专利名称：一种用于防爆开关的多功能选漏保护模块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电网故障检测、继电保护与电气安全领域，具体涉及中性点不直 接接地的工矿企业380V、660V、1140V低压电网及3300V中压电网的一种用于防爆开关的多 功能选漏保护模块。
背景技术：
我国矿井低压漏电保护在20世纪80年代之前都是无选择性的，即采区低压电网 任何一处发生漏电都由接入电网唯一一台检漏继电器(如JY-82、几82等)作用于总馈电 开关跳闸，造成低压全电网停电。为此，1986年，我国将“井下电网漏电保护系统及装置的研 究”列为国家“七五”科技攻关任务。到1990年前后，我国开始有了有选择性的井下低压漏 电保护装置，并直接安装在各个低压防爆馈电开关内，这是我国煤矿漏电保护技术的进步， 但采区变电所低压总馈电开关仍采用传统的附加直流电源无选择性漏电保护。近二十年过去了，我国矿井由低压防爆馈电开关中的漏电保护装置构成的井下低 压漏电保护系统依然停留在上世纪90年代初的水平，其主要缺点与问题有五项第一，分 馈电开关中的漏电保护，技术原理陈旧，功能单一，且选漏准确率不高，一般达不到60 %，存 在严重的多选、漏选或错选现象；第二，矿井低压电网中有50%概率的漏电故障要靠总检 漏保护无选择性地延时动作，造成全采区总停电，且延时动作时间通常在300 500ms，直 接影响30mA-S安全值；第三，矿用低压防爆馈电开关通常带4个供电力电缆接线的大喇叭 口，其中除2个大喇叭口用作母线进出外，其余2个大喇叭口可以分别用作不同负荷或不同 配电点的馈出线，但现有低压馈电开关的低压选漏保护都不具备区分两路馈出线漏电故障 的功能；第四，现有各分馈电开关之间的横向选漏保护普遍采用零序功率方向选漏原理， 由此构成的选漏保护系统必须把长期以来一直使用的零序电抗器予以废除，使低压电网单 相漏电的电容性电流得不到补偿，从而增大了人身触电伤亡的危险性及引发瓦斯爆炸的可 能性；第五，现行总馈电开关中的总检漏保护只能做简单的无选择性的延迟“后备保护”，实 际上总检漏保护还担当三相对地绝缘对称下降到危险值的“三相对称漏电”保护和“电源母 线侧人身触电或单相漏电的保护”，但现行的总检漏保护不具备分辨这三种不同类型漏电 故障的功能。针对上述情况，申请人基于专利号为ZL02110276. 7的发明专利“小电流接地系统 单相接地选线方法与装置”于2005年进行技术创新，取得进展，又申请两项发明专利，即 专利号为ZL200510042067. 2的“矿井低压电网时序鉴别选漏方法及保护器”和专利号为 ZL200510044820. 1的“矿井低压电网选漏保护系统的接地补偿方法”，使我国矿井低压选漏 保护技术向前推进了一步，并已取得实效；但这两项专利成果只解决了上述五项“主要缺点 与问题”中的一半，即第一项和第四项，以及第二项的一部分，其余两项多缺点与问题依然 存在，没有解决。
发明内容为了全面解决上述五项缺点与问题，本实用新型在已获得的三项发明专利 ZL02110276. 7.ZL200510042067. 2 和 ZL200510044820. 1 的基础上，提供一种用于防爆开关 的多功能选漏保护模块，既可用于工矿低压电网的分路防爆馈电开关，也可用于工矿低压 电网的防爆型总馈电开关，此外，经适当功能扩展，还可用于防爆型组合开关和防爆型负荷 中心。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下零序电压Utl和零序电流iQ的提取方法与ZL200510042067. 2类同，略有改进；单相 漏电的检选方法采用ZL02110276. 7提出的“零序基波时序鉴别法”；为了限制单相接地漏 电电流，还采用ZL200510044820. 