CN111289821A - 一种煤矿井下供电***电能质量监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电***电能监测领域，尤其是一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，包括防爆壳体、监测模块、信号传输单元、显示模块和电源模块；所述防爆壳体内由隔板分隔成一主腔和一接线腔，所述主腔用于放置各组成单元、各元器件，在主腔内安装有监测模块、信号传输单元和电源模块，所述信号传输单元与安装在壳体的门体上的显示模块信号连接，在电源模块的出口线路上串联有微型断路器。通过监测模块对采样数据进行电能质量计算、处理和显示，亦可将处理结果通过井下以太网上传至地面集控中心，与地面供电***监控***相融合，进行全矿电能质量的监测和数据共享，实现井下电能质量的就地和在线监测。

Description

一种煤矿井下供电***电能质量监测装置

技术领域

本发明涉及供电***电能监测领域，尤其是一种煤矿井下供电***电能质量监测装置。

背景技术

自2002 年起，我国不断加强对煤矿安全生产的要求，煤炭行业开始进行大规模的技术升级改造。目前，煤矿自动化、信息化程度不断提高，随着智能电网技术及物联网技术的不断深入发展，煤矿智能供电***也日渐普及。煤矿在对电力需求增加的同时，对电能质量的要求也越来越高，电能质量的优劣直接影响到煤矿安全生产，对煤矿供电***电能质量在线监测进行深入研究十分必要。能够实时了解煤矿井下供电***与用电设备的运行情况和运行损耗，为减少损耗、提高用电效率的实施方法提供数据支撑，成为电量管理的基础。

我国对电能质量的研究起步比较晚，因此，对电能质量监测的研究也比较落后。相对于国外的检测装置，国内产品具有检测功能不全面、精度不高的缺点。

目前传统电能质量监测***或装置只适用于地面常规环境，不具有防爆性，无法实现***环境中供电设备电能的监测；同时，传统电能质量监测***或装置存在单一化特点，仅能监测一个或其中的若干性能指标，导致工作人员不能及时全面的发现问题，进而未能迅速准确的处理相应的故障，从而引发供电事故。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一所采用的技术方案是：一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，包括防爆壳体、监测模块、信号传输单元、显示模块和电源模块；所述防爆壳体内由隔板分隔成一主腔和一接线腔，所述主腔用于放置各组成单元、各元器件，在主腔内安装有监测模块、信号传输单元和电源模块，所述信号传输单元与安装在壳体的门体上的显示模块信号连接，在电源模块的出口线路上串联有微型断路器，所述监测模块通过RS485端口将处理后的信号传输至信号传输单元，所述接线腔用于实现外部接线与内部元器件的电气隔离。

将各所述组成单元、各所述元器件单独的放置在主腔内能够有效地适用于井下特殊的***环境，使用时更加安全。将外部接线与内部元器件的电气隔离可以达到有效的防爆要求。

优选地，所述电源模块安装于防爆壳体底部，用于将外部接入的660V电源转为220V，为内部模数化插座提供电源，同时为电源模块（220V转24V）提供电源，电源模块输出24V，同时为装置内部的PLC和监测模块提供工作电源，保证内部PLC与监测模块的正常运行。

优选地，所述防爆壳体全部采用Q235A碳素钢焊接而成。

防爆壳体及内部结构件的设计均遵照国家标准如下：

GB3836.1 ***性环境 第1部分：设备通用要求。

GB3836.2 ***性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备。

GB3836.4 ***性环境 第4部分：有本质安全型“i”保护的设备。

优选地，所述防爆壳体由主腔和接线腔两个相互独立的防爆腔体组成，所述主腔采用快开式门体实现密封，即在所述主腔的腔体和门体法兰周围增加内卡规、外卡规，门体开合时通过带动卡规实现门体与防爆壳体的紧密结合，所述接线腔采用螺钉压紧的方式实现门体与防爆壳体的密封和防爆。

