CN200983557Y - 带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源系统，它包括：不对称方波电路、受控直流工作电源电路、反极性直流测试电源电路、控制测试电源通断的测试开关、电流互感器、微处理器电路、上位机。微处理器电路定时控制直流工作电源和测试电源交替工作：直流工作电源接通期间，向直流架线输出正向脉动直流电；测试电源接通期间，测量测试回路电流。系统通过测试电流的大小判断此直流供电系统的绝缘状况和是否有人体触电。当绝缘状况严重降低或发生人体触电时能够迅速停止开通直流工作电源，并切断主电路中的三相接触器，同时发出声光报警并记录漏电绝缘状况，从而实现向直流架线供电和对系统漏电进行保护的双重功能。该系统原理简单实用，可靠性高，具有现行技术不可比拟的优点。

Description

带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源

技术领域

本实用新型涉及一种矿用直流架线整流电源，特别是带漏电检测及保护功能的整流电源，属于电源和漏电保护技术领域。

背景技术

煤矿井下触电死亡事故时有发生，主要发生在地面高压和井上井下直流架线电网系统。长期以来，我国煤矿井下直流架线电网一直不具有漏电保护装置，世界上主要采煤国家的煤矿在井下或井上电机车运输中大都是利用直流架线电网通过轨道作为回流导体，当人体触电时，漏电体与负荷(电机车)并联，且漏电流远小于负荷电流。因为人体电阻远大于电枢绕组的直流电阻，所以保护装置要想真正做到实用、可靠，把漏电流和负荷电流区分开是其技术关键。

目前世界上主要采取以下几种方法来防止人身触电：保护屏障法，架线电网区段化法，双架线供电法和漏电保护法。前三种方法存在明显缺点，均需要改变电网运行状态，基建费用高。而第四种方法目前大多采用加交流检测电压来检测是否存在漏电，由于直流架线的负载为直流电机，是一较大的电感，它对交流信号有很好的滤波作用，所以在理论上能够检测漏电的存在，但具体实施过程中，电网参数不能采用集中参数，必须用分布参数代替架线电网，如分布电容、分布电阻、分布电感等。由于架线电网在不同的地方，这些分布参数是不一样的，所以常常出现因分布参数的变化导致测试结果不一样而发生误差的情况。这种方法至今仍然停留在实验室研究阶段，没有真正投入实用。

发明内容

鉴于上述，本实用新型将提供一种带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源，它采用完全数字化控制，集直流架线机车整流电源和直流架线漏电保护于一体。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源，它包括：

交流接触器，用于开关交流电源；

不对称方波电路，用于提供直流工作电源和测试电源，其串接于所述交流接触器之后，包括受控直流工作电源电路、反极性直流测试电源电路，以及控制测试电源通断的测试开关，工作电源电路和测试电源电路并联；

电流互感器，用于感知反向测试电流，其串接于所述测试电源电路中；

微处理器电路，用于控制所述不对称方波电路的工作和控制所述交流互感器的通断，其输入分别接所述电流互感器的输出和不对称方波电路的输出，其输出分别控制所述交流接触器、不对称方波电路中的工作电源电路和测试电源电路的工作状态；

上位机，其与所述微处理器电路通讯。

所述不对称方波电路可采用两种电路形式：在第一种不对称方波电路中，工作电源电路为三相可控硅全控桥，测试电源电路为负极性直流电源，测试开关为与测试电源电路串联的电子开关，该可控硅全控桥的触发电路和该电子开关受控于所述微处理器电路。在另一种不对称方波电路中，工作电源电路由三相二极管整流桥和全桥逆变器中的正向桥路串联构成，测试电源电路为该全桥逆变器中的负向桥路，测试开关为该全桥逆变器中的负向桥路中的电力电子器件，该全桥逆变器中的电力电子器件受控于所述微处理器电路。

微处理器电路定时控制直流工作电源和测试电源交替工作：当控制直流工作电源接通且测试电源断开时，不对称方波电路向直流架线提供正向脉动直流电源；当控制测试电源接通且直流工作电源断开时，不对称方波电路向直流架线提供负向直流测试电源，同时微处理器电路通过测试电流的大小来获得架线的绝缘电阻值。若判断出现绝缘严重下降，则停止开通直流工作电源，并切断主电路中的三相接触器，从而实现漏电保护。

