矿井高压电网漏电模拟试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井高压电网漏电模拟试验系统，包括高压模拟电网单元、漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱，所述高压模拟电网单元包括高压供电单元和高压模拟线路单元，所述漏电模拟控制单元包括微控制器模块，所述微控制器模块的输入端接有相电压检测模块、零序电压检测电路、零序电流检测电路、相电流检测电路和按键操作电路，所述微控制器模块的输出端接有漏电模拟电阻切换电路和故障指示电路，所述高压模拟线路包括A相高压模拟线路、B相高压模拟线路和C相高压模拟线路。本实用新型通过设置高压模拟线路能够准确地模拟矿井高压电网，通过设置漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱能够准确地模拟矿井高压电网漏电故障过程。
【专利说明】
矿井高压电网漏电模拟试验系统
技术领域
[0001]本实用新型属于煤矿井下电网安全技术领域，具体涉及一种矿井高压电网漏电模拟试验系统。
【背景技术】
[0002]随着煤矿机械化程度的提高，矿井高压电网的安全运行关系到采煤工作的效率，而矿井高压电网中的漏电故障约占矿井故障的70%。供电系统的漏电可能导致人身触电、瓦斯煤尘爆炸和电雷管的先期爆发。长期存在的漏电电流，还可能使电气设备的绝缘进一步恶化，从而造成相间短路、电气火灾和其他危及矿井安全的电气事故。尤其对于矿井高压电网破坏情况更甚。矿井高压电网指的是6kV_10kV高压电网，其主要作用是给井下中央变电所输送电能，一旦发生漏电故障，就直接影响整个矿井的电力供应，可能造成大的经济损失和人身事故。因此，深入地研究漏电机理和漏电保护方法，提高井下漏电保护的技术水平，对确保煤矿供电安全和加速我国现代化矿井的建设有着重要意义。煤矿生产环境恶劣，不能在煤矿井下直接进行漏电故障的测试，无法获得漏电信号，不能为高压电网漏电故障的分析提供依据;另外，现有的模拟试验系统基本都是对于矿井低压电网的模拟系统，其中对于输电线路只是采用对地电容和对地电阻来模拟，而矿井高压输电线路较长，就不能简单地采用对地电容和对地电阻来模拟;再者，现有的模拟试验系统中，漏电电阻是不可变的，不能准确的模拟不同漏电电阻时的故障特征，不能准确地获取漏电信号，无法进行深入地研究漏电原因，更不可能为漏电保护方法提供必要的依据。因此，现如今缺少一种结构简单，设计新颖合理，实现容易，操作便捷，成本低的矿井高压电网漏电模拟试验系统，通过设置高压模拟线路能够准确地模拟矿井高压电网，通过设置漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱能够准确地模拟矿井高压电网漏电故障过程，安全性能好。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井高压电网漏电模拟试验系统，其结构简单，设计新颖合理，实现容易，操作便捷，成本低，通过设置高压模拟线路能够准确地模拟矿井高压电网，通过设置漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱能够准确地模拟矿井高压电网漏电故障过程，安全性能好，实用性强，便于推广使用。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:包括高压模拟电网单元、漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱，所述高压模拟电网单元包括高压供电单元和与所述高压供电单元输出端相接的高压模拟线路单元，所述高压供电单元包括380V电压和与380V电压输出端相接且用于将380V电压变换为6kV电压的升压电路，所述高压模拟线路单元包括依次相接的三相断路器、高压模拟线路和负载，所述升压电路的输出端与三相断路器的输入端相接，所述漏电模拟控制单元包括微控制器模块、电源模块以及分别与微控制器模块相接的液晶触摸屏、串口通信电路和数据存储器，所述微控制器模块的输入端接有相电压检测模块、零序电压检测电路和用于检测高压模拟线路零序电流的零序电流检测电路，以及用于检测高压模拟线路相电流的相电流检测电路和用于选择漏电故障类型的按键操作电路，所述微控制器模块的输出端接有漏电模拟电阻切换电路和故障指示电路，所述相电压检测模块包括电压互感器和与所述电压互感器输出端相接的电压过零检测电路，所述漏电模拟电阻切换电路包括依次相接的隔离驱动电路、继电器和接触器，所述电压过零检测电路的输出端与微控制器模块的输入端相接，所述隔离驱动电路的输入端与微控制器模块的输出端相接，所述漏电模拟电阻箱通过接触器与高压模拟线路的输出端相接，所述串口通信电路与上位机进行双向通信；
