一種礦用故障保護(hù)控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種礦用故障保護(hù)控制器，該礦用故障保護(hù)控制器主要包括有殼體、PCB板，PCB板上設(shè)置有控制芯片及控制電路，所述殼體上設(shè)置有交流電端子，所述交流電端子與控制電路電連接；所述殼體上還設(shè)置有通訊端子，所述通訊端子與控制電路電連接，并通過光纖或電纜與外部設(shè)備進(jìn)行連接；所述殼體上還設(shè)置有輸入端子和輸出端子，所述輸入端子和輸出端子分別與控制電路進(jìn)行電連接；且所述輸入端子和輸出端子分別對(duì)應(yīng)設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)，以滿足對(duì)外接設(shè)備控制的需要。本實(shí)用新型安全可靠、施工簡(jiǎn)單、方便實(shí)用，而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，便于維護(hù)，保證了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】一種礦用故障保護(hù)控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)自動(dòng)化繼電保護(hù)，準(zhǔn)確的說是用于煤礦電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]供電系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié).隨著采煤工作面向井下延伸，從地面變電所到井下中央變電所、各工作面采區(qū)變電所以及移動(dòng)變電站之間大多采用縱向、多層級(jí)、垂直供電模式，一般為單側(cè)電源3?4級(jí)干線式供電網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，供電線路由長(zhǎng)度較短的多段電纜或者截面比較大的電纜構(gòu)成。這種供電線路電氣距離短，這樣在發(fā)生短路故障時(shí)，始端和末端的短路電流相差很小。往往一處短路導(dǎo)致上游多級(jí)開關(guān)的故障電流基本相同，為避免誤動(dòng)可采用設(shè)定時(shí)限級(jí)差保證速斷的選擇性，但受到上級(jí)供電部門和《煤礦安全規(guī)程》的約束，井下多級(jí)開關(guān)跳閘先后次序無法通過設(shè)定時(shí)限級(jí)差來完成，這樣在發(fā)生短路故障時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致多級(jí)開關(guān)同時(shí)跳閘.進(jìn)而引發(fā)井下大面積停電。由于我國(guó)煤礦大部分為高瓦斯礦井，煤礦供電系統(tǒng)復(fù)雜且龐大、變電所自動(dòng)化程度低等因素影響，在恢復(fù)送電過程中因拖延時(shí)間較長(zhǎng)，主通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)等主要負(fù)荷不能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為瓦斯超限埋下了隱患。以上各種不利因素直接威脅著礦井的供電安全和生產(chǎn)安全。
[0003]目前煤礦井下供電防越級(jí)跳閘解決方案包括基于電氣信號(hào)閉鎖的短路保護(hù)、光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)、基于數(shù)字化變電站技術(shù)的集中式保護(hù)、基于CAN網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)。但這些方案都不同程度存在缺陷，實(shí)用價(jià)值不高。
[0004](I)基于電氣信號(hào)閉鎖的短路保護(hù)。
[0005]基于電氣信號(hào)閉鎖的短路保護(hù)理論簡(jiǎn)單、目的明確，但實(shí)際使中卻很難達(dá)到設(shè)計(jì)效果。首先，煤礦井下供電環(huán)復(fù)雜、干擾較強(qiáng)，簡(jiǎn)單的電氣閉鎖信號(hào)的遠(yuǎn)距可靠傳輸無法得到保證，雖然也有采用屏蔽雙絞線差分信號(hào)傳輸?shù)姆桨柑岢?，但傳輸距離仍然受限，其次，電氣閉鎖電纜眾多，連接關(guān)系復(fù)雜，多條出線與進(jìn)線開關(guān)之間的電氣閉鎖需要通過邏輯閉鎖器實(shí)現(xiàn)，而且需要根據(jù)實(shí)際供電網(wǎng)絡(luò)的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整閉鎖邏輯，因而邏輯閉鎖器設(shè)計(jì)復(fù)雜且電纜連接眾多，施工困難；最后，該方式缺乏完善的自檢功能，邏輯閉鎖器或者信號(hào)電纜出現(xiàn)故障時(shí)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)警，檢修維護(hù)困難。因此該方式實(shí)際可用性較差。
