矿井高压智能开关保护装置的制作方法

专利名称：矿井高压智能开关保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于矿井使用的高压电气设备，特别涉及一种矿井高 压智能开关保护装置。
背景技术：
矿井高压隔爆馈电开关是煤矿井下供电系统的重要设备，应用量 大面广，其性能的优劣直接影响煤矿安全生产，目前，煤矿井下应用 的高压馈电开关存在的主要问题是漏电保护功能的选择性和可靠性 差，给生产造成不安全隐患。 发明内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种能对系统自 动判断出发生漏电、过载、短路、过压、欠压等故障的线路，并具有 监视故障记录，及网络通信功能的矿井高压智能开关保护装置。
本实用新型解决技术问题采用的技术方案是 一种由零序电压变
逆器电路、相电流变送电路、绝缘监视电路、CAN总线接口电路、 输出功率放大电路、零序电流变送器电路和人机接口电路组成的矿井 高压智能开关保护装置，其特点在系统中设置了主控电路和复式电源 电路；主控电路包括ATMEGA-128Y单片机U6、接口 H12、晶体振 荡器OSC2、电感Lg、三极管Qr^6、发光二极管DS广DS" 二极管 D13~D21、电阻R49 R^、电解电容<:25和电容C26、 C34《37;单片机
176的11、 12脚分别接人机接口电路中的DISPLAR液晶显示器l^的 4、 3脚。25 29脚分别接波段开关SW8 SW12的8脚；30-32脚分 别接Rs7、 R55、 Rs3的一端，8、 9、 33、 34、 43脚分别接CAN总线 接口电路中的SIA1000协议芯片U3B的17、 16、 6、 5、 3脚，20脚
接R64的一端、q6的集电极、C35的一端和H,2的2脚，23脚接DSC2
的1脚和C36的一端，24脚接DSC2的2脚和C37的一端，C36、 C37 的另一端相接，DSC2的3脚和地，63、 53、 22脚接地，62脚接C26 一端，C26另一端接地，64脚接Lg—端，52、 21脚接C34 —端、Lg 另一端和电源，Cs4另一端接地，61 54脚分别接SWs SW,2的0 7 脚，42~35脚分别接CAN总线接口电路中的SIAIOOOCAN总线协议 芯片U犯的2、 1、 28~23脚，44脚接R6o的一端，R6。另一端接Q2的
基极，Q2的集电极接DS4、 D^和D2。的一端，DS4的另一端接R外一
端，D^的另一端接Rs9的另一端，Q2的发射极接D2。的另一端和地。 45脚接输出功率放大电路中的电阻R4o的一端，47脚接绝缘监视电 路中的稳压二极管DZ3、电容CV Ch)、电阻Rw、 S2、 R35、 二极管 D6、 D7的一端和地，48脚接相电流变送电路中的电阻R32、 R33、 DZ7、 Du的一端和地，49脚接Rn、 R18， 50脚接零序电流变送器电路中的 电阻R5,—端和运算放大器Lu)的l脚，51脚接零序电压变送器电路 中的电阻R10的一端和运算放大器L3的1脚；Q3的基极接R53另 一端, 集电极接DS" D13、 D"的一端，DSi的另一端接Rs4的一端，1154的 另一端接Du另一端，发射极接D"的另一端和地；q4的基极接Rs5 的另一端，集电极接DS2、 D15、 D^的一端，1^2的另一端接1156的
一端，&6的另一端接Dw的另一端，发射极接D^的另一端和地； Qs的基极接Rs7的另一端，集电极接DSs、 D17、 D^的一端，D&的 另一端接Rs8的一端，Rs8的另一端接Dn的另一端，发射极接D,8的 另一端和地；Q6的基极接R65—端，发射极接<:35另一端、Hb的1
脚、D21、 R63—端和地，R63的另一端接D^、 R^另一端和(325的负极， C25的正极接R^4另一端和电源。