[0005]所述高压模拟线路包括A相高压模拟线路、B相高压模拟线路和C相高压模拟线路，所述A相高压模拟线路包括电阻RAl、电阻RAll、电阻RA12、电容CAll、电容CA12和电感LAl，所述电阻RAl的一端分两路，一路经并联的电阻RAll和电容CAll接地，另一路为A相高压模拟线路的一端;所述电阻RAl的另一端与电感LAl的一端相接，所述电感LAl的另一端分两路，一路经并联的电阻RA12和电容CA12接地，另一路为A相高压模拟线路的另一端;所述B相高压模拟线路包括电阻RBl、电阻RB 11、电阻RBl 2、电容CB11、电容CB12和电感LBl，所述电阻RBl的一端分两路，一路经并联的电阻RBll和电容CBll接地，另一路为B相高压模拟线路的一端;所述电阻RBl的另一端与电感LBl的一端相接，所述电感LBl的另一端分两路，一路经并联的电阻RB12和电容CB12接地，另一路为B相高压模拟线路的另一端;所述C相高压模拟线路包括电阻RCl、电阻RCll、电阻RC12、电容CCll、电容CC12和电感LCl，所述电阻RCl的一端分两路，一路经并联的电阻RCll和电容CCll接地，另一路为C相高压模拟线路的一端;所述电阻RCl的另一端与电感LCl的一端相接，所述电感LCl的另一端分两路，一路经并联的电阻RC12和电容CC12接地，另一路为C相高压模拟线路的另一端;所述漏电模拟电阻箱包括滑动电阻Rgl、滑动电阻Rg2和滑动电阻Rg3。
[0006]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述零序电流检测电路包括零序电流互感器和与所述零序电流互感器输出端相接且用于将电流信号转换为电压信号的第一转换电阻，所述相电流检测电路包括电流互感器和与所述电流互感器输出端相接且用于将电流信号转换为电压信号的第二转换电阻，所述负载为三相异步电动机。
[0007]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述升压电路包括三相断路器QFl、升压变压器T和三相断路器QF2，所述三相断路器QFl的三相输入端分别与380V电压的三相输出端相接，所述升压变压器T的一次侧线圈的三相输入端分别与三相断路器QFl的三相输出端相接，所述升压变压器T的二次侧线圈的三相输出端与三相断路器QF2的三相输入纟而相接。
[0008]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述零序电压检测电路包括三相电抗器SK和零序电压互感器LK，所述三相电抗器SK的三相输入端分别与所述三相断路器QF2的三相输出端相接，所述三相电抗器SK的三相输出端均与零序电压互感器LK 一次侧线圈的一端相接，所述零序电压互感器LK 一次侧线圈的另一端接地，所述零序电压互感器LK 二次侧线圈的一端为零序电压互感器LK的输出端且与微控制器模块相接，所述零序电压互感器LK 二次侧线圈的另一端接地。
[0009]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述电压互感器包括电压互感器TV，所述电压过零检测电路包括运放LI，所述运放LI的同相输入端分两路，一路经并联的电阻R12和电容C3接地，另一路经电阻R9与电压互感器的信号输出端相接;所述运放LI的反相输入端经电阻RlO接地，所述运放LI的输出端经电阻Rll与整流二极管D3的阳极相接，所述整流二极管D3的阴极与微控制器模块相接。
[0010]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述隔离驱动电路包括型号为TLP521的芯片U1、型号为TLP521的芯片U2、型号为TLP521的芯片U3、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3，所述芯片Ul的第2引脚、芯片Ul的第2引脚和芯片U3的第2引脚均与微控制器模块相接，所述芯片Ul的第3引脚、芯片Ul的第3引脚和芯片U3的第3引脚分别与三极管Ql的基极、三极管Q2的基极和三极管Q3的基极相接;所述接触器包括接触器KMl、接触器KM2和接触器KM30
[0011]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述继电器包括继电器K1、继电器K2和继电器K3，所述继电器Kl的线圈的一端分三路，一路与整流管Dl的阳极相接，另一路经串联的电阻R3和电容CI接地，第三路与三极管Ql的集电极相接;所述继电器K2的线圈的一端分三路，一路与整流管D2的阳极相接，另一路经串联的电阻R8和电容C2接地，第三路与三极管Q2的集电极相接;所述继电器K3的线圈的一端分三路，一路与整流管D4的阳极相接，另一路经串联的电阻Rl 