[發明專利]一種長距離礦井巷道低壓供電設備短路輔助保護裝置

有效

• 申請號: 201410242543.4
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN104022492A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 靳寶全;白清;蕭凱雁;高妍;張紅娟;喬鐵柱;王東
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J13/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

本發明一種長距離礦井巷道低壓供電設備短路輔助保護裝置，屬于煤礦井下供電技術領域，它是一種低壓供電設備短路保護失效后的輔助保護裝置，主要應用于煤礦井下照明信號綜合保護裝置或磁力起動器等低壓供電設備的短路輔助保護，具有安全性高、可靠性強、快速性好等優點。

背景技術

短路保護是煤礦井下供電系統安全的重要保障之一，其主要作用是當供電系統發生短路故障時能快速、可靠地切斷故障部分的電源，防止危害的發生。煤礦井下低壓供電系統中，隨著供電線路長度的增加，低壓供電裝置的短路保護靈敏度會隨之降低，當距離長到一定程度，短路保護就會徹底失效（例如選用1.5平方毫米線徑的電纜，500米后的地方發生短路時，保護就會失效）。短路保護失效后，如果不及時解決，短路時造成的后果非常嚴重。為了解決短路保護失效問題，現有的方法是在供電線路的末端裝設一個終端短路保護插件，其實現原理是：當系統發生短路時，終端短路保護插件通過控制電路驅動繼電器吸合，將阻值為1kΩ的電阻接地，從而人為地產生一個漏電信號，將短路故障轉化成漏電故障，裝設在配電所或變電所的低壓供電裝置檢測到有漏電故障發生，啟用漏電保護電路，切斷故障電路供電電源，達到保護電氣設備和防止重大事故發生的目的。

現有終端短路保護插件在實際應用中存在以下弊端：

1.該插件工作時需要依靠繼電器吸合將短路故障轉化成漏電故障，因此開關動作時間長，降低了井下供電保護系統的快速性。

2.該插件短路保護的實現依賴于低壓供電裝置的漏電保護單元，如果低壓供電裝置的漏電保護單元出現故障，即使終端短路保護插件啟用，低壓供電裝置也無法切除故障，降低了井下供電保護系統的可靠性。

3.該插件啟用時將短路故障轉化為漏電故障，需要將1kΩ的電阻接地，增加了故障的危險性，降低了井下供電保護系統的安全性。

發明內容

本發明一種長距離礦井巷道低壓供電設備短路輔助保護裝置的目的在于：解決上述現有技術中存在的安全性低、快速性及可靠性差等問題，從而公開一種能夠獨立、自動地實現線路短路輔助保護的技術方案，該裝置適用于煤礦井下多種低壓等級供電設備長距離巷道供電的短路輔助保護，供電短路保護距離可達到3000米。