优选地，所述监测模块包括一处理器，所述处理器上包括若干组电压信号输入端、电流信号输入端。

优选地，采集终端采用南德电气的PY400，拥有电压、电流输入端子，同时具有网口通信端。

采集终端的具体工作原理如下：

处理器对多组电压电流信号进行整合、打包，并通过RS485进行数据传输。

优选地，所述信号传输单元由信号接收模块及信号处理模块组成。

信号接收模块及信号处理模块将接入的信号数据进行转换，以太网方式通过显示模块将处理的信号进行展示，也可以将数据通过以太网上传地面监控中心，实现在线监控。

信号接收模块及信号处理模块拥有多回路信号输入组，可接收多组电压、电流信号，并根据国家标准对接收信号进行处理计算：

通过电压、电流通道，将引入的数据信号进行相位、零位校正，并进行数字滤波，通过运算、分解等方式，得到所需参数信号。

优选地，所述显示模块的采用TPC7062Ti，通过网口与信号信号接收及处理单元进行通讯。

采用工业组态软件开发显示监测软件，实现设备实时数据的就地显示，可以通过图、表、曲线等方式进行直观的数据显示及分析处理。

本发明的有益效果体现在：通过监测模块对采样数据进行电能质量计算、处理和显示，亦可将处理结果通过井下以太网上传至地面集控中心，与地面供电***监控***相融合，进行全矿电能质量的监测和数据共享，实现井下电能质量的就地和在线监测；能够达到用电精准管理、吨煤用电量降低、提高供电质量、提高***安全性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的后视设备结构示意图。

图2为本发明的前视设备结构示意图。

图3为本发明的工作***流程走向图。

图4为本发明的数据处理原理图。

图5为本发明的电气原理图。

图中，1、防爆壳体；101、隔板；102、主腔；103、接线腔；104、门体；105、螺钉； 2、监测模块；3、信号传输单元； 4、显示模块； 5、电源模块；6、微型断路器；7、变压器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-5中所示，一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，包括防爆壳体1、监测模块2、信号传输单元3、显示模块4和电源模块5；所述防爆壳体1内由隔板101分隔成一主腔102和一接线腔103，所述主腔102用于放置各组成单元、各元器件，在主腔102内安装有监测模块2、信号传输单元3和电源模块5，所述信号传输单元3与安装在壳体的门体104上的显示模块4信号连接，在电源模块5的出口线路上串联有微型断路器6，还包括一设置在主腔102内的通过电缆与电源模块5的供电***母线、微型断路器6相连接的变压器7，所述监测模块2通过RS485端口将处理后的信号传输至信号传输单元3，所述接线腔103用于实现外部接线与内部元器件的电气隔离。

将各所述组成单元、各所述元器件单独的放置在主腔102内能够有效地适用于井下特殊的***环境，使用时更加安全。将外部接线与内部元器件的电气隔离可以达到有效的防爆要求。

优选地，所述电源模块5安装于防爆壳体1底部，用于将外部接入的660V电源转为220V，为内部模数化插座提供电源，同时为电源模块（220V转24V）提供电源，电源模块输出24V，同时为装置内部的PLC和监测模块2提供工作电源，保证内部PLC与监测模块2的正常运行。

优选地，所述防爆壳体1全部采用Q235A碳素钢焊接而成。

防爆壳体1及内部结构件的设计均遵照国家标准如下：

GB3836.1 ***性环境 第1部分：设备通用要求。

GB3836.2 ***性环境 第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备。

GB3836.4 ***性环境 第4部分：有本质安全型“i”保护的设备。

优选地，所述防爆壳体1由主腔102和接线腔103两个相互独立的防爆腔体组成，所述主腔102采用快开式门体104实现密封，即在所述主腔102的腔体和门体104法兰周围增加内卡规、外卡规，门体104开合时通过带动卡规实现门体104与防爆壳体1的紧密结合，所述接线腔103采用螺钉105压紧的方式实现门体104与防爆壳体1的密封和防爆。

优选地，所述监测模块2包括一处理器，所述处理器上包括若干组电压信号输入端、电流信号输入端。

优选地，采集终端采用南德电气的PY400，拥有电压、电流输入端子，同时具有网口通信端。

采集终端的具体工作原理如下：

处理器对多组电压电流信号进行整合、打包，并通过RS485进行数据传输。

优选地，所述信号传输单元3由信号接收模块及信号处理模块组成。

信号接收模块及信号处理模块将接入的信号数据进行转换，以太网方式通过显示模块4将处理的信号进行展示，也可以将数据通过以太网上传地面监控中心，实现在线监控。

信号接收模块及信号处理模块拥有多回路信号输入组，可接收多组电压、电流信号，并根据国家标准对接收信号进行处理计算：

通过电压、电流通道，将引入的数据信号进行相位、零位校正，并进行数字滤波，通过运算、分解等方式，得到所需参数信号。

优选地，所述显示模块4的采用TPC7062Ti，通过网口与信号信号接收及处理单元进行通讯。

采用工业组态软件开发显示监测软件，实现设备实时数据的就地显示，可以通过图、表、曲线等方式进行直观的数据显示及分析处理。

结合本领域现有技术及基础知识，由数据处理原理图中图示结构可知，现场通过电压电流互感器，采集供电***的电压、电流信号，经过装置喇叭口，接入监测单元，通过汇总后，以RS485模式传递至信号接收及处理单元，接收机处理单元对各信号进行数据放大、数据分离等处理，并将处理后的信号数据通过网口接入显示单元进行实时显示，也可通过网口依托井下环网上传至地面上位机***，便于地面监控。