1提出的零序电抗器分散补偿方法。包含有从三相电抗器中性点对地经电容隔直、变压器降压取出的零序电压U。、从 两路馈出线上安装的零序电流互感器二次回路取出的零序电流^和、2和多功能选漏时序 鉴别器ASIC，还包含有绝缘电阻动作值直流检测信号Udz，零序电压Utl分为2组后分别与滤 波电路连接，输出的信号分解为正负半波并分别与顺次连接的移相电路、整形电路、光耦电 路和ASIC连接，两路零序电流Itll和、2分别与滤波电路连接，输出的信号分解为正负半波 并分别与顺次连接的鉴幅电路、整形电路、光耦电路和ASIC连接，Udz与ASIC连接，ASIC内 设置包含有“馈出线单相漏电‘XL’”、“母线单相漏电‘MXLD’”、“三相对称漏电‘SXLD’”、漏 电故障的“总检后备保护‘ZJHB’，，的输出信号，上述信号XL、MXLD、SXLD和ZJHB分别与JSJ 接口电路和LED灯显接口电路的驱动电路连接、并由JSJ接口电路和LED灯显接口电路输 出，“跳闸‘TZ’ ”信号与光耦电路及跳闸驱动电路连接并输出。本实用新型具有如下积极效果(1)、本实用新型将时序鉴别方法所需的基准电压Ucu由以前的1个增为4个，使每 工频周期可进行4次时序鉴别(以前仅为1次)，从而确保两路馈出线选漏保护的准确可 靠，并将动作时间缩短为小于30ms (带零序电抗器补偿的，允许< 80ms)，保证了井下人员 触及低压电网的安全性，并且不论该低压电网是否具有零序电抗器补偿功能，也不论零序 电抗器是处于欠补偿还是过补偿状态。(2)、本实用新型具备两路馈出线的选漏功能，从而能充分发挥现有矿用低压防爆 馈电开关四个大喇叭口的功用，让其中2个大喇叭口用于电源母线进出，另两个大喇叭口 用作两个负荷或两个配电点的电力馈出线，进而使一台馈电开关具备两台馈电开关的功 效。例如一个采区变电所如有6路馈出线，为了实现选漏保护，若采用常规方案，则需要1 台总馈电开关和6台分路馈电开关，而采用本方案只需一台总馈电开关和3台分路馈电开 关，可直接省去3台分路防爆馈电开关。(3)、本实用新型将“母线单相漏电保护”从通常的“总检漏保护”中分解出来，不 仅使故障点寻找范围显著缩小，而且将电源母线区域人身触电或单相经1ΚΩ电阻接地漏 电的保护动作时间从过去的300 500ms缩短为IOOms以内，这一技术创新对保证30mA-S
安全值以保障人身触电安全具有重大意义。(4)、本实用新型把电网三相对地绝缘水平对称下降引起的“三相对称漏电保护” 从传统的“总检漏保护”中分解出来，避免了 “总检漏”动作于馈电开关跳闸后，井下人员盲 目寻找故障点的无效劳作。因为这种漏电故障属于分散性漏电，没有具体故障点，而需要根
4据现场工作经验，从使用年限最长的或腐蚀较严重的一条或多条电缆线路中分析、判断。这 一技术创新颇具实用价值。(5)、本实用新型把真正的因馈出线漏电而分馈电开关未及时跳闸所引发的“总检 漏后备保护”，从传统的“总检漏保护”中分解出来，有利于及时追踪“后备保护”误动作原 因，进而改善后备保护的技术性能。例如后备保护的误动作原因，可能是分路选漏保护器动 作时间太长或失效，或者是故障线路真空断路器动作时间太长或有故障，或者是“总检漏后 备保护”动作时间整定得偏短或者是其反应太灵敏等，可具体分析、对症治理。这一技术革 新也有实际意义。
