CN105529825B - 一种矿用高压智能综合保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿用供电设备技术领域，具体涉及一种高压保护装置。一种矿用高压智能综合保护装置，包括装置本体，装置本体设置于装置外壳内，装置本体包括控制模块、其上连接用于电网失压时进行开关分闸的失压线圈、用于得电后开关分闸的分励线圈、用于检测电流的电流传感器、用于漏电保护的零序电流互感器和瓦斯传感器、温度传感器、无线模块等部件；失压线圈的供电回路中并联一失压延时模块，用于给失压线圈提供后备电源。由于采用上述技术方案，本发明结构简单、功能强大、安装和操作均很方便，具有失压保护功能、具有自动调整执行机构动作时间功能、能够检测执行机构执行时间，且能够模拟示波器图形输出电网运行状态，并模拟指示灯来告警。

Description

一种矿用高压智能综合保护装置

技术领域

本发明涉及矿用供电设备技术领域，具体涉及一种高压保护装置。

背景技术

煤矿井下作业不仅施工难度大、作业复杂度高，而且对于设备运行的安全要求极为严格。由于井下作业的环境恶劣，因此要求设备的用电环境保持较高的稳定性。传统井下作业设备的供电网络受制于保护装置的落后，存在运行不稳定的情况。井下防爆开关常由失压线圈、分励线圈构成，存在较大的安全隐患。设备在运行时，由于雷击、地面电网电压波动等造成的井下电网电压短时波动，会导致失压线圈失电，造成不应有的释放动作、断路器跳闸、负荷侧停电，从而导致井下重要负荷如水泵、风机等停电，容易造成生产安全事故。

虽然针对断路器跳闸的情况，有防越级跳闸措施，但是传统保护措施中，每台保护装置根据开关等级分别设置了不同的短路保护动作时间，通常上一级的短路保护动作时间较长，然后逐级递减，参照图1，有4台保护开关，按照等级分别设为开关1、2、3、4，其中开关1为最上级开关，开关4为最下级开关，保护开关的断路器执行时间为70ms，按照现有技术的防越级跳闸方案来设置布局，则短路保护动作时间分别设置为350ms，250ms，150ms，50ms，级差100ms。短路故障发生时，无论故障点发生在何处，任一级的短路保护动作时间都是固定的。这一情况表明，只有最下级的开关的短路保护动作时间是最短且符合标准的，其上级的所有开关的短路保护时间均不能确保断路器及时工作，存在很大隐患。而随着电网层级增加，位于更上级的开关的短路保护动作时间会越来越长，不利于运行安全。

另外，传统保护装置在井下防爆开关运行时，不会检测其执行机构的动作时间，而井下作业环境恶劣，设备老化的情况较严重，一旦开关执行机构老化而导致执行速度变慢，就无法确保保护动作的正确执行，这样就给安全运行带来了隐患。如果为了测试开关执行动作而添加额外的设备进行检测，一则使得投入成本上升，二来也可能带来更多的安全性问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种矿用高压智能综合保护装置，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种矿用高压智能综合保护装置，包括装置本体，所述装置本体设置于装置外壳内，所述装置本体包括一控制模块，所述控制模块上分别连接有用于电网失压时进行开关分闸的失压线圈、用于得电后开关分闸的分励线圈、用于检测电流的电流传感器、用于漏电保护的零序电流互感器；

所述失压线圈的供电回路中并联一失压延时模块，用于给失压线圈提供后备电源，所述失压延时模块的延时能力为0s～5s。

本发明通过设置具有失压检测功能的主处理模块和失压延时模块，配合周边电路和开关，对煤矿井下高压开关进行控制和保护，可以解决井下电网电压短期波动而导致的大面积失压误跳闸现象。

所述控制模块采用ARM处理器，优选采用32位ARM处理器。本发明选用先进的32位ARM处理器具有的强大数据采集及处理能力，对运行的设备信号进行高速采样、实时测算及连续量化处理，获得的数据信息更为精确。

