采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路的制作方法

本发明涉及煤矿井下隔爆型开关柜控制和保护电源的供电技术领域，更具体地说，特别涉及煤矿井下隔爆型开关柜采用两路可自动切换直流电源作为控制和保护电源的电路。

背景技术：

高低压开关柜广泛应用于电力配电线路中，是电力配电的关键设备。它的作用是控制电能的分配及电力传输的通断，并具有各类保护功能。其广泛应用于各类地面变电站和煤矿井下变电硐室。

迄今为止，所有煤矿井下的隔爆型开关柜的控制和保护电源全部采用的是与系统电源同源的交流电源。请参阅图1，其具体电路主要包括：电压互感器PT、控制和保护元器件ZKB，其中，所述控制和保护元器件ZKB的电源是通过隔爆型开关柜内电压互感器PT二次线圈输出的交流AC100V进行供电。当电力线路正常停电时，控制和保护元器件ZKB失电，将无法显示、记录设备信息和状态；当电力线路故障停电时，由于隔爆型开关柜没有独立的控保电源，控制和保护元器件ZKB失电，无法及时查找故障信息，延长了井下停电时间，存在一定的安全隐患。

目前，煤矿井下隔爆型开关柜控制和保护电源采用电压互感器输出的交流电源供电最为严重的缺陷是；当电力供电线路出现短路故障时，连接在线路上的电压互感器(PT)二次线圈输出的交流电源电压瞬时急速下降，导致控制和保护元器件ZKB工作电源失电而无法发出保护命令，造成故障线路隔爆型开关柜的断路器无法及时分闸，从而引起上一级开关或井上变电所出现越级跳闸，引发大面积停电事故，而煤矿井下大面积停电对于煤矿的安全运行的危害尤为严重。

2016年国家安全监管总局规划科技司发布《淘汰落后安全技术装备目录》(2016年第一批公示)，其中煤矿领域第九条就明确指出了煤矿井下隔爆型开关柜的供电安全性问题，明确交流电源作为控制和保护电源的技术属于落后淘汰技术，需要在五年内进行改造升级。为此，有必要设计一种能解决上述技术问题的、采用两路可切换直流电源作为隔爆型开关柜控制和保护电源的电路。

考虑到运行的安全性，防止煤矿井下安全事故的发生，在采用两路直流电源作为控制和保护电源的电路中，加入了防误操作闭锁元件FW，能够切断和闭锁隔爆型直流电源箱向隔爆型开关柜的输出，满足煤矿井下多瓦斯环境中防爆设备开门断电的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路，以解决现有技术中所存在的技术缺陷。

为了方便述说，我们对于由电压互感器输出的交流电源经过调压整流后输出的直流电源简称：内供直流电源；对于隔爆型开关柜外部由隔爆型直流电源箱输入的直流电源称为：外供直流电源。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路，包括设于隔爆型开关柜内部的电压互感器、调压整流切换模块、以及设于隔爆型开关柜外部的隔爆型直流电源箱，所述电压互感器的输出端和隔爆型直流电源箱的输入端均与调压整流切换模块连接；

所述调压整流切换模块包括交流输入端子、直流输入端子、直流输出端子、调压元件、整流元件、滤波元件、放电电阻、切换元件、保护元件、防误操作闭锁元件和防倒灌二极管。

所述电压互感器二次线圈的输出端通过调压整流切换模块的交流输入端子与调压元件的输入端连接，所述调压元件的输出端与整流元件的交流输入端连接，所述滤波元件及放电电阻并联在整流元件的输出端，所述整流元件的输出端还与切换元件连接，所述切换元件的输出端通过直流输出端子与隔爆型开关柜中的控制和保护电路连接；

所述隔爆型直流电源箱经过隔爆型开关柜的电缆引入装置、接线腔穿墙端子，与调压整流切换模块的直流输入端子连接，外供直流电源的正极经过防倒灌二极管与切换元件连接。

进一步地，所述切换元件为常开常闭转换型继电器，以下简称继电器；所述整流元件的输出端的正负极分别与继电器的正、负极常闭接点连接；所述外供直流电源的正极通过防倒灌二极管与继电器的正极常开接点连接，所述外供直流电源的负极直接与继电器负极常开接点的一端连接，继电器的公共端作为输出端。

进一步地，两路直流控制和保护电源不采用继电器进行切换，所述调压整流切换模块中整流元件的输出内供直流电源的正极与第二防倒灌二极管的正极连接；所述外供直流电源与第一防倒灌二极管的正极连接，两个防倒灌二极管的负极并接在一起后与直流输出端子的正极连接，两路直流电源的负极直接并接在一起后与直流输出端子负极的连接。

