CN116243043A - 一种电机侧防爆型电压电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机侧电压电流互感器，包括防壳体、分流器、电源模块、主控单元和光电转换装置，分流器串接在电机的供电主回路中，分流器，将主回路的电流信号转换成0‑75mV的电压信号，电压信号与主回路的全压信号通过连线进入主控单元并进行模数转换，经过模数转换后的数字信号分别通过不同通信编码芯片，转换成RS485信号和TCP/IP信号，述RS485信号引到主控单元的端子上，TCP/IP信号引到主控单元的通信网口上，TCP/IP信号通过网线连接光电转换装置并将电信号转换成光信号进线传输。本发明能够对电机实际的用电电压和电流进行实时监测，对电机的运行工况进行有效的分析，降低在危险区域送电检测带来的安全隐患，且降低了布线传输所造成的衰减干扰和设备成本。

Description

一种电机侧防爆型电压电流互感器

技术领域

本发明涉及电气防爆技术领域，具体涉及一种电机侧防爆型电压电流互感器，带有上述互感器的电机，以及带上述电机的矿用井下变电站。

背景技术

互感器又称为仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于量测或保护***。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V）或标准小电流（5A或1A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压***，以保证人身和设备的安全。为保障工业设备的正常运行，为每一台电机提供电压与电流的实时监测是必要的。

当前，对电机的电压和电流进行实时监测，一般都是在供电设备侧，即在设备的启动回路中。但设备在现场运行过程中，特别是输电线路距离比较远时，输电线路问题比较突出，常常存在较多衰减与干扰，而且当设备发生故障时，经常遇到需要精准判断故障点是在电机上还是在电缆线路上。特别是在矿用井下电气设备领域，电缆线路故障往往具有较大的安全隐患且不易检查。能够准确区分故障点，将为用户在实际生产过程中节约时间和物料成本。如果按照传统的电压电流采样方式，将互感器直接安装在供电设备侧，会造成采样线路太长，成本太高，且采样线路本身的干扰与衰减会造成采样的误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对现有的设备的电压电流采样的缺陷，提出一种安装于电机侧的电压电流互感器，可对电机的实际运行中的电压与电流进行实时监测，将监测到的电压、电流信号以RS485、网络、光纤、无线等不同的通信方式进行传输，保证监测到的信号的准确性和及时性，用来区分电机侧与启动侧的电压和电流，为设备正常运行提供保障，为设备的故障分析提供依据。

本发明完整的技术方案包括：

一种电机侧防爆型电压电流互感器，包括：防爆壳体1、分流器2、电源模块3、主控单元4和光电转换装置5。

进一步的，所述分流器2串接在电机的供电主回路中，并且分流器2与供电主回路的电缆压接处与电源模块3连接，并为电源模块3供电。

进一步的，所述电源模块3的直流输出端与主控单元4和光电转换装置5连接，并且电源模块3为主控单元4和光电转换装置5供电。

进一步的，所述分流器2，将主回路的电流信号转换成0-75mV的电压信号，所述电压信号与主回路的全压信号通过连线进入所述主控单元4并进行模数转换。

进一步的，经过模数转换后的数字信号分别通过不同通信编码芯片，转换成RS485信号和TCP/IP信号。

进一步的，所述RS485信号引到所述主控单元4的端子上，所述TCP/IP信号引到所述主控单元4的通信网口上。

进一步的，所述TCP/IP信号通过网线连接所述光电转换装置5，将电信号转换成光信号进线传输。

进一步的，所述分流器2、电源模块3、主控单元4和光电转换装置5，以及各装置之间的电气与通信连线均安装在所述防爆壳体1中。

进一步的，带有所述防爆电压电流互感器的矿用井下变电站，所述变电站包括高压部分，所述高压部分设有高压真空开关，所述高压真空开关采用高压开关保护控制器进行控制保护。该变电站还包括低压配电柜，低压配电柜包括进线输入部分、分控部分以及输出部分，输出部分安装有启动器和变频器，变频器采用三电平四象限变频机芯，并与多功能配电装置进行配套使用。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

1. 本发明一种电机侧防爆电压电流互感器能够对电机实际的用电电压和电流进行实时监测，对电机的运行工况进行有效的分析，确保电机正常运行；当发生故障时，精确区分故障点，降低在危险区域送电检测所带来的安全隐患。

