CN110970996A - 一种矿井供电监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井供电监控装置，包括：监控分站，设有信息融合控制单元、测量装置和底层馈电开关传感器，上位机后台控制单元，由供电监控主机控制单元、真空馈电开关控制单元和真空电磁起动器控制单元构成，串联电容补偿电路，所述金属氧化物限压器在线路中串联接入电容器,并且与线路中的电感进行并联补偿连接,减小线路的电气距离,减小供电线路的电压降，所述金属氧化物限压器为串联电容补偿电路的主保护器件,当较大的故障电流通过所补偿的线路时,串补电容器上将有比较高的过电压,电容器的电压通过金属氧化物限压器，串联电容补偿电路大大提高了系统运行的安全性和可靠性，大大减少了越级跳闸事故的发生。

Description

一种矿井供电监控装置

技术领域

本发明涉及供电技术领域，具体是一种矿井供电监控装置。

背景技术

煤矿的供电系统对于煤矿来说非常重要,是煤矿的命脉,如果供电系统运行的不可靠、不安全，将直接影响煤矿的正常运行和生产，直接给人员以及设备带来危害，煤矿井下供电系统的保护主要是依靠传统的继电保护甚至微机保护，这些都是点对点的保护，即微机保护装置对某点的测量与保护定值间的比较而建立的保护，可以对两点之间甚至多级之间的每段实现保护；

目前对煤矿的监控供电系统还无法解决煤矿井下供电系统继电保护的连锁跳闸或越级跳闸造成的煤矿大面积停电事故，导致矿井供电“越级跳闸”问题成为目前煤矿供电监控系统中存在的最重要的问题，基于目前的技术情况，急需对现有技术进行改革。

发明内容

本发明克服现有煤矿供电监测的技术存在的问题，尤其是煤矿井下供电系统继电保护的连锁跳闸或越级跳闸造成的煤矿大面积停电事故的问题，本发明提供一种矿井供电监控装置。

在一些可选实施例中，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种矿井供电监控装置，包括：

上位机后台控制单元，由供电监控主机控制单元、真空馈电开关控制单元和真空电磁起动器控制单元构成；

所述供电监控主机控制单元，用于显示上位机监测到的历史信息、通信规约、版本信息以及定值的修改；对底层真空馈电开关以及真空电磁起动器的遥控跳合闸；

所述真空馈电开关控制单元，用于实现电压电流信息的实时采集、对以太网通信速率的设置、遥控开关修改定值；

所述真空电磁起动器控制单元，用于将上位机通过与分站之间信息传输查看真空电磁起动器的实时信息，并通过给分站发命令达到对电磁起动器远方操作的作用。

监控分站，设有信息融合控制单元和底层馈电开关传感器；

所述监控分站设有N(N大于2)个底层馈电开关传感器，所述底层馈电开关传感器内部集成有数据处理器，底层馈电开关传感器先检测及采集数据，N个传感器在完成检测任务后，由N个传感器内部集成的数据处理器进行数据处理，然后把各个采集的数据传送到信息融合控制单元，建立区域保护故障关联矩阵。

测量装置，设有馈电开关保护器和电磁启动器保护器，通过通信网互联独立通信；

通信装置，包括：主控制器、RS-485接口、CAN接口和存储单元；

所述主控制器选用ARM微处理器；

所述RS-485接口，用于平衡发送和差分接收数据，具体的，所述监控分站通过RS-485接口与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器电连接，实现监控分站与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器之间的信息传输；

所述CAN接口，作为节点与总线进行电连接，与无源电缆配合作为总线传送数据；

所述存储单元，具有非易失性铁电存储器，作为监测装置的数据缓冲器，传输实时性好，所述CAN接口设有并行接口、SPI接口和IIC接口。

人机交互模块，设有控制器、人机接口、独立按键和触摸屏，所述触摸屏通过人机接口与控制器电连接，独立按键电连接控制器，用于实现对控制器的操作通过屏幕显示出来，并对保护监控分站的装置中的各项数据的接收、处理、上传和地面监控主站指令的接收。

串联电容补偿电路，包括：金属氧化物限压器、电容器、电感、阻尼电阻、旁路断路器，所述金属氧化物限压器、电容器和阻尼电阻采用串联连接，且在金属氧化物限压器两端并联连接旁路断路器组成串联电容补偿电路；

