專利名稱：程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，特別涉及一種煤礦井下供、變電系統(tǒng)程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置。
目前，煤礦井下應(yīng)用的高壓開關(guān)保護(hù)裝置是以模擬技術(shù)分別對(duì)短路信號(hào)、過載信號(hào)、電流型漏電信號(hào)、功率方向型漏電信號(hào)、電纜絕緣性能信號(hào)等進(jìn)行處理和監(jiān)視保護(hù)的。例如，實(shí)現(xiàn)短路、過載保護(hù)是通過半導(dǎo)體器件、R-C網(wǎng)絡(luò)、集成運(yùn)算放大器等常用的模似技術(shù)對(duì)由互感器輸出的負(fù)載電流二次交流信號(hào)進(jìn)行整流、濾波等處理，然后進(jìn)行電平比較的。當(dāng)信號(hào)電平超過過載整定值時(shí)，過載延時(shí)門打開，并對(duì)R、C組成的延時(shí)電路充電，當(dāng)延時(shí)電路充電后電平達(dá)到或者超過預(yù)先整定的電位時(shí)，使某電平翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)拉閘繼電器完成保護(hù)工作。在負(fù)載側(cè)發(fā)生短路情況下，信號(hào)電平達(dá)到或者超過短路整定值時(shí)，其電平翻轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)拉閘繼電器完成保護(hù)工作。
但是，這種采用模擬技術(shù)的高壓開關(guān)保護(hù)裝置具有如下缺陷1.采用模擬技術(shù)的高壓開關(guān)保護(hù)裝置不能對(duì)主要部件進(jìn)行自我檢測(cè)，亦不能在運(yùn)行時(shí)顯示自身的工作情況，因此無法避免長時(shí)間的帶故障運(yùn)行。
2.該高壓開關(guān)保護(hù)裝置功能少，僅具有短路保護(hù)、過載保護(hù)、電流型漏電保護(hù)、功率方向型漏電保護(hù)、電纜絕緣監(jiān)視保護(hù)等最基本的保護(hù)功能。
3.固有精度低，重復(fù)誤差大，一致性差，時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性差，靈敏度與抗干擾能力互相制約，拒動(dòng)、誤動(dòng)問題多。
4.無報(bào)警功能。
5.無數(shù)碼顯示功能。
6.無通信能力。
7.故障原因只能查看一次，不利于事故分析。
本發(fā)明的目的在于提供一種采用數(shù)字技術(shù)的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用屏蔽技術(shù)的適用于煤礦井下工作的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置。
本發(fā)明的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置采用如下措施來實(shí)現(xiàn)。在該綜合保護(hù)裝置中包括信號(hào)衰減電路、濾波電路、整流電路、多路信號(hào)采集電路。模數(shù)變換電路、中央控制器(單片機(jī))、人機(jī)對(duì)話電路、記憶單元，數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)單元、開關(guān)動(dòng)作控制及允驅(qū)動(dòng)單元、通信接口單元及電源單元等部分；其特征在于在中央控制器的控制下，多路信號(hào)采集電路和模數(shù)變換電路將各路模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)直接送至中央控制器進(jìn)行處理，或者將由整流等電路輸出的開關(guān)量信號(hào)直接送到中央控制器進(jìn)行信號(hào)處理。所述的中央控制器可以是各種八位、十六位的單片機(jī)，并且所述的中央控制器可以與模數(shù)變換電路制作成一塊芯片；或者所述的中央控制器也可以與存儲(chǔ)器及記憶單元制作成一塊芯片。
本發(fā)明的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，采用金屬盒隔離技術(shù)，以致對(duì)干擾電磁場(chǎng)起到屏蔽作用，其方法是，把金屬盒罩在中央控制器上，并使金屬盒接地，在中央控制器的下方，利用印制板的銅箔形成大于中央控制器的面積的地線，以致起到對(duì)于干擾電磁場(chǎng)的屏蔽作用。另外，也可以把金屬盒罩在中央控制器所在的整塊線路板上，以致起到對(duì)干擾電磁場(chǎng)的屏蔽作用，該線路板與其它電路板之間的聯(lián)結(jié)可以通過小孔用導(dǎo)線連接。
本發(fā)明的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，適用于工作電壓為6000V的煤礦井下的高壓供、變電系統(tǒng)中隔爆型的高壓真空開關(guān)內(nèi)，也可以適用于工作電壓為10000V的煤礦井下的高壓供、變電系統(tǒng)中隔爆型的高壓真空開關(guān)內(nèi)。
