CN202940556U - 矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，其包括有依次连接的用于同步采集变压器人为中性点的零序电压和各馈出线零序电流的信号采集单元、将所采集的零序电压和零序电流进行放大的信号放大单元、将放大的信号转换成可供DSP直接处理的电压信号的A/D转换器、对电压信号进行数据分析以判断出现故障的馈出线的DSP运算处理单元以及输出跳闸信号的继电器输出单元，该DSP运算处理单元与一上位机进行数据通讯。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

矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置

技术领域

本实用新型有关一种漏电保护装置，特别是指一种矿用隔爆型低压等级漏电保护装置。 

背景技术

目前，煤矿井下低压中性点不接地系统中绝大多数故障是漏电故障，尽管它不破坏系统的对称运行，但非漏电相对地电压增加为原来的1.73倍，若不及时处理，极易发展成二相短路。而且煤矿有瓦斯爆炸和人生安全等问题，其危害性更大。 

原有煤矿防爆保护装置一般由检漏继电器和分支路漏电保护单元二部分组成。低压漏电保护判断漏电的依据是漏电电阻，检漏继电器检测总线漏电，采用附加直流电压法检测漏电电阻；支路保护单元检测支路漏电，采用零序电压检测漏电电阻。由于零序电压受系统电容和电网电压的影响、检漏继电器和支路漏电保护单元判据不统一等原因，其正确动作率很低，而且不能反应分散性漏电。一些保护产品中的漏电保护功能，仍采用分散控制方式，仍采用以上原理检测漏电，只是用了单片机技术，显然仍无法真正解决低压漏电保护问题。 

由此可见，井下低压漏电保护，是煤矿电力一直没有得到解决的技术难题。 

低压漏电保护装置不能正确动作的主要原因是： 

1、电容电流很小：电压低，系统小，电容电流很小，小至几毫安，对装置灵敏度要求很高； 

2、动作时间要求短：支路动作时间不大于30ms，这么短的响应时间，给判断原理的选择带来了很大的局限性。附加直流电压法由于反应时间问题，可以用于总线漏电电阻的检测，而不能用于支路漏电保护； 

3、零序电压不能单一地反应漏电电阻，支路漏电保护单元用零序电压检测漏电电阻，由于零序电压是漏电电阻、系统容抗和系统电压的函数，不单一地反应漏电电阻，因此其检测精度受系统电容和电网电压波动的影响很大； 

4、检漏继电器和漏电保护单元的判据不统一：检漏继电器用附加直流电压法检测漏电电阻，支路漏电保护单元用零序电压检测漏电电阻，二种方法测量精度相差很大； 

5、分散性控制模式的缺陷：原有技术均采用分散控制模式，这种模式无法综合判断各支路漏电参数，决策漏电支路，对无漏电的短支路误判率很高； 

6、无法解决分散性漏电：当系统几条支路漏电，若支路的漏电电阻都没有达到动作值，而总的漏电电阻达到了动作值，造成总开关误动，以至大面积断电； 

7、漏电保护装置以电容电流为判据，低压系统电容电流很小，而且随运行方式、漏电程度、天气、环境的影响，是一个变化量，而装置作为一个继电器，有一个固定的整定值，有动作死区。系统参数的可变性和装置整定值的不变性这一矛盾决定了此类装置不可能100％正确动作。 

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矿用隔爆型低压等级漏电保护装置。 

为达到上述目的，本实用新型提供一种矿用隔爆型低压等级漏电保护装置，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信号采集单元、将所采集的零序电压和零序电流进行放大的信号放大单元、将放大的信号转换成可供DSP直接处理的电压信号的A/D转换器、对电压信号进行数据分析以判断出现故障的馈出线的DSP运算处理单元以及输出跳闸信号的继电器输出单元，该DSP运算处理单元与一上位机进行数据通讯。 

所述DSP运算处理单元连接有用以显示漏电故障、零序电压、零序电流的液晶显示器。 

所述信号采集单元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。 

所述信号放大单元、A/D转换器、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485总线与所述液晶显示器进行通讯。 

所述DSP运算处理单元与一扩展的随机存储器互相通信。。 

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为本实用新型矿用隔爆型低压等级漏电保护装置的原理框图。 

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，本实用新型的矿用隔爆型低压等级漏电保护装置包括有依次连接的信号采集单元1、信号放大单元2、A/D转换器3、DSP运算处理单元4及继电器输出单元5，该DSP运算处理单元4连接有液晶显示器7，该DSP运 算处理单元4与上位机6之间进行数据通讯。 

该信号采集单元1包括有零序电压滤序器和零序电流互感器，该信号采集单元1采集变压器中性点的零序电压和分支路零序电流，并将采集的零序电压和零序电流通过信号放大单元进行放大，并经过A/D转换器3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，DSP运算处理单元4与上位机6进行通信，并能通过上位机6控制DSP运算处理单元4的技术参数，通过DSP运算处理单元4对电压信号进行数据分析并判断出是哪一路馈出线出现故障，并同时在液晶显示器7上显示漏电故障、零序电压、零序电流，并由继电器输出单元5输出跳闸信号。 