所述失压延时模块采用以电容为储能元件的失压延时模块，利用电容的储能特性来暂时存储电能，用作电路失压时的后备电源。

所述电流传感器采用空心电流互感器或者铁芯式电流互感器，当采用空心电流互感器时，所述空心电流互感器的量程为1A～8000A。使用时，将空心电流互感器直接穿在母线上，可获得与一次侧电流成正比的电信号，并且不需要因为不同的额定电流等级而更换电流互感器。

所述零序电流互感器采用贯穿式电流互感器。

所述控制模块连接一RS485通讯接口，用于通过通信电缆实现装置本体与监控系统上位机之间的远程连接，以便完成包括远方分闸、远方合闸、远方试验、复位、对时、查询运行信息的操作，所述RS485通讯接口采用标准 Modbus协议传输数据信号，提高了信号传输能力，为实现设备管理的自动化和集中化提供基础，尤其适用于井下作业环境。

所述控制模块连接一CAN通讯接口，用于实现多台装置本体之间的互联；所述CAN通讯接口为本安型通讯接口；所述CAN通讯接口传输的信号为本安信号。CAN通讯接口的通讯协议支持多机通讯，可以信息并发，并自动仲裁，从硬件上避免了通讯的冲突。通过设置CAN通讯接口实现多台设备连接时，仅需两根通讯线缆即可将参与防越级跳闸的装置本体连接在一起，以多种方式进行短路保护的防越级跳闸，克服了传统装置本体和高压开关构建的防越级跳闸系统的上级高压开关短路保护动作的时间设置过长的缺点，大大提高了井下供电的安全性。使用时，装置本体之间仅通过两根通讯线缆交互数据，与之对应的多台高压开关之间除两根通信线外，完全独立。由于装置本体之间可以实时通信，当任一台高压开关运行出现短路保护问题时，与其对应的装置本体均能够及时与其他互联的装置本体进行数据交互，并根据出现短路保护问题的高压开关所在的等级和位置调整其上级高压开关的短路保护动作时间，以此将实际执行保护动作的高压开关的短路保护动作时间调整到标准值，使防越级跳闸功能及时启动。由于数据交互的实时性，使得由CAN 通信网络构建的装置本体集群能够对防越级跳闸的持续时间进行自动跟踪和及时反馈，便于根据跟踪结果及时发现开关老化问题，排除运行安全隐患。

本发明中的CAN通讯接口及数据交互的工作原理及步骤如下：

1)发生故障的负载侧的高压开关等级设为n，其所对应的装置本体在检测到短路故障后，通过CAN通讯接口及对应的通讯总线向其他等级的高压开关所对应的装置本体发出标识越级跳闸的指令；

2)各级高压开关所对应的装置本体在接收到越级跳闸的指令后，与自身的开关等级比较，忽略与自己相等或者高于自己等级的高压开关的装置本体所发来的指令，仅接收比自己等级低的设备发来的指令，并且进行延时，延时时间设为Ts；

3)任一高压开关自身等级设为m，所对应的装置本体的越级延时为T，短路保护动作时间设为Td，则存在如下关系： Ts＝(n-m)*T+Td；

其中，Td设置不大于30ms时，可确保，短路保护动作时间在100ms内，以便符合煤炭行业中的《矿用隔爆型高压真空配电装置》内的装置标准。

为了实现自动调整上级高压开关短路保护动作时间的功能，需要对各台装置本体进行如下设置：

a)设置本装置本体所对应的高压开关等级；

b)设置本装置本体的短路保护动作时间；

c)设置本装置本体的越级延时；

d)将各台参与防越级跳闸联网保护的装置本体所连接的CAN通讯接口用通讯线缆连接在一起；

e)统一设置各台装置本体所连接的CAN通讯接口的波特率。

所述RS485通讯接口和所述CAN通讯接口均分别通过光电隔离后与所述控制模块连接。

所述控制模块连接一无线模块，以便配合具有无线数据传输功能的采集设备和传感器，实现数据的无线采集和传输。

所述无线模块优选采用zigbee模块。

所述装置本体包括一开关量采集模块和一继电器输出模块，分别用于采集各个高压开关的动作状态和控制继电器工作，所述开关量采集模块和所述继电器输出模块分别通过光电隔离后连接所述控制模块，所述开关量采集模块将高压开关的断路器状态反馈给控制模块，从而使控制模块识别断路器的分合闸状态，然后再通过控制继电器输出模块来控制继电器使其执行动作，使断路器分闸或合闸。