[0006](2)光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)。
[0007]光纖縱差保護(hù)是利用光纖通信將輸電線路兩端端的電流幅值及相位信息通過專用的光纖網(wǎng)絡(luò)傳送到對(duì)端進(jìn)行比較，判斷是本線路范圍內(nèi)是否發(fā)生短路故障，從而決定是否動(dòng)作切除本線路。光纖縱聯(lián)保護(hù)與光纖縱差保護(hù)的原理基本相同，但通過光纖傳送給對(duì)側(cè)的不是電流幅值和相位，而是特定的邏輯信息。光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)原理能可靠實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性和快速性。光纖縱差保護(hù)需要實(shí)現(xiàn)線路兩側(cè)電流信息的同步處理，增加了現(xiàn)有的礦用保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度；光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)需要敷設(shè)大量的專用通訊光纖，目前煤礦供電系統(tǒng)線路還未敷設(shè)光纖縱差的專用通訊光纖，將導(dǎo)致供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)復(fù)雜、增加供電網(wǎng)絡(luò)成本；另外由于煤礦工作條件較差、環(huán)境比較惡劣，通訊光纖和電纜容易受到損傷和污染，導(dǎo)致光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)丟失通信信道，進(jìn)而導(dǎo)致縱差和縱聯(lián)保護(hù)功能喪失。綜上所述光纖縱差及縱聯(lián)保護(hù)原理上可很好的解決礦井供電系統(tǒng)故障的選擇性，但實(shí)施的條件比較苛刻、成本較高，在礦井供電系統(tǒng)中的實(shí)用性較差。
[0008](3)基于數(shù)字化變電站技術(shù)的集中式保護(hù)。
[0009]數(shù)字化變電站技術(shù)需要將信息采集、傳輸、處理、輸出過程由傳統(tǒng)的模擬信息全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)。基于數(shù)字化變電站技術(shù)的集中式保護(hù)要求所有井下保護(hù)控制單元具備光纖數(shù)字通訊接口，利用光纖網(wǎng)絡(luò)將井下各測(cè)量控制點(diǎn)、地面變電所測(cè)量控制點(diǎn)的電氣量信息傳輸?shù)郊惺奖Ｗo(hù)控制器，在集中式保護(hù)控制器中實(shí)現(xiàn)故障位置識(shí)別和跳閘出口控制，井下的保護(hù)控制單元接收并執(zhí)行跳閘出口命令斷開相關(guān)的斷路器，理論上可以實(shí)現(xiàn)故障的正確識(shí)別，避免越級(jí)跳閘的問題。
[0010]基于數(shù)字化變電站技術(shù)的集中式保護(hù)用于煤礦供電系統(tǒng)在技術(shù)上是可行，但需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)同步的技術(shù)難點(diǎn)；對(duì)通訊系統(tǒng)的依賴性過高，對(duì)通訊系統(tǒng)的可靠性要求苛刻，如果通訊網(wǎng)絡(luò)故障將導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大甚至保護(hù)功能的完全喪失；另外集中式保護(hù)控制器成為系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，風(fēng)險(xiǎn)過度集中。
[0011]基于數(shù)字化變電站技術(shù)的集中式保護(hù)的理念和實(shí)現(xiàn)與目前我國(guó)礦井供電系統(tǒng)高壓開關(guān)的設(shè)計(jì)方式、安裝模式、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等實(shí)際情況還相差甚遠(yuǎn)。因此，基于數(shù)字化變電站技術(shù)的集中式保護(hù)在煤礦供電系統(tǒng)中應(yīng)用還需要一個(gè)比較漫長(zhǎng)的過程，對(duì)目前急需解決的越級(jí)跳閘問題還不具備實(shí)現(xiàn)條件和基礎(chǔ)。
[0012](4)基于CAN網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)。
