专利名称：隔爆型相敏短路保护馈电开关及其工作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿电力系统用的馈电开关。
背景技术：
在煤矿井下供电中，输电线路长，区域分布广，负荷复杂多变，这样使得影响供电系统稳定运行的因素增多，如电气设备所处的环境恶劣、设备易受潮、绝缘自然老化、机械损伤及过电压击穿、人为误操作等原因，都极易导致供电系统出现故障，其中常见的主要故障是相间短路以及变压器、电动机绕组的匝间短路等，如果保护不够及时，轻者加快设备老化，严重的会造成断路器粘连、开关报废，甚至是整个供电网络的瘫痪。因此，在出现短路事故时，应立即切除故障线路及设备，以防事故蔓延。目前，处理这种故障状态的馈电开关的保护装置主要由断路器、控制电源部分、电压互感器、电流互感器、控制器和分间执行部分共同组成；控制方式有以下几种一是靠过流保护来实现，其过流保护动作值是按躲过最大容量电动机的起动电流及其它同时运行设备额定电流之和为依据整定的；此种整定方式在供电线路短路电流较大时，较容易满足过电流保护灵敏度及电动机起动电流的要求；但目前使用的电动机，其起动电流很大，与线路发生短路故障时的电流相接近，因而使短路时电流值的整定发生困难，有的保护装置将短路电流的整定值设定为电动机额定电流10倍以躲开起动电流，这样当起动电流较大时，不能分辨出是发生了三相短路还是电动机正常起动，容易发生误动作。二是有些保护装置利用起动时延时几秒钟再投入保护的方法，以躲开正常起动过程；这样也不合适，因为当起动过程中正好发生短路故障时，无法对故障线路进行保护。三是利用传统的相敏保护插件；该保护插件是基于分立元件构成的简单的采样-比较-执行电路，由于其电路上的简易性导致其逻辑判断能力有限，并且其在智能型馈电开关中相应的转换也不多见。目前矿井下的负荷，由于大量使用鼠笼异步电动机，其功率因数较低，一般在 0.7-0. 8之间，轻载时，功率因数低于此值。电动机起动时，尽管其起动电流较大，但其功率因数较低，一般为0.35左右。而发生短路故障时，功率因数会很高。而且功率因数是电流和电压的相位差的反映，因此采集供电线路电流和电压的相位，得出相位差，计算出功率因数，再辅以幅值比较，就可以进行较为复杂的逻辑判断，达到很好的保护效果。将这一原理应用到隔爆型馈电开关中，就可以一种新型的隔爆型相敏短路保护馈电开关。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，利用相位差幅值比较原理，提出一种数字智能式隔爆型相敏短路保护馈电开关。一种数字智能式隔爆型相敏短路保护馈电开关，主要由断路器、主回路电源侧的控制电源部分、连接在断路器主回路用电侧的电压互感器、连接在断路器主回路用电侧的电流互感器、控制器和分间执行部分共同组成；其特征在于，所述的控制器由电流信号处理电路、电压信号处理电路、幅值调整提取电路和数字信号处理器组成；主回路电源侧的控制电源部分包括为数字信号处理器提供直流工作电源的电路和为馈电开关分间执行部分提供直流工作电源的电路；其中，上述的电流信号处理电路由串联的I-V变换电路、幅值调整电路、低通滤波电路串联组成；I-V变换电路与输入端与电流互感器输出端连接，低通滤波电路输出端与幅值调整提取电路输入端连接；上述的电压信号处理电路由串联的u取样电路、幅值调整电路、低通滤波电路串联组成；u取样电路输入端与电压互感器输出端连接，低通滤波电路输出端与幅值调整提取电路输入端连接；上述的幅值调整提取电路由幅值调整电路、滤波电路、幅值提取电路并联而成；其输出端与数字信号处理器输入端连接；上述的数字信号处理器优选16位DSP芯片TMS320LFM07A，其工作在频率40MHz， 其输出端与分闸执行部分连接。工作原理是，先由主回路电源侧的控制电源部分给智能保护器和各控制回路供电，再由检测电路对主回路负荷侧通过电压互感器和电流互感器同时进行电压和电流的采样工作，电流互感器和电压变压器进来的三相电流和三相电压信号经过幅值调整、滤波电路处理后，得到相应规整的幅值和波形。之后，一部分经过整形电路和相位比较电路得到同相电流电压的相位差，另一部分幅值被提取。两种信号输入到数字信号处理器进行采样，利用幅值与相位差相结合方式，进行相敏保护逻辑判断，若是相敏短路故障，则输出执行，继而由输出分闸执行电路推动隔爆型相敏短路保护馈电开关的断路器跳闸停电。本发明的优点是应用新型智能型保护装置的馈电开关电路简单，集成度高，灵敏性、准确性好，工作稳定可靠。用这种隔爆型相敏短路保护馈电开关嵌入独立芯片，使保护的动作时间不受外部慢速器件的影响，消除了假短路信号的干扰，解决了相敏短路保护装置误动作问题，使隔爆型馈电开关的性能稳定可靠，更好的保证了人员安全和设备安全。