复式电源电路包括接口 H广He、电流互感器T"变压器IV 三端集成稳压器U3~U5、整流桥DD广DD6、稳压二极管DZ4 DZ6、 二极管D"、 D23、电解电容d广d4、 C16、 C18、 C19、 Q广C23和电容 C15、 C17、 C2Q; 的1脚接T3的1脚，的2脚接T3的2脚；T3 的3脚接DD,的1脚，4脚接DD!的2脚；DD,的3脚接C 的负 极和24伏电源和地，4脚接Cu正极和+24伏电源；T3的5脚接DD2 的1脚，6脚接DD2的2脚，DD2的3脚接d2的负极和-12V电源， 4脚接Cu的正极和+12V电源，9脚接12VGND; T3的7脚接DD3 的l脚，8脚接DDs的2脚，DD3的3脚接d3的负极和5伏电源和 地，4脚接Cu的正极和+5V电源；H2的1脚接T4的1脚，2脚接 丁4的2脚；T4的3脚接DD4的1脚，4脚接DD4的2脚；DD4的3 脚接DZ4的一端、C"的负极和H3的2脚，4脚接DZ4的另一端、C14 正极和H3的1脚；T4的5脚接DD5的1脚，6脚接DD5的2脚，DD5 的3脚接DZs、 Cn的一端、Ci8的负极和U4的2脚，4脚接025的另 一端、Cis—端、d6正极和U3的l脚，ds另一端接Cn另一端，C16
的负极接C,8的正极;U3的3脚接C22的正极D22的一端和H4的l脚，2脚接U4的l脚；114的3脚接C23的负极、D23的一端和Hs的2脚，
C22的负极接C23的正极，D22的另一端接Da另一端；T4的9脚接
H4的2脚和Hs的1脚；丁4的7脚接DDe的1脚，8脚接DDe的2 脚；DD6的3脚接DZ6的一端，(319负极、<:20—端，115的2脚，C21 的负极和&的2脚，4脚接DZ6的另一端，C,9的正极、C加的另一
端和U5的1脚，U5的3脚接C2,正极和H6的l脚。
本实用新型的有益效果是该保护装置具有自动的对系统发生 的漏电、过载、短路、过压、欠压等故障进行判断功能，并具有监视、 故障记录、及网络通信功能；选择性好，可靠性高。以下结合附图以实施例具体说明。


图1示矿井高压智能开关保护装置的框图。
图2示图1的零序电压变逆器电路原理图。
图3示图1的相电流变送电路原理图。
图4示图1的绝缘监视电路原理图。
图5示图1的复式电源电路原理图。
图6示图1的CAN总线接口电路原理图。
图7示图1的输出功率放大电路原理图。
图8示图1的零序电流变送器电路原理图。
图9示图1的人机接口电路原理图。
图IO示图1的主控电路原理图。
图中，l-零序电压变送器电路原理图；2-相电流奕送电路原理图; 3-绝缘监视电路原理图；4-复式电源电路原理图；5-CAN总线接口电 路原理图；6-输出功率放大电路原理图；7-零序电流变送器电路原理 图；8-人机接口电路原理图；9-主控电路原理图；U广DISPLAY液晶 显示器；U2-LM285D-1.2基准电压源；113~115-三端集成稳压器； U6-ATMEGA-128单片机；U7-LM285D1.2基础电压源； U8-PCAS2C250CAN总线接口芯片；U3B-SIA1000CAN总线协议芯片； L广LnrLM224AD运算放大器；H广H!2-接口 ； T广1V电流互感器；T4-变压器；DD广DD6-整流桥；OSd、 OSC2-晶体振荡器；J-继电器； Q广Q6-三极管；DZ广DZs-稳压二极管；DS广DS4-发光二极管；St、 S2-开关；D广Dn、 D!广D25画二极管；C广Q、 CU~C14、 Ci6、 C18、 C19、 C25、 (:30~033-电解电容；C9、 C10、 C26、 C28、 C29、 <:34 (:37誦电容;R, R12、
Rn R65-电阻。
具体实施方式

参照附图， 一种矿井高压智能开关保护装置由零序电压变逆器电 路l、相电流变送电路2、绝缘监视电路3、 CAN总线接口电路5、 零序电流变送器电路7和人机接口电路8组成，其特点是在系统中设 置了主控电路9和复式电源电路4;主控电路9包括(见附图10): ATMEGA-128单片机U6、接口 H9、晶体振荡器OSC2、电感Lg、三