本实用新型中DSP运算处理单元4与液晶显示器7之间通过RS-485总线进行通讯，继电器输出单元5直接输出跳闸信号。本实用新型中信号放大单元2、A/D转换器3、DSP运算处理单元4及继电器输出单元5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电源接口、通讯接口、面板电源接口。DSP运算处理单元4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5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DSP运算处理单元4还可以与一扩展的随机存储器8互相通信。 

本实用新型中的液晶显示器7为带CPU的网络化显示器。液晶显示器7同时显示7路电流和1路电压值，液晶显示器7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，经放大、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、控制电压：380V、660V、1140V； 

2、工作电源：控制电压； 

3、总线段数：1； 

4、支路数：14(安装于第二级变压器下的一支路开关下又带若干条分路开关时，支路数为13)； 

5、动作电阻值：见下表； 

6、闭锁动作电阻值：见下表； 

电压等级	380伏	660伏	1140伏
				动作电阻值	3.5K±20％	11K±20％	20K±20％
闭锁电阻值	7K±20％	22K±20％	40K±20％

7、动作时间：支路出口时间30毫秒；总出口时间300毫秒，均可任意设置； 

8、工作电源变化适应能力：工作电源变化在额定值的75％～110％时，装置的漏电动作电阻值、漏电闭锁电阻值和动作时间的误差不大于20％； 

9、低压系统电容变化适应能力：当系统电容在0.1μf～1μf范围内变化时，装置的漏电动作电阻值、漏电闭锁电阻值和动作时间的误差不大于20％； 

10、分散性漏电电阻分辨率：动作电阻整定值20％+2K； 

11、输出方式： 

数码管显示输出：八位，平时显示实时时间、漏电电阻和最大漏电电流的支路号；调试时显示调试参数；发生漏电故障时显示故障时间、跳闸支路号和跳闸时的漏电电阻；调报告时显示报告内容； 

继电器出口输出：总出口和进线对应的一对一出口，均为常开无源触点，触点容量为1A；380VAC。 

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：-10℃～60℃平均气温不超过+40℃； 

(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。 

本实用新型矿用隔爆型低压漏电保护装置，适用于煤矿井下具有甲烷和煤尘爆炸危险的场所，作为低压380V～1140V中性点不接地系统的漏电保护。装置适用电压等级：380V～1140V。装置适用接地方式：中性点不接地。装置适用安装地点：中央变、采区变和工作点均可安装。装置适用最恶劣的场所：具有甲烷和煤尘爆炸危险的场所。 

本实用新型矿用隔爆型低压漏电保护装置不仅原理有重大突破，采用集中控制模式，统一了总路和支路漏电电阻判据，解决了分散性漏电问题。而且，采用单片机和在线可编程技术，智能化强，专门针对煤矿井下设计，多级安装，集中控制，维护、调试方便，投运简单，配套性好，圆满地解决了煤矿井下低压漏电保护问题。 

本实用新型矿用隔爆型低压漏电保护装置具有如下特点： 

1、三种原理综合判断，避免了各种原理的缺陷，保证装置运行在最佳工作状态，确保装置100％正确动作； 

2、采用集中控制模式，保证总开关和支路开关保护判据的统一性，避免了未漏电短支路，因电容电流很小而误动； 

3、智能化程度强：多种原理智能选择和转换，漏电电阻测量精度智能调整，动态修正系统电容和系统电网电压对漏电电阻测量精度的影响； 

4、平时监视漏电电阻，预据漏电程度最大的支路；漏电电阻达到动作值时，迅速跳开漏电支路，显示漏电故障发生时间和漏电支路号；漏电故障排除后，可调查过去发生的故障信息； 

5、解决了分散性漏电保护问题，绝不误跳总开关； 

6、针对性强，适应性广，专门针对煤矿井下的特殊要求进行特殊设计，适用低压380V、660V、1140V； 

7、投运简单，维护、调试方便，现场投运通过人机接口设置，无任何硬件调试，使用方便。 

本实用新型中的零序电压滤序器、零序电流互感器、DSP运算处理单元与继电器输出单元为市售产品，在此不做简述。 

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)

1.一种矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，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单元、将所采集的零序电压和零序电流进行放大的信号放大单元、将放大的信号转换成可供DSP直接处理的电压信号的A/D转换器、对电压信号进行数据分析以判断出现故障的馈出线的DSP运算处理单元以及输出跳闸信号的继电器输出单元，该DSP运算处理单元与一上位机进行数据通讯。 

2.如权利要求1所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，其特征在于，所述DSP运算处理单元连接有用以显示漏电故障、零序电压、零序电流的液晶显示器。 

3.如权利要求1所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，其特征在于，所述信号采集单元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。 

4.如权利要求2所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，其特征在于，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。 

5.如权利要求1所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，其特征在于，所述信号放大单元、A/D转换器、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。 

6.如权利要求1所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，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。 

7.如权利要求1所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，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。 

8.如权利要求1所述的矿用隔爆型低压电网多等级漏电保护装置，其特征 在于，所述DSP运算处理单元与一扩展的随机存储器互相通信。