[0013]基于CAN網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)在每個(gè)輻射狀的供電保護(hù)系統(tǒng)中增加一臺(tái)獨(dú)立的保護(hù)控制器(邏輯控制器)，邏輯控制器接收該輻射狀供電系統(tǒng)中各級(jí)保護(hù)控制器按照上下級(jí)關(guān)系設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，越靠近電源的優(yōu)先級(jí)越低，發(fā)生短路故障時(shí)滿足跳閘條件各保護(hù)控制器通過CAN網(wǎng)向邏輯控制器上送的故障信號(hào)，邏輯控制器根據(jù)故障信號(hào)優(yōu)先級(jí)的高低，向優(yōu)先級(jí)最大的保護(hù)控制器發(fā)出跳閘指令來切除故障，若經(jīng)過一定的延時(shí)后，優(yōu)先級(jí)最大的保護(hù)控制器仍然沒有切除故障，則向次優(yōu)先級(jí)的保護(hù)器發(fā)出跳閘指令來切除故障，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性。
[0014]基于CAN網(wǎng)的選擇性短路保護(hù)系統(tǒng)針對(duì)煤礦輻射狀的供電網(wǎng)絡(luò)具備防止故障后越級(jí)跳閘的能力，有一定的實(shí)用價(jià)值；但是需要針對(duì)每個(gè)輻射狀的供電網(wǎng)絡(luò)額外增加邏輯控制器并設(shè)置獨(dú)立的CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，增加了施工難度和供電成本；跳閘出口需要保護(hù)控制器先上送故障信號(hào)，經(jīng)過邏輯控制器判別后下發(fā)跳閘指令，同時(shí)受CAN通訊可靠性、通訊速率和帶寬的制約，故障的切除時(shí)間比較長(zhǎng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種礦用故障保護(hù)控制器，該礦用故障保護(hù)控制器針對(duì)煤礦供電系統(tǒng)普遍存在的越級(jí)跳閘現(xiàn)狀的，能夠方便可靠的解決了煤礦供電系統(tǒng)普遍存在的故障后保護(hù)控制器越級(jí)跳閘。
[0016]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供一種礦用故障保護(hù)控制器，該礦用故障保護(hù)控制器性能完備、安全可靠、方便實(shí)用，而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，便于維護(hù)，保證了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
[0017]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為。
[0018]一種礦用故障保護(hù)控制器，其特征在于該礦用故障保護(hù)控制器主要包括有殼體、PCB板，PCB板上設(shè)置有控制芯片及控制電路，控制芯片接于控制電路中，通過控制電路控制外接設(shè)備的工作，所述殼體上設(shè)置有交流電端子，所述交流電端子與控制電路電連接；所述殼體上還設(shè)置有通訊端子，所述通訊端子與控制電路電連接，并通過光纖或電纜與外部設(shè)備進(jìn)行連接；所述殼體上還設(shè)置有輸入端子和輸出端子，所述輸入端子和輸出端子分別與控制電路進(jìn)行電連接；且所述輸入端子和輸出端子分別對(duì)應(yīng)設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)，以滿足對(duì)外接設(shè)備控制的需要。
[0019]所述殼體上還設(shè)置有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，所述網(wǎng)絡(luò)接口用于與中央處理平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。
[0020]所述輸入端子和輸出端子，為拔插式連接器。
[0021]所述礦用故障保護(hù)控制器，還包括有顯示裝置，所述顯示裝置具有殼體、顯示屏及顯示通訊端子，顯示通訊端子通過電纜與所述控制電路或中央處理平臺(tái)進(jìn)行連接，以獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
[0022]所述通訊端子、輸入端子、輸出端子及網(wǎng)絡(luò)接口，均設(shè)置與殼體的前面面板上，以便于進(jìn)行插接控制。
[0023]本實(shí)用新型安全可靠、施工簡(jiǎn)單、方便實(shí)用，更加符合目前我國(guó)煤礦供電系統(tǒng)和高壓開關(guān)的現(xiàn)狀；而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，便于維護(hù)，保證了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本實(shí)用新型所實(shí)施的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本實(shí)用新型所實(shí)施的應(yīng)用示意圖。