极管Q2 Q6、发光二极管DS广DS4、 二极管Du D^、电阻R49 R65、
电解电容(:25和电容<:26、 C33~C37;单片机U6的11、 12脚分别接人 机接口电路8中的DISPLAR液晶显示器Ui的4、 3脚，25 29脚分 别接波段开关SW8 SW12的8脚；30 32脚分别接R57、 R55、 R53的一端，8、 9、 33、 34、 43脚分别接CAN总线接口电路5中的SIA1000 协议芯片U3B的17、 16、 6、 5、 3脚，20脚接R^的一端、q6的集 电极、C35的一端和H^的2脚，23脚接DSC2的1脚和C36的一端， 24脚接DSC2的2脚和C37的一端，C36、 C37的另一端相接，DSC2的 3脚和地，63、 53、 22脚接地，62脚接<:26—端，<:26另一端接地， 64脚接Lg—端，52、 21脚接C34—端、Lg另一端和电源，(:34另一 端接地，61~54脚分别接SW8~SW12的0~7脚，42~35脚分别接CAN 总线接口电路5中的SIA1000CAN总线协议芯片U3B的2、 1 、 28~23 脚，44脚接R6o的一端，R6o另一端接Q2的基极，q2的集电极接DS4、 D,9和D2o的一端，DS4的另一端接Rs9—端，D^的另一端接R外的另 一端，Q2的发射极接D加的另一端和地。45脚接输出功率放大电路6 中的电阻R4o的一端，47脚接绝缘监视电路3中的稳压二极管DZ3、 电容C9、 C1()、电阻R37、 S2、 R35、 二极管D6、 D7的一端和地，48 脚接相电流变送电路2中的电阻1132、 R33、 DZ7、 Du的一端和地，49 脚接Rn、 R18， 50脚接零序电流变送器电路7中的电阻R^—端和运 算放大器Lh)的l脚，51脚接零序电压变送器电路1中的电阻Ru)的 一端和运算放大器L3的1脚；Q3的基极接R53另 一端，集电极接DS" D13、 D"的一端，DS,的另一端接Rs4的一端，RM的另一端接D,3另 一端，发射极接D"的另一端和地；q4的基极接Rs5的另一端，集电 极接DS2、 D15、 D,6的一端，DS2的另一端接Rs6的一端，&6的另一 端接D"的另一端，发射极接Dw的另一端和地；Qs的基极接R57的 另一端，集电极接DS3、 D17、 Dw的一端，DS3的另一端接1158的一
端，R化的另一端接Dn的另一端，发射极接D,8的另一端和地；Q6
的基极接R65—端，发射极接C35另一端、H,2的l脚、D21、 &3—端 和地，R63的另一端接Du、 R65另一端和C25的负极，C25的正极接R64 另一端和电源。
复式电源电路4(见附图5)包括接口H广H6、电流互感器T3、 变压器T4、三端集成稳压器U3~U5、整流桥DD广DD6、稳压二极管 DZ4~DZ6、 二极管D22、 D23、电解电容C『C"、 C16、 C18、 C19、 C『C23 和电容C15、 C17、 C2o; 的1脚接T3的1脚，&的2脚接T3的2 脚；丁3的3脚接DD,的1脚，4脚接DD,的2脚；DD,的3脚接C 的负极和24伏电源和地，4脚接Cn正极和+24伏电源；T3的5脚 接DD2的l脚，6脚接DD2的2脚，DD2的3脚接d2的负极和-12V 电源，4脚接d2的正极和+12V电源，9脚接12VGND; T3的7脚接 DD3的1脚，8脚接DD3的2脚，DD3的3脚接d3的负极和5伏电 源和地，4脚接d3的正极和+5V电源；H2的1脚接T4的1脚，2脚 接T4的2脚；T4的3脚接DD4的l脚，4脚接DD4的2脚；DD4的 3脚接DZ4的一端、Cw的负极和H3的2脚，4脚接DZ4的另一端、 C"正极和H3的1脚；T4的5脚接DDs的l脚，6脚接DDs的2脚， DDs的3脚接DZs、 Cn的一端、C18的负极和U4的2脚，4脚接025 的另一端、ds—端、Cw正极和U3的l脚，ds另一端接Cn另一端， C16的负极接C18的正极；U3的3脚接C22的正极D22的一端和H4的1 脚，2脚接U4的l脚；114的3脚接CB的负极、023的一端和115的 2脚，(:22的负极接(:23的正极，022的另一端接023另一端；T4的9