3和电容C4接地，第三路与三极管Q3的集电极相接;所述继电器Kl的线圈的另一端、继电器K2的线圈的另一端、继电器K3的线圈的另一端、整流二极管Dl的阴极、整流二极管D2的阴极和整流二极管D4的阴极均接地，所述继电器Kl的常开触点开关的一端、继电器K2的常开触点开关的一端和继电器K3的常开触点开关的一端均与220V电源的一端相接，所述继电器Kl的常开触点开关的另一端与接触器KMl的线圈的一端相接，所述继电器K2的常开触点开关的另一端与接触器KM2的线圈的一端相接，所述继电器K3的常开触点开关的另一端与接触器KM3的线圈的一端相接，所述接触器KMl的线圈的另一端、接触器KM2的线圈的另一端和接触器KM3的线圈的另一端均与220V电源的另一端相接，所述接触器KMl的常开触点的一端与A相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KMl的常开触点的另一端与滑动电阻Rgl的一个固定端和滑动电阻Rgl的滑动端的连接端相接，所述接触器KM2的常开触点的一端与B相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KM2的常开触点的另一端与滑动电阻Rg2的一个固定端和滑动电阻Rg2的滑动端的连接端相接，所述接触器KM3的常开触点的一端与C相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KM3的常开触点的另一端与滑动电阻Rg3的一个固定端和滑动电阻Rg3的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻Rgl的另一个固定端、滑动电阻Rg2的另一个固定端和滑动电阻Rg3的另一个固定端均接地。
[0012]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述按键操作电路包括3X3矩阵键盘，所述3 X 3矩阵键盘的9个输出端均与微控制器模块相接。
[0013]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述故障指示电路包括发光二极管DS1、发光二极管DS2和发光二极管DS3，所述发光二极管DSl的阳极、发光二极管DS2的阳极和发光二极管DS3的阳极均与5V电源输出端相接，所述发光二极管DSl的阴极经电阻Rl与微控制器模块相接，所述发光二极管DS2的阴极经电阻R5与微控制器模块相接，所述发光二极管DS3的阴极经电阻R7与微控制器模块相接。
[0014]上述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述数据存储器包括芯片AT24C02，所述微控制器模块包括MSP430F149单片机。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0016]1、本实用新型结构简单，设计新颖合理，通过设置漏电模拟电阻箱，模拟矿井高压电网漏电，通过漏电模拟控制单元，对模拟漏电故障点和漏电故障类型进行选择，能够方便地实现对矿井下高压电网漏电模拟试验。
[0017]2、本实用新型通过设置高压模拟线路，包括对地电阻、对地电容以及每相模拟线路上的电阻和电抗，更加准确地模拟矿井高压电网。
[0018]3、本实用新型的实现成本低，安全性能好。
[0019]4、本实用新型通过设置相电压检测模块、零序电压检测电路、零序电流检测电路和相电流检测电路能准确检测到电网漏电的故障信号。
[0020]5、本实用新型能够准确地模拟矿井高压电网漏电故障，并对漏电故障信号进行采集，并将采集到的漏电故障信号通过串口通信电路发送给上位机，经过上位机对漏电故障信号进行分析和研究，为漏电保护方法提供依据，提高矿井高压电网的安全性，能实用性强，便于推广使用。
[0021]综上所述，本实用新型其结构简单，设计新颖合理，实现容易，操作便捷，成本低，通过设置高压模拟线路能够准确地模拟矿井高压电网，通过设置漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱能够准确地模拟矿井高压电网漏电故障过程，安全性能好，实用性强，便于推广使用。
[0022]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0024]图2为本实用新型升压电路、电压互感器、零序电压检测电路、三相断路器、高压模拟线路、漏电模拟电阻箱和负载的电路连接关系示意图。
[0025]图3为本实用新型电压过零检测电路的电路原理图。
[0026]图4为本实用新型隔离驱动电路、继电器和接触器的电路连接关系示意图。
[0027]图5为本实用新型故障指示电路的电路原理图。
[0028]附图标记说明:
[0029]I 一微控制器模块；2—电源模块；3—电压互感器；
[0030]4 一电压过零检测电路； 5—零序电压检测电路； 6—液晶触摸屏；
[0031]7—按键操作电路；8—串口通信电路；9-1 一380V电压；
[0032]9-2一升压电路；10—三相断路器；11一高压模拟线路；
[0033]12 一负载；13_1—零序电流检测电路；
[0034]13-2 一相电流检测电路； 14 一漏电模拟电阻箱；
[0035]15-1 一隔尚驱动电路；15-2—继电器；15-3—接触器；
[0036]16—故障指示电路；17—数据存储器。
【具体实施方式】
