CN202513547U - 煤矿低压电网选择性漏电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其包括有依次连接的用于同步采集变压器中性点的零序电压和各馈出线零序电流的前端信号采集装置、接收所采集的零序电压和零序电流并对其进行数据分析以判断出现故障的馈出线的保护控制箱、用以显示漏电故障、零序电压、零序电流的液晶显示器及能对各支路进行关闭和复位的键盘。本实用新型采用分散采集漏电信息、集中进行判别的集中式方法，选线的正确率达到100%，真正实现了选择性跳闸，可将事故的影响降低到最小。

Description

煤矿低压电网选择性漏电保护装置

技术领域

 本实用新型有关一种漏电保护装置，特别是指一种用于煤矿低压电网的选择性漏电保护装置。

背景技术

漏电保护是保证煤矿安全供电的三大保护（过流保护、漏电保护和保护接地）之一，是防止人身触电的重要措施。煤矿井下低压馈电线上应装设带有漏电闭锁的检漏保护装置或有选择性的检漏保护装置，如果无此种装置必须装设自动切断漏电馈电线的检漏装置。

煤矿企业的选煤厂等地面工业以及井底车场附近用电一般均采用三相三线制供电系统，额定电压为1140V或660V或380V或127v，其变压器为中性点经高阻接地或不接地系统。由于煤矿的特殊环境，如果绝缘损坏，电动机等电气设备的外壳就会带电，若操作工人不慎触摸到带电体，随时都可能发生人身触电伤亡事故，触电电流高达200mA以上，远大于安全电流。且目前的漏电保护装置当进行跳闸保护时，常会出现误判和拒动作的现象，选线准确率不高，不能有效及时切断故障电源，威胁到矿井及工人师傅的安全。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种分散采集漏电信息集中判别的煤矿低压电网选择性漏电保护装置。

为达到上述目的，本实用新型提供一种煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其包括有依次连接的用于采集变压器中性点的零序电压和各馈出线零序电流的信号采集装置、接收所采集的零序电压和零序电流并对其进行数据分析以判断出现故障的馈出线的保护控制箱、用以显示漏电故障、零序电压、零序电流的液晶显示器及能对各支路进行关闭和复位的键盘。

所述信号采集装置包括有分别用于采集零序电压和零序电流的零序电压滤序器和零序电流互感器。

所述保护控制箱包括有依次连接的能将零序电流信号和零序电压信号转换成可供DSP直接处理的电压信号的CT/PT信号调理单元、对该电压信号进行处理以判断出现故障的馈出线的DSP运算处理单元和用以输出漏电故障的继电器输出单元，所述信号采集装置将采样到的零序电压和零序电流直接送入该CT/PT信号调理单元，所述DSP运算处理单元与所述液晶显示器之间通过RS-485总线进行通讯。

所述CT/PT信号调理单元、DSP运算处理单元及继电器输出单元插接于一母板上，该母板还插接有为所述CT/PT信号调理单元、DSP运算处理单元及继电器输出单元进行供电的电源板，该电源板提供外接的电源接口、通讯接口、面板电源接口。

所述CT/PT信号调理单元包括有信号隔离器、滤波器及信号调理器。

所述CT/PT信号调理单元为16路采集板，同时接收1路零序电压信号和7路零序电流信号。

所述DSP运算处理单元为以DSP为核心的智能数据处理和判断主板，其具有16路模拟量输入、24路开关量输入/输出。

所述液晶显示器为同时显示7路电流和1路电压值的带CPU的网络化液晶显示器，所述键盘通过PS-Ⅱ总线与所述液晶显示器进行通讯。

本实用新型的漏电保护装置与现有的煤矿各种开关里所使用的漏电保护装置有着根本性的不同，本实用新型采用分散采集漏电信息、集中进行判别的集散式方法，选线的正确率达到100%，真正实现了选择性跳闸，可将事故的影响降低到最小。同时，由于动作的快速性，当发生人身触电事故时，可保证达到30mA.s的安全参量，既能保护人身触电不致死亡，又能缩小停电范围，减少事故损失，是先进、可靠的安全保护装置。

附图说明

图1为本实用新型煤矿低压电网的选择性漏电保护装置的原理框图；

图2为本实用新型中的保护控制箱的结构原理图。

具体实施方式

为便于对本实用新型的结构及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。

如图1所示，本实用新型的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置包括有依次连接的信号采集装置1、保护控制箱2、液晶显示器3及键盘4，该信号采集装置1采集变压器中性点的零序电压和分支路零序电流，该信号采集装置1与保护控制箱2连接，该信号采集装置1将采集的零序电压和零序电流输送至保护控制箱2，该保护控制箱2对采集的信号进行处理并判断出是哪一路馈出线出现故障，并同时在液晶显示器3上显示漏电故障、零序电压、零序电流。