脚接H4的2脚和Hs的l脚；14的7脚接DD6的1脚，8脚接DD6 的2脚；DD6的3脚接DZ6的一端，<:19负极、(320—端，115的2脚， C^的负极和H^的2脚，4脚接DZ6的另一端，Cw的正极、C加的另
一端和Us的l脚，Us的3脚接C^正极和H6的l脚。
零序电压变送器电路l (见附图2)包括LM285D-1.2基准电压 源112、 LM224AD运算放大器L! L3、接口 H 、电阻R广R^、稳压 二极管DZp 二极管Dt、 D2和电解电容C广C4; U2的8脚接R9、 R12 的一端，4脚接地，R9的另一端接+12V电源；L3的2脚接R7、 R8 的一端，3脚接Rn—端和R,2的另一端，4脚接+12V电源，5脚接 Rn、 Rm另一端DZ,的一端和地，DZ,的另一端接Rs的另一端，R7 另一端接L2的1、 2脚和Q的负极；L2的3脚接C4的正极和Rs的一 端，4脚接+12V电源，5脚接-12V电源，Q的负极接地，C3的正极 接Rs另一端，R4—端，R4另一端接Q的负极和L,的1、 2脚；L, 的3脚接C2的正极和R3的一端，4脚接+12V电源，5脚接-12V电源，
C2的负极接地，d的正极接R3的另一端、R2的一端，R2的另一端接
R6、 R,、 Dp D2—端和Hu的l脚，4、 5脚分别接+、 -12V电源， R。 R6另一端接地，D。 D2的另一端分别接-、十12V电源。
相电流变送器电路2 (见附图3)包括接口&、 H8、电流互感 器T" T2、 LM224AD运算放大器L4~L7、 二极管D3~D5、 E>9~D 、 稳压二极管DZ2、 DZ7、电解电容C5~C8、 (:24~(:27和电阻R17 R33; H7的1、 2脚接T,的1、 2脚；T!的3脚接R22、 R21、 R19、 D4、 D5 一端，4脚接R22、 R21另一端和地，D4、 Ds另一端分别+、 -12V电
源；Ls的l脚接2脚、R23—端和Q的负极，3脚接Q的正极和R20 一端，C6负极接地，R2。另一端接C5正极和R,9另一端，4、 5脚接+、 -12V电源；L4的l脚接2脚、R25—端和C7的负极，3脚接Q正极、
R24—端，Cs负极接地，C7正极接R22、 R24的另一端，4、 5脚接+、
-12V电源；R25另一端接Rw另一端和D3、 DZ2—端，D3、 DZz另一 端接Rn另一端和地；Hg的1、 2脚接T2的1、 2脚；T2的3脚接R26、 R34、 R27、 D9、 D,o的一端，4脚接R26、 &4另一端和地；U的l脚接
2脚、R29—端和C24的负极，3脚接C25正极、R28—端，C25负极接
地，1128另一端接(:24正极和1127另一端，4、 5脚接+、 .12V电源；L7
的1脚接2脚、C26的负极和Rw—端，3脚接C27的正极和R30的一 端，C"负极接地，R30的另一端接C26正极和R29另一端，4、 5脚接
+、 -12V电源；1131另一端接1132、另一端、D 、 DZ7的一端，D 、 D27的另 一端接R33另 一端和地。
绝缘监视电路3 (见附图4)包括开关S。 S2、 二极管D6、 D7、
稳压二极管DZ3、电容C9、 d。和电阻R3广R37;开关Si的2脚接R3s 一端，3脚接R36—端和S2的一端，S2的另一端接R35另一端、R37、 C10、 DZ3的另一端，D7的另一端接地，D6的另一端接R^、 Q的另
一端和12V电源。
CAN总线接口电路5 (见附图6)包括PCAS2C250CAN总线 接口芯片Us、 SIA1000CAN总线协议芯片U3B、接口 H9、晶体振荡 器OSd、电容(:28、 (:29和电阻1138、 R39; 118的1脚接U犯的19脚， 2脚接U3b的13脚，3脚接R38的一端，4脚接R39—端，H9的l、 2