传统的井下防爆开关由于不检测开关执行机构的动作时间，一旦执行机构老化导致执行速度变慢，就无法确保保护动作可以被正确执行。本发明通过设置开关量采集模块和继电器输出模块，配合控制模块构成了开关分合闸动作时间检测和控制系统，用于对执行机构的执行时间进行监控，大大方便了井下供电设备的检测，避免了传统井下防爆开关在运行时存在的老化、失灵等隐患。具体的检测原理如下：装置本体中的继电器执行动作时间设为Tj，高压开关断路器的动作完成执行时间为Tz，装置本体检测判断执行机构的动作变位耗时Tc，装置本体以发出分闸指令的时间点为零点开始计时，直到检测高压开关断路器变位截止，则每次开关动作可以获取的总时间＝Tj+Tz+Tc，即Tj＝总时间-(Tz+Tc)，由于Tz和Tc为高压开关断路器和装置本体的固有时间，基本上恒定不变，经严格测定可以获取到，因此通过该公式可以准确获取到继电器执行动作时间Tj，也即表示保护动作执行机构的执行时间可以被准确测量，以此作为判断执行机构是否老化的依据。

还包括一瓦斯传感器，所述瓦斯传感器的信号输出端连接所述控制模块，瓦斯传感器工作时将采集到的信号频率传输给控制模块，以便转换成对应的瓦斯浓度，实现井下作业环境的瓦斯检测，便于开展防护工作。

所述瓦斯传感器的输出信号频率为200Hz-1000Hz，对应的瓦斯浓度为 0-4.00％。

还包括一温度传感器，所述温度传感器设置于所述装置本体的装置外壳内，所述温度传感器的信号输出端连接所述控制模块，便于对装置本体的工作环境温度进行实时监测。

所述装置本体的装置外壳上设有一温度检测扩展接口，所述温度检测扩展接口连接所述控制模块，以便外接外置温度传感器，用于检测外部环境温度，所述外置温度传感器的温度检测范围为-100℃-200℃。

所述控制模块的显示信号输出端连接一显示模块，用于显示日历、电流、电压、装置内部温度、系统运行频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及高压开关状态；

所述显示模块优选采用分辨率至少为320×240的彩色液晶显示屏，所述显示模块设置于装置本体的装置外壳上。

本发明具有两种显示输出模式，一种为数据显示模式，另一种为波形显示模式，其中，数据显示模式工作时，以数值方式显示包括日历、电流、电压、装置内部温度、系统运行频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及高压开关状态，而波形显示模式工作时，通过全屏显示不断变化的波形曲线图来反应不同信号幅度随着时间的变化，全屏显示波形曲线图时，界面呈现一示波器图形，由于显示区域的分辨率足够大，使显示区域可以用于显示电量波形，在不额外配置示波器的情况下，可以直观地观察到电网的运行情况。传统方案中，仅能从显示模块上以数据方式观察电量的幅值、角度，想要就地观察电量波形曲线，必须采用实体示波器，不仅需要较高的操作技能，而且操作复杂度较高，操作时间较长，额外的设备投入也增加了整体成本。

所述电流传感器、所述零序电流互感器和设置于电网接入端的电压互感器组成一用于对电网运行情况进行采样分析的信息采集分析组件，以便将电网的模拟量运行状态解析成数字量后用于配合波形显示模式对外输出电网运行的波形曲线图，实现直观的电量显示。

所述信息采集分析组件的采样点设置为30个～50个。

发明采样时设置30-50个采样点，当设为30个采样点时，每个点占用一个像素，则320×240的彩色液晶屏至少可以显示8个周波，工频一个周期为 20ms，则表示在显示区域内可以显示160ms的波形，1000ms内对显示区域刷新3次，可以显示480ms的波形，显示覆盖率达到48％，完全能够满足观察要求。