本实用新型具有以下优点：

1.由于采用微处理器和上位机，可实现数字化控制和智能化处理，因而可根据漏电流的大小和时间正确判断出是由于电容导致的测试电流还是绝缘降低导致的测试电流超过所设定值，提高了系统的可靠性；

2.由于实现不对称方波供电时，可以通过控制工作电源和测试电源的接通比例，因而可在满足漏电保护的需求下，最大限度的输出工作电源；

3.由于采用微处理器，当人体触电后引起架线电网绝缘严重下降时，系统能够迅速断电、切断主电路中的三相接触器，从而实现漏电保护，大大减小人体触电导致的伤亡率；

4.微处理器可将检测到的数据传到上位机，上位机能够将数据通过液晶显示器显示，出现漏电故障或系统过载时还可以声光报警，并记录故障发生的时间和当时的故障值。

附图说明

图1为本实用新型装置的系统框图；

图2为第一种不对称方波电路的原理图；

图3为第一种不对称方波电路的输出波形；

图4为第二种不对称方波电路的原理图；

图5为第二种不对称方波电路的输出波形。

具体实施方式

下面结合附图作进一步说明。

本实用新型为一种带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源。请参阅图1，它包括：三相交流接触器1、不对称方波电路2、架线直流电流霍尔传感器3、微处理器电路4、上位机5。其中：

交流接触器1用于开关三相交流电源；不对称方波电路2用于提供直流工作电源和测试电源，其串接于交流接触器1之后，其包括受控直流工作电源电路、反极性直流测试电源电路，以及控制测试电源通断的测试开关，其工作电源电路和测试电源电路并联；电流互感器3用于感知测试电流，其串接于不对称方波电路2的测试电源电路中；微处理器电路4用于控制不对称方波电路2的工作、控制测试开关的通断、控制交流互感器的通断及检测测试电流，其输入分别接电流互感器3的输出和不对称方波电路2的输出，其输出分别控制交流接触器1以及不对称方波电路中的工作电源电路和测试电源电路的工作状态；上位机5与微处理器电路4通讯，其负责处理键盘及显示。

图1中的M表示负载电机，二极管D1用于隔离测试电源，D2用于测试绝缘电阻期间的电机续流。

微处理器电路4定时控制直流工作电源和测试电源交替工作：当控制直流工作电源接通且测试电源断开时，本实用新型向直流架线提供正向脉动直流电源；当控制测试电源接通且直流工作电源断开时，本实用新型向直流架线提供反向直流测试电源，同时通过测试电流的大小来获得架线的绝缘电阻值。若判断出现绝缘严重下降，则停止开通直流工作电源，并切断主电路中的三相接触器1，从而实现漏电保护。

不对称方波电路2可采用以下两种电路形式。

第一种如图2所示，在该电路中，工作电源电路为三相可控硅全控桥KP1-KP6，测试电源电路为负极性直流电源，测试开关为与测试电源电路串联的电子开关mos，负极性直流电源、限流电阻R、测试开关mos、电流互感器3依次串接。

微处理器电路4通过内部定时器产生KP1-KP6和电子开关mos的门极驱动信号，控制全控桥KP1-KP6和电子开关mos交替开通，全控桥导通期间不对称方波电路向直流架线提供正向脉动直流电源。当微处理器发出关断信号关断全控桥后，微处理器继续通过比较器构成的比较电路检测直流架线电压是否下降到零，并进行软件的可靠性判断，以确定全控桥是否已经可靠关断，如是，则微处理器发出导通测试开关信号，不对称方波电路将反向测试电源加入直流架线。由于在电机车上加了阻止反向电流的二极管D1，所以此反向电流并不能进入电机车。此时微处理器通过电流传感器测得测试电流，根据当时的测试电压和测试电流计算出架线间的绝缘电阻。绝缘电阻越小，测试电流越大，当绝缘严重下降或人体触电后，测试电流会比较大，经电流互感器检测到的测试电流可以正确反映架线漏电状况。当绝缘电阻低于设定值，即测试电流超过所设定的保护值后，微处理器发出信号，停止触发全控桥，并断开交流接触器，从而实现漏电保护。如果直流架线系统绝缘电阻在合理范围内，则微处理器仅将测试电流通过RS232总线上传至负责处理键盘及显示的上位机5中，同时继续下一个周期的工作。

