CN202661839U - 一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，包括：主控机用于采集数据并对测控机进行监控同时触发采样；多台测控机用于将相应支路的数据上传至主控机，由主控机根据各支路绝缘电阻和对地分布电容进行判断；多台监控机用于对电缆的绝缘进行在线检测并判断绝缘下降故障的区域；低频电源发生模块用于产生低频电源；低频隔离输出模块用于对低频电压进行隔离；模拟/数字转换模块用于将模拟信号转换为数字信号；信号调理模块用于滤除工频分量；隔离变压模块用于对由母线输出的电压进行隔离；DO输出驱动模块用于输出驱动电流。本实用新型可以实现对在发生故障时进行快速处理，有效地防止电气故障蔓延扩大而引发瓦斯爆炸事故。

Description

一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿安全技术领域，特别涉及一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置。 

背景技术

传统的煤矿井下缺乏成熟的绝缘在线监测产品，通常使用JY82(JJB)-1140/660/380矿用隔爆型检漏继电器等装置配合DW80(81)或DZKD低压馈电开关进行漏电保护。井下漏电保护装置不仅减少了人身触电伤亡事故，还在一定程度上降低了因漏电引起的瓦斯、煤尘爆炸的危险性。 

但是，传统的井下漏电保护装置无法实现每条支路的在线监测。早期的JY82等检漏继电器采用的是附加直流原理，虽然能够检测电网的整体绝缘水平，但是不能测量每一条电缆的对电绝缘电阻，无法实现选择性漏电保护。此外，采用零序电流或零序功率方向性原理的漏电保护能够虽然可以选择性切除故障线路，但是不能测量三相对地的绝缘电阻，不能实时在线监测电网的绝缘状况以及对每一条线路进行绝缘监测。 

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷，特别提出一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置。 

为此，本实用新型的实施例提供了一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线检测联动联控装置，包括：主控机，所述主控机采集数据并通过中断方式对测控机进行监控同时触发采样，其中，采样信号通过硬件信号调理以及FFT滤波算法，获得低频基波，其中所述主控机提供风电瓦斯闭锁信号接点和通信协议，以及通过光耦隔离的DO端口发出采样触发信号，其中，所述采样信号包括母线三相电流值和相位、低频电源电压值和相位以及通过接地回路的电流值和相位；多台测控机，每台所述测控机将相应支路的数据上传至所述主控机，由所述主控机根据所述各支路绝缘电阻和对地分布电容进行判断，其中，所述多台测控机的采样值包括各个支路的电流值和相位，所述采样值包括工频分量和低频分量；多台监控机，每台所述监控机在电网处于工作状态下对电缆的绝缘进行在线检测，并通过所述多台测控机的所在位置判断绝缘下降故障的区域；低频电源发生模块，所述低频电源发生模块产生低频电源，其中，所述低频电源发生模块包括：陷波器，所述陷波器滤除预定频率的信号；功率放大器，所述功率放大器与所述陷波器相连，对输入信号进行功率放大；低通滤波器，所述低通滤波器与 所述功率放大器相连，滤除信号中的高频分量；低频隔离输出模块，所述低频隔离输出模块对低频电压进行隔离，其中，所述低频隔离输出模块包括：三相电抗器，所述三相电抗器与母线相连，对由所述母线输入的电压进行电抗处理；保护电阻，所述保护电阻与所述三相电抗器相连，对电抗处理后的电压进行保护；隔离变压器，所述隔离变压器与所述保护电阻相连，对输入的电压进行低频隔离；模拟/数字转换模块，所述模拟/数字转换模块将输入的模拟信号转换为数字信号；信号调理模块，所述信号调理模块与所述模拟/数字转换模块相连，对来自所述模拟/数字转换模块的数字信号进行处理以滤除所述数字信号中的工频分量；隔离变压模块，所述隔离变压模块对由母线输出的电压进行隔离处理；DO输出驱动模块，所述DO输出驱动模块输出驱动电流。 

本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置还包括中央控制单元，中央控制单元为数字信号处理器DSP。 

