一种煤矿供配电系统动态模拟电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤矿供配电安全技术领域，具体涉及一种煤矿供配电系统动态模拟电路。
【背景技术】
[0002]煤矿井下是典型的爆炸性环境，其供电系统普遍采用中性点非有效接地的运行方式。由于矿井用电环境恶劣，工作面供电线路及设备容易发生漏电、接地、短路等故障，由故障所致引的高温、电火花是导致爆炸事故发生的主要火源，一旦发生爆炸，直接威胁全体井下工作人员的生命安全，并造成恶劣的社会影响和重大的经济损失，因此煤矿生产对供电的安全性和可靠性要求很高。应用在井下的各种保护系统经常发生拒动和误动，开发新的矿用继电保护新原理和新技术迫在眉睫，而新原理与新技术的研宄与开发必须借助于得力的试验平台，各种矿用供电新设备在投入使用前也必须进行实验。
[0003]由于矿井供电系统与地面供电系统的运行特性差异较大，目前还没有一种有效针对矿井供电独特性的动态模拟系统。现有模拟系统主要有两种方式，一种是采用各种商用仿真软件在计算机上搭建矿井供电系统的数值模型，通过求解微分方程来完成模拟和实验，这种仿真模拟环境是在完全理想条件下搭建，实现简单，但与井下实际供电系统的运行状况差异很大，许多具有渐变性特点的故障以及设备的动态物理特性无法模拟，仿真模拟实验结果只能作为对矿井供电系统的初步认识和参考。第二种模拟系统采用380V作为实验电压，实验系统中不包含变压器、互感器、负载等实际设备，模拟实验结果虽然比计算机仿真效果好，但仍与实际情况差距较大。矿井主要采用1kV和3300V的供电电压，而绝缘寿命的长短主要与电压高低有关，电压等级的不同对设备尤其是电缆的绝缘性能影响很大，直接导致对漏电故障的发生与演变规律研宄产生较大误差。对继电保护装置的检验与测试，需综合考虑系统的动态运行状况，要考虑变压器、互感器的饱和特性、负载变化对电气设备的综合影响，这在380V实验系统中是无法实现的。
[0004]由于真实的矿井动态模拟系统的缺乏，对矿用设备性能的检验最终依靠在井下的实际应用，对矿井供电系统的运行规律和各种故障发生机理的研宄和认识也只能通过仿真软件或者地面低压实验系统进行模拟，因此矿井供电设备故障发生频繁，保护系统动作可靠性不高，煤矿供电安全性无法有效保障就在所难免，爆炸性环境供电安全的基础理论研宄始终处于较薄弱状态。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿供配电系统动态模拟电路，其运行电压与煤矿供配电系统的实际情况完全一致，具有灵活、动态的建模能力，动态模拟结果的真实性和实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种煤矿供配电系统动态模拟电路，其特征在于:包括用于将380V电压变换为1kV电压后输出供电的高压供电电路和用于将高压供电电路输出的1kv电压变换为3300V电压后输出供电的低压馈电电路，以及用于模拟负载的磁粉制动器和与高压供电电路或低压馈电电路连接的故障模拟电路；所述高压供电电路与380V市电输电线路连接，所述低压馈电电路包括用于将1kV电压变换为3300V电压的降压电路和与降压电路连接的低压馈电支路，以及与降压电路和低压馈电支路均连接的谐波源，所述磁粉制动器与低压馈电支路连接；
[0007]所述高压供电电路包括用于将380V电压变换为1kV电压的升压变压器Tl、高压供电线路和零序电抗器ARC，所述升压变压器Tl为三相双绕组变压器，所述升压变压器Tl的一次侧绕组为三角形接法，所述升压变压器Tl的二次侧绕组为星形接法，所述升压变压器Tl的一次侧绕组通过三相开关Kl与380V市电输电线路连接，所述零序电抗器ARC的一端通过单相开关K2与升压变压器Tl的二次侧绕组的中性点连接，所述高压供电线路由A相高压供电线路、B相高压供电线路和C相高压供电线路组成，所述A相高压供电线路的首端为接线端子a且与升压变压器Tl的二次侧绕组的第一接线端连接，所述B相高压供电线路的首端为接线端子b且与升压变压器Tl的二次侧绕组的第二接线端连接，所述C相高压供电线路的首端为接线端子c且与升压变压器Tl的二次侧绕组的第三接线端连接；