現(xiàn)在，參照

圖1描述本發(fā)明的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置的工作原理。當(dāng)本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置加電開機(jī)或復(fù)位啟動(dòng)時(shí)，中央控制器首先執(zhí)行對(duì)本機(jī)的自檢及對(duì)周圍電路的檢查，隨后進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，以確定工作內(nèi)容及動(dòng)作整定值，然后轉(zhuǎn)入保護(hù)工作運(yùn)行。該綜合保護(hù)裝置的基本工作是按照?qǐng)D2的流程圖進(jìn)行的，當(dāng)自檢有故障時(shí)顯示故障代碼，當(dāng)自檢無故障時(shí)，顯示全“8”和上次拉閘原因，并進(jìn)入監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)。此時(shí)，若負(fù)載側(cè)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，則顯示進(jìn)線電壓值和負(fù)載的電流值；若負(fù)載側(cè)處于異常工作狀態(tài)時(shí)，在充許的時(shí)間內(nèi)，反復(fù)識(shí)別后送出拉閘命令，并向上級(jí)匯報(bào)，顯示本次拉閘的原因，監(jiān)視負(fù)載側(cè)是否真正脫開，當(dāng)負(fù)載未脫開時(shí)，進(jìn)行兩次沖擊拉閘，以使負(fù)載脫開；如果綜合保護(hù)裝置發(fā)生故障，則顯示無意義的字符或無顯示。
由于在本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置中采用了數(shù)字技術(shù)，并在程序中增強(qiáng)了對(duì)干擾信號(hào)的識(shí)別檢出能力，因此，拒動(dòng)率，誤動(dòng)率就大大降低，正確性和可靠性大幅度提高。由于本發(fā)明具有開機(jī)自檢并允許在無事故運(yùn)行時(shí)作復(fù)位自檢以及自身故障時(shí)的表現(xiàn)能力，避免了綜合保護(hù)裝置帶故障工作的現(xiàn)象，其故障顯示以及長期記憶能力為事故分析提供了方便。另外，本發(fā)明的各項(xiàng)保護(hù)整定值范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，便于現(xiàn)場(chǎng)使用。數(shù)碼顯示功能取代高壓開關(guān)內(nèi)的電流表、電壓表、電度表等等。本發(fā)明具有的報(bào)警功能可減少變電站工作人員的巡查工作量，特別當(dāng)對(duì)無通信設(shè)備的采掘工作面進(jìn)行故障保護(hù)后變電站可立即獲得信息，以便及時(shí)排除故障。本發(fā)明為在煤礦井下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)。
圖1是本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的工作原理方框圖；圖2是本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的基本工作流程圖圖3是本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的最佳實(shí)施例的工作原理方框圖；圖4是本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的另一個(gè)最佳實(shí)施例的工作原理方框圖；圖5是對(duì)本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的中央控制器屏蔽的示意圖；圖6是對(duì)本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的中央控制器所在的整塊線板屏蔽的示意圖；下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參照附圖1，當(dāng)高壓電網(wǎng)即外電路供電時(shí)，各互感器將各路有關(guān)信號(hào)變換成二次信號(hào)，并送到綜合保護(hù)裝置的輸入端，然后，該輸入信號(hào)經(jīng)多路衰減電路、濾波電路及整流電路分別進(jìn)行衰減、濾波和整流，其時(shí)，中央控制器，即單片機(jī)對(duì)輸入的各種信號(hào)，(例如經(jīng)整流電路整流后的輸出信號(hào)、經(jīng)信號(hào)多路采集電路輸出的信號(hào)，經(jīng)模數(shù)變換后的數(shù)字信號(hào)，或者由整流電路輸出的開關(guān)量信號(hào))，進(jìn)行數(shù)字邏輯運(yùn)算、分析和判斷需要的信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算以及將運(yùn)算的結(jié)果分別輸入到顯示驅(qū)動(dòng)單元、開關(guān)動(dòng)作控制及驅(qū)動(dòng)單元、通信接口單元。