CN103337798A - 矿用隔爆型高压真空配电装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种矿用隔爆型高压真空配电装置，包括隔爆箱，在所述的防爆箱内设有PLC控制器、隔离高压接线箱和断路器操作箱。隔爆箱的箱体为长方形，中间设有将箱体隔成三个腔室的隔板，前面的隔爆门加以隔板形成的腔室内设有PLC控制器，主要是为了把PLC控制器给以保护隔离，有效防止高压干扰和冲击；中间的腔室内设有断路器操作箱，后面的腔室内设有高压接线箱，在所述的断路器箱操作箱内设有电流互感器、三相五柱互感器和真空断路器后，后面的腔室左右两侧各有一只高压电缆引入装置，并在后面的腔室上设有观察窗。

Description

矿用隔爆型高压真空配电装置

技术领域

本发明具体公开了一种矿用隔爆型高压真空配电装置。

背景技术

目前，在很多地区的地下矿区经常发生爆炸事故，每一次的爆炸事故都会造成无法估量的损伤。造成这种伤害的主要原因是在矿井下及周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸行混合气体的环境，在交流50Hz，额定电流至630(500、400、300、200、150、100、50)A的三相交流线路中使用的高压真空配电装置，多采用单片机和继电器控制。传统的继电器的不足之处是有触点系统，故障率高，平均修复时间长，寿命短，功耗大，若改变系统功能，将要重新接线，工作量大，容易出错，执行时间长等等。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺点，本发明具体公开了一种矿用隔爆型高压真空配电装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种矿用隔爆型高压真空配电装置，包括隔爆箱，在所述的防爆箱内设有PLC控制器、高压接线箱和断路器操作箱，

隔爆箱的箱体为长方形，中间设有将箱体隔成三个腔室的隔板，前面的隔爆门加以隔板形成的腔室内设有PLC控制器和信号取样检测板,主要是为了把PLC控制器给以保护隔离，有效防止高压干扰和冲击；中间的腔室内设有断路器操作箱，后面的腔室内设有高压接线箱，在所述的断路器箱操作箱内设有零序电流互感器、瓦斯闭锁接点装置、三相五柱互感器、真空断路器、真空断路器机械合闸手柄、机械闭锁装置，后面的腔室左右两侧各有一只高压电缆引入装置，并在后面的腔室上设有观察窗；所述的零序电流互感器、瓦斯闭锁接点装置、三相五柱互感器、真空断路器、真空断路器机械合闸手柄、机械闭锁装置均与PLC控制器通讯。

在所述的隔爆箱的箱体前门的前门上设有液晶显示窗和参数设定按钮。

所述的PLC控制器通过RS485总线与矿井自动化监控系统通讯。

矿用隔爆型高压真空配电装置的保护方法如下：

（1）过载保护：配电装置的过载1.2—6倍保护采样值取自A、C相电流—电压变换器，该取样值送入PLC控制器A/D2V1，经过A/D转换后送入PLC控制器内部D16寄存器，当A、C任一相电流超过设定值时，PLC控制器反时限特性进行保护，同时人机屏显示过负荷故障画面；

（2）短路保护：短路保护采样值取自A、C相电流—电压变换器，该取样值送入PLC控制器A/D2V1，经A/D转换后送入PLC控制器内部D16寄存器，当A、C任一相电流超过速断设定值时，PLC控制器送出一开关信号迅速使高压真空断路器动作，动作时间＜80ms，同时人机屏显示短路故障画面；

（3）断相保护：PLC控制器在每个扫描周期内将送入D1、D2、D3寄存器内的电流值进行比较，找出电流最大值寄存器(如D1)，然后分别用D1减去其它两寄存器内的数据，当差值超过设定电流值的30%时，PLC控制器延时15S送出一开关信号使高压真空断路器动作，同时显示断相故障界面；