图1是本发明实施例的电路图；图2是本发明实施例的智能保护器电路框图。图例说明1-主回路，2-电压互感器，3-电流互感器，4-分闸执行部分，5-控制器，6-断路器，7-控制电源部分。
具体实施例方式如图1所示，一种数字智能式隔爆型相敏短路保护馈电开关，主要由断路器6、主回路电源侧的控制电源部分7、连接在断路器6主回路1用电侧的电压互感器2、连接在断路器6主回路1用电侧的电流互感器3、控制器5和分闸执行部分4共同组成；所述的电压互感器2用于提供三相电压信号；所述的电流互感器3用于提供三相电流信号。其中，所述的控制器5电路如图2所示，它由电流信号处理电路、电压信号处理电路、幅值调整提取电路和数字信号处理器连接组成；上述的电流信号处理电路由串联的I-V变换电路、幅值调整电路、低通滤波电路串联组成；I-V变换电路与输入端与电流互感器3输出端连接，低通滤波电路输出端与幅值调整提取电路输入端连接；上述的电压信号处理电路由串联的U取样电路、幅值调整电路、低通滤波电路串联组成；u取样电路输入端与电压互感器2输出端连接，低通滤波电路输出端与幅值调整提取电路输入端连接；上述的幅值调整提取电路由幅值调整电路、滤波电路、幅值提取电路并联而成；其输出端与数字信号处理器输入端连接；上述的数字信号处理器优选16位DSP芯片TMS320LFM07A，其工作在频率40MHz， 其输出端与分闸执行部分7连接。
权利要求
1.一种隔爆型相敏短路保护馈电开关，主要由断路器、主回路电源侧的控制电源部分、 连接在断路器主回路用电侧的电压互感器、连接在断路器主回路用电侧的电流互感器、控制器和分间执行部分共同组成；其特征在于，所述的控制器由电流信号处理电路、电压信号处理电路、幅值调整提取电路和数字信号处理器组成；主回路电源侧的控制电源部分包括为数字信号处理器提供直流工作电源的电路和为馈电开关分闸执行部分提供直流工作电源的电路；其中，上述的电流信号处理电路由串联的I-V变换电路、幅值调整电路、低通滤波电路串联组成；I-V变换电路与输入端与电流互感器输出端连接，低通滤波电路输出端与幅值调整提取电路输入端连接；上述的电压信号处理电路由串联的U取样电路、幅值调整电路、低通滤波电路串联组成；u取样电路输入端与电压互感器输出端连接，低通滤波电路输出端与幅值调整提取电路输入端连接；上述的幅值调整提取电路由幅值调整电路、滤波电路、幅值提取电路并联而成；其输出端与数字信号处理器输入端连接；
2.如权利要求1所述的馈电开关。其特征在于，所述的数字信号处理器选16位DSP芯片TMS320LFM07A，其工作在频率40MHz，其输出端与分闸执行部分连接。
3.—种如权利要求1或2所述的馈电开关的工作方法，其特征在于，它先由主回路电源侧的控制电源部分给智能保护器和各控制回路供电，再由检测电路对主回路负荷侧通过电压互感器和电流互感器同时进行电压和电流的采样工作，电流互感器和电压变压器进来的三相电流和三相电压信号经过幅值调整、滤波电路处理后，得到相应规整的幅值和波形；之后，一部分经过整形电路和相位比较电路得到同相电流电压的相位差，另一部分幅值被提取。两种信号输入到数字信号处理器进行采样，利用幅值与相位差相结合方式，进行相敏保护逻辑判断，若是相敏短路故障，则输出执行，继而由输出分闸执行电路推动隔爆型相敏短路保护馈电开关的断路器跳闸停电。
全文摘要
本发明公开了一种隔爆型相敏短路保护馈电开关及其工作方法，主要由断路器、主回路电源侧的控制电源部分、连接在断路器主回路用电侧的电压互感器、连接在断路器主回路用电侧的电流互感器、控制器和分闸执行部分共同组成；所述的控制器由电流信号处理电路、电压信号处理电路、幅值调整提取电路和数字信号处理器组成；主回路电源侧的控制电源部分包括为数字信号处理器提供直流工作电源的电路和为馈电开关分闸执行部分提供直流工作电源的电路。通过上述各部件使本发明解决了相敏短路保护装置的误动作问题，使隔爆型馈电开关的性能稳定可靠，更好的保证了人员安全和设备安全。
文档编号H02H3/28GK102324723SQ20111028074
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者刘长水, 李成久, 楚强, 高彬 申请人:山东一统电器有限公司