图1为本实用新型的原理示意图；图2为应用本实用新型的外围电路原理接线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述如图1所示包含有从三相电抗器中性点对地经电容隔直、变压器降压取出的零 序电压Utl、从两路馈出线上安装的零序电流互感器二次回路取出的零序电流Itll和、2和多 功能选漏时序鉴别器ASIC，还包含有绝缘电阻动作值直流检测信号Udz，零序电压Utl分为2 组后分别与滤波电路连接，输出的信号分解为正负半波并分别与顺次连接的移相电路、整 形电路、光耦电路和ASIC连接，两路零序电流Itll和、2分别与滤波电路连接，输出的信号分 解为正负半波并分别与顺次连接的鉴幅电路、整形电路、光耦电路和ASIC连接，Udz与ASIC 连接，ASIC内设置包含有“馈出线单相漏电‘XL’ ”、“母线单相漏电‘MXLD’ ”、“三相对称漏电 iSXLD' ”、漏电故障的“总检后备保护‘ZJHB’，，的输出信号，上述信号XL、MXLD、SXLD和ZJHB 分别与JSJ接口电路和LED灯显接口电路的驱动电路连接、并由JSJ接口电路和LED灯显 接口电路输出，“跳闸‘TZ’”信号与光耦电路及跳闸驱动电路连接并输出。本实用新型的具 体工作原理如下(1)、将从三相电抗器中性点对地经电容隔直、变压器降压取出的零序电压Utl分为 2组，每一组又分为正半波和负半波两部分，分别经过滤波、移相、整形、光耦等“信号处理电 路”取得4个基准电压方波信号U0J1+、U0J1_、U0J2+、U0J2_。(2)、将从两路馈出线上安装的零序电流互感器二次回路取出的零序电流信号^ 和、2分为正半波和负半波两部分，并分别经滤波、鉴幅、整形、光耦等“信号处理电路”取得 方波信号Icu+、 I〇l-、I〇2+、102"°(3)、Udz是藉助传统的附加直流电源法检测得到的，反映电网对地绝缘水平的“绝 缘电阻动作值”信号。(4)、多功能选漏时序鉴别器ASIC是本实用新型的核心，它接受上述U0J1+、U0J1_、 U0J2+、U0J2_、ItllP I.、I02+, I02_以及Udz的输入信号，这些输入信号经过ASIC内部的逻辑运 算、分析和判断，将故障鉴别结果输出，ASIC内设置“馈出线单相漏电‘XL’”、“母线单相漏 ‘MXLD’”、“三相对称漏电‘SXLD’”及漏电故障的“总检后备保护‘ZJHB’”的输出信号，输出 信号电路分三路，分别用于驱动故障跳闸、JSJ接口电路和LED灯显接口电路。[0023]本实用新型以下简称“多功能选漏保护模块”，图2包括低压电网主接线系统和防爆开关多功能选漏保护两大部分。660V或 1140V低压电网主接线系统主要包括一台总开关KBtl和多台分路开关如KBpKBfKBntl每一 台分路开关(以第2台KB2为例)又包括主电路和辅助电路两部分，主电路以三相粗黑线表 示，其中KB2为真空断路器，KB2含有一组三相主触点和两个辅助接点；KB2负荷侧主电路一 分为二，形成两路馈出线，每路馈出线的首端分别设置了一只零序电流互感器CT21、CT22 ；辅 助电路主要包括零序电流互感器CT21、CT22，三相电抗器SK2、零序电抗器LK2、电容器C2tl、C21 及有关连接线。防爆开关多功能选漏保护部分以“多功能选漏保护模块”为核心，还包括置 于总馈电开关内的“绝缘监视附加直流电源盒”，或置于分路馈电开关内的“滤波板”；还要 借助防爆开关的“综合保护单片机系统”及“液晶显示”、“联网通讯”等。总馈电开关的“多功能选漏保护模块”所需的零序电压信号Utl从三相电抗器SKtl的 中性点取出，经Ctl隔直耦合和变压器TCtl降压后分为2组，每一组又分为正半波和负半波两 部分，分别经过滤波、移相、整形、光耦等“信号处理电路”取得4个基准电压方波信号U0jl+、 u0jl-、U0J2+、Utlj2-后输入；所需的零序电流信号4和、2从两路馈出线上安装的零序电流互 感器CTtll和CTtll 二次回路取出后分为正半波和负半波两部分，并分别经滤波、鉴幅、整形、光 耦等“信号处理电路”取得方波信号Ι,、〗，、。+、〗.后输入；它所需的电网对地绝缘电阻 的检测电流，由安装在总馈电开关中的附加直流电源的LKdz端输出，经LIV SK0, KB0辅助接 点到三相配电网，再经电网三相对地绝缘电阻到大地，然后再回到“附加直流电源”的接地 端，由此构成绝缘电阻检测回路；动作电阻值信号Udz从检测回路的分压电阻上取出(分压 电阻在直流电源盒内，未画出)，分别送到“多功能选漏保护模块”的Udz端。