一种矿用高压智能综合保护装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及矿用供电设备【技术领域】，具体涉及一种高压保护装置。一种矿用高压智能综合保护装置，包括由主控制模块、失压线圈、分励线圈、电流传感器、零序电流互感器组成的保护装置本体，失压线圈、分励线圈、电流传感器、零序电流互感器分别连接主控制模块，失压线圈的供电回路中并联一给失压线圈提供后备电源的失压延时模块。由于采用上述技术方案，本实用新型结构简单、安装方便，能够显示各种开关状态、电流、电压、温度、瓦斯浓度等信息，实现开关断路器分合闸动作时间的检测，克服了防越级跳闸系统的上级开关短路保护动作时间设置过长的缺点。
【专利说明】一种矿用高压智能综合保护装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿用供电设备【技术领域】，具体涉及一种高压保护装置。
【背景技术】
[0002]煤矿井下作业不仅施工难度大、作业复杂度高，而且对于设备运行的安全要求极为严格。由于井下作业的环境恶劣，因此要求设备的用电保持较高的稳定性。但是传统的井下作业设备的供电网络受制于保护装置的落后，存在运行不稳定的情况。目前，公知的井下防爆开关的跳闸机构主要由失压线圈、分励线圈构成。在运行时，由于雷击、地面电网电压波动等造成的井下电网电压短时波动，会导致失压线圈失电，造成不应有的释放动作、断路器跳闸、负荷侧停电，从而导致井下重要负荷如水泵、风机等停电，造成安全隐患。
[0003]而且，传统的井下短路保护防越级跳闸系统当电网层级较多时，存在上级开关保护时间过长的缺点，不利于井下安全生产。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于，提供一种矿用高压智能综合保护装置，解决以上技术问题。
[0005]本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]一种矿用高压智能综合保护装置，包括保护装置本体，所述保护装置本体由主控制模块、失压线圈、分励线圈、电流传感器、零序电流互感器组成，所述失压线圈、所述分励线圈、所述电流传感器、所述零序电流互感器分别连接所述主控制模块，以便分别实现失压保护、开关分闸、电流信号采样、零序电流采样的功能；
[0007]所述失压线圈的供电回路中并联一失压延时模块，用于给失压线圈提供后备电源，所述失压延时模块的延时能力为Os?5s。
[0008]所述主控制模块采用ARM处理器；优选采用32位ARM处理器。
[0009]所述失压延时模块包括由电容组成的储能元件组合，以便利用电容的储能作用来暂时存储电能，用于在回路失电时临时作为供电电源
[0010]本实用新型通过设置具有失压检测功能的主处理模块和失压延时模块，配合周边电路和开关，对煤矿井下高压开关进行控制和保护，可以解决井下电网电压短期波动而导致的大面积失压误跳闸现象。
[0011 ] 所述电流传感器采用空心电流互感器或者铁芯式电流互感器，当采用空心电流互感器时，将所述空心电流互感器直接穿在母线上，可获得与一次侧电流成正比的电信号。
[0012]所述主控制模块连接一组通讯接口，所述通讯接口设置于所述保护装置本体的装置外壳上，所述通讯接口包括RS485接口和CAN接口。
[0013]所述通讯接口分别通过光电隔离后与所述主控制模块连接。
[0014]所述RS485接口的数据传输协议采用标准Modbus协议，提高了信号传输能力，便于保护装置本体与监控系统上位机之间实现远程连接，用于完成包括远方分闸、远方合闸、远方试验、复位、对时、查询运行信息的操作，为自动化和集中化设备管理提供便利，尤其适用于井下作用环境。
[0015]两台及两台以上的所述保护装置本体通过所述CAN接口交互数据，CAN通讯协议支持多机通讯，可以信息并发，并自动仲裁，从硬件上避免了通讯的冲突。通过设置CAN接口实现多台设备连接时，以多种方式进行短路保护的防越级跳闸，克服了传统保护装置及开关在构成防越级跳闸系统时，上级开关短路保护动作时间设置过长的缺点，大大提高了井下供电的安全性；使用时，不同保护装置之间仅通过两根通讯线交互数据，多台开关之间除两根通信线外，完全独立。由于开关之间可以实时通信，无论哪台开关运行出现短路保护问题，其他开关均会接收到相应信息，并且根据自身情况迅速作出判断是否启动防越级跳闸功能，并且自动跟踪防越级跳闸的持续时间。
[0016]所述RS485接口和所述CAN接口均为本安型通讯接口，所述本安型通讯接口采用电信号传输形式，与所述主控制模块通过光电隔离连接。
[0017]所述主控制模块连接一无线模块，配合设有可与无线模块8配对进行数据传输的具有无线数据传输功能的采集设备和传感设备，实现数据的无线采集和传输。
