CN102222886A - 一种矿用高压真空配电装置的保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种矿用高压真空配电装置的保护装置及保护方法，所述装置包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、微处理器、断路器操作机构，所述电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号，并通过信号调理电路传递给微处理器，所述微处理器对信号进行处理并与阈值进行比较，微处理器根据比较结果来控制断路器操作机构的工作状态。本发明利用单片机程序判断各种故障的“暂态现象的典型特征”，从而合理调整跳闸延时时间，代替原有简单延时的失压保护装置，动态的调整延时动作时间，使高压开关柜即能避开电网瞬时掉电或抖动，又不影响负载故障时的正常保护。

Description

一种矿用高压真空配电装置的保护装置及方法
技术领域
本发明属于高压真空配电保护领域，特别涉及一种矿用高压真空配电保护装置及方法。
背景技术
在煤矿井下供电***中，由于网络庞大，用户分布点多面广,极易产生短路或过流故障，发生故障后，该回路的短路保护装置动作，切除故障回路。从故障发生到故障切除时间约为200ms～1s，电网电压恢复正常的时间可能超过1s，在此期间，其它正常回路电压会暂降，而每条回路的高压开关柜综合保护都设有失压脱扣装置，在瞬时接收到失压信号时，一般在1s内即执行失压跳闸，造成大面积线路失电，影响煤矿供电***的稳定运行。
目前，煤矿井下供电***中对电网晃电现象采取的常用处理方法是在失压脱扣器后加装延时继电器，但是由于延时继电器的延时时间无法实时调整，而煤矿井下的供电网络经常因为工作面的进展发生变化，如果不对延时继电器的延时时间及时做出调整，延时动作保护就起不了作用。另外， 根据IEEE 和IEC制定了电压暂降相关国际标准：IEEE Std 1159-1995 和IEC 61000-2-8（2002-11），电压暂降，电压暂降和间断是由传导型低频现象引致，必须要根据电压扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等去加以判断，这都是普通的延时继电器无法完成的。
发明内容
为了解决现有煤矿井下供电***中对电网失压状态无法实时调整，本发明提供一种矿用高压真空配电保护装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种矿用高压真空配电保护装置，所述装置包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、微处理器、断路器操作机构，所述电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号，并通过信号调理电路传递给微处理器，所述微处理器对信号进行处理并与阈值进行比较，微处理器根据比较结果来控制断路器操作机构的工作状态。
优选地，所述微处理器为单片机。
优选地，所述单片机通过控制电路来控制断路器操作机构，所述控制电路中设有储能电容。
优选地，所述单片机对采集信号进行阈值判断，根据判断结果来确定断路器操作机构的延时动作和延时动作时间。
本发明还提供了一种矿用高压真空配电装置的保护方法，所述方法包括如下步骤,
（1）电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号;
（2）将步骤（1）采集的信号通过信号调理电路传递给微处理器；
（3）微处理器对该信号进行处理，与设定的阈值进行比较，根据比较结果，通过驱动控制电路来控制断路器操作机构的延时动作和延时动作时间。
优选地，断路器操作机构延时动作时，微处理器驱动开关管关断，通过储能电容能量使得断路器操作机构保持吸合状态，在延时期间内，如电网恢复正常，单片机再驱动开关管闭合，即保持正常合闸状态，如延时过后仍不恢复正常，断路器操作机构动作分断电路。
本发明通过采集电网中的电压和电流信号传递到用单片机处理，根据阈值判断确定是否延时动作和延时时间，通过控制断路器操作机构来执行准确动作。本发明利用单片机程序判断各种故障的“暂态现象的典型特征”，从而合理调整跳闸延时时间，代替原有简单延时的失压保护装置，动态的调整延时动作时间，使高压开关柜即能避开电网瞬时掉电或抖动，又不影响负载故障时的正常保护。
附图说明
图1为本发明一种实施例的原理图；
图2为发明一种实施例的安装示意图。
1、智能失压脱扣补偿器2、电压互感器；3、真空开关管；4、电流互感器；5、接线端子；6、断路器操作机构；7、绝缘拉杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为本发明的一种实施例，该装置包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、微处理器、断路器操作机构，其中：电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号，并通过信号调理电路传递给微处理器，微处理器对信号进行处理并与阈值进行比较，微处理器根据比较结果来控制断路器操作机构（图1中的执行机构为永磁断路器操作机构）的工作状态。本发明利用单片机程序判断各种故障的“暂态现象的典型特征”，从而合理调整跳闸延时时间，使高压开关柜即能避开电网瞬时掉电或抖动，又不影响负载故障时的正常保护。