[0027]圖4是本實(shí)用新型所應(yīng)用于煤礦井下供電系統(tǒng)故障示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0029]請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，本實(shí)用新型所實(shí)現(xiàn)的礦用故障保護(hù)控制器，主要包括有殼體1、PCB板2、顯示裝置3、顯示屏4，其中，PCB板上設(shè)置有控制芯片5及控制電路，控制芯片5連接于控制電路中，通過控制電路控制外接設(shè)備的工作。
[0030]在殼體I的前面面板的右邊上部設(shè)置有交流電端子12，以便于與本實(shí)用新型所連接的各個(gè)控制端進(jìn)行連接，并使各個(gè)控制端獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，所述交流電端子12與控制電路進(jìn)行電連接。
[0031 ] 在該殼體I的前面面板的左邊設(shè)置有通訊端子11，通訊端子11 一端與控制電路電連接，另一端可以過電纜與顯示裝置3進(jìn)行連接。
[0032]顯示裝置3具有殼體1、顯示屏4及顯示通訊端子31，顯示通訊端子31通過電纜與所述控制電路、進(jìn)行連接，以獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。
[0033]所述殼體上還設(shè)置有輸入端子13和輸出端子14，所述輸入端子13和輸出端子14分別與控制電路進(jìn)行電連接；且所述輸入端子13和輸出端子14分別對(duì)應(yīng)設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)，以滿足對(duì)各個(gè)控制端的需要。
[0034]同時(shí)，殼體上還設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)接口 15，所述網(wǎng)絡(luò)接口 15用于與中央處理平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。
[0035]為了便于安裝及統(tǒng)一規(guī)格，輸入端子13和輸出端子14，均為拔插式連接器。
[0036]圖3、圖4所示，是本實(shí)用新型的具體應(yīng)用示意圖，圖中所示，對(duì)于目前煤礦井下已經(jīng)敷設(shè)了光纖主干網(wǎng)，井下的保護(hù)控制器已經(jīng)通過多種方式接入監(jiān)控系統(tǒng)，基于本實(shí)用新型的煤礦井下供電防越級(jí)跳閘的結(jié)構(gòu)則如圖3所示。
[0037]煤礦井下供電系統(tǒng)故障示意圖如圖4所示，當(dāng)在K4點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，煤礦井下供電防越級(jí)跳閘的保護(hù)控制器1、2、3、4都會(huì)檢測(cè)到故障電流，當(dāng)故障電流滿足動(dòng)作門檻后立即發(fā)送報(bào)文，保護(hù)控制器1、2、3都會(huì)收到保護(hù)控制器4的報(bào)文信息，保護(hù)控制器1、2、3在有效閉鎖的間定值內(nèi)(有效閉鎖的間定值按照1、2、3逐步縮小)將不動(dòng)作，保護(hù)控制器4首先動(dòng)作并切除故障，如果有效閉鎖的間定值內(nèi)后保護(hù)控制器1、2、3仍然滿足動(dòng)作條件，則保護(hù)控制器3動(dòng)作出口切除故障從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性。其他的線路發(fā)生短路故障動(dòng)作原理相同。
[0038]本實(shí)用新型的控制芯片采用ST公司的ARM芯片STM32系列控制器，主要包括中央處理單元、交流采樣單元、絕緣監(jiān)視保護(hù)單元、通訊單元、人機(jī)接口單元等。
[0039]其中，中央處理單元采用STM32F207芯片，該芯片是一款基于Cortex_M3核心的32位ARM微控制器，集成了大量的外設(shè)接口，包括AD轉(zhuǎn)換模塊、以太網(wǎng)控制器、串口控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、定時(shí)器等，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)的低功耗、本質(zhì)安全性設(shè)計(jì)提供了保障。中央處理單元完成全部的保護(hù)功能。