脚分别接R39、 R化的另一端；U3B的9脚接OSd的l脚、C28—端，
10脚接OSd的2脚、C29的一端，OSd的3脚接地，C28、 <:29另一
端相接。
输出功率放大电路6 (见附图7)包括继电器J、三极管Qp 二极管Ds和电阻R4o; J的l脚接Ds—端和12V电源，2脚接08另 一端和Q,的集电极，3脚接开关；(^的基极接R4o另一端，发射极接 地。
零序电流变送器电路7 (见附图8)包括LM285DL2基础电压 源U7、 LM224AD运算放大器L8~L1()、接口 H1()、 二极管D24、 D25、
稳压二极管DZs、电解电容C『C33和电阻R4广R5i; U7的8脚接R46、
R48—端，4脚接地，R46另一端接+12V电源；L,o的2脚接R49、 R50 一端，3脚接R47—端、R48另一端，4脚接+12V电源，5脚接Rw、 R47另一端、DZs—端和地，DZ8另一端接Rs。另一端；U的l脚接2
脚、R49另一端和C32的负极，3脚接C33正极、R45—端，C33负极接 地，R45另一端接C32正极和R44—端；Lg的1脚接2脚和C3。负极， 3脚接C3i正极接R43—端，C31的另一端接地，R43的另一端接C30 正极和R42—端，R42的另一端接R^、 D24、 D25—端和Hh)的l脚，
R4i另一端接地，D24、 D25另一端接-、十12V电源。
人机接口电路8(见附图9)包括DISPLAY液晶显示器U。波 段开关SW8~SW12和电阻1152; U!的l脚接Rs2—端，仗52另一端接 电源，2脚接地。
该系统结构如何附图1所示，系统以主控电路9AVR高速单片机
STMEGA128为控制核心，用零序电压和零序电流电路检测电网信号 经低通滤波送入单片机116的AD转换器中，完成模数转换后由单片 机U6进行数据处理并完成相应的判断，从而控制输出和进行远程通
信；为确保可靠供电釆用复式电源。系统与远程终端通信基于CAN 总线方式。
权利要求1、一种矿井高压智能开关保护装置，由零序电压变逆器电路(1)、相电流变送电路(2)、绝缘监视电路(3)、CAN总线接口电路(5)、零序电流变送器电路(7)和人机接口电路(8)组成，其特征在于在系统中设置了主控电路(9)和复式电源电路(4)；主控电路(9)包括ATMEGA-128单片机U6、接口H9、晶体振荡器OSC2、电感Lg、三极管Q2～Q6、发光二极管DS1～DS4、二极管D13～D21、电阻R49～R65、电解电容C25和电容C26、C33～C37；单片机U6的11、12脚分别接人机接口电路(8)中的DISPLAR液晶显示器U1的4、3脚。25～29脚分别接波段开关SW8～SW12的8脚；30～32脚分别接R57、R55、R53的一端，8、9、33、34、43脚分别接CAN总线接口电路(5)中的SIA1000协议芯片U3B的17、16、6、5、3脚，20脚接R64的一端、Q6的集电极、C35的一端和H12的2脚，23脚接DSC2的1脚和C36的一端，24脚接DSC1的2脚和C37的一端，C36、C37的另一端相接，DSC2的3脚和地，63、53、22脚接地，62脚接C26一端，C26另一端接地，64脚接Lg一端，52、21脚接C34一端、Lg另一端和电源，C34另一端接地，61～54脚分别接SW8～SW12的0～7脚，42～35脚分别接CAN总线接口电路(5)中的SIA1000CAN总线协议芯片U3B的2、1、28～23脚，44脚接R60的一端，R60另一端接Q2的基极，Q2的集电极接DS4、D19和D20的一端，DS4的另一端接R59一端，D19的另一端接R59的另一端，Q2的发射极接D20的另一端和地。