进一步地，所述调压元件为变压器、单相交流固态调压器或可控硅调压器。

进一步地，所述调压元件、整流元件、滤波元件、放电电阻、切换元件、防误操作闭锁元件和防倒灌二极管等可为相互独立分散安装的元件，或为一体式封装的模块。

进一步地，所述继电器的线圈并联在外供直流电源的正负极上。

进一步地，所述继电器为电磁继电器、固态继电器、电子开关或者接触器。

进一步地，所述继电器为常开常闭转换型、常开型或常闭型。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明创新的采用外供(常用)和内供(备用)两路直流电源为隔爆型开关柜控制和保护电路供电，外供直流电源由设于隔爆型开关柜外部为其提供直流电源的隔爆型直流电源箱提供，内供直流电源由隔爆型开关柜内部电压互感器输出的交流电源，经过调压整流滤波后输出的直流电源提供。当外部隔爆型直流电源箱需要停电检修时，可以通过调压整流切换模块将外供直流电源自动切换到内供直流电源供电。此外，还可以把外供直流电源源作为备用电源，当内供直流电源出现故障时自动切换至外供直流电源源供电。两路直流电源可以依据使用者的要求自由选择常用或备用电源。

2、本发明通过防误操作闭锁元件实现外供直流电源的控制和闭锁，当开启隔爆型开关柜设备腔门时，切断隔爆型直流电源箱的输出，保证井下维护检修时的安全，大大降低安全事故的发生几率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中采用交流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路原理框图。

图2是本发明所述采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路的原理框图。

图3是本发明所述采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路的一种电路原理图。

图4是本发明所述采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜的电路的另一种电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一

参阅图2所示，本实施例提供一种采用两路直流控制和保护电源的隔爆型开关柜GK的电路，包括设于隔爆型开关柜GK内部的电压互感器PT、调压整流切换模块TZQ、以及设于隔爆型开关柜GK外部的隔爆型直流电源箱DXJL，所述电压互感器PT和隔爆型直流电源箱DXJL均与调压整流切换模块TZQ连接。

参阅图3所示，所述调压整流切换模块TQZ包括交流输入端子(L1、L2)、直流输入端子(IN+、IN-)、直流输出端子(OUT+、OUT-)、调压元件TY、整流元件D、滤波元件C、放电电阻FR、切换元件K、防误操作闭锁元件FW、防倒灌二极管D1、D2、保护元件FU1；

所述电压互感器PT二次线圈输出端通过调压整流切换模块的交流输入端子(L1、L2)与调压元件TY的输入端连接，所述调压元件TY的输出端与整流元件D的交流输入端连接，所述整流元件D的正负极输出端并联有滤波元件C及放电电阻FR，同时，所述切换元件K的3脚和4脚分别连接在整流元件D的正负极输出端，所述切换元件K的输出端5、6脚(公共端)连接直流输出端子，并通过直流输出端子与控制和保护电路连接。

所述隔爆型直流电源箱DXJL通过隔爆型开关柜GK的电缆引入装置、接线腔内的穿墙端子将外供直流电源引入调压整流切换模块的直流输入端子(IN+、IN-)，外供直流电源的正极与防倒灌二极管D1的正极连接，所述防倒灌二极管D1的负极与切换元件K的1脚连接。外供直流电源的负极直接和切换元件K的2脚连接。切换元件K的线圈并联在外供直流电源的正负极上。

参阅图3所示，所述切换元件K为继电器，所述滤波元件C、放电电阻FR并联在整流元件D的输出端，继电器K的3脚和4脚分别与整流元件D的正、负极输出端连接；所述外供直流电源的正极经过防倒灌二极管D1与继电器K的1脚连接。外供直流电源的负极直接和2脚连接。

所述调压元件TY为变压器、单相交流固态调压器或可控硅调压器等。

所述调压元件TY、整流元件D、滤波元件C、放电电阻FR、切换元件、防误操作闭锁元件FW和防倒灌二极管D1等既可以为相互独立的分散安装的元件，也可以加工为一整体封装模块，该封装模块可以同时实现隔爆、调压、整流、滤波、切换、闭锁等功能。

本实施例中两路直流控制和保护电源的自动切换是通过继电器K的触头动作，接点转换来实现的。当外供直流电源输入正常时，继电器K的线圈带电，触头动作，常闭接点转换为常开接点，内供直流电源的输出回路断开，外供直流电源经过转换后的常开接点(此时为闭合)输出到直流输出端子为隔爆型开关柜内的控制和保护回路供电。

所述防倒灌二极管D1的作用是防止整流元件D输出的直流电源反灌到隔爆型直流电源箱DXJL中。

本实施例在正常运行时，外供直流电源为隔爆型开关柜GK内部的控制和保护电路供电。外供直流电源经过调压整流切换模块上的直流输入端子(IN+、IN-)接入调压整流切换模块，再通过防倒灌二极管D1输入到继电器K的常开接点的1脚和2脚。由于继电器K的线圈带电，继电器K的1-5脚和2-6脚闭合，外供直流电源经过经继电器K的1-5脚和2-6脚输出到直流输出端子(OUT+、OUT-)。由于继电器K的线圈带电吸合，继电器的3-5脚和4-6脚瞬时转变为常开状态，内供直流电源断开，作为备用。