2. 本发明以通信的方式将实时监测的电压电流信号进行传输，降低了布线传输所造成的衰减、干扰，并极大的降低了传统布线方式造成的材料与人工的成本。

3. 本发明所述电流互感器可以是单独使用的防爆设备，也可以作为防爆电机的防爆法兰，与电机的接线盒配合使用，降低设备成本，减少设备安装所需要的空间。

附图说明

图1是本发明一种电机侧防爆电压电流互感器的结构示意图。

图2是带有本发明电压电流互感器的矿用井下变电站高压真空开关控制器示意图。

图3是带有本发明电压电流互感器的矿用井下变电站多功能配电装置示意图。

图中：1-防爆壳体；2-分流器；3-电源模块；4-主控单元；5-光电转换装置。

实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

下面对本发明所公开的一种电机侧防爆型电压电流互感器进行示意性说明。

图1为一种电机侧防爆型电压电流互感器的结构示意图，本电机侧防爆型电压电流互感器包括：防爆壳体1、分流器2、电源模块3、主控单元4和光电转换装置5。

所述分流器2串接在电机的供电主回路中，所述电源模块3的供电电源取自分流器2的主回路电缆压接处，所述主控单元4与所述光电转换装置5的供电电源取自电源模块3的直流输出端。

主回路电流信号通过所述分流器2，将电流信号转换成0-75mV的电压信号，该信号与主回路的全压信号通过连线进入所述主控单元4，在主控单元进行模数转换，转换为数字信号，该数字信号分别通过不同的通信编码芯片，转换成RS485信号和TCP/IP信号，RS485信号引到所述主控单元4的端子上，TCP/IP信号引到所述主控单元4的通信网口上，TCP/IP信号可以通过网线连接所述光电转换装置5，将电信号转换成光信号进线传输。

以采用光信号的互感器为例，一台电机额定电流为45A，在电机侧安装有一台额定电流75A的防爆互感器，电机在运行中由于负载增加导致电机过负荷运行（该过程中电压保持基本稳定），实际运行电流稳定在49.5A左右，该实际运行电流通过所述的分流器2，将电流信号转换成的电压信号为49.5mV，该电压信号直接接入所述的中控单元4中，在中控单元中，该信号通过模数转换成数字信号，并通过编码芯片，转换成通信信号，再通过所述光电转换装置5，将该信号转换成光信号上传至远端。该光信号上传至远端后，通过光电转换器变回通信信号，传输至保护终端并显示电机的实际运行电流49.5A，并在必要时输出保护跳闸信号。在保护终端中，以该电流触发反时限过流保护为例，假如保护终端中设置的电机额定电流为45A，设置反时限过流保护特性为110%额定电流1min触发跳闸，则保护终端在接收到电机稳定运行电流为49.5A，运行时间超过1min后，发出跳闸信号，将该电机的供电回路切断。

上述所述分流器2、电源模块3、主控单元4和光电转换装置5，包含各装置之间的电气与通信连线（对外接线除外）均安装在所述防爆壳体1中，防爆壳体包含完整的防爆元素，满足实际现场的防爆要求并取得该设备生产所必须的证件，包含壳体、法兰、格兰头、喇叭口、橡胶垫、内部元器件安装板、外部壳体安装支架、紧固螺丝等所必须的配套元器件。

本发明同时公开了一种采用上述电压电流互感器的矿用井下变电站，该变电站包括箱体，箱体内通过隔板分隔成高压室、低压室、变压室以及控制室，高压室内安装有高压设备，低压室内安装有低压设备，变压室内安装有变压器，控制室内安装有控制设备，且隔板上设有用以供各部分设备进行安装、连接和通讯的端子和线缆通道。

其中高压设备包括高压开关柜，内设高压真空开关，该高压真空开关采用高压开关保护控制器进行保护，并通过矿用高压真空开关复合断路器进行断路操作。

该高压开关保护控制器如图2所示，包括：主控模块，IO模块，通信模块，温度模块，电流电压传感器预检测模块，永磁断路器控制模块，显示模块和本安电源模块；主控模块连接显示模块，主控模块通过光纤连接通信模块，通信模块通过光纤分别连接温度模块、IO模块、第一永磁断路器控制模块、第二永磁断路器控制模块，电流电压传感器预检测模块。

主控模块包含本地的控制，通讯接口，显示接口；IO模块包含开关量的输入输出，模拟量的输入输出；通信模块设置有RS485，RJ45及FC光纤接口；温度模块设置有多路温度检测；电流电压传感器预检测模块包含恒流源发生器的直流电阻检测；永磁断路器控制模块包含电容检测，关合开断控制，位置反馈；显示模块包含7寸彩色液晶组态显示屏；本安电源模块(B6)包含24V“ib”本质安全型保护开关电源。

