本实用新型涉及控制开关领域，特别涉及一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关。
背景技术：
矿井下的大巷需要架设很长距离的直流机车天线，架线电机车天线电源由西风井牵流变电所整流柜供电。以山西某煤矿为例，井下630 大巷井底车场到大巷正头62站，全长约8千米，架线电机车天线电源由西风井牵流变电所整流柜供电。其中，外段2千米，里段6千米。由于里段距离过长，变电所的整流开关柜的电流保护功能已不能兼顾到最近端与最远端的过流故障，灵敏度不能满足要求，甚至起不到应有的保护作用，开关保护不灵敏延迟跳闸还带来了极大的安全隐患。整定值调整大了，2千米以外的过电流故障时，整流柜跳不了闸；整定值调小了，2千米内的车辆正常行驶时，又容易引起整流柜误动作。2017年1月10号，630大巷5500米处，由于大巷架空线上方的一根2寸水管吊挂铁丝锈蚀腐烂而坠落在天线上，导致架空线接地短路，使架空线与水管接触点产生了电火花，烧灼达20多分钟，牵引变电所的整流柜保护才动作跳闸，切断了故障回路。长时间的电火花，使架空线几乎烧断。处理故障还导致大巷电机车停驶60多分钟，严重影响了工人上下班和工作面的有序生产。更重要的是，险些引燃架空线上方电缆槽内的数根供电电缆和通讯电缆，造成更严重后果。
尽管如此，目前市场上还没有专门用于煤矿井下的架空线直流供电线路的分段保护装置。虽然部分刊物上刊登过诸如“电机车架线自动供电装置”之类的科研成果，但是其只是一种能够自动停送电的装置的原理，并不具备保护功能，而且其可靠性、可行性、实用性还有待产品的实际现场应用验证。
技术实现要素：
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构简单、安全可靠的矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，该分段保护开关，既可作检修隔离开关，又可作过流保护开关，同时还具有瓦斯超限自动断电闭锁功能。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，包括电源隔离开关GLK、逆变电源、电流互感器、保护器单元、真空接触器KM和保护执行继电器J；所述电源隔离开关GLK的一端通过电源输入接线柱与架空线前段连接，另一端依次连接真空接触器KM的主触点KM1、电流互感器后，通过电源输出接线柱与架空线后段连接，所述电源隔离开关GLK的另一端还与逆变电源的输入正极连接，逆变电源的输入负极通过地线接线柱与轨道回流线连接；保护器单元的第一信号输入端与电流互感器的输出端连接；保护器单元的常开输出端的一端通过保护执行继电器J的线圈后与逆变电源的输出正极连接，另一端与逆变电源的输出负极连接； 保护执行继电器J的常闭触点J1的一端与逆变电源的输出正极连接，另一端经过真空接触器KM的线圈后与逆变电源的输出负极连接。
所述的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，还包括启动按钮QA、停止按钮TA、急停按钮JTA、中间继电器ZJ和复位按钮FA；急停按钮JTA的一端与逆变电源（4）的输出正极连接，另一端经中间继电器ZJ的线圈，停止按钮TA、启动按钮QA后与逆变电源的输出负极连接，真空接触器KM的第一辅助触点KM2并联连接在启动按钮QA的两端；急停按钮JTA的另一端还经过保护执行继电器J的常闭触点J1、真空接触器KM的线圈、中间继电器ZJ的常开触点ZJ1后与逆变电源（4）的输出负极连接；复位按钮FA的一端与逆变电源的输出正极连接，另一端与保护器单元的复位端连接。
所述的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，还包括与保护器单元的第二信号输入端连接的瓦斯断电仪接线柱，所述瓦斯断电仪接线柱用于外接瓦斯传感器的信号输出端。
所述的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，还包括故障指示灯、合闸指示灯和瓦斯指示灯，保护器单元的反馈输入端经真空接触器KM的第二辅助触点KM3后与逆变电源的输出负极连接，保护器单元的合闸输出端经合闸指示灯与逆变电源的输出负极连接，保护器单元的电源输出端经故障指示灯与逆变电源的输出负极连接，保护器单元的瓦斯电闭锁引脚经瓦斯指示灯与逆变电源的输出负极连接。
所述保护器单元还包括电流显示屏。