为了保证本功能的实现对直流输出电压幅值损失影响不大，同时保证人体触电或漏电保护的快速性，针对图2的不对称方波电路，其输出波形见图3，微处理器每隔40ms关闭一次全控桥，当微处理器检测到全控桥完全关闭后，将反极性测试电压加到直流架线上，加反极性测试电压的时间为2ms，在2ms内微处理器完成测试电流的检测和漏电保护功能。对于煤矿直流550V直流架线系统，这一设定满足煤矿安全规程中所要求的人体最大触电30毫安秒的标准。

在图4所示的另一种不对称方波电路中，工作电源电路由三相二极管整流桥D1-D6和全控型全桥逆变器中的正向桥路G2、G3串联构成，测试电源电路为该全桥逆变器中的负向桥路G1、G4，测试开关为该全桥逆变器中的负向桥路中的电力电子器件G1和G4，该全桥逆变器中的电力电子器件G1、G2、G3、G4的通断受控于微处理器电路4。

当微处理器控制导通电力电子器件G2和G3导通时，不对称方波电路向直流架线提供正向脉动直流电源。当控制G1和G4导通时，不对称方波电路提供反向测试电压，同时微处理器检测加反向测试电压器件的电流，通过检测电流可以准确计算出架线间的绝缘情况。当绝缘降低并低于所设定的值时，微处理器迅速关闭逆变器中所有的电力电子器件G1-G4，并关断交流接触器。

当采用图4的电路实现不对称方波供电时，可以通过控制全控型电力电子器件的占空比来控制输出波形中正负波形的比例(输出波形见图5)，从而在满足漏电保护的需求下，最大限度的输出电压幅值。

本实用新型采用数字控制，智能灵活，可靠性高。本系统还充分考虑到了架线分布电容对测试电流的影响，由于架线电容的存在，测试电源加入后，测试电流会很大，本实用新型采用智能化处理，根据漏电流的大小和时间正确判断出究竟是架线分布电容还是绝缘降低所导致的测试电流超过设定值，提高了系统的可靠性。总而言之，本实用新型较目前的直流架线漏电保护系统无论是在检测方法上还是在控制方式上，都有明显的进步，具有现有技术不可比拟的优点。

上述实施例仅为说明而不是限制本实用新型，任何不出本实用新型精髓的等同变换，均应在本实用新型的权利要求书载明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源，其特征在于它包括：

交流接触器，用于开关交流电源；

不对称方波电路，用于提供直流工作电源和测试电源，其串接于所述交流接触器之后，包括受控直流工作电源电路、反极性直流测试电源电路，以及控制测试电源通断的测试开关，工作电源电路和测试电源电路并联；

电流互感器，用于感知测试电流，其串接于所述测试电源电路中；

微处理器电路，用于控制所述不对称方波电路的工作和控制所述交流互感器的通断，其输入分别接所述电流互感器的输出和不对称方波电路的输出，其输出分别控制所述交流接触器、不对称方波电路中的工作电源电路和测试电源电路的工作状态；

上位机，其与所述微处理器电路通讯。

2.如权利要求1所述的带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源，其特征在于：

在所述不对称方波电路中，工作电源电路为三相可控硅全控桥，测试电源电路为负极性直流电源，测试开关为与测试电源电路串联的电子开关，该可控硅全控桥的触发电路和该电子开关受控于所述微处理器电路。

3.如权利要求1所述的带漏电保护功能的矿用直流架线整流电源，其特征在于：

在所述不对称方波电路中，工作电源电路由三相二极管整流桥和全桥逆变器中的正向桥路串联构成，测试电源电路为该全桥逆变器中的负向桥路，测试开关为该全桥逆变器中的负向桥路中的电力电子器件，该全桥逆变器中的电力电子器件受控于所述微处理器电路。

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