所述金属氧化物限压器在线路中串联接入电容器,并且与线路中的电感进行并联补偿连接,从而减小线路的电气距离,在煤矿供电系统中的低压系统中,减小了供电线路的电压降；

所述金属氧化物限压器为串联电容补偿电路的主保护器件,当较大的故障电流通过所补偿的线路时,这时串补电容器上将有比较高的过电压,串补电容器的电压可以通过金属氧化物限压器就利用它的强非线性特征控制在比整定值小的范围以内,保证串补电容器的可靠安全的运行；

所述电容器和所述金属氧化物限压器设有后备保护间隙,当金属氧化物限压器启动能耗小于它吸收的能量或者金属氧化物的启动电流的设定值小于它承受的电流时,后备保护间隙就会被上位机后台控制单元触发,及时的将电容器和金属氧化物限压器旁路掉；

所述旁路断路器用于系统的调度和检修，上位机后台控制单元会在后备保护间隙被触发的同时旁路断路器被下达合闸命令；

所述阻尼电阻,用于控制电容器的放电电流的大小,以防在放电过程中损坏电容器、旁路断路器以及后备保护间隙。

串联电容补偿电路大大提高了系统运行的安全性和可靠性，大大减少了越级跳闸事故的发生。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的串联电容补偿电路图；

图3是本发明的RS-485接口电路图；

图4是本发明CAN接口电路图；

图5是本发明以存储单元电路图；

图6是本发明人机接口电路图；

图7是本发明以太网接口电路图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

参考图1，给出了本发明的整体结构框图；

本发明的一个可选实施例一种矿井供电监控装置，上位机后台控制单元，由供电监控主机控制单元、真空馈电开关控制单元和真空电磁起动器控制单元构成；

所述供电监控主机控制单元，用于显示上位机监测到的历史信息、通信规约、版本信息以及定值的修改；对底层真空馈电开关以及真空电磁起动器的遥控跳合闸；

所述真空馈电开关控制单元，用于实现电压电流信息的实时采集、对以太网通信速率的设置、遥控开关修改定值；

所述真空电磁起动器控制单元，用于将上位机通过与分站之间信息传输查看真空电磁起动器的实时信息，并通过给分站发命令达到对电磁起动器远方操作的作用；

上位机后台控制单元根据采集的电网数据,实现电网的运行监视和控制管理，设置上位机后台控制单元为整个供电系统的微机保护监控总站,其它所属的下一级下位机分别设置监控分站,各分站既可独立完成本上位机后台的保护与监控任务,又可向上位机后台总站发送各分站运行信息,同时还可接受上位机后台总站发来的遥控指令,实行远方遥控。

监控分站，设有信息融合控制单元和底层馈电开关传感器；

所述监控分站设有N(N大于2)个底层馈电开关传感器，所述底层馈电开关传感器内部集成有数据处理器，底层馈电开关传感器先检测及采集数据，N个传感器在完成检测任务后，由N个传感器内部集成的数据处理器进行数据处理，然后把各个采集的数据传送到信息融合控制单元，建立区域保护故障关联矩阵，并将矩阵中每一行的元素相加，即将每一条线路上的元件的故障方向元件值进行求和，得到一次设备对应的故障方向综合信息值，将故障方向综合信息值与故障方向阈值进行比较，如果故障方向综合信息值的绝对值大于故障方向阈值则说明该一次设备故障，确立了某个一次设备对应的故障方向综合信息值后，将其与故障方向阈值进行比较，可得出故障为线路；

参考图3，给出了RS-485接口电路图；

一方面通过RS-485通过RS-485接口，所述监控分站通过RS-485接口与井下设备(例如：底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器)电连接，实现监控分站与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器之间的信息传输，实现井下设备信息的上传及控制功能；另一方面通过光纤以太网接口连接顶层计算机，作为井上监控分站与井下各种传感器和保护器之间信息的处理站，完成数据打包、通信协议转换、信息本地显示、系统本地监控和整定工作，

测量装置，设有馈电开关保护器和电磁启动器保护器，通过通信网互联独立通信；具体的，所述测量装置设有3个电磁启动器保护器，通过通信网互联,并同变电所层的设备测控分站独立通信,取消了原本大量引入主控室的信号、测量、控制、保护等，使用的电缆,节省投资,提高系统可靠性。

通信装置，包括：主控制器、RS-485接口、CAN接口和存储单元；

所述主控制器选用ARM微处理器，设有高速Flash存储器低功耗、抗干扰能力强，增强了监控分站的性能；

参考图3，给出了RS-485接口电路图；

所述RS-485接口，用于平衡发送和差分接收数据，具体的，所述监控分站根据N个底层馈电开关传感器也设置了对应的N个RS-485接口，所述监控分站通过RS-485接口与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器电连接，实现监控分站与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器之间的信息传输；