所述保护器单元为型号为ZBK-1.14/4系列的智能型综合保护器。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型中，整定电流可根据该段天线的实际工作电流任意设置，能够实现架空线的任意段的过电流保护功能，克服了整流柜保护装置存在的近端过灵敏误动作而远端灵敏度低拒动作的难题，可有效防止全线各段短路、过载等故障时整流柜保护装置误跳闸或拒跳闸，或者跳闸反应迟钝的现象，杜绝更大事故的发生。同时，本实用新型还能通过外接瓦斯断电仪对巷道内的瓦斯浓度进行不间断监测，当瓦斯浓度超限时能够切断开关使架空线前端不能给架空线后端送电，实现瓦斯电闭锁功能，防止电机车在运行时集电器与架线摩擦产生的火花点燃瓦斯，避免造成瓦斯爆炸事故。
附图说明
图1为本实用新型的分段保护开关的电气原理图；
图中：1为架空线前段，2为架空线后段，3为轨道回流线，4为逆变电源，5为保护器单元，6为电流互感器，7为电流表，8为故障指示灯，9为合闸指示灯，10为电源输入接线柱，11为电源输出接线柱，12为地线接线柱，13、14、15均为电缆，16和17为瓦斯断电仪接线柱。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，为本实用新型实施例的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，其包括电源隔离开关GLK、逆变电源4、电流互感器6、保护器单元5、真空接触器KM和保护执行继电器J。
其中，电源隔离开关GLK的一端与电源输入接线柱10连接，另一端依次连接真空接触器KM的主触点KM1、电流互感器6后，与电源输出接线柱11连接，电源隔离开关GLK的另一端还与逆变电源4的输入正极连接，逆变电源4的输入负极与地线接线柱12连接，其中，电源输入接线柱10用于通过电缆13连接架空线前段1，电源输出接线柱11用于通过电缆14连接架空线后段2，地线接线柱12用于通过电缆15连接轨道回流线3。逆变电源4可以为550/24v直流逆变电源，用于给保护器单元5和本实用新型的各个电路元件供电。
其中，保护器单元的引脚1为电源输入正端，引脚2为复位端，引脚3和引脚4之间为常闭输出端，引脚3和引脚5之间为常开输出端，引脚6为反馈输入端，引脚7为电源输入负端，引脚8和引脚9为第一信号输入端，引脚10，引脚11和引脚12分别为合闸输出端、电源输出端和瓦斯闭锁输出端，引脚13和引脚14为第二信号输入端。保护器单元5的电源输入正端，即引脚1与逆变电源4的电源输出正极连接，电源输入负端，即引脚7与逆变电源4的电源输出负极连接；保护器单元5的第一信号输入端，即引脚8和引脚9与电流互感器6的输出端连接；保护器单元5的常开输出端的一端，即引脚3通过保护执行继电器J的线圈与逆变电源4的输出正极连接，常开输出端的另一端，即引脚5与逆变电源4的输出负极连接。
其中，保护执行继电器J的常闭触点J1的一端与逆变电源4的输出正极连接，另一端经过真空接触器KM的线圈后与逆变电源4的输出负极连接。
该分段保护开关能够实现架空线的任意段的过流保护功能，架空线分段设置，架空线1段通过该分段保护开关与架空线2段连接，架空线2段又通过该分段保护开关与架空线3段连接，各段的整定电流可根据该天线段的实际工作电流通过保护器单元进行设定。当电机车供电回路中有过电流故障发生时，互感器6就会将故障电流信号经8、9脚迅速反馈给保护器单元5，保护器单元5使保护执行继电器J立即动作，J的常闭触点J1断开，使真空接触器KM的主触点KM1断开，将故障线路切断，起到保护线路防止事故扩大的作用。
进一步地，本实施例的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，还可以包括启动按钮QA、停止按钮TA、急停按钮JTA、中间继电器ZJ和复位按钮FA；急停按钮JTA的一端与逆变电源4的输出正极连接，另一端经中间继电器ZJ的线圈，停止按钮TA、启动按钮QA后与逆变电源4的输出负极连接，真空接触器KM的第一辅助触点KM2并联连接在启动按钮QA的两端；急停按钮JTA的另一端还经过保护执行继电器J的常闭触点J1、真空接触器KM的线圈、中间继电器ZJ的常开触点ZJ1后与逆变电源4的输出负极连接；复位按钮FA的一端与逆变电源4的输出正极连接，另一端与保护器单元5的复位端连接。
