一种矿用高压智能综合保护装置及其工作原理的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明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环境保持较高的稳定性。传统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。井下防爆开关常由失压线圈、分励线圈构成，存在较大的安全隐患。设备在运行时，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，容易造成生产安全事故。
[0003]虽然针对断路器跳闸的情况，有防越级跳闸措施，但是传统保护措施中，每台保护装置根据开关等级分别设置了不同的短路保护动作时间，通常上一级的短路保护动作时间较长，然后逐级递减，参照图1，有4台保护开关，按照等级分别设为开关1、2、3、4，其中开关I为最上级开关，开关4为最下级开关，保护开关的断路器执行时间为70ms，按照现有技术的防越级跳闸方案来设置布局，则短路保护动作时间分别设置为350ms，250ms，150ms，50ms,级差100ms。短路故障发生时，无论故障点发生在何处，任一级的短路保护动作时间都是固定的。这一情况表明，只有最下级的开关的短路保护动作时间是最短且符合标准的，其上级的所有开关的短路保护时间均不能确保断路器及时工作，存在很大隐患。而随着电网层级增加，位于更上级的开关的短路保护动作时间会越来越长，不利于运行安全。
[0004]另外，传统保护装置在井下防爆开关运行时，不会检测其执行机构的动作时间，而井下作业环境恶劣，设备老化的情况较严重，一旦开关执行机构老化而导致执行速度变慢，就无法确保保护动作的正确执行，这样就给安全运行带来了隐患。如果为了测试开关执行动作而添加额外的设备进行检测，一则使得投入成本上升，二来也可能带来更多的安全性问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种矿用高压智能综合保护装置，解决以上技术问题。
[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007]—种矿用高压智能综合保护装置，包括装置本体，所述装置本体设置于装置外壳内，所述装置本体包括一控制模块，所述控制模块上分别连接有用于电网失压时进行开关分闸的失压线圈、用于得电后开关分闸的分励线圈、用于检测电流的电流传感器、用于漏电保护的零序电流互感器；
[0008]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。
[0009]本发明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。
[0010]所述控制模块采用ARM处理器，优选采用32位ARM处理器。本发明选用先进的32位ARM处理器具有的强大数据采集及处理能力，对运行的设备信号进行高速采样、实时测算及连续量化处理，获得的数据信息更为精确。
[0011 ] 所述失压延时模块采用以电容为储能元件的失压延时模块，利用电容的储能特性来暂时存储电能，用作电路失压时的后备电源。
[0012]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，所述空心电流互感器的量程为IA?8000A。使用时，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，并且不需要因为不同的额定电流等级而更换电流互感器。
[0013]所述零序电流互感器采用贯穿式电流互感器。
[0014]所述控制模块连接一 RS485通讯接口，用于通过通信电缆实现装置本体与监控系统上位机之间的远程连接，以便完成包括远方分闸、远方合闸、远方试验、复位、对时、查询运行信息的操作，所述RS485通讯接口采用标准Modbus协议传输数据信号，提高了信号传输能力，为实现设备管理的自动化和集中化提供基础，尤其适用于井下作业环境。
[0015]所述控制模块连接一 CAN通讯接口，用于实现多台装置本体之间的互联；所述CAN通讯接口为本安型通讯接口 ；所述CAN通讯接口传输的信号为本安信号。CAN通讯接口的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通讯接口实现多台设备连接时，仅需两根通讯线缆即可将参与防越级跳闸的装置本体连接在一起，以多种方式进行短路保护的防越级跳闸，克服了传统装置本体和高压开关构建的防越级跳闸系统的上级高压开关短路保护动作的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，装置本体之间仅通过两根通讯线缆交互数据，与之对应的多台高压开关之间除两根通信线外，完全独立。由于装置本体之间可以实时通信，当任一台高压开关运行出现短路保护问题时，与其对应的装置本体均能够及时与其他互联的装置本体进行数据交互，并根据出现短路保护问题的高压开关所在的等级和位置调整其上级高压开关的短路保护动作时间，以此将实际执行保护动作的高压开关的短路保护动作时间调整到标准值，使防越级跳闸功能及时启动。由于数据交互的实时性，使得由CAN通信网络构建的装置本体集群能够对防越级跳闸的持续时间进行自动跟踪和及时反馈，便于根据跟踪结果及时发现开关老化问题，排除运行安全隐患。
[0016]本发明中的CAN通讯接口及数据交互的工作原理及步骤如下:
[0017]I)发生故障的负载侧的高压开关等级设为n，其所对应的装置本体在检测到短路故障后，通过CAN通讯接口及对应的通讯总线向其他等级的高压开关所对应的装置本体发出标识越级跳闸的指令；
[0018]2)各级高压开关所对应的装置本体在接收到越级跳闸的指令后，与自身的开关等级比较，忽略与自己相等或者高于自己等级的高压开关的装置本体所发来的指令，仅接收比自己等级低的设备发来的指令，并且进行延时，延时时间设为Ts ；
[0019]3)任一高压开关自身等级设为m，所对应的装置本体的越级延时为T，短路保护动作时间设为Td，则存在如下关系:Ts = (n-m) *T+Td ；
[0020]其中，Td设置不大于30ms时，可确保，短路保护动作时间在10ms内，以便符合煤炭行业中的《矿用隔爆型高压真空配电装置》内的装置标准。
[0021]为了实现自动调整上级高压开关短路保护动作时间的功能，需要对各台装置本体进行如下设置:
[0022]a)设置本装置本体所对应的高压开关等级；
[0023]b)设置本装置本体的短路保护动作时间；
[0024]c)设置本装置本体的越级延时；
[0025]d)将各台参与防越级跳闸联网保护的装置本体所连接的CAN通讯接口用通讯线缆连接在一起；
[0026]e)统一设置各台装置本体所连接的CAN通讯接口的波特率。
[0027]所述RS485通讯接口和所述CAN通讯接口均分别通过光电隔离后与所述控制模块连接。
[0028]所述控制模块连接一无线模块，以便配合具有无线数据传输功能的采集设备和传感器，实现数据的无线采集和传输。
[0029]所述无线模块优选采用zigbee模块。
[0030]所述装置本体包括一开关量采集模块和一继电器输出模块，分别用于采集各个高压开关的动作状态和控制继电器工作，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控制模块，所述开关量采集模块将高压开关的断路器状态反馈给控制模块，从而使控制模块识别断路器的分合闸状态，然后再通过控制继电器输出模块来控制继电器使其执行动作，使断路器分闸或合闸。
[0031]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，就无法确保保护动作可以被正确执行。本发明通过设置开关量采集模块和继电器输出模块，配合控制模块构成了开关分合闸动作时间检测和控制系统，用于对执行机构的执行时间进行监控，大大方便了井下供电设备的检测，避免了传统井下防爆开关在运行时存在的老化、失灵等隐患。具体的检测原理如下:装置本体中的继电器执行动作时间设为Tj，高压开关断路器的动作完成执行时间为Tz，装置本体检测判断执行机构的动作变位耗时Tc，装置本体以发出分闸指令的