本发明的显示输出模式处于数据显示模式时，所述显示模块的显示区包括上部的主显示区和下部的指示显示区，所述指示显示区的分辨率至少为320 ×16，用于显示圆形实点、汉字点阵或者汉字矩阵，以便作为指示灯或者显示汉字来实现开关状态情况和各种告警信息的输出。

所述主显示区的分辨率至少为320×224，用于显示包括瓦斯浓度、装置内部温度、系统运行频率、电流、电压、电度。

传统的井下高压开关保护装置的指示灯多为二极管或数码管，如有新增功能要求添加指示灯时，则需要对硬件进行改造，不仅需要一定的改造周期，而且投入成本较高，还会影响正常作业。

所述指示显示区显示指示灯时，指示灯数量不超过15个，且沿着指示显示区的长度方向排列，显示的指示灯为12×12圆形点阵，每个指示灯间距8 个点阵，即每个指示灯占用20个点阵，最左侧的指示灯距离显示区域左端点间隔15个点阵，最右侧的指示灯距离显示区域右端点间隔15个点阵；

所述指示显示区显示汉字时，以汉字点阵方式输出时，采用16×16分辨率的汉字点阵，以汉字矩阵方式输出时，采用20×14的汉字矩阵。

本发明通过设置指示显示区代替传统方案中独立设置的实体信号灯组来对异常情况发出警示信息和装置运行状态，设置方式灵活快捷，还能够实现输出汉字的功能，由于采用显示模块输出信息，大大降低了电力损耗，节约了设备投入成本，也为井下供电设备的调试提供了便利。传统技术方案中的井下保护装置内以二极管或数码管为光源来设置实体指示灯，当有新增功能要求而需要添加更多的指示灯时，需要增加新的供电线路，不仅增大了电网负担，而且涉及硬件改造的投入成本将增大，本发明的方案在此种情况下无需进行硬件改造，软件改造和调试的周期短，成本低廉，使用方便。

所述装置本体的装置外壳上设有一按键组件，所述按键组件连接所述控制模块，所述按键组件优选包括四个按钮，分别对应上行、下行、确定、复位操作，用于完成保护装置的菜单选择、参数调整。其中，上行、下行按钮用于选择菜单项和调节参数，确定按钮用于进入、退出菜单，复位按钮用于在开关发生故障后使保护装置恢复正常工作的操作，通过设置上述按键组件使得仅需简单操作即可完成对保护装置的各项功能的整定。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明结构简单、安装和操作均很方便，且具有如下功能特点：

1、短路保护的防跳闸功能先进，执行机构动作时间可自动侦测并调整，增进了防跳闸机构的执行效率，大大提高了井下供电安全性；

2、具有失压保护功能，该功能不仅可以投退，也可以对投入的失压动作时间进行调整，有效防止大面积失压造成的误跳闸问题；

3、对保护动作的执行机构的执行时间进行实时监测，防止执行机构老化造成分合闸动作延误或者失灵，消除随之产生的安全隐患；

4、检测信息和报警信息的输出内容丰富，显示方式灵活，不仅可以对检测到的开关分合闸状态、电流、电压、瓦斯浓度、保护装置内外部温度等信息进行实时显示，而且还能够输出电网电量的波形图，并且模拟显示指示灯进行信息输出和告警，不仅无需增加额外的实体示波器和指示灯，而且能耗也得到了有效控制。

附图说明

图1为本发明的连接示意图；

图2为本实用新型的显示区域的布局示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1，一种矿用高压智能综合保护装置，包括装置本体，装置本体设置于装置外壳内，装置外壳上设有按键组件14、显示模块9。装置本体包括控制模块1，其上连接有失压线圈2、分励线圈3、电流传感器4、零序电流互感器5、无线模块8、显示模块9、瓦斯传感器12、温度传感器13。失压线圈2的供电回路中并联一失压延时模块，失压延时模块以电容为储能元件，利用电容的储能特性来暂时存储电能，用作电路失压时的后备电源，给失压线圈2提供临时电力。失压延时模块的延时能力为0s～5s。控制模块1采用 ARM处理器；优选采用32位ARM处理器。电流传感器4采用空心电流互感器或者铁芯式电流互感器，当采用空心电流互感器时，空心电流互感器的量程为1A～8000A。使用时，将空心电流互感器直接穿在母线上，可获得与一次侧电流成正比的电信号，并且不需要因为不同的额定电流等级而更换电流互感器。零序电流互感器5采用贯穿式电流互感器。

