一种煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置的制作方法

1.本实用新型有关一种漏电保护装置，特别是指一种煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置。


背景技术：

2.目前，煤矿井下低压电网中性点不接地系统中绝大多数故障是漏电故障，尽管它不破坏系统的对称运行，但非漏电相对地电压增加为原来的倍，若不及时处理，极易发展成两相短路。而且瓦斯和煤尘爆炸会关系到人身安全等问题，其危害性更大。
3.原有煤矿防爆馈电开关装置一般由检漏继电器和本支路漏电保护单元两部分组成。低压漏电保护判断漏电的依据是漏电电阻，检漏继电器检测总线漏电，采用附加直流电压法通过检测电流的大小来判断漏电电阻；支路保护单元检测支路漏电，采用零序电流大小检测漏电电阻。由于零序电压受系统电容和电网电压的影响、检漏继电器和支路漏电保护单元判据不统一等原因，其正确动作率很低，而且不能反应分散性漏电。一些保护产品中的漏电保护功能，仍采用分散控制方式，仍采用以上原理检测漏电，只是用了单片机技术，显然仍无法真正解决低压漏电保护问题。
4.由此可见，井下低压漏电保护，是煤矿一直没有得到解决的技术难题。
5.低压漏电保护装置不能正确动作的主要原因是：
6.1、由于井下中性点不接地系统，电容电流很小：零序电压小，分布电容小，电容电流很小，小至几毫安，对装置灵敏度要求很高；
7.2、动作时间要求短：漏电支路动作时间不大于30ms，这么短的响应时间，给判断原理的选择带来了很大考验。附加直流电压法由于反应时间问题，可以用于总线漏电电阻的检测，而不能用于支路漏电保护；
8.3、零序电压不能单一地反应漏电电阻，支路漏电保护单元用零序电压检测漏电电阻，由于零序电压是漏电电阻、系统容抗和系统电压的函数，不单一地反应漏电电阻，因此其检测精度受系统电容和电网电压波动的影响很大；
9.4、检漏继电器和漏电保护单元的判据不统一：检漏继电器用附加直流电压法检测漏电电阻，支路漏电保护单元用零序电压检测漏电电阻，二种方法测量精度相差很大；
10.5、分散性控制模式的缺陷：原有技术均采用分散控制模式，这种模式无法综合判断各支路漏电参数，决策哪条支路真正发生漏电，对正常的支路误判率很高；
11.6、无法解决分散性漏电：当电网系统几条支路漏电，若支路的漏电电阻都没有达到动作值，而总的漏电电阻达到了动作值，造成总开关误动，以至大面积断电；
12.7、漏电保护装置以电容电流为判据，低压系统电容电流很小，而且随运行方式、漏电程度、井下潮湿环境的程度，是一个变化量，而装置作为一个继电器，有一个固定的整定值，设定好后不能自适应调整。系统参数的可变性和装置整定值的不变性这一矛盾决定了此类装置不可能做出100％选择性漏电判断。