（4）欠压、过压保护：欠压、过压保护采样值取自配电装置电压—电压转换器，送入PLC控制器V0A/D通道。经A/D转换后送入PLC控制器内部D4寄存器。PLC控制器在每个扫描周期内将D4内数据与额定电压值进行比较；当取样电压低于额定电压的80%时，或高于额定电压值的120％时，PLC控制器输出信号控制断开高压真空断路器，同时人机屏显示对应过、欠压保护画面；

（5）选择性漏电保护：零序电压U0经电压变换处理后，输出一周期20ms、占空比相等的方波信号Uy，此信号一路送到零序电流检测通道中的相敏电路A，另一路直接到A/D V1；零序电流I0由零序电流互感器二次取出，经电压形成，一路经移相电路，将输入信号U0移后90°输出U_相敏，A/D V2，另一路至A/D V3。通过比较V2的大小，实现方向选择性，当U0、I0、U_相敏达到设定值时PLC控制器动作，显示漏电故障。

(7)绝缘监视,信号取样检测板接到外壳和PLC控制器的主回路,来判断两者之间的绝缘程度,同时把信号输入到PLC控制器,PLC控制器进行判断和统计以及控制处理。

（8）风电闭锁利用瓦斯监控系统中的风量传感器以及风俗速传感器,当风力和风度没达到按午安生产的要求时,控制系统判断安全生产条件不具备,从而断开主回路，使下级电网无电,不能启动电气启动和生产,从而达到风电闭锁的功能

（9）瓦斯闭锁,利用瓦斯监控系统中的瓦斯含量传感器,当瓦斯含量没达到按午安生产的要求时,控制系统判断安全生产条件不具备,从而断开主回路.使夏季电网无电,不能寄逆行电气启动和生产,从而达到瓦斯闭锁的功能。

本发明的有益效果是：

（1）采用技术先进的进口工业可编程序控制器（PLC控制器）和人机屏（GOT）系统，参数设置灵活方便、质量稳定、动作性能灵敏可靠、运行和故障画面直观简明。

（2）PLC控制器智能型综合保护装置具有系统自检、故障诊断巡检及记忆功能，RS485通讯（RS232口可选）功能、能够实时检测和传送数字化显示运行状态及故障指示，支持Profi-bus、Modbus、Lanworks总线，与矿井的自动化网络结合组成更加完备的矿井自动化监控系统。

（3）保护功能齐全，有过载、短路、断相、过压、欠压、选择性漏电、绝缘监视、风电闭锁、瓦斯闭锁、故障记忆功能。具体实现方法见保护方法。

（4）外形上结构简单、紧凑、采用新型侧快开门，操作方便

（5）高压真空断路器安装为导轨式结构，接头处采用快接插头，更换方便。机械式断路器和永磁式断路器均适用，可互换。

（6）具有触点温度检测保护，通过新型贴片温度传感器安装在触点，把温度实时检测出来防止接触不良，电流过大。

附图说明

图1本装置的主视图；

图2本装置的侧视图；

图3本装置的俯视图；

图中1前门总成，2防水罩，3电分闸拨杆组件，4连锁操作机构总成，5箱体，6断路器操作箱,7照明灯泡，8绝缘隔板，11后盖组件，12按钮功能指示牌，13显示器窗总成，14防爆按钮组件，15ExdI标志牌，16铭牌，17MA标志牌，18控制线出口组件，19高压接线箱，20接地标志牌，21滑撬式底座，22操作手把组件，23高压接线端子组件，24圆观察窗组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-3所示，矿用隔爆型高压真空配电装置，包括隔爆箱，在防爆箱的上设有接地标志牌20、前门总成1、防水罩2、圆观察窗组件24、操作手把组件22，里面设有电分闸拨杆组件3，连锁操作机构总成4，断路器操作箱6，底部设有滑撬式底座21，后面是后盖组件11。