在通常的情況下，將電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流值送到顯示單元(或者同時(shí)送到通信接口電路)，隨時(shí)顯示供電和負(fù)載運(yùn)行情況，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)單片機(jī)根據(jù)故障的原因作出不同的處理，并將處理結(jié)果送到開關(guān)動(dòng)作控制及驅(qū)動(dòng)單元、數(shù)碼顯示單元、記憶單元及通訊接口單元。
圖2是本發(fā)明的基本工作流程圖，已在上述發(fā)明的技術(shù)方案中作了詳細(xì)的描述。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3中的外電路包括雙屏蔽電纜的屏蔽芯線和地線、高壓電網(wǎng)A相電流互感器、C相電流互感器、零序電流互感器，以及三相五柱變壓器引出的零序電壓信號(hào)和將10000V或者6000V變換為100V的變壓器，本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置對(duì)高壓開關(guān)負(fù)載側(cè)的電路及設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，下面將描述本綜合保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)的運(yùn)行情況。
首先描述對(duì)A、C相的過載和短路進(jìn)行保護(hù)的運(yùn)行情況，如圖3所示，當(dāng)高壓電網(wǎng)A、C相輸出交流電時(shí)，A、C相電流互感器感應(yīng)二次電流信號(hào)，送入綜合保護(hù)裝置入口，經(jīng)衰減并轉(zhuǎn)換或電壓信號(hào)分別為VA、VC，再將VA、VC經(jīng)短路通道和過載通道送到各自的R-L-C濾波網(wǎng)絡(luò)，濾除高頻信號(hào)，并經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)衰減后送到多路開關(guān)，模數(shù)(A/D)變換器(例0809)在A/D變換器中將模擬量變換成數(shù)字量，其時(shí)，中央控制器(單片機(jī))控制A/D變換器的采樣速率，將A/D變換器數(shù)字量讀入中央控制器，并對(duì)此數(shù)字量進(jìn)行處理(如方均根運(yùn)算等)、而獲得有效值VA、VC。VA、VC各自與A、C相設(shè)置的過載和短路的預(yù)整定值分別進(jìn)行比較。若在短路信號(hào)通道發(fā)現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)以上完整的信號(hào)周期超過預(yù)整定值時(shí)，即被確定出現(xiàn)短路，于是中央控制器就要啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序，例如輸出拉閘信號(hào)、啟動(dòng)報(bào)警程序去發(fā)出報(bào)警信號(hào)、啟動(dòng)通訊程序以及在故障記錄單元進(jìn)行記錄。若沒有發(fā)現(xiàn)超過短路預(yù)定值時(shí)，則與過載預(yù)整定值進(jìn)行比較，如果在過載通道上的信號(hào)超過過載預(yù)整定值時(shí)，即被確定出現(xiàn)過載，中央控制器并不發(fā)出保護(hù)命令，而是啟動(dòng)延時(shí)電路進(jìn)行反時(shí)限延時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)反時(shí)限延時(shí)的時(shí)刻，才啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序等各種程序，對(duì)事故進(jìn)行處理。如果沒有超過過載預(yù)整定值，則分別將VA、VC變換成各自電流值，分別送到顯示單元顯示負(fù)載電流值。
現(xiàn)在描述雙屏蔽電纜的屏蔽芯、地線的絕緣監(jiān)視保護(hù)的運(yùn)行情況，監(jiān)視保護(hù)是對(duì)電纜損壞程度的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，在高壓電網(wǎng)中所使用的高壓電纜是經(jīng)過特殊處理的，其屏蔽芯線和地線之間的絕緣電組值隨損壞程度不同而變化，當(dāng)絕緣電阻值下降到一定程度，如小于4KΩ時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電纜出現(xiàn)斷股或斷裂現(xiàn)象時(shí)，其回路電阻將加大，在回路電阻大到一定程度，例如大于1.2KΩ時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行保護(hù)。