[0040]交流采樣單元利用STM32F207集成的AD轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)Ua、Ub、Uc三相電壓、零序電壓3U0、保護(hù)電流la、Ic和測(cè)量電流Ima、Imc的采集。
[0041]絕緣監(jiān)視保護(hù)單元利用附加電阻的直流監(jiān)視線保護(hù)原理，采用VFC的測(cè)量方法測(cè)量監(jiān)視線與地線之間的絕緣電阻上的直流電壓，計(jì)算監(jiān)視回路的電阻實(shí)現(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)。
[0042]通訊單元采用STM32F207芯片集成的以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)GOOSE配置、GOOSE收發(fā)和以太網(wǎng)103監(jiān)控通訊功能。GOOSE配置工具導(dǎo)入保護(hù)控制器的I⑶(IED CapabilityDescript1n)文件后，通過圖像化界面完成GOOSE閉鎖關(guān)系配置描述，并將形成的配置文件下發(fā)到保護(hù)控制器保存，GOOSE收發(fā)功能模塊完成多播屏蔽碼設(shè)置、GOOSE報(bào)文接收解析和GOOSE報(bào)文發(fā)送控制，GOOSE保護(hù)接收解析模塊通過GOOSE心跳報(bào)文監(jiān)視通訊鏈路的完整性，長(zhǎng)時(shí)間未收到心跳報(bào)文則產(chǎn)生告警信號(hào)。以太網(wǎng)103通訊模塊完成與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。
[0043]人機(jī)接口單元采用STM32F103芯片，與中央處理器通過串口通訊，由IXD、LED和紅外遙控器組成。LCD液晶顯示器用于動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等信息；LED指示燈能直觀顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障類型、分合閘情況。人機(jī)接口單元采用紅外遙控器對(duì)其進(jìn)行控制，它具有功能設(shè)置、參數(shù)整定調(diào)整、運(yùn)行參數(shù)查詢、手動(dòng)合閘等功能。
[0044]總之，本實(shí)用新型安全可靠、施工簡(jiǎn)單、方便實(shí)用，更加符合目前我國(guó)煤礦供電系統(tǒng)和高壓開關(guān)的現(xiàn)狀；而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，便于維護(hù)，保證了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
[0045]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用故障保護(hù)控制器，其特征在于該礦用故障保護(hù)控制器主要包括有殼體、PCB板，PCB板上設(shè)置有控制芯片及控制電路，控制芯片接于控制電路中，通過控制電路控制外接設(shè)備的工作，所述殼體上設(shè)置有交流電端子，所述交流電端子與控制電路電連接；所述殼體上還設(shè)置有通訊端子，所述通訊端子與控制電路電連接，并通過光纖或電纜與外部設(shè)備進(jìn)行連接；所述殼體上還設(shè)置有輸入端子和輸出端子，所述輸入端子和輸出端子分別與控制電路進(jìn)行電連接；且所述輸入端子和輸出端子分別對(duì)應(yīng)設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)，以滿足對(duì)外接設(shè)備控制的需要。
2.如權(quán)利要求1所述的礦用故障保護(hù)控制器，其特征在于所述殼體上還設(shè)置有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口。
3.如權(quán)利要求1所述的礦用故障保護(hù)控制器，其特征在于所述輸入端子和輸出端子，為拔插式連接器。
4.如權(quán)利要求2所述的礦用故障保護(hù)控制器，其特征在于所述礦用故障保護(hù)控制器，包括有顯示裝置，所述顯示裝置具有殼體、顯示屏及顯示通訊端子，顯示通訊端子通過電纜與所述控制電路或中央處理平臺(tái)進(jìn)行連接。
5.如權(quán)利要求2所述的礦用故障保護(hù)控制器，其特征在于所述通訊端子、輸入端子、輸出端子及網(wǎng)絡(luò)接口，均設(shè)置于殼體的前面面板上。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK204144928SQ201420429388
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】朱繼成, 陳昌政, 李力棟, 高麗華, 陳蒙 申請(qǐng)人:深圳紫光繼保測(cè)控技術(shù)有限公司