技术实现要素：

13.有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种分散采集漏电信息集中判别的煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置。
14.为达到上述目的，本实用新型提供一种煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置，其包括有依次连接的用于同步采样总馈电开关的人为中性点的零序电压和各分支路馈出线零序电流的信号采集单元、将所采集的零序电压和零序电流进行放大的信号隔离放大单元、将放大的信号转换成可供arm直接处理的电压信号的a/d转换器、对电压信号进行数据分析以判断出现故障的分支路馈出线的arm运算处理单元以及输出跳闸信号的继电器输出单元，该 arm运算处理单元与远程计算机显示单元进行数据通讯。
15.所述arm运算处理单元连接有用以显示漏电故障、零序电压、零序电流、零序电压和零序电流漏电数值的本地液晶显示器。
16.所述信号采集单元包括有分别用于采集零序电压和零序电流的零序电压取样器和零序电流互感器。
17.所述arm运算处理单元与所述本地液晶显示器之间通过rs
‑
485串口进行通讯。
18.所述信号隔离放大单元、a/d转换器、arm运算处理单元及继电器输出单元插接于一母板上，该母板还插接有进行供电的电源板，该电源板提供外接的电源接口、通讯接口、面板电源接口。
19.所述arm运算处理单元为以arm为核心的智能数据处理和判断主板，其具有16路模拟量输入、24路开关量输入/输出。
20.所述arm运算处理单元连接有对其设定零序电压和零序电流的定值和增益的本地键盘。
21.所述本地液晶显示器为同时显示4个总馈电开关26路零序电流和4路电压值的带cpu 的本地液晶。
22.所述arm运算处理单元与一扩展的随机存储器互相通信。
23.本实用新型的选择性漏电保护装置与现有的煤矿各种开关里所使用的漏电保护装置有着根本性的不同，本实用新型采用分散采集漏电信息、集中进行处理和判别的集中式方法，选线的正确率达到100％，真正实现了选择性跳闸，可将事故的影响降低到最小。同时，由于动作的快速性，当发生人身触电事故时，可保证完全满足i
·
t≤30ma
·
s的安全参量，既能保护人身触电不致死亡，又能缩小停电范围，减少事故损失，是先进、可靠的安全保护装置。
附图说明
24.图1为本实用新型煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置的原理框图；
25.图2为本实用新型中的零序电压采样单元的结构原理图。
具体实施方式
26.为便于对本实用新型的结构及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。
27.如图1所示，本实用新型的煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置包括有依
次连接的信号采集单元1、信号隔离放大单元2、a/d转换器3、arm运算处理单元4及继电器输出单元5，该arm运算处理单元4连接有远程计算机显示单元6，该arm运算处理单元4与远程计算机显示单元6之间进行数据通讯，该arm运算处理单元4连接有本地液晶显示器8，该arm运算处理单元4连接有本地键盘7，该arm运算处理单元4与本地液晶显示器8之间进行数据通讯，该arm运算处理单元4与本地键盘7进行数据通讯。
28.该信号采集单元1包括有零序电压取样器和零序电流互感器，该零序电压取样器用于采集总馈电开关的人为中性点的零序电压，零序电流互感器用于采集分馈电开关支路零序电流，信号采集单元1将采集的零序电压和零序电流通过信号隔离放大单元2进行放大，并经过a/d转换器3将零序电流互感器和零序电压取样器采样输出的电流信号和电压信号转换成可供arm直接处理的电压信号，arm运算处理单元4与远程计算机显示单元6通过rs485串口转光纤接口进行通信，并能通过远程计算机显示单元6显示arm运算处理单元4的技术参数，arm运算处理单元4与本地液晶显示器8进行通信，并能通过本地液晶显示零序电压和零序电流支路的状态，arm运算处理单元4与本地键盘7进行通信，通过本地键盘对arm运算处理单元4设定零序电压和零序电流的定值和增益，arm运算处理单元4对零序电压和零序电流信号进行数据分析并判断出是哪一路馈出线出现故障，并同时在本地液晶显示器8上显示漏电故障、零序电压、零序电流，并由继电器输出单元5输出跳闸信号。
29.在实际中由于煤矿井下变压器中性点是不接地，要想使得装置可靠，不发生误动作现象，必须采样零序电压，故采样零序电压采用人为中性点的方法，零序电压采样单元如图2所示，其中a、b、c三相一端连接在总开关输入侧，另一端分别通过三个电容c1、c2、c3连接零序电流互感器d的一端，零序电流互感器d的一端接地，其中电容c1、c2、c3为0.33μf。
30.本实用新型中arm运算处理单元4与本地液晶显示器8之间通过rs
‑
485总线进行通讯，本实用新型中arm运算处理单元4与本地键盘7之间通过串口总线进行通讯，继电器输出单元5直接输出跳闸信号。本实用新型中信号隔离放大单元2、a/d转换器3、arm运算处理单元4及继电器输出单元5插接于一母板上，该母板还插接有一为上述单元进行供电的电源板，该电源板提供外接的电源接口、通讯接口、面板电源接口。arm运算处理单元4为以arm为核心的智能数据处理和判断主板，每块板有16路模拟量输入、24路开关量输入/输出，该主板的数量是根据变电所系统馈出线的数量而定。本发明中的arm运算处理单元4与一扩展的随机存储器互相通信，以便将运算处理结果存储在随机存储器中。继电器输出单元5考虑到 arm运算处理单元4的开关量输出虽可驱动200ma负载，但由于所控制的断路器、接触器型号不同，其分励线圈、失压线圈、控制线圈等因参数差异较大而是分别不同制作的。为可靠起见，本实用新型中的继电器输出单元配合独特的熄弧、灭弧技术，保证了极强的抗干扰能力。