綜合保護(hù)裝置向電纜的屏蔽層輸出一直流信號(hào)，當(dāng)屏蔽電纜的芯、地線之間絕緣電阻值達(dá)到上述需要保護(hù)的電阻時(shí)，由于電纜的絕緣電阻值下降和回路電阻值加大，其芯、地線之間的電位發(fā)生變化，把該電位送到A/D變換器，然后由中央控制器讀入，并將該值與預(yù)先設(shè)置的絕緣電阻和回路電阻預(yù)定值進(jìn)行比較，如果絕緣電阻值超過預(yù)定值，則需要再判斷。若確定為異常時(shí)，則中央控制器啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序等各種程序，對(duì)事故進(jìn)行處理。如果回路電阻值超過預(yù)定值時(shí)，經(jīng)再判斷確定異常時(shí)，中央控制器啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序等各種程序，對(duì)事故進(jìn)行處理，從而加以保護(hù)。
接著描述，漏電保護(hù)。判斷電網(wǎng)漏電有兩種方法其一、零序電流型選擇法；其二、零序電流、零序電壓功率方向型選擇法。零序電流型選擇法是根據(jù)零序電流的大小判斷是否有漏電發(fā)生。當(dāng)單相接地發(fā)生時(shí)，零序互感器獲得零序電流交變信號(hào)Io，經(jīng)R-L-C網(wǎng)絡(luò)衰減濾波后，送到多路開關(guān)的某一信號(hào)輸入端，由中央控制器程序控制選通該路信號(hào)，將其送到A/D變換器，變換后的信號(hào)由中央控制器讀入，經(jīng)類似于上述過載或短路處理后，(針對(duì)零序電流法漏電保護(hù)的運(yùn)算處理)，當(dāng)Io與零序電流預(yù)整定值比較超過時(shí)，則啟動(dòng)計(jì)時(shí)器進(jìn)行延時(shí)，直到啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作程序等程序進(jìn)行漏電保護(hù)處理。若Io未超過零序電流預(yù)整定值，則繼續(xù)循環(huán)采樣，重復(fù)上述程序。
再進(jìn)一步描述功率方向型漏電保護(hù)的運(yùn)行情況，如圖3所示，由高壓開關(guān)內(nèi)的三相五柱變壓器引出的零序電壓信號(hào)，經(jīng)R-L-C網(wǎng)絡(luò)分壓、濾波后送到多路模擬開關(guān)的又一信號(hào)輸入口，中央控制器程序控制此信號(hào)選通，并送到A/D變換器，進(jìn)行A/D變換，中央控制器按功率方向型漏電保護(hù)的要求，將該信號(hào)的幅度、與零序電流的同樣操作按整定值的要求作出判斷，并將零序電壓的相位與零序電流的相位進(jìn)行比較，當(dāng)相位關(guān)系滿足漏電特征且零序電流、零序電壓的幅度均達(dá)到整定值時(shí)，則作出保護(hù)反應(yīng)。
描述低電壓、高電壓的保護(hù)運(yùn)行。當(dāng)三相五柱變壓器輸出6000V后變?yōu)?00V電壓時(shí)，經(jīng)綜合保護(hù)裝置的電源變壓器進(jìn)一步降壓后進(jìn)行整流(或者不整流)，該電壓信號(hào)加到多路開關(guān)的另一信號(hào)輸入口，在中央控制器程序控制下選通該電壓通道，將電壓信號(hào)送到A/D變換器，進(jìn)行A/D變換，然后由中央控制器讀入，進(jìn)行數(shù)字量處理，例如加權(quán)平均等，隨后，中央控制器將電壓值與高電壓、低電壓的預(yù)整定值進(jìn)行比較，當(dāng)電壓值大于高電壓標(biāo)準(zhǔn)值或者小于低電壓標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，通過程序識(shí)別是否過電壓操作。若出現(xiàn)供電異常，則啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作操作程序。若電壓正常，則將電壓值送到電壓顯示驅(qū)動(dòng)單元顯示當(dāng)時(shí)的電壓。
本發(fā)明保護(hù)動(dòng)作操作程序包括輸出拉閘信號(hào)、啟動(dòng)記憶程序完成事故記錄、啟動(dòng)報(bào)警程序去發(fā)出報(bào)警信號(hào)、啟動(dòng)故障處理通訊程序，將故障保護(hù)原因等內(nèi)容送到通訊接口等等。
圖4是本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的工作原理方框圖。在圖4中，互感器應(yīng)的二次信號(hào)經(jīng)衰減后由整流電路變成直流信號(hào)、再經(jīng)濾波器濾波，然后在電壓比較器中對(duì)信號(hào)電平與整定值電平進(jìn)行比較，比較器的輸出只有低電平或高電平兩種狀態(tài)，該電平直接送到中央控制器(單片機(jī))的某一端口，中央控制器識(shí)別共邏輯值進(jìn)行判斷。在該實(shí)施例中，整定值是直接用波段開關(guān)或其它類似的部件(例如電位器)進(jìn)行設(shè)置的，并且用電阻分壓的方法將整定電位加在比較器的標(biāo)準(zhǔn)端上。
