[實用新型]基于電流變化率的煤礦電網短路故障快速判斷裝置

有效

• 申請號: 201620098876.9
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN205384344U
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 趙鐵英;劉俊領;王玉梅;楊明;杜少通
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民

技術領域

本實用新型涉及煤礦電網領域，尤其涉及煤礦的繼電保護裝置及煤礦電網短路故障判斷領域，特別涉及一種基于電流變化率的煤礦電網短路故障快速判斷裝置。

背景技術

隨著現代煤礦井下設備容量的不斷增大，煤礦電網故障時短路電流值也不斷上升，井下電網中部分支路的短路電流已逼近甚至超過井下開關的遮斷容量，這在很大程度上限制了井下電網的運行。強大的短路電流產生的熱沖擊和電動力破壞性很大，因此盡早發現短路故障并且在短路電流還未達到最大值時就將故障點切除，不僅可以避免線路上各設備及控制開關本身長時間承受巨大的熱沖擊及電動力，而且還可以防止因短路故障點產生的電火花引爆瓦斯或煤塵等易燃易爆氣體，對于煤礦井下電力系統安全、穩定的運行有著重大的意義。因此，對煤礦供電系統中短路故障檢測判斷的要求是準確、快速地判斷短路的發生。

根據有關實驗和文獻，如果電氣設備的故障分斷時間小于煤礦井下電網形成外露電火的故障形成時間，就可以保證在形成電火花之前有效的將供電電源切斷，從而保證不會因電火花引起瓦斯或煤塵爆炸。文獻指出，煤礦井下供電系統各個環節的故障形成時間分別為：隔爆外殼10ms；橡套線纜5ms。也就是說，當我們在故障形成時間之前就有效的限制短路電流水平，將短路電流幅值限制在安全范圍之內，這樣可以保證故障點電火花產生的能量不會引燃瓦斯等氣體，極大地提高了煤礦電網運行的安全性。

目前應用于煤礦電網的短路檢測判斷技術主要有3種方法：(1)基于短路電流瞬時值大小的判斷方法。(2)基于相敏原理的短路檢測方法。(3)基于載頻原理的短路檢測技術。研究表明，以線路電流的有效值或是最大值作為檢測量的取樣方式比較可靠，但是采樣時間長，至少需要10ms以上；反映線路電流瞬時值的檢測方式，取樣時間較短，在10ms以內，但是可靠性差?；陔娏魉矔r值故障判斷方法是預先設定短路電流判斷設定值，當線路電流的瞬時值達到預先設定值時，即判斷為短路故障，發出動作指令。因此，這種方法必須考慮線路在正常工作時可能出現的電流最大值，使短路判斷設定值高于此最大電流值，否則就可能會出現誤判誤動，且故障判斷時間過長，不能滿足快速故障判斷的要求。同時檢測線路電流和阻抗角的相敏短路保護必須在短路電流的穩態下進行，取樣時間也較長?；谳d頻原理的短路檢測技術多用于井下煤電鉆綜保中，檢測的電壓、電流值較小，應用范圍有限。相敏短路保護以電流和相位角兩個參數為監測量，提高了故障判斷的準確性，尤其在短路電流較小而功率因數較高的情況下，判斷更準確。但是，相位角取樣的速度受到限制，而且存在一定的“死區”，應用受到一定的限制。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術中的不足提供一種能在短路發生瞬間快速準確發現故障的基于電流變化率的煤礦電網短路故障快速判斷裝置。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：

一種基于電流變化率的煤礦電網短路故障快速判斷裝置，該裝置包括電流信號采集部分、信號轉換處理部分、計算判斷部分和人機接口部分；

電流信號采集部分由安裝在每條線路上的電流互感器CT組成，負責采集線路上電流情況，CT將線路的大電流變換為小電流；

信號轉換處理部分由電流變送器、多路轉換開關、采樣保持器和模/數轉換器組成，該部分輪流采集每條線路上的電流信號，送入CPU進行判斷計算；其中，電流變送器對電流信號進一步進行調理，將CT二次側的電流信號轉變為電子線路可以接受的弱電流信號；模/數轉換器將模擬量的電流信號轉換為數字信號，送入CPU處理；

計算判斷部分主要包括CPU，CPU可選用單片機，對輸入的數字量電流信號進行相應計算，然后進行判斷，給出故障判斷信號；

人機接口部分由液晶顯示器和數字鍵盤區組成。

一種基于電流變化率的煤礦電網短路故障快速判斷方法，主要作為煤礦電網短路故障判斷，在判斷過程中該方法主要包括四個階段的判斷計算：第一階段，電流一階導數計算；第二階段，電流一階導數過零點判斷；第三階段，電流一階導數判斷；第四階段，電流二階導數計算及判斷；首先進入第一階段，不間斷計算煤礦電網線路電流變化率情況；然后進入第二階段，判斷一階導數是否過零點，如果一階導數過零，則進入第四階段，啟動電流二階導數計算；否則，則進入第三階段，與前一個電流變化率計算結果相比較，如果電流變化一階導數超出設定的變化范圍，則判定發生短路故障，如果未超過設定范圍，進行第一階段繼續進行一階導數計算；第四階段中，電流二階導數計算，與前一個計算的電流變化二階導數相比較，如果超出設定范圍，則判定為短路故障，并進行相應操作，否則，返回第一階段。