这样一旦发生跳闸,我们可迅速方便的查找出事故和故障原因,及时有效的采取措施消除事故和故障,为矿井的安全生产赢得宝贵的时间，从而合理地指挥调度安排生产,有效地减少供电事故；

参考图4，给出了CAN接口电路图；

所述CAN接口，作为节点与总线进行电连接，与无源电缆配合作为总线传送数据，可在1000m长的电缆上连接多台计算机，使得监控分站可以充分增加计算机监控站点，更加全面的进行监控；

参考图5，给出了存储单元接口电路图；

所述存储单元，具有非易失性铁电存储器，作为监测装置的数据缓冲器，传输实时性好，所述CAN接口设有并行接口、SPI接口和IIC接口，图中两个电阻为上拉电阻，与IIC通信速率有关，传输速度越高上拉电阻阻值越小，A0、A1配置成高电平，将芯片的SDA和SCL引脚端、电源(3.3V)和地分别与EPROM的对应引脚连接即可使用。

参考图6，给出了人机接口电路图；

人机交互模块，设有控制器、人机接口、独立按键和触摸屏，所述触摸屏通过人机接口与控制器电连接，独立按键电连接控制器，用于实现对控制器的操作通过屏幕显示出来，并对保护监控分站的装置中的各项数据的接收、处理、上传和地面监控主站指令的接收；

参考图2，给出了串联电容补偿电路图；

串联电容补偿电路，包括：金属氧化物限压器、电容器、电感、阻尼电阻、旁路断路器，所述金属氧化物限压器、电容器和阻尼电阻采用串联连接，且在金属氧化物限压器两端并联连接旁路断路器组成串联电容补偿电路；

所述金属氧化物限压器在线路中串联接入电容器,并且与线路中的电感进行并联补偿连接,从而减小线路的电气距离,在煤矿供电系统中的低压系统中,减小了供电线路的电压降；

所述金属氧化物限压器为串联电容补偿电路的主保护器件,当较大的故障电流通过所补偿的线路时,这时串补电容器上将有比较高的过电压,串补电容器的电压可以通过金属氧化物限压器就利用它的强非线性特征控制在比整定值小的范围以内,保证串补电容器的可靠安全的运行；

所述电容器和所述金属氧化物限压器设有后备保护间隙,当金属氧化物限压器启动能耗小于它吸收的能量或者金属氧化物的启动电流的设定值小于它承受的电流时,后备保护间隙就会被上位机后台控制单元触发,及时的将电容器和金属氧化物限压器旁路掉；

所述旁路断路器用于系统的调度和检修，上位机后台控制单元会在后备保护间隙被触发的同时旁路断路器被下达合闸命令；

所述阻尼电阻,用于控制电容器的放电电流的大小,以防在放电过程中损坏电容器、旁路断路器以及后备保护间隙。

参考图7，给出了以太网接口电路图；

本系统除了设置有RS-485接口还设置有以太网口，以太网接口通信主要负责分站与地面后台监控主机之间的信息传输，接收地面上位机后台控制单元的后台监控主机的遥控、遥调、遥测信息并且发送监控分站所监测到的监控单元的开关量、模拟量和电量信息，通过协议转化实现两种通信机制之间的连接，将以太网传输的报文帧和RS-485传输的报文帧进行统一，从而实现后台主机与监控单元之间的信息传输，当通信中断或者分站无法正常运行时，存储单元保存数据缓冲区中的内容，保存分站所监测到的所有历史数据记录、事故记录等，根据时钟节拍而定按键信息的接收，在每个时钟节拍即定时器中断一次间如果接收到某一按键，则执行该任务，对监控分站现场的信息通过屏幕进行显示出来；

本系统还提供了区域保护控制单元可选实施例；

该区域保护控制单元设置于监控分站的上一级，包括：

睡眠控制单元，将数据信息驻留在ROM和RAM中，不需要上位机后台控制单元的操作系统来管理，通过调用函数实现任务到内核的操作；

就绪控制单元，任务建立后立即准备运行，对于对的任务操作，分优先级运行，任务可以通过调用返回睡眠态，就绪态任务通过调用任务删除函数可以使一任务达到睡眠态；

运行控制单元，任何时刻处于正在运行状态的任务只有一个，运行态任务的转换是一个复杂的过程，就绪的任务按优先级转换状态，只有当所有优先级高于这个任务的任务都转为等待状态，或者被删除了，才能进入运行状态；