本实用新型中的信号采集装置1包括有零序电压滤序器和零序电流互感器，分别用于采集变压器中性点的零序电压和各馈出线的零序电流。如图2所示，本实用新型中的保护控制箱2包括有依次连接的CT/PT（Current Transformer /Potential Transformer，电流互感/电压互感）信号调理单元20、DSP运算处理单元21和继电器输出单元22，信号采集装置1将采样到的零序电压和零序电流直接送入CT/PT信号调理单元20，DSP运算处理单元21与液晶显示器3之间通过RS-485总线进行通讯，继电器输出单元22直接输出跳闸信号。CT/PT信号调理单元20、DSP运算处理单元21及继电器输出单元22插接于一母板上，该母板还插接有一为上述单元进行供电的电源板，该电源板提供外接的交流电源接口。CT/PT信号调理单元20的基本任务是将零序电流互感器和零序电压滤序器采样到输出的电流信号和电压信号转换成可供DSP直接处理的电压信号，且进行必要的信号调理、放大等工作，该CT/PT信号调理单元20还包括有信号隔离器200、滤波器201与信号调理器202（如图2所示），能对信号进行隔离及滤波。CT/PT信号调理单元20为16路同步采集板，每块板可同时接收1路零序电压信号和7路零序电流信号，这样确保了CT/PT信号的同步，该采集板的数量是根据变电所系统馈出线的数量而定。DSP运算处理单元21为以DSP为核心的智能数据处理和判断主板，每块板有16路模拟量输入、24路开关量输入/输出，该主板的数量是根据变电所系统馈出线的数量而定。继电器输出单元22考虑到DSP运算处理单元的开关量输出虽可驱动200mA负载，但由于所控制的断路器、接触器型号不同，其分励线圈、失压线圈、控制线圈等参数差异较大而制作的。为可靠起见，本实用新型中的继电器输出单元配合独特的熄弧、灭弧技术，保证了极强的抗干扰能力。

本实用新型中的液晶显示器3为带CPU的网络化显示器。液晶显示器3同时显示7路电流和1路电压值，键盘4通过PS-Ⅱ总线与液晶显示器3进行通讯，可以通过键盘4对各个支路进行关闭和复位，形成分层分布式的系统结构。液晶显示器实时显示系统中每一DSP运算处理单元中的零序电压值和各支路零序电流值；一旦某条支路发生漏电故障，液晶显示器就会显示某某支路漏电保护动作，同时故障灯和保护灯会点亮，直到故障解除，系统恢复正常运行；该液晶显示器同时具有复位/关闭某条支路、修改整定值、修改增益等具体的功能。

本实用新型的漏电保护装置采用零序功率方向型和零序电流群体比幅比相综合判据对故障线路进行判断；当采用零序功率方向式原理进行判断时，通过零序电压滤序器和零序电流互感器，同步采集变压器二次中性点电压即零序电压和各馈出线的零序电流，经CT/PT信号调理单元滤波、A/D转换后，计算幅值和相位；DSP运算处理单元将所采集的零序电压、电流大小与各定值进行比较，并且比较二者的相位，确认是本回路发生漏电故障时，DSP运算处理单元可以准确判断故障出线，启动出口继电器输出单元22跳闸，同时在本地液晶显示器上显示：漏电故障、零序电压、零序电流，并通过总线将上述信息及其发生的时间等信息上传给液晶显示器；当采用零序电流群体比幅比相原理时，通过零序电流互感器采集的电流，用电流相量的实部和虚部比较了各零序电流之间在幅值与相位上的关系，若其中一个支路互感器电流与另外两个电流之间实部之积与虚部之积的和均小于零，则可以判断单相漏电必定发生在该条支路上，该支路分开关进行漏电保护动作；若任意两个电流之间实部之积与虚部之积的和均大于零，则可以判断单相漏电必定发生在干线上，总开关进行漏电保护动作。

本实用新型的技术参数：

（1）下位机系统：

检测电流范围：0—1A； 

电流检测误差：＜1%；

整定分辨率：  2.5mA；

动作时间：    ＜50ms；

延时设定时间：任意。

（2）液晶显示装置

总线方式：现场总线；

接口方式：RS-485；

传输速率：9600bps；

通讯规约：自定。

（3）集中供电直流电源：

输入电压：85~264V；

输出电压：DC5V、±12V、24V；

输出电流：4A。

本实用新型漏电保护装置的零序电流互感器是根据煤矿低压电网性质特制的互感器，绝缘性能好，外形美观，具有灵敏度高，线性度好，运行可靠，安装方便等特点，其性能优于一般的零序电流互感器。它和传统的零序电流互感器相比，独特优点在于其一次侧电流（即被检测线路引线的零序电流）很小时，也可保证足够的精确度。该零序电流互感器可检测出超过整定值的零序漏电电流，发出动作信号，断开或接通报警回路。可使用在变压器中性点接地、中性点不接地、大电阻接地、小电阻接地、消弧线圈接地等运行方式中。