[0018]所述无线模块优选采用zigbee模块。
[0019]所述主控制模块的显示输出端连接一显示模块，用于显示日历、电流、电压、温度、系统频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及开关状态，
[0020]所述显示模块采用分辨率至少为320x240的彩色液晶显示屏，所述显示模块设置于所述保护装置本体的装置外壳上。传统的井下保护装置的指示灯多为二极管或数码管，如有新增功能要求添加指示灯时，则需要对硬件进行改造，不仅需要一定的改造周期，而且投入成本较高，还会影响正常作业。
[0021]所述显示模块的显示区包括上下分布的主显示区和指示显示区，所述指示显示区位于所述主显示区下方，分辨率至少为320x16，用于显示圆形实点作为指示灯，或者显示16x16分辨率的汉字点阵和20x14的汉字矩阵，以便输出报警信息；
[0022]所述主显示区的分辨率至少为320x224，用于显示包括瓦斯浓度、温度、运行频率等信息，当全屏显示时，320x240的分辨率可用于显示电网电量的波形图，形成一示波器显示界面。
[0023]所述指示显示区显示的指示灯数量不超过15个,且沿着指示显示区的长度方向排列，显示的指示灯为12x12圆形点阵，每个指示灯间距8个点阵，即每个指示灯占用20个点阵，最左侧的指示灯距离显示区域左端点间隔15个点阵，最右侧的指示灯距离显示区域右端点间隔15个点阵。
[0024]本实用新型通过设置指示显示区代替独立设置的实体信号灯组，用于指示装置运行状态，并对异常情况发出警报，不仅降低了电力损耗，也为井下供电设备的调试提供了便利。区别于传统技术中的井下保护装置内的以二极管或数码管为光源的指示灯，在有新增功能要求时无需添加指示灯，而且硬件改造周期短，成本低廉，使用也较为方便，由于分辨率足够大，使得显示区域可以用于显示电量波形，在不额外配置示波器的情况下，可以较为直观的观察到电网的运行情况。
[0025]所述保护装置本体还包括一开关量采集模块和继电器输出模块，所述开关量采集模块和所述继电器输出模块分别通过光电隔离后连接所述主控制模块，所述开关量采集模块将开关的断路器状态反馈给主控制模块，从而使主控制模块识别断路器的分合闸状态，继电器可以控制执行机构动作，继而使得断路器分闸或合闸。
[0026]传统的井下防爆开关由于不检测开关执行机构的动作时间，一旦执行机构老化导致执行速度变慢，就无法确保保护正确执行。本实用新型通过设置开关量采集模块和继电器输出模块，构成了开关分合闸动作时间检测装置，用于对断路器的执行时间进行检测，大大方便了井下供电设备的检测，避免了传统的井下防爆开关在运行时存在的隐患。
[0027]还包括一瓦斯传感器，所述瓦斯传感器的信号输出端连接所述主控制模块，以便将采集到的信号频率转换成瓦斯浓度，实现瓦斯检测和相关保护。
[0028]所述瓦斯传感器的输出信号频率为200Hz-1000Hz，对应的瓦斯浓度为0_4.00%。
[0029]还包括一温度传感器，所述温度传感器设置于所述保护装置本体的装置外壳内，所述温度传感器的信号输出端连接所述主控制模块，以便实现保护装置本体的温度检测。
[0030]所述保护装置本体的装置外壳上设有一扩展温度检测接口，所述扩展温度检测接口连接所述主控制模块，以便外接外置温度传感器，用于检测外部环境温度，所述外置温度传感器的温度检测范围为-100°C -200°c。
[0031]所述保护装置本体的装置外壳上设有一按键组件，所述按键组件连接所述主控制模块的控制信号输入端，所述按键组件包括四个按钮，分别对应上行、下行、确定、复位操作。通过简单操作随时对保护装置的保护功能进行整定。
[0032]有益效果:由于采用上述技术方案，本实用新型结构简单、安装方便，能够显示当前开关的分合闸状态、电流、电压、瓦斯浓度、保护装置内外部温度等信息，实现开关断路器分合闸动作时间的检测，解决了执行机构动作时间检测的问题，克服了传统保护装置及开关在构成防越级跳闸系统时，上级开关短路保护动作时间设置过长的缺点，大大方便了井下供电设备的检测，提高了井下供电的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型的连接示意图；
[0034]图2为本实用新型的显示区域的布局示意图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