[0008]所述降压电路由降压变压器T2构成，所述降压变压器T2为三相双绕组变压器，所述降压变压器T2的一次侧绕组为三角形接法，所述降压变压器T2的二次侧绕组为星形接法，所述低压馈电支路的数量为三条且分别为第一低压馈电支路、第二低压馈电支路和第三低压馈电支路，所述降压变压器T2的一次侧绕组的三个接线端分别与所述A相高压供电线路的末端、所述B相高压供电线路的末端和所述C相高压供电线路的末端连接，所述A相高压供电线路的末端、所述B相高压供电线路的末端和所述C相高压供电线路的末端分别为接线端子d、接线端子e和接线端子f，所述谐波源通过依次串联的三相开关K7和三相开关K3与所述降压变压器T2的二次侧绕组的三个接线端连接，所述第一低压馈电支路通过三相开关K4与连接三相开关K7和三相开关K3的连接线连接，所述第二低压馈电支路通过三相开关K5与连接三相开关K7和三相开关K3的连接线连接，所述第三低压馈电支路通过三相开关K6与连接三相开关K7和三相开关K3的连接线连接，所述第一低压馈电支路的三相输入端分别为接线端子g、接线端子h和接线端子i，所述第二低压馈电支路的三相输入端分别为接线端子j、接线端子k和接线端子1，所述第三低压馈电支路的三相输入端分别为接线端子m、接线端子η和接线端子O，所述第一低压馈电支路的三相输出端分别为接线端子P、接线端子q和接线端子r，所述第二低压馈电支路的三相输出端分别为接线端子S、接线端子t和接线端子U，所述第三低压馈电支路的三相输出端分别为接线端子V、接线端子W和接线端子X ；
[0009]所述故障模拟电路包括渐变性漏电模拟电路和短路模拟电路，所述渐变性漏电模拟电路由单相开关K9和滑动变阻器R16组成，所述滑动变阻器R16的滑动端接地，所述滑动变阻器R16的一个固定端与单相开关K9的一端连接，所述单相开关K9的另一端为渐变性漏电模拟电路的输出端OUTl ;所述短路模拟电路由滑动变阻器R17、单相开关K10、单相开关Kl 1、单相开关K12、单相开关K13和单相开关K14组成，所述滑动变阻器R17的一个固定端通过单相开关K14与单相开关KlO的一端、单相开关Kll的一端、单相开关K12的一端和单相开关K13的一端连接，所述滑动变阻器R17的滑动端和单相开关K13的另一端均接地，所述单相开关KlO的另一端为短路模拟电路的第一输出端0UT2，所述单相开关Kll的另一端为短路模拟电路的第二输出端0UT3，所述单相开关K12的另一端为短路模拟电路的第三输出端0UT4 ;所述渐变性漏电模拟电路的输出端OUTl与接线端子a?c或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子d?f或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子g?i或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子j?I或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子m?ο或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子P?r或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子S?u或其中任意一个、任意两个接线端子，或与接线端子V?X或其中任意一个、任意两个接线端子连接；所述短路模拟电路的第一输出端0UT2、短路模拟电路的第二输出端0UT3和短路模拟电路的第三输出端0UT4中的任意一个输出端与接线端子a?X中的任意一个接线端子连接，或者所述短路模拟电路的第一输出端0UT2、短路模拟电路的第二输出端0UT3和短路模拟电路的第三输出端0UT4中的任意两个输出端与接线端子a?c中的任意两个接线端子、或与接线端子d?f中的任意两个接线端子、或与接线端子g?i中的任意两个接线端子、或与接线端子j?I中的任意两个接线端子、或与接线端子m?ο中的任意两个接线端子、或与接线端子P?r中的任意两个接线端子、或与接线端子s?u中的任意两个接线端子、或与接线端子V?X中的任意两个接线端子连接，或者所述短路模拟电路的第一输出端0UT2、短路模拟电路的第二输出端0UT3和短路模拟电路的第三输出端0UT4分别与接线端子a?C、或分别与接线端子d?f、或分别与接线端子g?1、或分别与接线端子j?1、或分别与接线端子m?O、或分别与接线端子P?r、或分别与接线端子s?U、或分别与接线端子V?X连接。
[0010]上述的一种煤矿供配电系统动态模拟电路，其特征在于:所述单相开关K2与升压变压器Tl的二次侧绕组的连接线路上连接有单相电流互感器CT1，所述高压供电线路与升压变压器Tl的二次侧绕组的连接线路上连接有电压互感器PTl ;所述三相开关K3与所述降压变压器T2的二次侧绕组的三个接线端的连接线路上连接有电压互感器PT2，所述三相开关K4与连接三相开关K7和三相开关K3的连接线连接的连接线路上连接有零序电流互感器CT2、单相电流互感器CT5、单相电流互感器CT6和单相电流互感器CT7，所述三相开关K5与连接三相开关K7和三相开关K3的连接线连接的连接线路上连接有零序电流互感器CT3、单相电流互感器CT8、单相电流互感器CT9和单相电流互感器CT10，所述三相开关K6与连接三相开关K7和三相开关K3的连接线连接的连接线路上连接有零序电流互感器CT4、单相电流互感器CTl1、单相电流互感器CT12和单相电流互感器CT13。