进一步地，本实施例的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，还可以包括与保护器单元5的第二信号输入端连接的瓦斯断电仪接线柱16和17，所述瓦斯断电仪接线柱16，17用于外接瓦斯断电仪的信号输出端。当瓦斯浓度超量时，瓦斯断电仪动作输出，其接点断开，使保护器单元5的第二信号输入端，即引脚13、14断开，此时，保护执行继电器J动作，其常闭触点J1断开，使得真空接触器KM跳闸并无法合闸，实现了瓦斯断电闭锁。
进一步地，本实施例的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，还包括故障指示灯8、合闸指示灯9和瓦斯指示灯16，保护器单元5的反馈输入端，即引脚6经真空接触器KM的第二辅助触点KM3后与逆变电源4的输出负极连接，保护器单元5的合闸输出端，即引脚12经合闸指示灯9与逆变电源4的输出负极连接，保护器单元5的电源输出端，即引脚11经故障指示灯8与逆变电源4的输出负极连接，保护器单元5的瓦斯电闭锁端，即引脚12经瓦斯指示灯16与逆变电源4的输出负极连接。则当真空接触器合闸时，信号经引脚6反馈给保护器单元，则保护器单元5点亮合闸指示灯9，此外，电机车供电回路中有过电流故障发生时，保护器单元5点亮故障指示灯9，当矿井中发生瓦斯浓度超量时，保护器单元5点亮瓦斯指示灯16。
其中，所述的一种矿井大巷直流架线机车天线分段保护开关，特征在于，所述保护器单元5还包括电流显示屏7，最小显示值为000.0A，最大显示值为999.9A,灵敏度为±0.001A。
其中，所述保护器单元5可以为型号为ZBK-1.14/4系列智能型综合保护器，其为以智能型电流表为核心元件而集成的保护模块，主要应用于：风机、水泵、电动机等负载的控制与保护，过载保护、短路保护、漏电和漏电闭锁保护、欠压保护、风电（瓦斯电）保护。
下面介绍本实用新型的工作过程。
把原来架线电机车巷道的整根架空线切断分成若干段，每段可以是2000米，也可以是1000米，也可以是500米，将电源输入接线柱10通过电缆13与架空线前段1连接，地线接线柱12通过电缆15与轨道回流线3连接，电源输出接线柱11通过电缆14与架空线后段2连接。瓦斯断电接线柱16、17与巷道的瓦斯传感器控制点连接。
当合上电源隔离开关GLK后，内部逆变电源4有电，输出24V供控制回路各个元件工作。此时，若外接瓦斯断电仪检测的瓦斯浓度在规定允许范围内和开关的负荷线路无短路等故障时，LED显示屏7显示为000.0A，表示有电；红色指示灯8和16不亮，保护执行继电器J得电吸合此时，开关允许合闸操作。
合闸前准备：本开关安装完毕后，根据负荷线路上的实际负荷电流，进行电流保护值整定设置。电流整定从1--630A连续可调，满足供电线路各区段的电流值任意设置。
合闸操作：按动启动按钮QA，中间继电器ZJ吸合，其常开触点ZJ1闭合，接通真空接触器KM所在回路，KM吸合，其主触点KM1闭合，550v直流电源经KM1、电流互感器6、电源输出接线柱11、电缆14，送电到架空线2段。同时，其辅助触点KM2闭合，控制回路实现自保；KM3闭合，给保护单元5提供合闸反馈信号，绿色合闸指示灯9点亮。电机车通过其集电器将电源引入电机车电路，使机车牵引电动机工作，再经电机车车轮、轨道回流点3、回流线回到牵引变流所，构成完整的电流回路。
分闸操作：需要分闸时，只需按下停止按钮TA，中间继电器ZJ无电释放，使真空接触器KM也释放，其主触点KM1断开了负荷线路，实现停电操作。按下急停按钮时，中间继电器ZJ和真空接触器KM同时无电释放，实现紧急分闸。
检修：可拉开电源隔离开关GLK，以方便开关或电机车、线路的停送电和检修，确保检修的安全进行。
开关保护动作：该分段保护开关能够实现架空线的任意段的过流保护功能，整定电流可根据该天线段的实际工作电流任意设定。当电机车供电回路中有过电流故障发生时，电流互感器6就会将故障电流信号经引脚8、9反馈给保护器单元5，保护器单元5使保护执行继电器J立即动作，J的常闭接点J1断开，使真空接触器KM主触点KM1断开，将故障线路切断，起到保护线路防止事故扩大的作用。同时，红色故障指示灯8点亮。
当本开关外接的电机车大巷瓦斯传感器附近的瓦斯浓度超过规定值时，其超限信号经过接线柱16、17反馈到保护器单元5，保护执行继电器J立即动作，其常闭触点J1断开真空接触器KM吸合回路，使开关跳闸，其主触点KM1切断本段架线负荷电源。当瓦斯浓度超限时，实现瓦斯电闭锁，开关不能合闸。同时，红色故障指示灯16点亮，指示开关跳闸或不能合闸的原因。
当线路过流和瓦斯超限故障排除，需手动复位FA后，方能重新合闸送电，达到安全供电和机车安全运行的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。