[0036]参照图1，一种矿用高压智能综合保护装置，包括保护装置本体，保护装置本体由主控制模块1、失压线圈2、分励线圈3、电流传感器4、零序电流互感器5组成，失压线圈2、分励线圈3、电流传感器4、零序电流互感器5分别连接主控制模块1，以便分别实现失压保护功能、开关分闸、电流信号采样、零序电流采样；失压线圈2的供电回路中并联一失压延时模块，失压延时模块包括由电容组成的储能元件的组合，以便利用电容的储能作用来暂存电能，用作备用电源，用于给失压线圈2提供后备电力。失压延时模块的延时能力为Os?5s。主控制模块I采用ARM处理器；优选采用32位ARM处理器。电流传感器4采用空心电流互感器或者铁芯式电流互感器，当采用空心电流互感器时，将空心电流互感器直接穿在母线上，可获得与一次侧电流成正比的电信号。主控制模块I连接一组通讯接口，通讯接口均设置于保护装置本体的装置外壳上，任一通讯接口均通过光电隔离后与主控制模块I连接。通讯接口包括RS485接口 71和CAN接口 72。RS485接口 71的数据传输协议采用标准Modbus协议，提高了信号传输能力，便于保护装置本体与监控系统上位机之间实现远程连接，用于完成包括远方分闸、远方合闸、远方试验、复位、对时、查询运行信息的操作，为自动化和集中化设备管理提供便利，尤其适用于井下作用环境。两台及两台以上的保护装置本体通过自身的CAN接口 72交互数据，CAN通讯协议支持多机通讯，可以信息并发，并自动仲裁，从硬件上避免了通讯的冲突。通过设置CAN接口实现多台设备连接时，以多种方式进行短路保护的防越级跳闸，克服了传统保护装置及开关在构成防越级跳闸系统时，上级开关短路保护动作时间设置过长的缺点，大大提高了井下供电的安全性；使用时，不同保护装置之间仅通过两根通讯线交互数据，多台开关之间除两根通信线外，完全独立。由于开关之间可以实时通信，无论哪台开关运行出现短路保护问题，其他开关均会接收到相应信息，并且根据自身情况迅速作出判断是否启动防越级跳闸功能，并且自动跟踪防越级跳闸的持续时间。RS485接口 71和CAN接口 72均为本安型通讯接口，均采用电信号传输形式，传输的信号均为本安信号。主控制模块I连接无线模块8，配合设有可与无线模块8配对进行数据传输的具有无线数据传输功能的采集设备和传感设备，实现数据的无线采集和传输。无线模块8优选采用zigbee模块。
[0037]主控制模块I上还连接有开关量采集模块10和继电器输出模块11，两者分别通过光电隔离后连接主控制模块I。开关量采集模块10将开关的断路器状态反馈给主控制模块1，从而使主控制模块I识别断路器的分合闸状态，继电器可以控制执行机构动作，继而使得断路器分闸或合闸。传统的井下防爆开关由于不检测开关执行机构的动作时间，一旦执行机构老化导致执行速度变慢，就无法确保保护正确执行。本实用新型通过设置开关量采集模块和继电器输出模块，构成了开关分合闸动作时间检测装置，用于对断路器的执行时间进行检测，大大方便了井下供电设备的检测，避免了传统的井下防爆开关在运行时存在的隐患。还包括一瓦斯传感器12和温度传感器13,瓦斯传感器12的信号输出端连接主控制模块1，以便将采集到的信号频率转换成瓦斯浓度，实现瓦斯检测和相关保护。瓦斯传感器12的输出信号频率为200Hz-1000Hz，对应的瓦斯浓度为0-4.00%。温度传感器13设置于保护装置本体的装置外壳内，其信号输出端连接主控制模块1，以便实现保护装置本体的温度检测。保护装置本体的装置外壳上设有扩展温度检测接口，扩展温度检测接口连接主控制模块1，以便外接外置温度传感器，用于检测外部环境温度，外置温度传感器的温度检测范围为-100°C -200°C。主控制模块I的显示输出端连接一显示模块9，用于显示日历、电流、电压、温度、系统频率、瓦斯浓度、绝缘监视情况及开关状态，显示模块9采用分辨率至少为320x240的彩色液晶显示屏，且设置于保护装置本体的装置外壳上。传统的井下保护装置的指示灯多为二极管或数码管，如有新增功能要求添加指示灯时，则需要对硬件进行改造，不仅需要一定的改造周期，而且投入成本较高，还会影响正常作业。
[0038]参照图2,显示模块9的显示区包括上下分布的主显示区901和指示显示区902,指示显示区902位于主显示区901下方，分辨率至少为320x16，用于显示圆形实点作为指示灯，或者显示16x16分辨率的汉字点阵和20x14的汉字矩阵，以便输出报警信息；主显示区901的分辨率至少为320x224，用于显示包括瓦斯浓度、温度、运行频率等信息，当全屏显示时，320x240的分辨率可用于显示电网电量的波形图，形成一示波器显示界面。指示显示区902显示的指示灯数量不超过15个,且沿着指示显示区902的长度方向排列，显示的指示灯为12x12圆形点阵，每个指示灯间距8个点阵，即每个指示灯占用20个点阵，最左侧的指示灯距离显示区域左端点间隔15个点阵，最右侧的指示灯距离显示区域右端点间隔15个点阵。通过设置指示显示区代替独立设置的实体信号灯组，用于指示装置运行状态，并对异常情况发出警报，不仅降低了电力损耗，也为井下供电设备的调试提供了便利。区别于传统技术中的井下保护装置内的以二极管或数码管为光源的指示灯，在有新增功能要求时无需添加指示灯，而且硬件改造周期短，成本低廉，使用也较为方便，由于分辨率足够大，使得显示区域可以用于显示电量波形，在不额外配置示波器的情况下，可以较为直观的观察到电网的运行情况。