本发明的单片机通过控制电路来控制断路器操作机构，在控制电路中设有储能电容。断路器操作机构通过绝缘拉杆与真空开关管连接，单片机通过驱动电路来控制开关管开闭。在供电正常时，单片机驱动开关管导通，对电容进行充电储能。需要延时断电时，单片机驱动开关管关断，电容储存的能量作用于分闸线圈上，使断路器操作机构保持吸合状态，延时时间由单片机动态调整，在延时期间内，如电网恢复正常，单片机再驱动开关管闭合，即保持正常合闸状态，如延时过后仍不恢复正常，即属上级故障跳电，断路器操作机构动作分断电路。本发明的欠压延时时间分档可调，优选级差为500ms，可调范围宽，且当时间设置为0s时，为瞬时脱扣。
本发明的单片机对采集信号进行处理时，可以采用常用的阈值判断方法，通过将采集信号与阈值进行大小比较，从而确定断路器操作机构是否延时以及延时时间。优选地，采用基于小波分析和FFT的改进算法，利用小波算法在采样过程中检测到可疑信号，由FFT算法进行有效值判断，如果没有超过阈值，回到小波算法中继续寻找采样可疑点；如果有效值超过阈值，则认为可疑点有效，根据保护条件由单片机输出相应驱动信号。
如图2所示，为发明一种实施例的安装示意图，智能失压脱扣补偿器1包括单片机，其固定在断路器操作机构6的机架上，断路器操作机构6通过绝缘拉杆7与真空开关管3的触头分离，电压互感器2安装在断路器操作机构6的上方，电流互感器安装在接线端子5的后面。智能失压脱扣补偿器1通过控制电路来驱动断路器操作机构6执行延时动作及延时时间。其中：电压互感器1和电流互感器采集电网中的电压和电流的信号，信号传输到智能失压脱扣补偿器的控制电路中，控制电路中设有储能电容。单片机根据持续时间和电压幅值判断电压暂态现象的典型特征，从而确定执行机构是否延时动作和延时动作时间。电压暂态现象的典型特征可以参考IEEE Std 1159-1995标准，根据包括电压扰动的频谱特征、持续时间、幅值变化等，对供电***典型的电磁干扰现象进行了特征分类（其中典型电压幅值以供电母线额定电压为基准的，数字为系数），表1为本发明的一种暂态现象分类和典型特征。
表1 电压暂态现象分类和典型特征
Figure 2011101713017100002DEST_PATH_IMAGE001
优选地，为了判断短路情况，还要计算三相短路电流的大小，如果判断是短路现象，则立即跳闸。根据以上方法，单片机判断需要延时断电时，单片机驱动开关管3关断，电容储存的能量作用于分闸线圈上，使断路器操作机构保持吸合状态，延时时间由单片机动态调整，在延时期间内，如电网恢复正常，单片机再驱动开关管闭合，即保持正常合闸状态，如延时过后仍不恢复正常，即属上级故障跳电，断路器操作机构动作分断电路。
本发明还提供了一种矿用高压真空配电装置的保护方法，该方法包括如下步骤,
（1）电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号;
（2）将步骤（1）采集的信号通过信号调理电路传递给微处理器；
（3）微处理器对该信号进行处理，与设定的阈值进行比较，根据比较结果，通过驱动控制电路来控制断路器操作机构的延时动作和延时动作时间。
单片机根据持续时间和电压幅值判断电压暂态现象的典型特征，从而确定断路器操作机构是否延时动作和延时动作时间。单片机对采集信号进行处理时，可以采用常用的阈值判断方法，通过将采集信号与阈值进行大小比较，从而确定断路器操作机构是否延时以及延时时间。优选地，采用基于小波分析和FFT的改进算法，利用小波算法在采样过程中检测到可疑信号，由FFT算法进行有效值判断，如果没有超过阈值，回到小波算法中继续寻找采样可疑点；如果有效值超过阈值，则认为可疑点有效，根据保护条件由单片机输出相应驱动信号。
最后应说明的是：以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种矿用高压真空配电装置的保护装置，其特征在于：所述装置包括电压互感器、电流互感器、信号调理电路、微处理器、断路器操作机构，所述电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号，并通过信号调理电路传递给微处理器，所述微处理器对信号进行处理并与阈值进行比较，微处理器根据比较结果来控制断路器操作机构的工作状态。
2.根据权利要求1所述的矿用高压真空配电装置的保护装置，其特征在于：所述微处理器为单片机。
3.根据权利要求2所述的矿用高压真空配电装置的保护装置，其特征在于：所述单片机通过控制电路来控制断路器操作机构，所述控制电路中设有储能电容。
4.根据权利要求3所述的矿用高压真空配电装置的保护装置，其特征在于：所述单片机对采集信号进行阈值判断，根据判断结果来确定断路器操作机构的延时动作和延时动作时间。
5.一种矿用高压真空配电装置的保护方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤,
 （1）电压互感器和电流互感器分别采集电网的电压和电流信号;
（2）将步骤（1）采集的信号通过信号调理电路传递给微处理器；
（3）微处理器对该信号进行处理，与设定的阈值进行比较，根据比较结果，通过驱动控制电路来控制断路器操作机构的延时动作和延时动作时间。
6.根据权利要求5所述的矿用高压真空配电装置的保护装置，其特征在于：断路器操作机构延时动作时，微处理器驱动开关管关断，通过储能电容能量使得断路器操作机构保持吸合状态，在延时期间内，如电网恢复正常，单片机再驱动开关管闭合，即保持正常合闸状态，如延时过后仍不恢复正常，断路器操作机构动作分断电路。
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