根据本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，可以实现对电缆绝缘的在线监测和自然选线，并通过工业总线并入监控平台，实现与井下分站的联动联控，从而可以在发生故障时进行快速处理，有效地防止电气故障蔓延扩大而引发瓦斯爆炸事故。 

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。 

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1为根据本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的结构框图； 

图2为根据本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的示意图； 

图3为根据本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的各个腔室的内部示意图 

图4为根据本实用新型的又一个实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的主视图；以及 

图5为根据本实用新型的再一个实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的俯视图。 

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。 

参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些 

描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。 

下面参考图1和图2描述根据本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置。 

如图1所示，本实用新型实施例提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置100包括：主控机、多台测控机、多台监控机、低频的电源发生模块110、低频隔离输出模块120、模拟/数字转换模块130、信号调理模块140、隔离变压模块150和DO输出驱动模块160。其中，主控机和多台测控机通过CAN总线进行通信。 

主控机用于采集数据并通过中断方式对测控及进行监控同时出发采样，其中采样信号通过硬件信号调理以及FFT滤波算法获得低频基波，其中主控机提供风电瓦斯闭锁信号接点和通信协议，以及通过光耦隔离的DO端口发出采样触发信号，其中，采样信号包括母线三相电流值和相位、低频电源电压值和相位以及通过接地回路的电流值和相位。 

每台测控机用于将相应支路的数据上传到主控机，由主控机根据各个支路的绝缘电阻和对地分布电容进行判断，其中，多台测控机采样值包括各个支路的电流值和低频分量。在本实用新型的一个实施例中，绝缘电阻检测精度为10％，分布电容检测精度为15％。 

多台监控机，用于在电网处于工作状态下对电缆的绝缘进行在线检测并通过多台测控机的所在位置判断绝缘下降故障的区域。 

低频电源发生模块110用于产生低频电源。其中，低频电源发生模块110包括陷波器111、功率放大器112和低通滤波器113。其中，陷波器111用于滤除预定频率的信号，功率放大器112与陷波器111相连，用于对输入信号进行功率放大，低通滤波器113与功率放大器112相连，用于滤除信号中的高频分裂。在本实用新型的一个实施例中，低频电源的最高空载电压不大于500V，并且低频电源的最大输出电流不大于100mA，低频电源的频率可以为10Hz。 

低频隔离输出模块120用于对低频电源进行隔离，其中，低频隔离输出模块120包括三相电抗器121、保护电阻122和隔离变压器123，其中三相电抗器121与母线相连，用于对由母线输入的电压进行电抗处理，保护电阻122与三相电抗器121相连，用于对电抗处理后的电压进行保护。在本实用新型的一个实施例中，保护电阻122的阻值可以为5kΩ，电压等级为1140V。隔离变压器123与保护电阻122相连，用于对输入的电压进行低频隔离。 

模拟/数字转换模块130用于将输入的模拟信号转换为数字信号。 

信号调理模块140与模拟/数字转换模块130相连，用于对来自模拟/数字转换模块的数字信号进行处理以滤除数字信号中的工频分量。其中，模拟/数字转换模块130可以为14位以上。信号调理模块140分别与电压互感器和电流互感器相连，用于对来自电压互感器和电流互感器的信号进行信号调理，其中，对信号调理包括对来自电压互感器和电流互感器的信号进行电压生成、带阻滤波、放大信号和带通滤波。具体地，信号调理模块140接收1路电压互感器的输入信号和8路电流互感器的输入信号。其中，电路互感器的误差小于1.0％，角差小于15分。 

隔离变压模块150用于对由母线输出的电压进行隔离处理。DO输出驱动模块160用于输出驱动电流。 

在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的工作电压为1140V/660V。 

在本实用新型的另一个实施例中，主控机可以为1路，监控机最大可以为8路，即最大可以提供8路监测支路。 

在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置还包括显示单元，用于显示当前信息。 

本实用新型实施例提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置具备以下功能： 

(1)绝缘在线监测 

本实用新型主要应用于1140V及以下低压电网，可以随时监测井下低压电网的电缆绝缘情况。当绝缘下降至整定值时，进行报警。其中，整定值可以为11kΩ-100kΩ，并且整定值为可调的。 