[0037]如图1和图2所示，本实用新型包括高压模拟电网单元、漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱14，所述高压模拟电网单元包括高压供电单元和与所述高压供电单元输出端相接的高压模拟线路单元，所述高压供电单元包括380V电压9-1和与380V电压9-1输出端相接且用于将380V电压变换为6kV电压的升压电路9-2，所述高压模拟线路单元包括依次相接的三相断路器10、高压模拟线路11和负载12，所述升压电路9-2的输出端与三相断路器10的输入端相接，所述漏电模拟控制单元包括微控制器模块1、电源模块2以及分别与微控制器模块I相接的液晶触摸屏6、串口通信电路8和数据存储器17，所述微控制器模块I的输入端接有相电压检测模块、零序电压检测电路5和用于检测高压模拟线路11零序电流的零序电流检测电路13-1，以及用于检测高压模拟线路11相电流的相电流检测电路13-2和用于选择漏电故障类型的按键操作电路7，所述微控制器模块I的输出端接有漏电模拟电阻切换电路和故障指示电路16，所述相电压检测模块包括电压互感器3和与所述电压互感器3输出端相接的电压过零检测电路4，所述漏电模拟电阻切换电路包括依次相接的隔离驱动电路15-1、继电器15-2和接触器15-3，所述电压过零检测电路4的输出端与微控制器模块I的输入端相接，所述隔离驱动电路15-1的输入端与微控制器模块I的输出端相接，所述漏电模拟电阻箱14通过接触器15-3与高压模拟线路11的输出端相接，所述串口通信电路8与上位机18进行双向通信；
[0038]所述高压模拟线路11包括A相高压模拟线路、B相高压模拟线路和C相高压模拟线路，所述A相高压模拟线路包括电阻RAl、电阻RAll、电阻RA12、电容CAll、电容CA12和电感LAl，所述电阻RAl的一端分两路，一路经并联的电阻RAll和电容CAll接地，另一路为A相高压模拟线路的一端;所述电阻RAl的另一端与电感LAl的一端相接，所述电感LAl的另一端分两路，一路经并联的电阻RA12和电容CA12接地，另一路为A相高压模拟线路的另一端;所述B相高压模拟线路包括电阻RBl、电阻RBll、电阻RB12、电容CBll、电容CB12和电感LBl，所述电阻RBl的一端分两路，一路经并联的电阻RBll和电容CBll接地，另一路为B相高压模拟线路的一端;所述电阻RBl的另一端与电感LBl的一端相接，所述电感LBl的另一端分两路，一路经并联的电阻RB12和电容CB12接地，另一路为B相高压模拟线路的另一端;所述C相高压模拟线路包括电阻RCl、电阻RCll、电阻RC12、电容CCll、电容CC12和电感LCl，所述电阻RCl的一端分两路，一路经并联的电阻RCll和电容CCll接地，另一路为C相高压模拟线路的一端；所述电阻RCl的另一端与电感LCl的一端相接，所述电感LCl的另一端分两路，一路经并联的电阻RCl 2和电容CCl 2接地，另一路为C相高压模拟线路的另一端;所述漏电模拟电阻箱14包括滑动电阻Rgl、滑动电阻Rg2和滑动电阻Rg3。
[0039]本实施例中，所述零序电流检测电路13-1包括零序电流互感器和与所述零序电流互感器输出端相接且用于将电流信号转换为电压信号的第一转换电阻。
[0040]本实施例中，所述相电流检测电路13-2包括电流互感器和与所述电流互感器输出端相接且用于将电流信号转换为电压信号的第二转换电阻。
[0041]本实施例中，所述负载12为三相异步电动机。
[0042]实际使用时，所述零序电压互感器的型号为LXY06-3.0。
[0043 ] 实际使用时，所述电流互感器的型号为CHG-1000G。
[0044]如图2所示，本实施例中，所述升压电路9-2包括三相断路器QFl、升压变压器T和三相断路器QF2，所述三相断路器QFl的三相输入端分别与380V电压9-1的三相输出端相接，所述升压变压器T的一次侧线圈的三相输入端分别与三相断路器QFl的三相输出端相接，所述升压变压器T的二次侧线圈的三相输出端与三相断路器QF2的三相输入端相接。
[0045]如图2所示，本实施例中，所述三相断路器10为三相断路器QF3。
[0046]实际接线时，所述三相断路器QF3的三相输入端分别与所述三相断路器QF2三相输出端相接，所述三相断路器QF3的三相输出端(S卩A相输出端、B相输出端和C相输出端)分别与高压模拟线路11的A相高压模拟线路、B相高压模拟线路和C相高压模拟线路相接。
[0047]如图2所示，本实施例中，所述零序电压检测电路5包括三相电抗器SK和零序电压互感器LK，所述三相电抗器SK的三相输入端分别与所述三相断路器QF2的三相输出端相接，所述三相电抗器SK的三相输出端均与零序电压互感器LK 一次侧线圈的一端相接，所述零序电压互感器LK 一次侧线圈的另一端接地，所述零序电压互感器LK 二次侧线圈的一端为零序电压互感器LK的输出端且与微控制器模块I相接，所述零序电压互感器LK 二次侧线圈的另一端接地。
[0048]如图2所示，本实施例中，所述电压互感器3包括电压互感器TV。
[0049]实际使用时，所述电压互感器TV—次侧线圈的一端通过熔断器FUl与变压器T的中点相接，所述电压互感器TV—次侧线圈的另一端通过熔断器FU2与所述三相熔断器QF2的三相输出端中的任意一相相接，所述电压互感器TV 二次侧线圈的一端与熔断器FU3的一端相接，所述电压互感器TV 二次侧线圈的另一端接地，所述熔断器FU3的另一端为电压互感器3的信号输出端。