当隔爆型直流电源箱DXJL需要停电检修或输出电压大幅度降低时，继电器K的线圈失电，继电器K的接点动作返回，继电器3-5脚和4-6脚闭合导通，控制和保护电源切换到由内供直流电源供电。

所述外供直流电源依次经过隔爆型开关柜GK的电缆引入装置(俗称喇叭口)、接线腔隔爆穿墙端子、直流输入端(IN+、IN-)接入调压整流切换模块TZQ，外供直流电源的正极与防倒灌二极管D1的正极连接，并通过D1的负极连接至继电器K的1脚，外供直流电源的负极直接接至继电器K的2脚。

作为优选，所述继电器K为电磁继电器、固态继电器、电子开关或者接触器。

所述继电器K为常开常闭转换型、常开型或常闭型。

本实施例中，内供直流电源与外供直流电源采用同一对直流输出端子(OUT+、OUT-)输出到控制和保护电路。

在本实施例中，滤波元件C的作用是：过滤直流电源中的交流成分，提高调压整流切换模块TZQ输出的直流电源的质量；电阻FR为放电电阻，它的作用是：在维修人员检修前释放该电容储蓄的电能，防止维修人员触电，同时能够避免检修时电容放电产生火花，保证煤矿井下用电安全。

在本实施例中，防误操作闭锁元件FW为磁控开关或光电开关。当隔爆型开关柜设备腔防爆门关闭，磁控开关和光电开关能够检测到感应源时，磁控开关和光电开关内部常开接点闭合，隔爆型直流电源箱内输出回路接触器JC的线圈带电并吸合，外供直流电源的供电回路导通；在开启隔爆型开关柜设备腔防爆门时，由于磁控开关或光电开关的感应源撤出感应范围，磁控开关和光电开关内部接点断开，隔爆型直流电源箱内输出回路接触器JC的线圈失电并断开，外供直流电源的供电回路停止输出，这样就实现开启隔爆型开关柜设备腔防爆门时，防误操作闭锁元件FW对于外供直流电源的控制和闭锁功能。

实施例二

参阅图4所示，本实施例中没有采用切换元件继电器K，而是直接将内供和外供两路直流电源并联在一起，依据直流电流由高电位流向低电位的原理及二极管的反向截止功能实现两路直流电源的不间断切换。

本实施例中所述整流元件D的正负极输出端同样并联有滤波元件C、放电电阻FR，不同之处在于整流元件D输出端没有切换元件K,整流元件输出端的正极直接与防倒灌二极管D2的正极连接，防倒灌二极管D2的负极与防倒灌二极管D1的负极相连接；所述隔爆型直流电源箱DXJL输入的外供直流电源的正极连接防倒灌二极管D1的正极，因此，两路直流电源的正极通过防倒灌二极管D1、D2后并联在一起，内供和外供两路直流电源的负极直接并联在一起。并联之后的直流电源通过直流输出端子(OUT+、OUT-)为控制和保护回路供电。

本实施例中两路直流电源的自动切换是通过调压整流切换模块TZQ中两个防倒灌二极管D1和D2的反向截止功能，以及依据直流电流由高电位流向低电位的原理来实现的。实际实施中，将内供直流电源作为备用电源，将其输出的电源电压调整到比外供直流电源稍低，这样，当外供直流电源正常时，由于其电压较高，控制和保护回路使用该路直流电源。外供直流电源由于防倒灌二极管的阻挡，无法通过防倒灌二极管D2。当外供直流电源停电检修或电压降低时，则自动转换为内部直流电源向控制和保护回路无间断供电。由于防倒灌二极管D1的反向截止作用，内供直流电源无法流入外部隔爆型直流电源箱DXJL内部。

由于煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆危险气体，一旦供用电设备运行检修中产生电火花将会引发瓦斯爆炸事故，为此《国家煤矿安全规程》规定，所有井下供用电设备必须开门断电检修。本发明的设计能够实现在隔爆型开关柜外部为其提供控制和保护电源的隔爆型直流电源箱需要断电检修时，还可以自动切换到由隔爆型开关柜内部内供(备用)直流电源供电，保证了隔爆型开关柜的连续可靠运行。

相比现有技术，本发明专利隔爆型开关柜采用两路可切换直流电源作为控制和保护电源的技术，彻底解决了当前隔爆型开关柜采用交流控制和保护电源的种种弊端和缺陷，同时通过两路直流电源的自动切换，解决了煤矿井下电气设备维修时必须开门断电的安全规程要求，即，当隔爆型开关柜外部隔爆型直流电源箱需要停电检修又不能停止隔爆型开关柜的控制和保护电源时，可以切换到隔爆型开关柜内部内供直流电源供电，保证了煤矿井下隔爆型开关柜的安全、可靠运行，从而大大提高了煤矿井下变电运行的可靠性和安全性。

同时，考虑到煤矿井下安全用电的重要性，在此电路中还设计有防误操作闭锁元件FW，当隔爆型开关柜需要开启防爆门检修时，防误操作闭锁元件能够自动切断和闭锁隔爆型直流电源箱向隔爆型开关柜的供电。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。