45脚接输出功率放大电路(6)中的电阻R40的一端，47脚接绝缘监视电路3中的稳压二极管DZ3、电容C9、C10、电阻R37、S2、R35、二极管D6、D7的一端和地，48脚接相电流变送电路(2)中的电阻R32、R33、DZ7、D11的一端和地，49脚接R17、R18，50脚接零序电流变送器电路(7)中的电阻R51一端和运算放大器L10的1脚，51脚接零序电压变送器电路(1)中的电阻R10的一端和运算放大器L3的1脚；Q3的基极接R53另一端，集电极接DS1、D13、D14的一端，DS1的另一端接R54的一端，R54的另一端接D13另一端，发射极接D14的另一端和地；Q4的基极接R55的另一端，集电极接DS2、D15、D16的一端，DS2的另一端接R56的一端，R56的另一端接D15的另一端，发射极接D16的另一端和地；Q5的基极接R57的另一端，集电极接DS3、D17、D18的一端，DS3的另一端接R58的一端，R58的另一端接D17的另一端，发射极接D18的另一端和地；Q6的基极接R65一端，发射极接C35另一端、H12的1脚、D21、R63一端和地，R63的另一端接D21、R65另一端和C25的负极，C25的正极接R64另一端和电源。
2、根据权利要求1所述的矿井高压智能开关保护装置，其特征 在于复式电源电路(4)包括接口H广H6、电流互感器T"变压器 T4、三端集成稳压器U3 U5、整流桥DD广DD6、稳压二极管DZ4~DZ6、 二极管022、 D23、电解电容dH^、 C16、 C18、 C19、 C2广C23和电容 C15、 C17、 C2。； 的1脚接T3的1脚，&的2脚接T3的2脚；T3 的3脚接DDi的1脚，4脚接DD,的2脚；DD,的3脚接Cu的负 极和24伏电源和地，4脚接Cu正极和+24伏电源；T3的5脚接DD2的1脚，6脚接DD2的2脚，DD2的3脚接Cu的负极和-12V电源， 4脚接C!2的正极和+12V电源，9脚接12VGND; T3的7脚接DD3 的l脚，8脚接DD3的2脚，DD3的3脚接C,3的负极和5伏电源和 地，4脚接Cu的正极和+5V电源；H2的1脚接丁4的1脚，2脚接 A的2脚；丁4的3脚接DD4的1脚，4脚接DD4的2脚；DD4的3 脚接DZ4的一端、C"的负极和H3的2脚，4脚接DZ4的另一端、C14 正极和H3的1脚；T4的5脚接DD5的1脚，6脚接DD5的2脚，DD5 的3脚接DZs、 Cn的一端、ds的负极和U4的2脚，4脚接025的另一端、C"一端、d6正极和U3的l脚，C!s另一端接Cn另一端，C16的负极接C18的正极;U3的3脚接C22的正极D22的 一端和H4的1脚， 2脚接U4的l脚；U4的3脚接C23的负极、D23的一端和Hs的2脚， <:22的负极接(:23的正极，D22的另一端接D23另一端；T4的9脚接 H4的2脚和Hs的l脚；丁4的7脚接DD6的1脚，8脚接DD6的2 脚；DD6的3脚接DZ6的一端，(319负极、C2o—端，115的2脚，C21 的负极和H6的2脚，4脚接DZ6的另一端，C,9的正极、C2o的另一 端和Us的l脚，Us的3脚接C^正极和H6的l脚。
专利摘要本实用新型属于矿井使用的高压电气设备，特别涉及一种矿井高压智能开关保护装置，由零序电压变逆器电路(1)、相电流变送电路(2)、绝缘监视电路(3)、CAN总线接口电路(5)、零序电流变送器电路(7)和人机接口电路(8)组成，在系统中设置了主控电路(9)和复式电源电路(4)；主控电路(9)包括ATMEGA-128单片机U₆、接口H₉、晶体振荡器OSC₂、电感Lg、三极管Q₂～Q₆、发光二极管DS₁～DS₄、二极管D₁₃～D₂₁、电阻R₄₉～R₆₅、电解电容C₂₅和电容C₂₆、C₃₃～C₃₇；该保护装置具有自动的对系统发生的漏电、过载、短路、过压、欠压等故障进行判断功能，选择性好，可靠性高。
文档编号H02H3/32GK201063435SQ20072001257
公开日2008年5月21日 申请日期2007年6月12日 优先权日2007年6月12日
发明者振 吕, 寇玉生, 张国军, 李春光, 郭凤仪 申请人:辽宁工程技术大学