具体的，主控模块具体包括3路电流采集接口和1路零序电流接口，以及1路***电压接口；主控模块使用本安电源模块供电的显示模块中的16键模拟键盘输入，设置本地参数及模块参数，设置通讯参数，温度模块参数设置，IO模块参数设置，电流电压保护设置，温度模块参数设置，永磁断路器模块参数设置。

IO模块包括的IO接口为：分闸开关B1-1，合闸开关B1-2，后备开关B1-3，短路试验开关B1-4，过载试验开关B1-5，准备完成开关B1-6，断路器故障开关B1-7，电流传感器故障开关B1-8，电压传感器故障开关B1-9，超温开关B1-10，其他故障开关B1-11，还包括三个控制器电流采样开关B1-12、B1-13、B1-14，其中B1-12、B1-13、B1-14采用4~20mA模拟量电流输出，可将控制器的电流采样值按比例以模拟量的形式输出，为其他控制器提供数据依据。还包括三个外部变量开关B1-15、B1-16、 B1-17，其中 B1-15、B1-16、B1-17采用0-10V模拟量电压输入，可将外部变送器引入的物理量如水压，液位，风量以模拟电压的形式输出。

通信模块由本安电源模块供电，以光纤接口连接各模块与主控模块之间，通信模块本身通过RS485,RJ45及FC光纤接口连接开关外部上位机设备。

温度模块包括8个单独的温度单元，均含相互独立的温度检测接口，通过连接PT100同时检测8路温度，每一路温度的报警阈值可通过主控模块单独设置。其中由于井下环境复杂且由于温度传感器的精度问题，温度模块所采集到的温度数据经常会发生一定的噪声，针对这种情况，立刻报警并停机的成本太高。而如果不能确定是否是噪声还是数据采集正常，在井下环境，采用人工检查的方式也比较困难且容易造成事故。因而针对该问题，本发明对采集到的温度数据进行处理，具体为结合温度模块采集到的历史数据进行处理，包括：温度模块对每一路的检测温度，选择本次测温及此前连续9次的测温数据，得到共10次温度数据，得到数据T₀至T₉。对每个数据T_i，除以10次温度数据中的最大值进行如归一化处理并得到T'_i，随后计算

，其中/>

为T'_i的算术平均值。当M大于0.01时，即将此次温度数据为暂定为第一次异常，暂以此前9次温度数据的算术平均值取代其作为本次测温值进行下一次运算。下一次测温如不再出现异常，则按照正常程序继续测温；如连续出现3次异常，则判定此3次温度数据并非噪声，由真实测温值取代之前的算术平均值。如达到报警阈值则立即报警。

本安电源模块包含六路24V电源输出接口，为主控模块、IO模块通讯模块、温度模块、显示模块、电流电压传感器预检测模块、永磁断路器控制模块供电，本质安全级别为“ib”。

电流电压传感器预检测模块在***前置隔离处在分的位置时，由键盘操作，主控模块控制电流电压传感器预检测模块依次对电流和电压传感器的二次侧回路进行回路电阻测试，测试结果与主控模块设置的参数对比，通过显示模块提示结果，若超出范围则发出声光报警。

永磁断路器模块在主***启动后，检测位置开关和电容容量，比对设置参数，将提示闭锁或准备完成，准备完成状态后可以进行控制器提出的主回路的合闸请求。

其中高压真空开关复合断路器的部件结构为：包括控制电源安装室、永磁机构安装室、机械机构安装室、机械断路机构和永磁断路机构，所述机械断路机构位于机械机构安装室内，所述永磁断路机构位于永磁机构安装室内。

所述控制电源安装室内设有永磁开关控制器并控制永磁断路机构运行，所述永磁断路机构采用内设脱扣永磁机构加机械手动脱扣相结合的方式。

该低压室内包括低压配电柜，低压配电柜包括进线输入部分、分控部分以及输出部分，输出部分安装有启动器和变频器，变频器采用三电平四象限变频机芯，并与多功能配电装置进行配套使用。变电站连接的电机设备上设有电压电流互感器。

该带油温油位保护的多功能配电装置如图3所示，包括基于PLC的综合保护器、显示屏、中间继电器组KA、接触式继电器组KJ、真空交流接触器组KM、隔离换相开关和防爆外壳；