在前门总成1上设有12按钮功能指示牌、显示器窗总成13，防爆按钮组件14，ExdI标志牌15，铭牌16，MA标志牌17。

所述的隔爆箱的箱体5为长方形，中间设有将箱体隔成三个腔室的绝缘隔板8，前面的前门总成1加以隔板形成的腔室内设有PLC控制器，主要是为了把PLC控制器给以保护隔离，有效防止高压干扰和冲击；中间的腔室内设有断路器操作箱6，后面的腔室为高压接线箱19，里面设有高压接线端子组件23，在所述的断路器箱操作箱6内设有电流互感器、三相五柱互感器、真空断路器、真空断路器机械合闸手柄、机械闭锁装置、零序电流互感器、瓦斯闭锁接点装置和照明灯7，后面的腔室高压接线箱19左右两侧各有一只高压电缆引入装置。下面设有控制线出口组件18。

真空断路器由轮车移动并把快速插杆插入到固定插槽。

所述的PLC控制器通过RS485总线与矿井自动化监控系统通讯。

配电装置主要由PLC控制器（包括人机屏XGT）和防爆箱、真空断路器操作机构三大部分组成。隔爆箱体分接线箱、系统箱箱和断路器箱三个箱体,隔爆箱由箱体、箱门、盖板等组成。

箱体前门内部装有PLC控制器、XGＴ、信号取样检测板，前门设有液晶显示窗，显示配电装置运行状态和各种故障状态。面板还设有参数设定按钮，过载、短路、复位、漏电、电合、电分、绝缘监视按钮，用于实现参数设定和功能操作。

本发明的主要技术指标

a.额定电压10（6）KV；

b.最高工作电压：12.5（7.2）KV

c.额定电流：1~630A

d.额定频率：50HZ

e.额定短路开断电流：31.5kA（有效值）

f.额定短路关合电流：31.5kA（峰值）

g.额定动稳定电流：31.5kA（有效值）

h.额定热稳定电流：12.5kA（有效值）

i.额定热稳定时间：2S

j.基本参数见表1

表1-1 10KV基本参数

额定工作电压（Ue）	10kV
		最高工作电压	12.5kV
额定电流（Ie）	50A、100A、150A、200A、300A、400A、500A、

	630A
		额定短路开断电流	12.5kA
额定热稳定时间	2S
		额定热稳定电流	31.5kA
峰值耐受电流	31.5kA
		额定关合电流（峰值）	31.5kA
额定短路开断电流的开断次数	30次

表1-2 6KV基本参数

k.额定电流开断次数10000次。

l.机械寿命不少于10000次，隔离插销机械寿命不少于2000次。

m.分闸时间不大于0.15S；

n.外型尺寸：见图1

外形尺寸为：1139×1360×1122

高压真空断路器符合下述规定：

a.平均分闸速度：1.1±0.2m/s

b.平均分闸速度：0.6±0.2m/s

c.触头开距10^±1mm

d.触头超行程3^±1mm

e.触头压力≥1100±100N

f.三相不同时接触时间≤2ms

g.合闸时触头弹跳时间≤3ms

h.动静触头允许磨损厚度3mm

i.其它技术指标详看ZN—12/Y630—12.5型高压真空断路器使用说明书。

5.3、配用的电压互感器为三相五柱式，其技术参数如表2所示：

表2

5.4、配用的LMZ—10型电流互感器为母线式电流互感器。

a.电流源绕组符合表3要求：

表3

b.电流源绕组的最大输出功率不小于25VA，即当一次通过4倍以上额定电流，二次接25Ω

负荷时，二次电流不小于1A。

5.5、配用的高压综合保护为PLC控制器控制综合保护器。

本发明的使用条件如下：

1、环境温度：－20℃—＋40℃；

2、海拔高度不超过4000m；

3、周围空气相对湿度不大于95%（25℃）；

4、具有甲烷等混合气体的煤矿井下；

5、在无显著摇动和冲击振动的地方；

6、在能防止滴水的地方；

7、水平安装（倾斜度不超过15°）。

本发明的保护方法如下：

（1）过载保护。配电装置的过载1.2—6倍保护采样值取自A、C相电流—电压变换器，该取样值送入PLC控制器A/D2V1，经过A/D转换后送入PLC控制器内部D16寄存器，当A、C任一相电流超过设定值时，PLC控制器按表5规定的反时限特性进行保护，同时人机屏显示过负荷故障画面。