本实用新型的零序电流互感器的使用条件为：

（1）环境温度：-10⁰C~60⁰C平均气温不超过+40⁰C；

（2）海拔高度：≤1000m；

（3）相对湿度：≤95%；

（4）周围介质无导电尘埃与导电金属或使绝缘损坏的腐蚀气体、霉菌等。

主要数据：

（1）额定电压：127V、380V、660V、1140V、3300V；

（2）零序电流：5mA-1000mA；

（3）适用电网频率：50Hz。

本实用新型的漏电保护装置与现有的煤矿各种开关里所使用的漏电保护装置有着根本性的不同，本实用新型采用分散采集漏电信息、集中进行判别的集散式方法，选线的正确率达到100%，真正实现了选择性跳闸，可将事故的影响降低到最小。同时，由于动作的快速性，当发生人身触电事故时，可保证达到30mA.s的安全参量，既能保护人身触电不致死亡，又能缩小停电范围，减少事故损失，是先进、可靠的安全保护装置。

本实用新型采用DSP信号处理技术具有功能强大、处理速度快、抗干扰能力强等特点，完全满足选煤厂的恶劣环境，为研制该环境下的工控产品探索了一条新的技术途径；所研制的零序电流互感器采用新型材料作为铁芯，参数设计合理，其二次信号在较长距离的传输过程中失真小、负载能力强，是保证系统正确选线的重要器件，可作为独立产品进行推广；本实用新型中的零序电压采集是通过中性点电流/电压变换的方法实现的，接线简单、硬件成本低、对供电系统不产生任何影响，安全可靠；本实用新型的保护范围为56条出线回路，完全满足低压供电系统的容量要求；本实用新型中作为上位机的液晶显示器软件采用VB编写，界面友好，操作方便，口令保护，能够保证操作安全；DSP程序采用汇编语言和C语言混合编写，既保证了采样的快速性又具有较强的运算判断能力；本实用新型采用分区独立同步的模拟量信号采集方式，成功地解决了多路、高速同步采集过程中，运算速度难以满足漏电保护动作时间要求的问题。

本实用新型中的零序电压互感器与DSP运算处理单元与继电器输出单元为市售产品，在此不做赘述。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，其包括有依次连接的用于同步采集变压器中性点的零序电压和各馈出线零序电流的信号采集装置、接收所采集的零序电压和零序电流并对其进行数据分析以判断出现故障的馈出线的保护控制箱、用以显示漏电故障、零序电压、零序电流的液晶显示器及能对各支路进行关闭和复位的键盘。

2.如权利要求1所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述信号采集装置包括有分别用于采集零序电压和零序电流的零序电压滤序器和零序电流互感器。

3.如权利要求1所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述保护控制箱包括有依次连接的能将零序电流信号和零序电压信号转换成可供DSP直接处理的电压信号的CT/PT信号调理单元、对该电压信号进行处理以判断出现故障的馈出线的DSP运算处理单元和用以输出漏电故障的继电器输出单元，所述信号采集装置将采样到的零序电压和零序电流直接送入该CT/PT信号调理单元，所述DSP运算处理单元与所述液晶显示器之间通过RS-485总线进行通讯。

4.如权利要求3所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述CT/PT信号调理单元、DSP运算处理单元及继电器输出单元插接于一母板上，该母板还插接有为所述CT/PT信号调理单元、DSP运算处理单元及继电器输出单元进行供电的电源板，该电源板提供外接的电源接口、通讯接口、面板电源接口。

5.如权利要求3所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述CT/PT信号调理单元包括有信号隔离器、滤波器及信号调理器。

6.如权利要求3所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述CT/PT信号调理单元为16路采集板，同时接收1路零序电压信号和7路零序电流信号。

7.如权利要求3所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述DSP运算处理单元为以DSP为核心的智能数据处理和判断主板，其具有16路模拟量输入、24路开关量输入/输出。

8.如权利要求1所述的煤矿低压电网的选择性漏电保护装置，其特征在于，所述液晶显示器为同时显示7路电流和1路电压值的带CPU的网络化液晶显示器，所述键盘通过PS-Ⅱ总线与所述液晶显示器进行通讯。

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