[0050]如图3所示，本实施例中，所述电压过零检测电路4包括运放LI，所述运放LI的同相输入端分两路，一路经并联的电阻R12和电容C3接地，另一路经电阻R9与电压互感器3的信号输出端相接;所述运放LI的反相输入端经电阻RlO接地，所述运放LI的输出端经电阻Rll与整流二极管D3的阳极相接，所述整流二极管D3的阴极与微控制器模块I相接。
[0051 ]如图4所示，本实施例中，所述隔离驱动电路15-1包括型号为TLP521的芯片U1、型号为TLP521的芯片U2、型号为TLP521的芯片U3、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3，所述芯片Ul的第2引脚、芯片Ul的第2引脚和芯片U3的第2引脚均与微控制器模块I相接，所述芯片Ul的第3引脚、芯片Ul的第3引脚和芯片U3的第3引脚分别与三极管Ql的基极、三极管Q2的基极和三极管Q3的基极相接。
[0052]如图4所示，本实施例中，所述接触器15-3包括接触器KMl、接触器KM2和接触器KM3。
[0053]如图4所示，本实施例中，所述继电器15-2包括继电器K1、继电器K2和继电器K3，所述继电器Kl的线圈的一端分三路，一路与整流管Dl的阳极相接，另一路经串联的电阻R3和电容Cl接地，第三路与三极管Ql的集电极相接;所述继电器K2的线圈的一端分三路，一路与整流管D2的阳极相接，另一路经串联的电阻R8和电容C2接地，第三路与三极管Q2的集电极相接;所述继电器K3的线圈的一端分三路，一路与整流管D4的阳极相接，另一路经串联的电阻Rl 3和电容C4接地，第三路与三极管Q3的集电极相接;所述继电器KI的线圈的另一端、继电器K2的线圈的另一端、继电器K3的线圈的另一端、整流二极管Dl的阴极、整流二极管D2的阴极和整流二极管D4的阴极均接地，所述继电器Kl的常开触点开关的一端、继电器K2的常开触点开关的一端和继电器K3的常开触点开关的一端均与220V电源的一端相接，所述继电器Kl的常开触点开关的另一端与接触器KMl的线圈的一端相接，所述继电器K2的常开触点开关的另一端与接触器KM2的线圈的一端相接，所述继电器K3的常开触点开关的另一端与接触器KM3的线圈的一端相接，所述接触器KMl的线圈的另一端、接触器KM2的线圈的另一端和接触器KM3的线圈的另一端均与220V电源的另一端相接，所述接触器KMl的常开触点的一端与A相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KMl的常开触点的另一端与滑动电阻Rgl的一个固定端和滑动电阻Rgl的滑动端的连接端相接，所述接触器KM2的常开触点的一端与B相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KM2的常开触点的另一端与滑动电阻Rg2的一个固定端和滑动电阻Rg2的滑动端的连接端相接，所述接触器KM3的常开触点的一端与C相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KM3的常开触点的另一端与滑动电阻Rg3的一个固定端和滑动电阻Rg3的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻Rgl的另一个固定端、滑动电阻Rg2的另一个固定端和滑动电阻Rg3的另一个固定端均接地。
[0054]本实施例中，所述按键操作电路7包括3X 3矩阵键盘，所述3 X 3矩阵键盘的9个输出端均与微控制器模块I相接。
[0055]本实施例中，所述3X 3矩阵键盘包括9个按键，9个所述按键分别为A相漏电故障模拟按键S1、B相漏电故障模拟按键S2、C相漏电故障模拟按键S3、AB两相漏电故障模拟按键S4、BC两相漏电故障模拟按键S5、AC两相漏电故障模拟按键S6、AC两相漏电故障模拟按键S7、ABC三相漏电故障模拟按键S8、合闸角度设置按键S8和漏电模拟电阻箱切除按键S9。
[0056]如图5所示，本实施例中，所述故障指示电路16包括发光二极管DS1、发光二极管DS2和发光二极管DS3，所述发光二极管DSl的阳极、发光二极管DS2的阳极和发光二极管DS3的阳极均与5V电源输出端相接，所述发光二极管DSl的阴极经电阻Rl与微控制器模块I相接，所述发光二极管DS2的阴极经电阻R5与微控制器模块I相接，所述发光二极管DS3的阴极经电阻R7与微控制器模块I相接。
[0057]本实施例中，所述数据存储器17包括芯片AT24C02。
[0058]本实施例中，所述微控制器模块I包括MSP430F149单片机。