隔离换相开关和交流真空接触器组KM相连，交流真空接触器组KM连接中间继电器组KA，中间继电器组KA和接触式继电器组KJ分别与综合保护器相连。综合保护器通过PLC程序计算然后控制中间继电器组KA和接触式继电器组KJ，然后中间继电器KA组控制真空交流接触器组KM。

所述真空交流接触器组KM包括第一真空交流接触器KM1，第二真空交流接触器KM2，第三真空交流接触器KM3，第四真空交流接触器KM4，第五真空交流接触器KM5，第六真空交流接触器KM6。

所述接触式继电器组KJ包括第一接触式继电器KJ1，第二接触式继电器KJ2，第三接触式继电器KJ3，第四接触式继电器KJ4，第五接触式继电器KJ5，第六接触式继电器KJ6。

所述中间继电器组KA包括第一中间继电器KA1，第二中间继电器KA2，第三中间继电器KA3，第四中间继电器KA4，第五中间继电器KA5，第六中间继电器KA6。

隔离换相开关包括一号隔离开关和二号隔离开关，一号隔离开关连接前三个交流真空接触器KM1-KM3，二号隔离开关连接后三个交流真空接触器KM4-KM6。

综合保护器连接显示屏，PLC和显示屏内有经过验证优化的软件程序，显示屏设有人机交互界面；

所述多功能配电装置能够作为矿用变频器的配套使用，第一交流真空接触器KM1与第四交流真空接触器KM4并联、第二交流真空接触器KM2与第五交流真空接触器KM5并联、第三交流真空接触器KM3与第六交流真空接触器KM6并联；然后前3个交流真空接触器（即第一交流真空接触器、第二交流真空接触器、第三交流真空接触器）作为矿用变频器的隔离元件与矿用变频器连接，矿用变频器再分别连接3个电机（第一电机M1、第二电机M2，第三电机M3）；后3个交流 真空接触器（即第四交流真空接触器、第五交流真空接触器、第六交流真空接触器）作为矿用变频器的工频备用回路直接与3个电机M1-M3连接，所述电机侧可以安装本发明所述防爆型电压电流互感器。6个接触式继电器KJ1-KJ6分别连接3个矿用变频器的3个电球阀，分别给3个电球阀供电并控制3个电球阀。

所述多功能配电装置能够用于控制保护水泵油泵，6个水泵油泵直接连接到本装置的6个真空交流接触器KM，

水箱油缸的4个油温、3个油位、1个液位共8个传感器连接到综合保护器，连接到本装置的综合保护器，通过显示屏的人机交互界面，进行液位、油位、油温的超限阀值的设置，并能实时显示液位、油位、油温的实时数值根据现场实际需求设置好后，通过PLC内的软件程序根据实时数值计算，实现对油温、油位、液位的自动控制，当达到设定阈值时对应交流接触器自动接通或者自动关闭，超限时显示屏弹出红色报警框提示超限报警。

以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，包括：防爆壳体（1）、分流器（2）、电源模块（3）、主控单元（4）和光电转换装置（5）。

2.根据权利要求1所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，所述分流器（2）串接在电机的供电主回路中，并且分流器（2）与供电主回路的电缆压接处与电源模块（3）连接，并为电源模块（3）供电。

3.根据权利要求2所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，所述电源模块（3）的直流输出端与主控单元（4）和光电转换装置（5）连接，并且电源模块（3）为主控单元（4）和光电转换装置（5）供电。

4.根据权利要求3所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，所述分流器（2），将主回路的电流信号转换成0-75mV的电压信号，所述电压信号与主回路的全压信号通过连线进入所述主控单元（4）并进行模数转换。

5.根据权利要求4所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，经过模数转换后的数字信号分别通过不同通信编码芯片，转换成RS485信号和TCP/IP信号。

6.根据权利要求5所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，所述RS485信号引到所述主控单元（4）的端子上，所述TCP/IP信号引到所述主控单元（4）的通信网口上。

7.根据权利要求6所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，所述TCP/IP信号通过网线连接所述光电转换装置（5），将电信号转换成光信号进线传输。

8.根据权利要求6所述的一种电机侧防爆型电压电流互感器，其特征在于，所述分流器（2）、电源模块（3）、主控单元（4）和光电转换装置（5），以及各装置之间的电气与通信连线均安装在所述防爆壳体（1）中。

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