(2)快速断电和故障区域定位 

当出现漏电故障时，可以实现快速断电并实现自然选择故障支路。在本实用新型的一个实施例中，当绝缘下降至单相漏电保护动作整定值时，即小于11kΩ时，可以判断出现漏电故障，执行跳闸。 

下面对自然选择故障支路进行详细描述。 

主控机开始采集数据时，通过中断方式对测控机进行远程同时触发采样，从而可以保证采样信号的同时性。并且，采样信号通过硬件信号调理以及FFT滤波算法可以得到不含工频分量的低频基波。信号处理完成后测控机将相应支路的电流和相位角等数据上传到主控机。由主控机根据各个支路绝缘电阻和对地分布电容进行判断。 

当一条出线发生接地或漏电故障时，故障回路的故障相的低频电流会突然增大，检测到的电阻值很小，而非故障相阻值基本保持不变。通过比较绝缘电阻值可以准确判断出故障线路。通过采用自然选择故障支路的方法不仅可以实现全电网各分支出线的在线绝缘监测，还可以实现有选择性的漏电保护，从而实现故障自然选线的功能。 

(3)信息上传和就地显示功能 

本实用新型实施例提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置可以介入煤矿的安全监控系统，从而实现井下故障报警。 

(4)联动联控 

本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置可以与安全监控系统联合实现联动联控和风电瓦斯闭锁。具体地，主控机可以为安全监控系统分站提供风电瓦斯闭锁信号接点和通讯协议，并具有主电路动作机构，可以根据安全监控系统的要求进行风电瓦斯闭锁和联动联控。 

在本实用新型的一个实施例中，主电路动作机构可以为真空接触器。 

(5)总线对等通讯 

本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置可以通过CAN总线和RS总线进行对等通讯。 

在本实用新型的一个实施例中，本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置的通讯接口可以采用RS485总线和CAN2.0B总线。相应地，采用RS485相关协议和CAN2.0B相关协议。其中，RS485总线和CAN2.0B总线各一路。在本实用新型的一个实施例中，RS485总线和CAN2.0B总线的最大传输距离为1km，并且分站节点数为1路。 

(6)故障区域判断 

本实用新型能够在电网处于工作状态下对电缆绝缘状况进行在线监测，实现绝缘下降预测。本实用新型可以有效的预测可能发生漏电的支路并上报给安全监控系统，不仅能够监测整个系统的绝缘薯片，而且可以通过各个测控装置所在位置判断绝缘下降故障可能发生的区域。 

(7)电磁兼容设计 

电容兼容设计可以有效提高设备的抗干扰能力，从而增强了设备的可靠性。 

由于煤矿井下环境非常复杂，并且线路上带有大量谐波。特别是大功率电力电子器件和变频装置的使用，可以使得很多精密测量设备在使用时受到很大限制。本实用新型可以对井下5次、7次及以上的谐波进行滤波设置，从而可以很好的限制谐波作用。 

在本实用新型的一个实施例中，采用数字信号处理器作为处理器。数字信号处理器DSP具有很强的信号处理能力。采用全波傅里叶变换，从而可以对有效地抑制高频分量。 

如图3所示，电源变压器向低频电源发生模块供电，并通过电控箱内的交流(AC)/直流(DC)模块向所有器件以及霍尔式互感器进行供电。低频电源通过低频隔离输出模块的三相电抗器叠加到工频回路上，并通过保护电阻连接到接地点构成低频回路。5V/12V/24V电源以及液晶显示电源均由AC/DC模块供电。 

本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置在投入工作后，每隔一定的延时，主控机通过100KHz的光耦隔离的DO端口发出采样触发信号。测控机在接收到该采样触发信号后与主控机同时开始采样。其中，采样值包括50Hz工频分量和10Hz工频分量。通过信号调理过程将工频分量滤波去掉，再通过FFT算法进行滤波，可以得到比较纯净的10Hz低频信号。在数据处理完成后，测控机将处理完的数据上传到主控机以供主控机进行判断。主控机在判断完成后进行就地显示并上传数据 至监控系统分站。 