圖5是對(duì)本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的中央控制器進(jìn)行屏蔽的示意圖。如圖所示，把金屬材料制成方形或矩形的盒(1)罩在中央控制器(2)上，并且使金屬盒(1)接地，在中央控制器(2)的下方，利用印制板(3)的銅箔形成大于中央控制器(2)的面積的地線，以致起到對(duì)于煤礦井下的干擾電磁場(chǎng)的屏蔽作用。
圖6是對(duì)本發(fā)明的綜合保護(hù)裝置的中央控制器所在的整塊線路板屏蔽的示意圖，該屏蔽的方法是將金屬材料制成方形或矩形的盒(1)罩在中央控制器(2)所在的整塊線路板(3)上，以致同樣起到對(duì)于煤礦井下的干擾電磁場(chǎng)的屏蔽作用，該線路板(3)與其它電路板(4)之間的聯(lián)結(jié)可以通過盒(1)上的小孔用導(dǎo)線連接。
權(quán)利要求
1.一種在煤礦井下用的程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其中包括信號(hào)衰減電路、濾波電路、整流電路、多路信號(hào)采集電路、模數(shù)(A/D)變換電路、中央控制器、人機(jī)對(duì)話電路、記憶單元、數(shù)碼顯示驅(qū)動(dòng)單元、開關(guān)動(dòng)作控制及驅(qū)動(dòng)單元、通信接口單元及電源單元等部分；其特征在于在中央控制器的控制下，多路信號(hào)采集電路和模數(shù)(A/D)變換電路將各路模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)直接送到中央控制器進(jìn)行信號(hào)處理，或者將由整流電路等輸出的開關(guān)量信號(hào)直接送到中央控制器進(jìn)行信號(hào)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述的中央控制器是各種八位或者十六位、或者三十二位的單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述的中央控制器可以與模數(shù)(A/D)變換器制造成一塊芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述的中央控制器可以與程序存儲(chǔ)器制作成一塊芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)裝置其特征在于所述的多路信號(hào)采集電路和模數(shù)變換電路可以制成一塊芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于采用金屬材料制成方形或矩形盒罩在中央控制器上，并使金屬盒接地，在中央控制器的下方，利用印制板的銅箔形成大于中央控制器面積的地線，以致起到對(duì)干擾電磁場(chǎng)的屏蔽作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于采用金屬材料制成方形或矩形盒罩在中央控制器所在的整塊線路板上，以致起到對(duì)干擾電磁場(chǎng)的屏蔽作用，該線路板與其它電路板之間的聯(lián)結(jié)可以通過小孔用導(dǎo)線連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述的綜合保護(hù)裝置適用于煤礦井下的高壓供、變電系統(tǒng)中隔爆型高壓真空開關(guān)內(nèi)，其工作電壓可以為6000V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合保護(hù)裝置，其特征在于所述的綜合保護(hù)裝置適用于煤礦井下高壓供、變電系統(tǒng)中隔爆型高壓真空開關(guān)內(nèi)，其工作電壓可以為10000V。
全文摘要
一種程控高壓開關(guān)綜合保護(hù)裝置，其特征在于在中央控制器的控制下，多路信號(hào)采集電路和模擬(A/D)變換電路將各路模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)直接送到中央控制器進(jìn)行信號(hào)處理，或者將由整流等電路輸出的開關(guān)量信號(hào)直接送到中央控制器進(jìn)行信號(hào)處理。該綜合保護(hù)裝置采用屏蔽技術(shù)，特別適用于在煤礦井下的干擾電磁波環(huán)境下工作。
文檔編號(hào)H02H7/00GK1124874SQ95108240
公開日1996年6月19日 申請(qǐng)日期1995年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日
發(fā)明者王潞, 李桂霞 申請(qǐng)人:北京順城電子技術(shù)公司