（2）短路保护：本装置的短路保护采样值取自A、C相电流—电压变换器，该取样值送入PLC控制器A/D2V1，经A/D转换后送入PLC控制器内部D16寄存器，当A、C任一相电流超过速断设定值时，PLC控制器送出一开关信号迅速使高压真空断路器动作，动作时间＜80ms，同时人机屏显示短路故障画面。

（3）断相保护：PLC控制器在每个扫描周期内将送入D1、D2、D3寄存器内的电流值进行比较，找出电流最大值寄存器(如D1)，然后分别用D1减去其它两寄存器内的数据，当差值超过设定电流值的30%时，PLC控制器延时15S送出一开关信号使高压真空断路器动作，同时显示断相故障界面。

（4）欠压、过压保护：欠压、过压保护采样值取自配电装置电压—电压转换器，送入PLC控制器V0A/D通道。经A/D转换后送入PLC控制器内部D4寄存器。PLC控制器在每个扫描周期内将D4内数据与额定电压值进行比较；当取样电压低于额定电压的80%时，或高于额定电压值的120％时，PLC控制器输出信号控制断开高压真空断路器，同时人机屏显示对应过、欠压保护画面。

（5）选择性漏电保护：零序电压U0经电压变换处理后，输出一周期20ms、占空比相等的方波信号Uy，此信号一路送到零序电流检测通道中的相敏电路A，另一路直接到A/D V1；零序电流I0由零序电流互感器二次取出，经电压形成，一路经移相电路，将输入信号U0移后90°输出U_相敏，A/D V2，另一路至A/D V3。通过比较V2的大小，实现方向选择性，当U0、I0、U_相敏达到设定值时PLC控制器动作，显示漏电故障。

（6）故障记忆功能：目前可以记录最近三次的故障情况，方便查询。

5.5.1、配用的PLC控制器控制高压综合保护整定如下：

PLC控制器智能型综合保护器的整定和XGT组成保护显示系统，参数整定通过XGT直接完成，参数整定灵活方便，运行、故障画面直观简明。

整定过程方式（人机屏XGT开机后显示运行界面如图）

第一步：在运行状态下按下参数设定键进入参数设定界面如图。

第二步：按下“SET”键一下，第一行“过载整定”数据区光标闪烁，按增减光标为数值，使其移动光标至所需位置。直至输入所需数值，再按“ENT”键“过载整定”数据设定完成。

第三步：按下“SET”键二下，进入“短路倍数”数据区，参数设定同第二步。

第四步：按下“下一步”键一下，进入“零序电压”数据区，参数设定同第二步。

第五步：按下“SET”键二下，进入“零序电流”数据区，参数设定同第二步。

第六步：按下“下一步”键一下，进入“漏电延时”数据区，参数设定同第二步。

第七步：按下“下一步”键一下，进入“故障记忆”数据区。

数据设定完成后按下确认键，同时出现“嘀”的一声提示音则表明人机屏内部数据已传输进PLC控制器。

Claims (4)