31.本实用新型中的本地液晶显示器8为带cpu的网络化显示器。本地液晶显示器8同时显示4个总馈电开关的26路零序电流和4路零序电压值，本地液晶显示器8实时显示系统中每一arm运算处理单元中的零序电压值和各支路零序电流值；一旦某条支路发生漏电故障，本地液晶显示器8就会显示某支路漏电保护动作，同时故障灯和保护灯会点亮，直到故障解除，系统恢复正常运行；该本地键盘7同时具有复位/关闭某条支路、修改整定值、修改增益等具体的功能。
32.本实用新型的漏电保护装置采用零序功率方向型和零序电流群体比幅比相综合
判据对故障线路进行判断；当采用零序功率方向式原理进行判断时，通过零序电压取样器和零序电流互感器，同步采集变压器二次中性点电压即零序电压和各馈出线的零序电流，经放大、滤波、a/d转换后，计算幅值和相位；arm运算处理单元将所采集的零序电压、零序电流大小与各定值进行比较，并且比较二者的相位，确认是本回路发生漏电故障时，arm运算处理单元可以准确判断故障出线，启动出口继电器输出单元跳闸，同时在本地液晶上显示：漏电故障、零序电压、零序电流，并通过总线将上述信息及其发生的时间等信息上传给本地液晶；当采用零序电流群体比幅比相原理时，通过零序电流互感器采集的电流，用电流相量的实部和虚部比较了各零序电流之间在幅值与相位上的关系，若其中一个支路互感器电流与另外两个电流之间实部之积与虚部之积的和均小于零，则可以判断单相漏电必定发生在该条支路上，该支路分开关进行漏电保护动作；若任意两个电流之间实部之积与虚部之积的和均大于零，则可以判断单相漏电必定发生在干线上，总开关进行漏电保护动作。
33.本实用新型在实际应用中的技术参数：
34.1、控制电压：380v、660v、1140v；
35.2、工作电源：ac127v；
36.3、总线段数：4个移动变压器；
37.4、支路数：26条支路；
38.5、动作电阻值：见下表；
39.6、闭锁动作电阻值：见下表；
40.电压等级380伏660伏1140伏动作电阻值3.5k
±
20％11k
±
20％20k
±
20％闭锁电阻值7k
±
20％22k
±
20％40k
±
20％
41.7、动作时间：支路出口时间小于30ms；总开关延时时间250ms，均可任意设置；
42.8、工作电源变化适应能力：工作电源变化在额定值的75％～110％时，装置的漏电动作电阻值、漏电闭锁电阻值和动作时间的误差不大于20％；
43.9、低压系统电容变化适应能力：当系统电容在0.1μf～1μf范围内变化时，装置的漏电动作电阻值、漏电闭锁电阻值和动作时间的误差不大于20％；
44.10、分散性漏电电阻分辨率：动作电阻整定值20％ 2k；
45.11、输出方式：
46.数码管显示输出：八位，平时显示实时时间、漏电电阻和最大漏电电流的支路号；调试时显示调试参数；发生漏电故障时显示故障时间、跳闸支路号和跳闸时的漏电电阻；调报告时显示报告内容；
47.继电器出口输出：总出口和进线对应的一对一出口，均为常开无源触点，触点容量为5a； ac220v。
48.本实用新型隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置的零序电流互感器是根据煤矿低压电网性质特制的互感器，绝缘性能好，外形美观，具有灵敏度高，线性度好，运行可靠，安装方便等特点，其性能优于一般的零序电流互感器。它和传统的零序电流互感器相比，独特优点在于其一次侧电流(即被检测线路引线的零序电流)很小时，也可保证足够的精确度。该零序电流互感器可检测出超过整定值的零序漏电电流，发出动作信号，断开或接通报警回路。
49.本实用新型的零序电流互感器的使用条件为：
50.(1)环境温度：
‑
10℃～60℃平均气温不超过 40℃；
51.(2)海拔高度：≤1000m；
52.(3)相对湿度：≤95％；
53.(4)周围介质无导电尘埃与导电金属或使绝缘损坏的腐蚀气体、霉菌等。
54.主要数据：
55.(1)额定电压：127v、380v、660v、1140v、3300v；
56.(2)零序电流：2ma
‑
1000ma；
57.(3)适用电网频率：50hz。
58.本实用新型矿用隔爆型低压选择性漏电保护装置，适用于煤矿井下具有甲烷和煤尘爆炸危险的场所，作为低压127v～3300v中性点不接地系统的漏电保护。装置适用电压等级： 127v～3300v。装置适用接地方式：中性点不接地。装置适用安装地点：中央变、采区变和低压配电点均可安装。装置适用最恶劣的场所：具有瓦斯和煤尘爆炸危险的场所。
59.本实用新型煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置不仅原理有重大突破，采用集中控制模式，统一了总路和支路漏电电阻判据，解决了分散性漏电问题。而且，采用arm结构和在线可编程技术，智能化强，专门针对煤矿井下设计，多级安装，集中控制，维护、调试方便，投运简单，配套性好，圆满地解决了煤矿井下低压漏电保护问题。
60.本实用新型煤矿隔爆型集中式低压选择性漏电保护装置具有如下特点：
61.1、三种原理综合判断，避免了各种原理的缺陷，保证装置运行在最佳工作状态，确保装置100％正确动作；
62.2、采用集中控制模式，保证总开关和分支路开关保护判据的统一性，避免了未漏电的支路，因电容电流很小而误动；
63.3、智能化程度强：多种原理智能选择和转换，漏电电阻测量精度智能调整，动态修正系统电容和系统电网电压对漏电电阻测量精度的影响；
64.4、平时监视漏电电阻，预报漏电程度最大的支路；漏电电阻达到动作值时，迅速跳开漏电支路，显示漏电故障发生时间和漏电支路号；漏电故障排除后，可调查过去发生的故障信息；
65.5、解决了分散性漏电保护问题，分支路漏电跳闸，总开关不会误跳闸；
66.6、针对性强，适应性广，专门针对煤矿井下的特殊要求进行特殊设计，适用低压127v、 380v、660v、1140v、3300v；
67.7、投运简单，维护、调试方便，现场投运通过人机接口设置，无任何硬件调试，使用方便。
68.本实用新型中的零序电压滤序器、零序电流互感器、arm运算处理单元与继电器输出单元为市售产品，在此不做赘述。
69.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。