即输出跳选漏；当零序电流第二次中断时是下降沿，但此时的零序电压的输入电平为高电平，则不满足功率方向的条件，标志清零，关闭比较器中断；当零序电流第二次中断时不是下降沿，说明可能有干扰或振荡，也把标志清零，关闭比较器中断，不进行处理。当系统无补偿时(绝缘）,可以通过幅值、相位的计算来进行漏电功率方向的判断，实现选择性。相位的保护角度为0~90°，即零序电流滞后零序电压0~90°之间都动作。使用模拟比较器，并置位ACBG选择内部参考电压零序电流互感器输出电压超前输入电流0°，就是说测到的零序电流超前电压0度到滞后电压90°时动作，就是电压矢量除以电流矢量的角度正切值在tan0°到tan90°之间。其更能保护出厂之前的检测，不需要外接电压，内部直接比较，更保证了装置的质量及安全性，以及对现场保护性更强。

Claims

1.一种矿用保护电力监控系统，其特征在于，包括：通过通讯网络连接的主控制器端和若干个监测终端，其中：监测终端输出差分信号信息至主控制器端，并接收主控制器端的差分信号信息；所述的主控制器端包括：双中央控制器单元、采集单元、模数转换单元、运算放大单元、通信单元、输出单元及电源单元，其中：采集单元对来自外接的电流、电压信号采样后进行滤波保护、隔离处理并输出模拟量信号至运算放大单元，运算放大单元对信号进行放大后输出至模数转换单元进行模数转换，模数转换单元将转换得到的数字电流和电压信号与预存的阈值比较后得到故障类型，并生成数字故障数据信息至双中央控制器单元的输入端，经双中央控制器单元逻辑判断后分别输出控制指令至输出单元和通信单元，输出单元与配电柜相连接并输出数字测试结果信息，通信单元向监测终端传输差分信号信息；

所述的数字故障数据信息包括：反应速度要求信息、故障类型以及当前时间，其中：故障类型包括：绝缘监视、接地（漏电）保护、欠压、过压、三相不平衡、过载、短路、断相。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的双中央控制器单元包括：第一控制单元和第二控制单元，其中：其中：第一控制单元分别与模数转换单元、输出单元连接并与第二控制单元通过总线的方式相连接并传输数字信号，第二控制单元在第一控制单元的基础上增加了显示单元、按键单元并与通信单元相连接并传输差分信号，模拟转换信号经过总线同时进入第一控制单元及第二控制单元，第一控制单元及第二控制单元共用模拟采集信号，相同之间的数据经过总线相连接传输数字信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的采集单元采集由被保护线路一次PT、CT输入的幅值为100V和5A的交流电压、电流信号，该采集单元包括：电流采集模块、电压采集模块和漏电保护单元，其中：电流采集模块与模数转换单元相连接并采集电流模拟信号信息后进行滤波及抗干扰处理并传输至模数转换单元，电压采集模块与模数转换单元相连接并采集电压模拟信号后进行滤波及抗干扰处理并传输至模数转换单元，漏电保护单元与模数转换单元相连接并接收采集到的零序电流信号进行比例运放及积分运放进行滤波放大处理后的信号传输至模数转换单元。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的电源单元采用带有失压延时功能的高可靠性的开关电源，该电源单元包括：控控制变压器和储能模块，其中：控制变压器的输入端与储能电容相连并接收110V电压信号，输出端与双CPU其他电源及开关量采集及开关量输出相连并输出24V、5V电源，储能模块的输入端与控制变压器±5V输出端相连接并接收直流5V电源信号，输出端与液晶电源、CPU其他电源相连并输出5V变压信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的主控制器端设有主显示单元，该主显示单元与双中央控制器单元的信息输出端相连并显示故障数据信息。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的主控制器端设有按键电路，该按键电路与双中央控制器单元的手动输入端相连接以实现对双中央控制器单元的手动操作。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的监测终端是指：具有显示和指示单元的表头，该监测终端的外部设有终端指示单元和终端显示单元，其中：终端指示单元与监测终端的GZ-1、HW-1、TXDW、TXND、FW-1端口相连并接收来自双中央控制器单元的信息，终端显示单元与监测终端的SY-OUT1-1、SY-OUT2-1、SY-OUT3-1、HZ-OUT-1、BH-OUT端口相连并接收来自双中央控制器单元的信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征是，所述的终端指示单元共有6个LED指示灯组成，其中：合闸指示灯为绿色、故障指示灯为红色、通信指示灯为黄色、电源指示灯为绿色、分闸指示灯为红色；终端显示单元为4×8点阵的汉字字符液晶显示器，配合菜单式人机交互界面，运行时实时显示当前时间、电流和电网电压、电度、绝缘电阻及故障信息。