[0039]在装置外壳上设有一按键组件，按键组件连接主控制模块的控制信号输入端，按键组件包括四个按钮，分别对应上行、下行、确定、复位操作。通过简单操作随时对保护装置的保护功能进行整定。
[0040]本实用新型通过设置具有失压检测功能的主处理模块和失压延时模块，配合周边电路和开关，对煤矿井下高压开关进行控制和保护，可以解决井下电网电压短期波动而导致的大面积失压误跳闸现象，还能够实现开关断路器分合闸动作时间的检测，且克服了传统保护装置存在的防越级跳闸系统的上级开关短路保护动作时间设置过长的缺点；产品的结构简单、安装方便，显示直观明了，不仅能够显示电流、电压、温度、瓦斯浓度等信息，还能够通过指示灯方式显示各个开关的状态。相比于传统设备，节省了额外的检测部件和实体指示灯组，节约了设备成本和维护成本。
[0041]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种矿用高压智能综合保护装置，包括保护装置本体，所述保护装置本体由主控制模块、失压线圈、分励线圈、电流传感器、零序电流互感器组成，所述失压线圈、所述分励线圈、所述电流传感器、所述零序电流互感器分别连接所述主控制模块，以便分别实现失压保护功能、开关分闸、电流信号采样、零序电流采样； 所述失压线圈的供电回路中并联一失压延时模块，所述失压延时模块包括由电容组成的储能元件组合，用于给失压线圈提供后备电源； 所述失压延时模块的延时能力为Os?5s ; 所述主控制模块采用ARM处理器。
2.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述电流传感器采用空心电流互感器或者铁芯式电流互感器。
3.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述主控制模块连接一组通讯接口，所述通讯接口设置于所述保护装置本体的装置外壳上，所述通讯接口包括RS485接口和CAN接口； 所述通讯接口分别通过光电隔离后与所述主控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述RS485接口的数据传输协议采用标准Modbus协议； 两台及两台以上的所述保护装置本体通过所述CAN接口交互数据； 所述RS485接口和所述CAN接口均为本安型通讯接口，所述本安型通讯接口采用电信号传输形式，与所述主控制模块通过光电隔离连接。
5.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述主控制模块连接一无线模块。
6.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述主控制模块的显示输出端连接一显示模块； 所述显示模块采用分辨率至少为320x240的彩色液晶显示屏，所述显示模块设置于所述保护装置本体的装置外壳上； 所述显示模块的显示区包括上下分布的主显示区和指示显示区，所述指示显示区位于所述主显示区下方，分辨率至少为320x16 ； 所述主显示区的分辨率至少为320x224。
7.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述保护装置本体包括一开关量采集模块和继电器输出模块，所述开关量采集模块和所述继电器输出模块分别通过光电隔离后连接所述主控制模块。
8.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，还包括一瓦斯传感器，所述瓦斯传感器的信号输出端连接所述主控制模块； 所述瓦斯传感器的输出信号频率为200Hz-1000Hz，对应的瓦斯浓度为0-4.00%。
9.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，还包括一温度传感器，所述温度传感器设置于所述保护装置本体的装置外壳内，所述温度传感器的信号输出端连接所述主控制模块。
10.根据权利要求1所述的一种矿用高压智能综合保护装置，其特征在于，所述保护装置本体的装置外壳上设有一用于连接外置温度传感器的扩展温度检测接口，所述扩展温度检测接口连接所述主控制模块；所述外置温度传感器的温度检测范围为-100°C -200°c。
【文档编号】H02H3/24GK204179635SQ201420574215
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】程新宇 申请人:上海颐坤自动化控制设备有限公司