[0059]本实用新型使用时，电源模块2为微控制器模块I提供电源，微控制器模块I进入工作状态。电压互感器3实时检测升压电路9-2中升压变压器T的二次侧线圈的相电压，并将采集到的相电压信号经过电压过零检测电路4后发送给微控制器模块I，通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8设置漏电故障点，微控制器模块I将设定的合闸角度与接收到的相电压信号进行比较，当合闸角度到来时，微控制器I输出漏电故障点的控制信号给漏电模拟电阻切换电路，同时通过操作按键操作电路7中的A相漏电故障模拟按键S1、B相漏电故障模拟按键S2、C相漏电故障模拟按键S3、AB两相漏电故障模拟按键S4、BC两相漏电故障模拟按键S5、AC两相漏电故障模拟按键S6或ABC三相漏电故障模拟按键S7选择漏电故障类型，微控制器模块I接收操作按键操作电路7中的输出信号并输出漏电故障类型的控制信号给漏电模拟电阻切换电路，模拟高压电网的各种漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和和A相漏电故障模拟按键SI时，微控制器模块I通过隔离驱动电路15-1控制继电器15-2中的继电器Kl的常开触点闭合，继电器KI的常开触点闭合将接触器KMl的线圈与220V电源接通，接触器KMl的常开触点闭合，将滑动电阻Rgl与A相高压模拟线路接通，模拟出了A相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DSl亮，指示A相漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和B相漏电故障模拟按键S2时，微控制器模块I通过隔离驱动电路15-1控制继电器15-2中的继电器K2的常开触点闭合，继电器K2的常开触点闭合将接触器KM2的线圈与220V电源接通，接触器KM2的常开触点闭合，将滑动电阻Rg2与B相高压模拟线路接通，模拟出了B相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DS2亮，指示B相漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和C相漏电故障模拟按键S3时，微控制器模块I通过隔离驱动电路15-1控制继电器15-2中的继电器K3的常开触点闭合，继电器K3的常开触点闭合将接触器KM3的线圈与220V电源接通，接触器KM3的常开触点闭合，将滑动电阻Rg3与C相高压模拟线路接通，模拟出了C相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DS3亮，指示C相漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和AB两相漏电故障模拟按键S4时，将滑动电阻Rgl和滑动电阻Rg2分别与A相高压模拟线路和B相高压模拟线路接通，模拟出了A、B两相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DSl和发光二极管DS2均亮，指示A、B两相漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和BC两相漏电故障模拟按键S5时，将滑动电阻Rg2和滑动电阻Rg3分别与B相高压模拟线路和C相高压模拟线路接通，模拟出了B、C两相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DS2和发光二极管DS3均亮，指示B、C两相漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和AC两相漏电故障模拟按键S6时，将滑动电阻Rgl和滑动电阻Rg3分别与A相高压模拟线路和C相高压模拟线路接通，模拟出了 A、C两相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DSI和发光二极管DS3均亮，指示A、C两相漏电故障。通过操作按键操作电路7中的合闸角度设置按键S8和ABC三相漏电故障模拟按键S7时，将滑动电阻Rg 1、滑动电阻Rg2和滑动电阻Rg3分别与A相高压模拟线路、B相高压模拟线路和C相高压模拟线路接通，模拟出了A、B、C三相漏电故障；同时，微控制器模块I控制故障指示电路16中的发光二极管DSl、发光二极管DS2和发光二极管DS3均亮，指示A、B、C三相漏电故障。
[0060]在模拟各种漏电故障的过程中，可通过调节滑动电阻Rgl、滑动电阻Rgl和滑动电阻Rg3，动态模拟高压模拟线路11发生不同接地过渡电阻的短路故障，零序电压检测电路5实时检测升压电路9-2中升压变压器T的二次侧线圈的零序电压并将采集到的零序电压发送给微控制器模块I，零序电流检测电路13-1实时检测高压模拟线路11的零序电流并将采集到的零序电流发送给微控制器模块I，相电流检测电路13-2实时检测高压模拟线路11的相电流并将采集到的相电流发送给微控制器模块I，微控制器模块I将接收到的零序电压、零序电流和相电流通过串口通信电路8发送给上位机18，使上位机18获得零序电压、零序电流和相电流数据，并同步储存在数据存储器17中，上位机18对接收到的零序电压、零序电流和相电流数据进行处理，有助于漏电故障的分析研究，为选择漏电保护装置提供依据。微控制器通过液晶触摸屏6对设置的合闸角度进行实时显示，方便查看。当漏电模拟试验完成后，通过操作按键操作电路7中的漏电模拟电阻箱切除按键S9，微控制器模块I接收按键操作电路7所输出的信号并通过隔离驱动电路15-1控制继电器15-2的常开触点断开，继电器15-2的常开触点断开使接触器15-3与220V电源断开，接触器15-3的常开触点断开使漏电模拟电阻箱14断开。