1.一种矿用隔爆型高压真空配电装置，其特征在于：包括隔爆箱，在所述的防爆箱内设有PLC控制器、高压接线箱和断路器操作箱，

隔爆箱的箱体为长方形，中间设有将箱体隔成三个腔室的隔板，前面的隔爆门加以隔板形成的腔室内设有PLC控制器和信号取样检测板,主要是为了把PLC控制器给以保护隔离，有效防止高压干扰和冲击；中间的腔室内设有断路器操作箱，后面的腔室内设有高压接线箱，在所述的断路器箱操作箱内设有零序电流互感器、瓦斯闭锁接点装置、三相五柱互感器、真空断路器、真空断路器机械合闸手柄、机械闭锁装置，后面的腔室左右两侧各有一只高压电缆引入装置，并在后面的腔室上设有观察窗；所述的零序电流互感器、瓦斯闭锁接点装置、三相五柱互感器、真空断路器、真空断路器机械合闸手柄、机械闭锁装置均与PLC控制器通讯。

2.如权利要求1所述的矿用隔爆型高压真空配电装置，其特征在于：在所述的隔爆箱的箱体前门的前门上设有液晶显示窗和参数设定按钮。

3.如权利要求1所述的矿用隔爆型高压真空配电装置，其特征在于：所述的PLC控制器通过RS485总线与矿井自动化监控系统通讯。

4.如权利要求1所述的矿用隔爆型高压真空配电装置的保护方法，其特征在于，如下：

（1）过载保护：配电装置的过载1.2—6倍保护采样值取自A、C相电流—电压变换器，该取样值送入PLC控制器A/D2V1，经过A/D转换后送入PLC控制器内部D16寄存器，当A、C任一相电流超过设定值时，PLC控制器反时限特性进行保护，同时人机屏显示过负荷故障画面；

（2）短路保护：短路保护采样值取自A、C相电流—电压变换器，该取样值送入PLC控制器A/D2V1，经A/D转换后送入PLC控制器内部D16寄存器，当A、C任一相电流超过速断设定值时，PLC控制器送出一开关信号迅速使高压真空断路器动作，动作时间＜80ms，同时人机屏显示短路故障画面；

（3）断相保护：PLC控制器在每个扫描周期内将送入D1、D2、D3寄存器内的电流值进行比较，找出电流最大值寄存器(如D1)，然后分别用D1减去其它两寄存器内的数据，当差值超过设定电流值的30%时，PLC控制器延时15S送出一开关信号使高压真空断路器动作，同时显示断相故障界面；

（4）欠压、过压保护：欠压、过压保护采样值取自配电装置电压—电压转换器，送入PLC控制器V0A/D通道；经A/D转换后送入PLC控制器内部D4寄存器；PLC控制器在每个扫描周期内将D4内数据与额定电压值进行比较；当取样电压低于额定电压的80%时，或高于额定电压值的120％时，PLC控制器输出信号控制断开高压真空断路器，同时人机屏显示对应过、欠压保护画面；

（5）选择性漏电保护：零序电压U0经电压变换处理后，输出一周期20ms、占空比相等的方波信号Uy，此信号一路送到零序电流检测通道中的相敏电路A，另一路直接到A/D V1；零序电流I0由零序电流互感器二次取出，经电压形成，一路经移相电路，将输入信号U0移后90°输出U_相敏，A/D V2，另一路至A/D V3，通过比较V2的大小，实现方向选择性，当U0、I0、U_相敏达到设定值时PLC控制器动作，显示漏电故障；

(7)绝缘监视,信号取样检测板接到外壳和PLC控制器的主回路,来判断两者之间的绝缘程度,同时把信号输入到PLC控制器,PLC控制器进行判断和统计以及控制处理；

（8）风电闭锁利用瓦斯监控系统中的风量传感器以及风俗速传感器,当风力和风度没达到按午安生产的要求时,控制系统判断安全生产条件不具备,从而断开主回路，使下级电网无电,不能启动电气启动和生产,从而达到风电闭锁的功能；

（9）瓦斯闭锁,利用瓦斯监控系统中的瓦斯含量传感器,当瓦斯含量没达到按午安生产的要求时,控制系统判断安全生产条件不具备,从而断开主回路.使夏季电网无电,不能寄逆行电气启动和生产,从而达到瓦斯闭锁的功能。

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