本發明一種長距離礦井巷道低壓供電設備短路輔助保護裝置，其特征在于是一種能夠實時檢測和判斷短路故障，在照明綜合保護裝置或磁力起動器等低壓供電裝置短路保護靈敏度不足或失效后，準確和快速地切斷故障電路供電電源的保護裝置,該裝置由終端監控單元（如圖1所示）和始端監控單元（如圖2所示）組成，所述終端監控單元安裝在低壓供電線路的末端，實時檢測故障并及時傳輸信息給始端監控單元，所述始端監控單元安裝在照明綜合保護裝置或磁力起動器等低壓供電裝置殼體內，所述始端監控單元實時接收和判斷終端監控單元發送來的信息，及時準確地切斷故障電路供電電源，所述終端監控單元由故障檢測電路和單片機處理電路組成，其中所述的故障檢測電路由三相1140V交流輸入電壓接線端A1、B1和C1、三相660V交流輸入電壓接線端A2、B2和C2、三相127V交流輸入電壓接線端A3、B3和C3、三檔位切換開關S1、1號變壓器T1、2號變壓器T2、3號變壓器T3、整流二極管D1、D2和D3、1號變壓器輸出端濾波電阻R1和1號變壓器輸出端濾波電容C1、2號變壓器輸出端濾波電阻R2和2號變壓器輸出端濾波電容C2、3號變壓器輸出端濾波電阻R3和3號變壓器輸出端濾波電容C3、限流電阻R4、R5和R6、3.3V穩壓二極管Z1、Z2和Z3、保護二極管D4組成，電源切換控制時，當供電電壓為三相1140V交流時，切換開關S1位于左檔位，?1號變壓器T1初級繞組的1'和4'輸入端分別與A1、B1相連，2號變壓器T2初級繞組的1和4輸入端分別與B1、C1相連，3號變壓器T3初級繞組的1'和4'輸入端分別與C1、A1相連，當供電電壓為三相660V交流時，切換開關S1位于中檔位，?1號變壓器T1初級繞組的2'和4'輸入端分別與A2、B2相連，2號變壓器T2初級繞組的2和4輸入端分別與B2、C2相連，3號變壓器T3初級繞組的2'和4'輸入端分別與C2、A2相連，當供電電壓為三相127V交流時，切換開關S1位于右檔位，1號變壓器T1初級繞組的3'和4'輸入端分別與A3、B3相連，2號變壓器T2初級繞組的3和4輸入端分別與B3、C3相連，3號變壓器T3初級繞組的3'和4'輸入端分別與C3、A3相連，1號變壓器T1、2號變壓器T2和3號變壓器T3次級繞組采用星形連接，即變壓器T1、T2、T3次級繞組的末端U2、V2、W2連在一起，1號變壓器T1的次級繞組首端U1與整流二極管D1陽極連接，1號變壓器輸出端濾波電阻R1和1號變壓器輸出端濾波電容C1對整流二極管D1輸出信號進行濾波，2號變壓器T2的次級繞組首端V1與整流二極管D2陽極連接，2號變壓器輸出端濾波電阻R2和2號變壓器輸出端濾波電容C2對整流二極管D2輸出信號進行濾波，3號變壓器T3的次級繞組首端W1與整流二極管D3的陽極連接，3號變壓器輸出端濾波電阻R3和3號變壓器輸出端濾波電容C3對整流二極管D3輸出信號進行濾波，實現交流電到直流電的變換和濾波，輸出的直流電分別經限流電阻R6、R5和?R4，在3.3V穩壓二極管Z3、Z2和Z1陰極輸出電壓信號，整流二極管D1陰極與保護二極管D4陽極連接，以輸出單方向電流的直流信號，其中所述的單片機處理電路由終端監控單元單片機8、上I/O口5、中I/O口6、下I/O口7、單片機供電電源控制電路3、電平轉換電路4、鎳氫電池組1、充電控制電路2、終端監控單元CAN總線接口9、終端監控單元CAN總線接口9的端口H1和L1組成，其中鎳氫電池組1由4節1.5V的鎳氫充電電池串聯而成，左輸入端與充電控制電路2相連，下輸出端與單片機供電電源控制電路3上輸入端連接，當鎳氫電池組1電量不足時，充電控制電路2自動對其充電，充滿時自動停止充電，單片機供電電源控制電路3左輸入端正極、充電控制電路2左輸入端正極與保護二極管D4陰極連接，單片機供電電源控制電路3左輸入端負極、充電控制電路2左輸入端負極與1號變壓器T1、2號變壓器T2、3號變壓器T3的次級繞組末端U2、V2、W2連接，當單片機供電電源控制電路3左輸入端的電壓大于等于6V時，單片機供電電源控制電路3自動屏蔽上輸入端，并使下輸出端電壓等于左輸入端的電壓,當單片機供電電源控制電路3左輸入端的電壓小于6V時，單片機供電電源控制電路3自動屏蔽左輸入端，并使下輸出端電壓等于上輸入端的電壓，即由鎳氫電池組1供電，單片機供電電源控制電路3下輸出端輸出電壓經電平轉換電路4給終端監控單元單片機8提供3.3V的供電電源；故障檢測時，終端監控單元單片機8通過上I/O口5、中I/O口6、下I/O口7分別與穩壓二極管Z3、Z2和Z1的陰極相連，實時檢測故障信息，并將信息通過終端監控單元CAN總線接口9發送至始端監控單元CAN總線接口15；所述始端監控單元由低壓供電裝置啟停控制回路10、供電電源電路和單片機控制電路組成，其中低壓供電裝置啟停控制回路10由啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、輔助繼電器的常閉觸點101、主接觸器的第一路常開輔助觸點201和主接觸器的線圈301組成，其中供電電源電路由兩檔位切換開關S2、4號變壓器T4、單相整流電路11、電源濾波電路12、穩壓電路13組成，當電源供電電壓為1140V時，兩檔位切換開關S2調至上檔位，當電源供電電壓為660V時，兩檔位切換開關S2調至下檔位，實現4號變壓器T4兩種輸入電壓等級切換，4號變壓器T4輸出經單相整流電路11、電源濾波電路12、穩壓電路13給始端監控單元單片機14提供電源，其中單片機控制電路由上拉電阻R7、主接觸器的第二路常開輔助觸點202、始端監控單元單片機14、輔助繼電器線圈17、始端監控單元CAN總線接口15、始端監控單元CAN總線接口15的端口H2和L2、顯示驅動電路18、液晶顯示屏19組成，當短路故障發生時，始端監控單元單片機14通過始端監控單元CAN總線接口15接收終端監控單元CAN總線接口9發送來的信息，根據信息來控制輔助繼電器線圈17得電，驅動輔助繼電器的常閉觸點101斷開，使與輔助繼電器的常閉觸點101串聯在一起的主接觸器線圈301斷電，從而控制主接觸器的主觸點200和主接觸器的第一路常開輔助觸點201斷開，快速切斷故障電路供電電源，同時始端監控單元單片機14通過顯示驅動電路18將信息顯示在液晶顯示屏19上；所述終端監控單元CAN總線接口9的端口H1和L1分別與始端監控單元CAN總線接口15的端口H2和L2通過通信線連接,即H1與H2相連，L1與L2相連。