控制模块1上还通过光电隔离连接有RS485通讯接口701和CAN通讯接口702。通过RS485通讯接口701实现装置本体与监控系统上位机之间的远程连接，以便完成包括远方分闸、远方合闸、远方试验、复位、对时、查询运行信息的操作，RS485通讯接口701采用标准Modbus协议传输数据信号，提高了信号传输能力，为实现设备管理的自动化和集中化提供基础，尤其适用于井下作业环境。CAN通讯接口702为本安型通讯接口，传输的信号为本安信号，用于实现多台装置本体之间的互联。CAN通讯接口702的通讯协议支持多机通讯，可以信息并发，并自动仲裁，从硬件上避免了通讯的冲突。通过设置CAN通讯接口702实现多台设备连接时，仅需两根通讯线缆即可将参与防越级跳闸的装置本体连接在一起，以多种方式进行短路保护的防越级跳闸，克服了传统装置本体和高压开关构建的防越级跳闸系统的上级高压开关短路保护动作的时间设置过长的缺点，大大提高了井下供电的安全性。使用时，装置本体之间仅通过两根通讯线缆交互数据，与之对应的多台高压开关之间除两根通信线外，完全独立。由于装置本体之间可以实时通信，当任一台高压开关运行出现短路保护问题时，与其对应的装置本体均能够及时与其他互联的装置本体进行数据交互，并根据出现短路保护问题的高压开关所在的等级和位置调整其上级高压开关的短路保护动作时间，以此将实际执行保护动作的高压开关的短路保护动作时间调整到标准值，使防越级跳闸功能及时启动。由于数据交互的实时性，使得由CAN通信网络构建的装置本体集群能够对防越级跳闸的持续时间进行自动跟踪和及时反馈，便于根据跟踪结果及时发现开关老化问题，排除运行安全隐患。

本发明中的CAN通讯接口及数据交互的工作原理及步骤如下：

1)发生故障的负载侧的高压开关等级设为n，其所对应的装置本体在检测到短路故障后，通过CAN接口及对应的通讯总线向其他等级的高压开关所对应的装置本体发出标识越级跳闸的指令；

2)各级高压开关所对应的装置本体在接收到越级跳闸的指令后，与自身的开关等级比较，忽略与自己相等或者高于自己等级的高压开关的装置本体所发来的指令，仅接收比自己等级低的设备发来的指令，并且进行延时，延时时间设为Ts；

3)任一高压开关自身等级设为m，所对应的装置本体的越级延时为 T，短路保护动作时间设为Td，则存在如下关系： Ts＝(n-m)*T+Td；

其中，Td设置不大于30ms时，可确保短路保护动作时间在100ms内，以便符合煤炭行业标准。煤炭行业标准指《矿用防爆高压真空配电装置》)