等待控制单元，运行的任务将自身延时一段时间进入的状态，运行的任务通过调用函数可以进入等待状态；

中断服务控制单元，正在运行的任务被中断后暂时不能运行所进入的状态，除非任务被中断关闭，否则是可以被中断的，如果中断服务程序使优先级更高的任务处于就绪态，当中断服务程序结束后，运行高优先级，否则该任务继续运行；

将矿井开关设备内部综合保护器的方向元件信息经关联矩阵的整合，通过监控分站的故障判据而实现故障的定位及切除，在上位机后台控制单元中对单相接地故障进行仿真，能有效的解决矿井供电越级跳闸问题。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿井供电监控装置，其特征在于，包括：

监控分站，设有信息融合控制单元、测量装置和底层馈电开关传感器；

所述监控分站设有N(N大于2)个底层馈电开关传感器，且底层馈电开关传感器内部集成有数据处理器；

所述底层馈电开关传感器检测及采集数据，并将数据处理后传送到信息融合控制单元，建立区域保护故障关联矩阵；

所述测量装置，设有馈电开关保护器和电磁启动器保护器，通过通信网互联独立通信；

上位机后台控制单元，由供电监控主机控制单元、真空馈电开关控制单元和真空电磁起动器控制单元构成；

所述供电监控主机控制单元，用于控制底层真空馈电开关以及真空电磁起动器的遥控跳合闸；

所述真空馈电开关控制单元，用于对电压电流信息的实时采集；

所述真空电磁起动器控制单元，用于上位机与监控分站之间信息传输，并查看真空电磁起动器的实时信息，通过给监控分站发命令对电磁起动器远程操作；

串联电容补偿电路，包括：金属氧化物限压器、电容器、电感、阻尼电阻、旁路断路器；

所述金属氧化物限压器在线路中串联接入电容器,并且与线路中的电感进行并联补偿连接,减小线路的电气距离,减小供电线路的电压降；

所述金属氧化物限压器为串联电容补偿电路的主保护器件,当较大的故障电流通过所补偿的线路时，串补电容器上将有比较高的过电压,电容器的电压通过金属氧化物限压器，并利用它的强非线性特征控制在比整定值小的范围以内，保证串补电容器的可靠安全的运行；

所述电容器和所述金属氧化物限压器设有后备保护间隙,当金属氧化物限压器启动能耗小于它吸收的能量或者金属氧化物的启动电流的设定值小于它承受的电流时,后备保护间隙就会被上位机后台控制单元触发,及时的将电容器和金属氧化物限压器旁路掉。

2.根据权利要求1所述的一种矿井供电监控装置，其特征在于，所述监控分站通过RS-485接口与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器电连接，实现监控分站与底层馈电开关传感器和电磁启动综合保护器之间的信息传输。

3.根据权利要求1所述的一种矿井供电监控装置，其特征在于，所述金属氧化物限压器、电容器和阻尼电阻采用串联连接，且在金属氧化物限压器两端并联连接旁路断路器组成串联电容补偿电路。

4.根据权利要求1所述的一种矿井供电监控装置，其特征在于，所述旁路断路器用于系统的调度和检修，所述上位机后台控制单元会在后备保护间隙被触发的同时旁路断路器被下达合闸命令。

5.根据权利要求1所述的一种矿井供电监控装置，其特征在于，所述阻尼电阻用于控制电容器的放电电流的大小,防止在放电过程中损坏电容器、旁路断路器以及后备保护间隙。

6.根据权利要求1所述的一种矿井供电监控装置，其特征在于，所述监控分站还包括：

通信装置，由主控制器、RS-485接口、CAN接口和存储单元构成；

所述RS-485接口，用于平衡发送和差分接收数据；

所述CAN接口，设有并行接口、SPI接口和IIC接口，并作为节点与总线进行电连接，与无源电缆配合作为总线传送数据；

所述存储单元，设有非易失性铁电存储器，作为监测装置的数据缓冲器实时传输数据。

7.根据权利要求1所述的一种矿井供电监控装置，其特征在于，更包括；

人机交互模块，设有控制器、人机接口、独立按键和触摸屏；

所述触摸屏通过人机接口与控制器电连接；

所述独立按键电连接控制器，用于实现对控制器的操作通过屏幕显示出来，并对保护监控分站的装置中的各项数据的接收、处理、上传和地面监控主站指令的接收。

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