[0061]需要说明的是，本实施例中，仅给出一路高压模拟线路单元的漏电模拟试验，也适用于多路高压模拟线路单元的漏电模拟试验。
[0062]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:包括高压模拟电网单元、漏电模拟控制单元和漏电模拟电阻箱(14)，所述高压模拟电网单元包括高压供电单元和与所述高压供电单元输出端相接的高压模拟线路单元，所述高压供电单元包括380V电压(9-1)和与380V电压(9-1)输出端相接且用于将380V电压变换为6kV电压的升压电路(9-2)，所述高压模拟线路单元包括依次相接的三相断路器(10)、高压模拟线路(11)和负载(12)，所述升压电路(9-2)的输出端与三相断路器(10)的输入端相接，所述漏电模拟控制单元包括微控制器模块(I)、电源模块(2)以及分别与微控制器模块(I)相接的液晶触摸屏(6)、串口通信电路(8)和数据存储器(17)，所述微控制器模块(I)的输入端接有相电压检测模块、零序电压检测电路(5)和用于检测高压模拟线路(11)零序电流的零序电流检测电路(13-1)，以及用于检测高压模拟线路(11)相电流的相电流检测电路(13-2)和用于选择漏电故障类型的按键操作电路(7)，所述微控制器模块(I)的输出端接有漏电模拟电阻切换电路和故障指示电路(16)，所述相电压检测模块包括电压互感器(3)和与所述电压互感器(3)输出端相接的电压过零检测电路(4)，所述漏电模拟电阻切换电路包括依次相接的隔离驱动电路(15-1)、继电器(15-2)和接触器(15-3)，所述电压过零检测电路(4)的输出端与微控制器模块(I)的输入端相接，所述隔离驱动电路(15-1)的输入端与微控制器模块(I)的输出端相接，所述漏电模拟电阻箱(14)通过接触器(15-3)与高压模拟线路(11)的输出端相接，所述串口通信电路(8)与上位机(18)进行双向通信； 所述高压模拟线路(11)包括A相高压模拟线路、B相高压模拟线路和C相高压模拟线路，所述A相高压模拟线路包括电阻RAl、电阻RAll、电阻RA12、电容CAll、电容CA12和电感LAl，所述电阻RAl的一端分两路，一路经并联的电阻RAll和电容CAll接地，另一路为A相高压模拟线路的一端;所述电阻RAl的另一端与电感LAl的一端相接，所述电感LAl的另一端分两路，一路经并联的电阻RA12和电容CA12接地，另一路为A相高压模拟线路的另一端;所述B相高压模拟线路包括电阻RBl、电阻RB 11、电阻RBl 2、电容CB11、电容CB12和电感LBl，所述电阻RBl的一端分两路，一路经并联的电阻RBll和电容CBll接地，另一路为B相高压模拟线路的一端;所述电阻RBl的另一端与电感LBl的一端相接，所述电感LBl的另一端分两路，一路经并联的电阻RB12和电容CB12接地，另一路为B相高压模拟线路的另一端;所述C相高压模拟线路包括电阻RCl、电阻RCll、电阻RC12、电容CCll、电容CC12和电感LCl，所述电阻RCl的一端分两路，一路经并联的电阻RCll和电容CCll接地，另一路为C相高压模拟线路的一端;所述电阻RCl的另一端与电感LCl的一端相接，所述电感LCl的另一端分两路，一路经并联的电阻RCl 2和电容CCl 2接地，另一路为C相高压模拟线路的另一端;所述漏电模拟电阻箱(14)包括滑动电阻Rgl、滑动电阻Rg2和滑动电阻Rg3。2.按照权利要求1所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述零序电流检测电路(13-1)包括零序电流互感器和与所述零序电流互感器输出端相接且用于将电流信号转换为电压信号的第一转换电阻，所述相电流检测电路(13-2)包括电流互感器和与所述电流互感器输出端相接且用于将电流信号转换为电压信号的第二转换电阻，所述负载(12)为三相异步电动机。3.按照权利要求1或2所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述升压电路(9-2)包括三相断路器QFl、升压变压器T和三相断路器QF2，所述三相断路器QFl的三相输入端分别与380V电压(9-1)的三相输出端相接，所述升压变压器T的一次侧线圈的三相输入端分别与三相断路器QFl的三相输出端相接，所述升压变压器T的二次侧线圈的三相输出端与三相断路器QF2的三相输入端相接。4.按照权利要求3所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述零序电压检测电路(5)包括三相电抗器SK和零序电压互感器LK，所述三相电抗器SK的三相输入端分别与所述三相断路器QF2的三相输出端相接，所述三相电抗器SK的三相输出端均与零序电压互感器LK 一次侧线圈的一端相接，所述零序电压互感器LK 一次侧线圈的另一端接地，所述零序电压互感器LK 二次侧线圈的一端为零序电压互感器LK的输出端且与微控制器模块(I)相接，所述零序电压互感器LK 二次侧线圈的另一端接地。