电气原理图中，各部件解释：

监测模块：

连接方式及作用：监测模块拥有电压、电流输入端口，电压互感器与电流互感器通过屏蔽线接入监测模块输入接口，监测模块接收电压、电流信号；同时，监测模块通过网线或屏蔽线经过网口或RS485端口与信号接收及处理单元相连接，将接收的电压、电流信号转换后传入信号接收及处理单元进行信号的处理及传输。

信号接收及处理单元：

连接方式及作用：信号接收及处理单元通过网线或屏蔽线经网口或RS485端口与监测模块相连接，接收监测模块的数据信息；同时，通过网线经网口与显示模块相连接，显示模块可实时显示现场参数及供电***状态；

2P微型断路器6：

连接方式及作用：通过电缆与三孔插座、电源模块、4P微型断路器6相连接，切断和接通电路；

三孔插座：

连接方式及作用：通过电缆与2P微型断路器6、地相连接，提供试验插座；

电源模块：

连接方式及作用：通过电缆与2P微型断路器6、信号接收及处理单元、监测模块相连接，为信号接收及处理单元和监测模块提供电源；

电压互感器：

连接方式及作用：通过电缆与供电***母线相连接，测量主回路电压信号；通过屏蔽线与监测模块相连接，将测量的电压信号输入监测模块；

4P微型断路器6：

连接方式及作用：通过电缆与变压器7、2P微型断路器6相连接，作为电源回路的总开关；

变压器7：

连接方式及作用：通过电缆与供电***母线、4P微型断路器6相连接，为整个装置提供电源。

电流互感器：

连接方式及作用：通过屏蔽线与监测模块相连接，测量供电***母线电流信号，将测量的电流信号输入监测模块。

本领域技术人员根据上述连接关系描述以及电气原理图本身及本领域基础知识，可知：

电源部分：主电进入壳体内部，与控制变压器7连接，变压器7输出220V电源，电源进入电源模块，电源模块输出24V电源，为信号接收及处理单元、监控模块和显示模块提供电源；

监测模块拥有电压、电流输入端口，电压互感器与电流互感器通过输入接口与监测模块相连接，将供电***电压、电流信号接入监测模块；同时，监测模块通过RS485端口与信号接收及处理单元相连接，将汇总信号传入信号接收及处理单元进行信号的处理；

信号接收及处理单元，将信号进行处理后，通过网口与显示模块相连接，显示模块可实时显示现场参数及供电***状态。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，其特征在于：包括防爆壳体、监测模块、信号传输单元、显示模块和电源模块；所述防爆壳体内由隔板分隔成一主腔和一接线腔，所述主腔用于放置各组成单元、各元器件，在主腔内安装有监测模块、信号传输单元和电源模块，所述信号传输单元与安装在壳体的门体上的显示模块信号连接，在电源模块的出口线路上串联有微型断路器，所述监测模块通过RS485端口将处理后的信号传输至信号传输单元，所述接线腔用于实现外部接线与内部元器件的电气隔离。

2.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，其特征在于：所述电源模块安装于防爆壳体底部，用于将外部接入的660V电源转为220V，为内部模数化插座提供电源，同时为电源模块（220V转24V）提供电源，电源模块输出24V，同时为装置内部的PLC和监测模块提供工作电源，保证内部PLC与监测模块的正常运行。

3.根据权利要求2或3所述的一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，其特征在于：所述防爆壳体全部采用Q235A碳素钢焊接而成。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，其特征在于：所述监测模块包括一处理器，所述处理器上包括若干组电压信号输入端、电流信号输入端。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，其特征在于：所述信号传输单元由信号接收模块及信号处理模块组成。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿井下供电***电能质量监测装置，其特征在于：所述显示模块的采用TPC7062Ti，通过网口与信号信号接收及处理单元进行通讯。

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