为了实现自动调整上级高压开关短路保护动作时间的功能，需要对各台装置本体进行如下设置：

a)设置本装置本体所对应的高压开关等级；

b)设置本装置本体的短路保护动作时间；

c)设置本装置本体的越级延时；

d)将各台参与防越级跳闸联网保护的装置本体所连接的CAN 通讯接口用通讯线缆连接在一起；

e)统一设置各台装置本体所连接的CAN通讯接口的波特率。

按键组件14连接控制模块1，按键组件14优选包括四个按钮，分别对应上行、下行、确定、复位操作，用于完成保护装置的菜单选择、参数调整。上行、下行键用来选择菜单项和调节参数，确定键用来进入、退出菜单，复位键用来在开关发生故障后使保护装置恢复正常工作的操作，便于通过简单操作随时对保护装置的保护功能进行整定。装置本体包括开关量采集模块10 和继电器输出模块11，分别用于采集各个高压开关的动作状态和控制继电器工作，开关量采集模块10和继电器输出模块11分别通过光电隔离后连接控制模块1，开关量采集模块10将高压开关的断路器状态反馈给控制模块1，从而使控制模块1识别断路器的分合闸状态，然后再通过控制继电器输出模块来控制继电器使其执行动作，使断路器分闸或合闸。传统的井下防爆开关由于不检测开关执行机构的动作时间，一旦执行机构老化导致执行速度变慢，就无法确保保护动作可以被正确执行。本发明通过设置开关量采集模块10和继电器输出模块11，配合控制模块1构成了开关分合闸动作时间检测和控制系统，用于对执行机构的执行时间进行监控，大大方便了井下供电设备的检测，避免了传统井下防爆开关在运行时存在的老化、失灵等隐患。具体的检测原理如下：装置本体中的继电器执行动作时间设为Tj，高压开关断路器的动作完成执行时间为Tz，装置本体检测判断执行机构的动作变位耗时Tc，装置本体以发出分闸指令的时间点为零点开始计时，直到检测高压开关断路器变位截止，则每次开关动作可以获取的总时间＝Tj+Tz+Tc，即Tj＝总时间 -(Tz+Tc)，由于Tz和Tc为高压开关断路器和装置本体的固有时间，基本上恒定不变，经严格测定可以获取到，因此通过该公式可以准确获取到继电器执行动作时间Tj，也即表示保护动作执行机构的执行时间可以被准确测量，以此作为判断执行机构是否老化的依据。

无线模块8优选采用zigbee模块。通过连接无线模块，配合具有无线数据传输功能的采集设备和传感器，实现数据的无线采集和传输。瓦斯传感器 12的信号输出端连接控制模块1，瓦斯传感器12工作时将采集到的信号频率传输给控制模块1，以便转换成对应的瓦斯浓度，实现井下作业环境的瓦斯检测，便于开展防护工作。瓦斯传感器12的输出信号频率为200Hz-1000Hz，对应的瓦斯浓度为0-4.00％。温度传感器13设置于装置本体的装置外壳内，温度传感器13的信号输出端连接控制模块1，便于对装置本体的工作环境温度进行实时监测。装置本体的装置外壳上设有一温度检测扩展接口，温度检测扩展接口连接控制模块1，以便外接外置温度传感器，用于检测外部环境温度，外置温度传感器的温度检测范围为-100℃-200℃。控制模块1的显示信号输出端连接显示模块9，用于显示日历、电流、电压、装置内部温度、系统运行频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及高压开关状态；显示模块9设置于装置本体的装置外壳上，优选采用分辨率至少为320×240的彩色液晶显示屏。

本发明具有两种显示输出模式，一种为数据显示模式，另一种为波形显示模式，其中，数据显示模式工作时，以数值方式显示包括日历、电流、电压、装置内部温度、系统运行频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及高压开关状态，而波形显示模式工作时，通过全屏显示不断变化的波形曲线图来反应不同信号幅度随着时间的变化，全屏显示波形曲线图时，界面呈现一示波器图形，由于显示区域的分辨率足够大，使显示区域可以用于显示电量波形，在不额外配置示波器的情况下，可以直观地观察到电网的运行情况。传统方案中，仅能从显示模块上以数据方式观察电量的幅值、角度，想要就地观察电量波形曲线，必须采用实体示波器，不仅需要较高的操作技能，而且操作复杂度较高，操作时间较长，额外的设备投入也增加了整体成本。

电流传感器4、零序电流互感器5和设置于电网接入端的电压互感器15组成一用于对电网运行情况进行采样分析的信息采集分析组件，信息采集分析组件的信号输出端连接控制模块1，以便将电网电量解析成数字量后用于配合波形显示模式输出电网运行的波形曲线图，实现直观的电量显示。信息采集分析组件的采样点设置为30个～50个。本发明采样时设置30-50个采样点，当设为30个采样点时，每个点占用一个像素，则320×240的彩色液晶屏至少可以显示8个周波，工频一个周期为20ms，则表示在显示区域内可以显示160ms的波形，1000ms内对显示区域刷新3次，可以显示480ms的波形，显示覆盖率达到 48％，完全能够满足观察要求。