5.按照权利要求1或2所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述电压互感器(3)包括电压互感器TV，所述电压过零检测电路(4)包括运放LI，所述运放LI的同相输入端分两路，一路经并联的电阻R12和电容C3接地，另一路经电阻R9与电压互感器(3)的信号输出端相接;所述运放LI的反相输入端经电阻RlO接地，所述运放LI的输出端经电阻Rl I与整流二极管D3的阳极相接，所述整流二极管D3的阴极与微控制器模块(I)相接。6.按照权利要求1或2所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述隔离驱动电路(15-1)包括型号为TLP521的芯片U1、型号为TLP521的芯片U2、型号为TLP521的芯片U3、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3，所述芯片Ul的第2引脚、芯片Ul的第2引脚和芯片U3的第2引脚均与微控制器模块(I)相接，所述芯片Ul的第3引脚、芯片Ul的第3引脚和芯片U3的第3引脚分别与三极管Ql的基极、三极管Q2的基极和三极管Q3的基极相接;所述接触器(15-3)包括接触器KMl、接触器KM2和接触器KM3。7.按照权利要求6所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述继电器(15-2)包括继电器K1、继电器K2和继电器K3，所述继电器Kl的线圈的一端分三路，一路与整流管DI的阳极相接，另一路经串联的电阻R3和电容Cl接地，第三路与三极管QI的集电极相接;所述继电器K2的线圈的一端分三路，一路与整流管D2的阳极相接，另一路经串联的电阻R8和电容C2接地，第三路与三极管Q2的集电极相接;所述继电器K3的线圈的一端分三路，一路与整流管D4的阳极相接，另一路经串联的电阻R13和电容C4接地，第三路与三极管Q3的集电极相接;所述继电器Kl的线圈的另一端、继电器K2的线圈的另一端、继电器K3的线圈的另一端、整流二极管Dl的阴极、整流二极管D2的阴极和整流二极管D4的阴极均接地，所述继电器KI的常开触点开关的一端、继电器K2的常开触点开关的一端和继电器K3的常开触点开关的一端均与220V电源的一端相接，所述继电器Kl的常开触点开关的另一端与接触器KMl的线圈的一端相接，所述继电器K2的常开触点开关的另一端与接触器KM2的线圈的一端相接，所述继电器K3的常开触点开关的另一端与接触器KM3的线圈的一端相接，所述接触器KMl的线圈的另一端、接触器KM2的线圈的另一端和接触器KM3的线圈的另一端均与220V电源的另一端相接，所述接触器KMl的常开触点的一端与A相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KMl的常开触点的另一端与滑动电阻Rgl的一个固定端和滑动电阻Rgl的滑动端的连接端相接，所述接触器KM2的常开触点的一端与B相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KM2的常开触点的另一端与滑动电阻Rg2的一个固定端和滑动电阻Rg2的滑动端的连接端相接，所述接触器KM3的常开触点的一端与C相高压模拟线路的另一端相接，所述接触器KM3的常开触点的另一端与滑动电阻Rg3的一个固定端和滑动电阻Rg3的滑动端的连接端相接，所述滑动电阻Rgl的另一个固定端、滑动电阻Rg2的另一个固定端和滑动电阻Rg3的另一个固定端均接地。8.按照权利要求1或2所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述按键操作电路(7)包括3X3矩阵键盘，所述3X3矩阵键盘的9个输出端均与微控制器模块(I)相接。9.按照权利要求1或2所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述故障指示电路(16)包括发光二极管DS1、发光二极管DS2和发光二极管DS3，所述发光二极管DSl的阳极、发光二极管DS2的阳极和发光二极管DS3的阳极均与5V电源输出端相接，所述发光二极管DSl的阴极经电阻Rl与微控制器模块(I)相接，所述发光二极管DS2的阴极经电阻R5与微控制器模块(I)相接，所述发光二极管DS3的阴极经电阻R7与微控制器模块(I)相接。10.按照权利要求1或2所述的矿井高压电网漏电模拟试验系统，其特征在于:所述数据存储器(17)包括芯片AT24C02，所述微控制器模块(I)包括MSP430F149单片机。
【文档编号】G01R31/02GK205484642SQ201620231673
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】赵建文, 刘永佳, 梁静, 刘鹏, 赵斌, 黄永平, 方子朝, 张广骁, 张乃元, 李春辉
【申请人】西安科技大学