鉴于图2所示的原理接线图，目前已有以下4种具体实施方案实施例1 “防爆开关的多功能选漏保护”包括“总馈电开关所需的多功能选漏保护”和“分 路馈电开关所需的多功能选漏保护”，构造上组合为一个模块，以便于防爆开关功能齐全、 灵活通用。而在实际应用时，要具体分析，进行功能选择，有取又舍，当用作分馈电开关时， 只取其中两个分路馈出线的选漏保护功能；而当用作总馈电开关时，主要选用“母线接地 MXJD”、“三相漏电SXLD”、“总检漏后备保护ZJHB”三项选漏功能；至于总馈电开关中的两路 馈出线选漏保护是否要用，要视现场主接线方案而定。实施例2 防爆开关分矿用型和工厂型，因此该“多功能选漏保护模块”既可用于煤矿井下， 也可用化工厂及其他具有爆炸性混合物的场所，具体实施方法与上述“ 1，，相似。实施例3:“多功能选漏保护模块”经适当扩展，即增加一个“馈出线(多路)选漏模块”，可用 于“隔爆型负荷中心”，该“隔爆型负荷中心”有1140V和3300V两种配电电压，每种配电电 压有4至8路馈出线，有关《规程》规定，该“隔爆型负荷中心”必须配备选择性漏电保护。实施例4 “多功能选漏保护模块”还可用于1140V或3300V “矿用隔爆型组合开关”，具体实 施法与上述“3”类似。综上所述，本实用新型提供的用于防爆开关的多功能选漏保护模块，具有两路馈出线的选漏保护功能，能保证馈出线选漏迅速、准确，又能把三相对称漏电和单相漏电加以 区别，还能把母线上的单相漏电和总检后备保护分开显示，因而既可用于总馈电开关，又可 用于分路馈电开关，且不论低压电网是否具有零序电抗器补偿，也不论零序电抗器是处于 欠补偿还是过补偿状态；本实用新型适当扩充“馈出线选漏”路数，还可用于矿用防爆型“组 合开关”及“负荷中心”。
权利要求一种用于防爆开关的多功能选漏保护模块，包含有从三相电抗器中性点对地经电容隔直、变压器降压取出的零序电压u0、从两路馈出线上安装的零序电流互感器二次回路取出的零序电流i01和i02和多功能选漏时序鉴别器ASIC，其特征在于，还包含有绝缘电阻动作值直流检测信号UDZ，零序电压u0分为2组后分别与滤波电路连接，输出的信号分解为正负半波并分别与顺次连接的移相电路、整形电路、光耦电路和ASIC连接，两路零序电流i01和i02分别与滤波电路连接，输出的信号分解为正负半波并分别与顺次连接的鉴幅电路、整形电路、光耦电路和ASIC连接，UDZ与ASIC连接，ASIC内设置包含有“馈出线单相漏电‘XL’”、“母线单相漏电‘MXLD’”、“三相对称漏电‘SXLD’”、漏电故障的“总检后备保护‘ZJHB’”的输出信号，上述信号XL、MXLD、SXLD和ZJHB分别与JSJ接口电路和LED灯显接口电路的驱动电路连接、并由JSJ接口电路和LED灯显接口电路输出，“跳闸‘TZ’”信号与光耦电路及跳闸驱动电路连接并输出。
专利摘要本实用新型公开了一种用于防爆开关的多功能选漏保护模块，属于电网故障检测、继电保护与电气安全领域，包含有零序电压u0、零序电流i01和i02、多功能选漏时序鉴别器ASIC和绝缘电阻动作值直流检测信号UDZ及连接的外围电路。本实用新型针对矿井低压电网漏电保护系统的特殊情况和实际需求，具有两路馈出线的选漏保护功能，能保证馈出线选漏迅速、准确，又能把三相对称漏电和单相漏电加以区别，还能把母线上的单相漏电和总检后备保护分开显示，因而既可用于总馈电开关，又可用于分路馈电开关。
文档编号H02H3/32GK201667527SQ200920281398
公开日2010年12月8日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年11月23日
发明者付英, 傅桂兴 申请人:傅桂兴