参照图2，本发明的显示输出模式处于数据显示模式时，显示模块9的显示区包括上部的主显示区901和下部的指示显示区902，指示显示区902的分辨率至少为320×16，用于显示圆形实点、汉字点阵或者汉字矩阵，以便作为指示灯或者显示汉字来实现开关状态情况和各种告警信息的输出。主显示区 901的分辨率至少为320×224，用于显示包括瓦斯浓度、装置内部温度、系统运行频率、电流、电压、电度。传统的井下高压开关保护装置的指示灯多为二极管或数码管，如有新增功能要求添加指示灯时，则需要对硬件进行改造，不仅需要一定的改造周期，而且投入成本较高，还会影响正常作业。指示显示区902显示指示灯时，指示灯数量不超过15个，且沿着指示显示区的长度方向排列，显示的指示灯为12×12圆形点阵，每个指示灯间距8个点阵，即每个指示灯占用20个点阵，最左侧的指示灯距离显示区域左端点间隔15个点阵，最右侧的指示灯距离显示区域右端点间隔15个点阵；指示显示区902 显示汉字时，以汉字点阵方式输出时，采用16×16分辨率的汉字点阵，以汉字矩阵方式输出时，采用20×14的汉字矩阵。

本发明通过设置指示显示区代替传统方案中独立设置的实体信号灯组来对异常情况发出警示信息和装置运行状态，设置方式灵活快捷，还能够实现输出汉字的功能，由于采用显示模块输出信息，大大降低了电力损耗，节约了设备投入成本，也为井下供电设备的调试提供了便利。传统技术方案中的井下保护装置内以二极管或数码管为光源来设置实体指示灯，当有新增功能要求而需要添加更多的指示灯时，需要增加新的供电线路，不仅增大了电网负担，而且涉及硬件改造的投入成本将增大，本发明的方案在此种情况下无需进行硬件改造，软件改造和调试的周期短，成本低廉，使用方便。

本发明通过设置具有失压检测功能的主处理模块和失压延时模块，配合周边电路和开关，对煤矿井下高压开关进行控制和保护，可以解决井下电网电压短期波动而导致的大面积失压误跳闸现象。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种矿用高压智能综合保护装置，包括装置本体，所述装置本体设置于装置外壳内，所述装置本体包括一控制模块，所述控制模块上分别连接有用于电网失压时进行开关分闸的失压线圈、用于得电后开关分闸的分励线圈、用于检测电流的电流传感器、用于漏电保护的零序电流互感器；

所述失压线圈的供电回路中并联一失压延时模块，所述失压延时模块采用以电容为储能元件的失压延时模块，用于给失压线圈提供后备电源；

所述失压延时模块的延时能力为0s～5s；

所述控制模块采用ARM处理器；

所述电流传感器采用空心电流互感器或者铁芯式电流互感器，当采用空心电流互感器时，所述空心电流互感器的量程为1A～8000A；

所述零序电流互感器采用贯穿式电流互感器；

所述控制模块经过光电隔离后连接一RS485通讯接口，用于通过通信电缆实现装置本体与监控系统上位机之间的远程连接，以便完成包括远方分闸、远方合闸、远方试验、复位、对时、查询运行信息的操作，所述RS485通讯接口采用标准Modbus协议传输数据信号；

所述控制模块经过光电隔离后连接一CAN通讯接口，用于实现多台装置本体之间的互联；所述CAN通讯接口为本安型通讯接口；所述CAN通讯接口传输的信号为本安信号；

CAN通讯接口及数据交互的工作原理及步骤如下：

1)发生故障的负载侧的高压开关等级设为n，其所对应的装置本体在检测到短路故障后，通过CAN通讯接口及对应的通讯总线向其他等级的高压开关所对应的装置本体发出标识越级跳闸的指令；

2)各级高压开关所对应的装置本体在接收到越级跳闸的指令后，与自身的开关等级比较，忽略与自己相等或者高于自己等级的高压开关的装置本体所发来的指令，仅接收比自己等级低的设备发来的指令，并且进行延时，延时时间设为Ts；