当绝缘值达到报警时，主控机就地报警，并根据相关通讯协议向分站发出报警值；当绝缘值降到漏电水平时，根据测控机数据，判断绝缘下降区域，并发出跳闸信息，使相应测控机所在支路动作。 

如图4和图5所示，本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置需要采用矿用本质安全型的防爆结构，并且满足GB 3836.1-2000和GB3836.2-2000的规定。本实用新型需要具备以下多个指标：液晶显示窗口、喇叭口分配、通讯接口和母线进出口。其中，通讯接口可以为2个，并且1140V的母线进出口也为2个。需要说明的是，本实用新型的在线监测联动联控装置的紧固件必须具有防自动松脱的措施。此外，本实用新型的在线监测联动联控装置中的金属零部件、器件需要进行防锈和防腐蚀处理。本实用新型的在线监测联动联控装置的其他结构需要符合GB3836.1、GB3836.2和国家及行业有关标准的规定，并且外壳防护符合GB4208-2008中的IP54防护等级要求。 

根据本实用新型实施例的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，可以实现对电缆绝缘的在线监测和自然选线，并通过工业总线并入监控平台，实现与井下分站的联动联控，从而可以在发生故障时进行快速处理，有效地防止电气故障蔓延扩大而引发瓦斯爆炸事故。 

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。 

Claims (5)

1.一种矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，其特征在于，包括：

主控机，所述主控机采集数据并通过中断方式对测控机进行监控同时触发采样，其中，采样信号通过硬件信号调理以及FFT滤波算法，获得低频基波，其中所述主控机提供风电瓦斯闭锁信号接点和通信协议，以及通过光耦隔离的DO端口发出采样触发信号，其中，所述采样信号包括母线三相电流值和相位、低频电源电压值和相位以及通过接地回路的电流值和相位；

多台测控机，每台所述测控机将相应支路的数据上传至所述主控机，由所述主控机根据所述各支路绝缘电阻和对地分布电容进行判断，其中，所述多台测控机的采样值包括各个支路的电流值和相位，所述采样值包括工频分量和低频分量；

多台监控机，每台所述监控机在电网处于工作状态下对电缆的绝缘进行在线检测，并通过所述多台测控机的所在位置判断绝缘下降故障的区域；

低频电源发生模块，所述低频电源发生模块产生低频电源，其中，所述低频电源发生模块包括：

陷波器，所述陷波器滤除预定频率的信号；

功率放大器，所述功率放大器与所述陷波器相连，对输入信号进行功率放大；

低通滤波器，所述低通滤波器与所述功率放大器相连，滤除信号中的高频分量；

低频隔离输出模块，所述低频隔离输出模块对低频电压进行隔离，其中，所述低频隔离输出模块包括：

三相电抗器，所述三相电抗器与母线相连，对由所述母线输入的电压进行电抗处理；

保护电阻，所述保护电阻与所述三相电抗器相连，对电抗处理后的电压进行保护；

隔离变压器，所述隔离变压器与所述保护电阻相连，对输入的电压进行低频隔离；

模拟/数字转换模块，所述模拟/数字转换模块将输入的模拟信号转换为数字信号；

信号调理模块，所述信号调理模块与所述模拟/数字转换模块相连，对来自所述模拟/数字转换模块的数字信号进行处理以滤除所述数字信号中的工频分量；

隔离变压模块，所述隔离变压模块对由母线输出的电压进行隔离处理；

DO输出驱动模块，所述DO输出驱动模块输出驱动电流。

2.如权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元显示当前信息。

3.如权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，其特征在于，所述主控机和所述多台测控机通过CAN总线进行通信。 

4.如权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，其特征在于，所述信号调理模块分别与电压互感器和电流互感器相连，对来自所述电压互感器和电流互感器的信号进行信号调理，其中，对信号调理包括对来自所述电压互感器和电流互感器的信号进行电压生成、带阻滤波、放大信号和带通滤波。

5.如权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型绝缘在线监测联动联控装置，其特征在于，还包括中央控制单元，所述中央控制单元为数字信号处理器DSP。 

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