[0011]上述的一种煤矿供配电系统动态模拟电路，其特征在于:所述A相高压供电线路由电阻R1、电容Cl和电感LI组成，所述电感LI的一端与电容Cl的一端连接且为A相高压供电线路的首端，所述电阻Rl的一端与电感LI的一端连接且为A相高压供电线路的末端，所述电容Cl的另一端和电阻Rl的另一端均接地；所述B相高压供电线路由电阻R2、电容C2和电感L2组成，所述电感L2的一端与电容C2的一端连接且为B相高压供电线路的首端，所述电阻R2的一端与电感L2的一端连接且为B相高压供电线路的末端，所述电容C2的另一端和电阻R2的另一端均接地；所述C相高压供电线路由电阻R3、电容C3和电感L3组成，所述电感L3的一端与电容C3的一端连接且为C相高压供电线路的首端，所述电阻R3的一端与电感L3的一端连接且为C相高压供电线路的末端，所述电容C3的另一端和电阻R3的另一端均接地。
[0012]上述的一种煤矿供配电系统动态模拟电路，其特征在于:所述第一低压馈电支路由第一 U相低压馈电支路、第一 V相低压馈电支路和第一 W相低压馈电支路组成，所述第一U相低压馈电支路由电阻R4、电容C4和电感L4组成，所述电感L4的一端与电容C4的一端连接且为第一 U相低压馈电支路的首端，所述电阻R4的一端与电感L4的一端连接且为第一 U相低压馈电支路的末端，所述电容C4的另一端和电阻R4的另一端均接地，所述第一 V相低压馈电支路由电阻R5、电容C5和电感L5组成，所述电感L5的一端与电容C5的一端连接且为第一 V相低压馈电支路的首端，所述电阻R5的一端与电感L5的一端连接且为第一 V相低压馈电支路的末端，所述电容C5的另一端和电阻R5的另一端均接地，所述第一 W相低压馈电支路由电阻R6、电容C6和电感L6组成，所述电感L6的一端与电容C6的一端连接且为第一 W相低压馈电支路的首端，所述电阻R6的一端与电感L6的一端连接且为第一 W相低压馈电支路的末端，所述电容C6的另一端和电阻R6的另一端均接地；所述第二低压馈电支路由第二 U相低压馈电支路、第二 V相低压馈电支路和第二 W相低压馈电支路组成，所述第二 U相低压馈电支路由电阻R7、电容C7和电感L7组成，所述电感L7的一端与电容C7的一端连接且为第二 U相低压馈电支路的首端，所述电阻R7的一端与电感L7的一端连接且为第二 U相低压馈电支路的末端，所述电容C7的另一端和电阻R7的另一端均接地，所述第二 V相低压馈电支路由电阻R8、电容C8和电感L8组成，所述电感L8的一端与电容CS的一端连接且为第二 V相低压馈电支路的首端，所述电阻R8的一端与电感L8的一端连接且为第二 V相低压馈电支路的末端，所述电容CS的另一端和电阻R8的另一端均接地，所述第二 W相低压馈电支路由电阻R9、电容C9和电感L9组成，所述电感L9的一端与电容C9的一端连接且为第二 W相低压馈电支路的首端，所述电阻R9的一端与电感L9的一端连接且为第二 W相低压馈电支路的末端，所述电容C9的另一端和电阻R9的另一端均接地；所述第三低压馈电支路由第三U相低压馈电支路、第三V相低压馈电支路和第三W相低压馈电支路组成，所述第三U相低压馈电支路由电阻R10、电容ClO和电感LlO组成，所述电感LlO的一端与电容ClO的一端连接且为第三U相低压馈电支路的首端，所述电阻RlO的一端与电感LlO的一端连接且为第三U相低压馈电支路的末端，所述电容ClO的另一端和电阻RlO的另一端均接地，所述第三V相低压馈电支路由电阻R11、电容Cll和电感Lll组成，所述电感Lll的一端与电容Cll的一端连接且为第三V相低压馈电支路的首端，所述电阻Rll的一端与电感Lll的一端连接且为第三V相低压馈电支路的末端，所述电容Cll的另一端和电阻Rll的另一端均接地，所述第三W相低压馈电支路由电阻R12、电容C12和电感L12组成，所述电感L12的一端与电容C12的一端连接且为第三W相低压馈电支路的首端，所述电阻R12的一端与电感L12的一端连接且为第三W相低压馈电支路的末端，所述电容C12的另一端和电阻R12的另一端均接地。
[0013]上述的一种煤矿供配电系统动态模拟电路，其特征在于:所述滑动变阻器R16的最大阻值为5000 Ω，所述滑动变阻器R17的最大阻值为500 Ω。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0015]1、本实用新型采用了与煤矿供配电系统相同的供电电压等级与主接线，考虑了实际变压器、线路参数、互感器、负载变化对系统的动态影响，能够最大限度地真实再现实际的煤矿供配电系统，能够提供丰富的反映系统运行特性、故障本质的数据，动态模拟结果的真实性和实用性强。
[0016]2、本实用新型的构建灵活，设计新颖，可根据研宄、测试的不同需求，通过开关状态的灵活改变模拟煤矿供配电系统的不同运行方式，通过滑动变阻器阻值的连续改变，动态模拟渐变性漏电故障的发生过程；通过多个开关组合和状