3)任一高压开关自身等级设为m，所对应的装置本体的越级延时为T，短路保护动作时间设为Td，则存在如下关系：Ts＝(n-m)*T+Td；

为了实现自动调整上级高压开关短路保护动作时间的功能，需要对各台装置本体进行如下设置：

a)设置本装置本体所对应的高压开关等级；

b)设置本装置本体的短路保护动作时间；

c)设置本装置本体的越级延时；

d)将各台参与防越级跳闸联网保护的装置本体所连接的CAN通讯接口用通讯线缆连接在一起；

e)统一设置各台装置本体所连接的CAN通讯接口的波特率。

2.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述控制模块连接一无线模块，用于配合具有无线数据传输功能的采集设备和传感器，实现数据的无线采集和传输。

3.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述装置本体包括一开关量采集模块和一继电器输出模块，分别用于采集各个高压开关的动作状态和控制继电器工作，所述开关量采集模块和所述继电器输出模块分别通过光电隔离后连接所述控制模块；

开关量采集模块和继电器输出模块，配合控制模块构成了开关分合闸动作时间检测和控制系统，用于对执行机构的执行时间进行监控，具体的检测原理如下：装置本体中的继电器执行动作时间设为Tj，高压开关断路器的动作完成执行时间为Tz，装置本体检测判断执行机构的动作变位耗时Tc，装置本体以发出分闸指令的时间点为零点开始计时，直到检测高压开关断路器变位截止，则每次开关动作可以获取的总时间＝Tj+Tz+Tc，即Tj＝总时间-(Tz+Tc)，由于Tz和Tc为高压开关断路器和装置本体的固有时间，通过该公式可以准确获取到继电器执行动作时间Tj，即保护动作执行机构的执行时间。

4.根据权利要求3所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，还包括一用于检测瓦斯浓度的瓦斯传感器，所述瓦斯传感器的信号输出端连接所述控制模块，输出信号频率为200Hz-1000Hz，对应的瓦斯浓度为0-4.00％；

还包括一温度传感器，所述温度传感器设置于所述装置本体的装置外壳内，所述温度传感器的信号输出端连接所述控制模块，便于对装置本体的工作环境温度进行实时监测；

所述装置本体的装置外壳上设有一温度检测扩展接口，所述温度检测扩展接口连接所述控制模块，以便外接外置温度传感器，用于检测外部环境温度，所述外置温度传感器的温度检测范围为-100℃-200℃。

5.根据权利要求4所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述控制模块的显示信号输出端连接一显示模块，用于显示日历、电流、电压、装置内部温度、系统运行频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及高压开关状态，所述显示模块采用分辨率至少为320×240的彩色液晶显示屏，所述显示模块设置于装置本体的装置外壳上。

6.根据权利要求5所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，本发明具有两种显示输出模式，一种为数据显示模式，另一种为波形显示模式，其中，数据显示模式工作时，以数值方式显示包括日历、电流、电压、装置内部温度、系统运行频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及高压开关状态，波形显示模式工作时，通过全屏显示不断变化的波形曲线图来反应不同信号幅度随着时间的变化，全屏显示波形曲线图时，界面呈现一示波器图形；

还包括一用于对电网电量进行采样分析的信息采集分析组件，所述信息采集分析组件的信号输出端连接所述控制模块，以便将电网电量解析成数字量后用于配合波形显示模式输出电网运行的波形曲线图，所述信息采集分析组件的采样点设置为30个～50个。

7.根据权利要求6所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，本发明的显示输出模式处于数据显示模式时，所述显示模块的显示区包括上部的主显示区和下部的指示显示区，所述指示显示区的分辨率至少为320×16，用于显示圆形实点、汉字点阵或者汉字矩阵，所述主显示区的分辨率至少为320×224，用于显示包括瓦斯浓度、装置内部温度、系统运行频率、电流、电压、电度；

所述指示显示区显示指示灯时，指示灯数量不超过15个，且沿着指示显示区的长度方向排列，显示的指示灯为12×12圆形点阵，每个指示灯间距8个点阵，即每个指示灯占用20个点阵，最左侧的指示灯距离显示区域左端点间隔15个点阵，最右侧的指示灯距离显示区域右端点间隔15个点阵；

所述指示显示区显示汉字时，以汉字点阵方式输出时，采用16×16分辨率的汉字点阵，以汉字矩阵方式输出时，采用20×14的汉字矩阵。