CN116345410A - 一种矿用本质安全型高压开关保护控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路控制技术领域，具体涉及一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，带有上述开关保护控制器的高压开关，以及带上述高压开关的变电站，尤其是矿用井下移动变电站,高压开关保护控制器包括主控模块，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。各个模块既可以拆解为独立的模块分别布置在设备内，也可以整体装在一起。可以在设备未投入之前，自检传感器等元件的状态，避免带故障工作。本控制器具有通用性，适用矿用高压配电装置、矿用一般型配电箱和矿用移动变电站用高压开关等高压配电设备。

Description

一种矿用本质安全型高压开关保护控制器

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，具体涉及一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，带有上述开关保护控制器的高压开关，以及带上述高压开关的变电站，尤其是矿用井下移动变电站。

背景技术

加快推进煤矿智能化建设，是推动煤炭工业转型升级、高质量发展的核心技术支撑。一方面，通过智能化和无人化，可避免矿工直接面对灾害事故风险，减少人员误操作，大幅消除安全生产隐患。另一方面，通过智能化建设，提升煤矿柔性生产能力，增强供给质量和供给弹性。

在煤矿智能化发展中，煤矿高压开关设备是井下输配电关键节点，是井下智能化的关键环节。现有高压开关保护控制器，仅包含基础三相电流、电压，零序电压的显示、设置和保护，具有专型专用的特点，不同平台不可混用。会出现保护控制器无法适配的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题。本发明公开了一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，主动或者被动的控制高压断路器的关合与开断，控制器检测传感器的参数闭锁断路器，避免故障合闸；通过传感器采集的数据，比对设置对主回路进行保护。

本发明完整的技术方案包括：

一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，包括：主控模块(M1)，通信模块(B0) ，IO模块(B1)，温度模块(B2)，电流电压传感器预检测模块(B3)，永磁断路器控制模块(B4，B5)，显示模块和本安电源模块(B6)；

所述主控模块(M1)连接显示模块，主控模块(M1)通过光纤连接通信模块，所述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(B4)、第二永磁断路器控制模块(B5)，电流电压传感器预检测模块。

所述主控模块(M1)包含本地的控制，通讯接口，显示接口；

所述IO模块(B1)包含开关量的输入输出，模拟量的输入输出；

所述通信模块(B0) 设置有RS485，RJ45及FC光纤接口；

所述温度模块(B2)设置有多路温度检测；

所述电流电压传感器预检测模块(B3)包含恒流源发生器的直流电阻检测；

所述永磁断路器控制模块(B4)包含电容检测，关合开断控制，位置反馈；

所述显示模块包含7寸彩色液晶组态显示屏；

所述本安电源模块(B6)包含24V“ib”本质安全型保护开关电源。

所述主控模块(M1)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(M1)使用本安电源模块（B6）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。

所述IO模块(B1)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。

采用0-10V模拟量电压输入，可根据使用控制器使用情况的不同，接入不同数量的本模块，接口的适用名称可由主控模块自定义后在显示模块中显示。

所述通信模块（B0）由本安电源模块供电，以光纤接口连接各模块与主控模块（M1）之间，通信模块（B0）本身通过RS485,RJ45及FC光纤接口连接开关外部上位机设备。

所述温度模块（B2）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。

所述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”。

所述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。

所述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。

所述高压开关保护控制器应用于设置有前置隔离元件的高压开关设备中，通过参数的设置和模块的选用，以适用不同类别高压开关中。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

矿用本安型高压开关保护控制器是分体式模块化，各个模块既可以拆解为独立的模块分别布置在设备内，也可以整体装在一起。预检测开关内各关键传感器及储能元件的智能化模块。本控制器为ib级保护的本质安全型控制器，向非安全区域引出的IO模块、通讯模块、键盘控制接口和温度接口不受环境限制。

由于各模块之间是光纤传输，在高压腔室内断路器分合闸产生的弧光辐射并不能影响模块间的数据传输，模块间采用专有协议，数据传输速度在5ms以内。控制器中的电流电压传感器预检测模块，可以在设备未投入之前，自检传感器等元件的状态，避免带故障工作。本控制器具有通用性，适用矿用高压配电装置、矿用一般型配电箱和矿用移动变电站用高压开关等高压配电设备。

附图说明

图1是本发明公开的全类别模块应用的矿用本安型高压开关保护控制器电路结构示意图。

图2是带有本发明高压开关保护控制器的矿用井下变电站的多功能配电装置示意图。

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内容进行示意性说明。

本发明公开的如矿用本安型高压开关保护控制器结构如图1所示，本控制器应用于各类高压开关设备，控制器包含主控模块M1，IO模块B1，通信模块B0，温度模块B2，电流电压传感器预检测模块B3，永磁断路器控制模块B4，显示模块，本安电源模块B6，但不限定于每个模块都使用，可以同一模块重复应用，每个模块由特殊的功能，各模块参数根据开关的不同型号和安装位置调整设置参数。

其中主控模块M1通过光纤连接通信模块B0。IO模块B1，温度模块B2，电流电压传感器预检测模块B3，永磁断路器控制模块B4、B5，显示模块，本安电源模块B6也通过光纤连接到通讯模块。

主控模块M1通过串口RS232连接显示模块，将***运行状态，并在显示屏内进行参数设置，保存在主控模块内。

IO模块B1包括分闸开关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，分别接入永磁断路器控制模块B4，每个开关可通过软件进行屏蔽。

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型式输出，为其他控制器提供数据依据。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，如水压，液位，风量等。

通信模块B0连接主模块与其他模块之间，本模块将主控模块M1的数据，通过光纤\RJ45\RS485传输到非安全区的上位机***。

温度模块B2包括8路温度检测回路，如图1所示。T1~T5分别检测QS隔离开关，QF断路器主回路，母线电缆温度，CT电流传感器温度，PT电源变压器温度。根据矿用安全要求，选用PT100，采集数据通过主控模块的参数比对，将数据传给IO模块B1，分断或闭锁主回路，保证设备的安全运行。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，记为数据T₀至T₉。对每个数据Ti，除以10次温度数据中的最大值进行归一化处理并得到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。

电流电压传感器预检测模块B3在QS分断的情况下，通过显示模块操作，将PT和CT测试数据通过光纤传输给IO模块B1。

显示模块是由本安电源模块B5供电的电阻型本安显示屏，屏幕显示大小为7寸，具备400nit的亮度，同时内嵌蜂鸣器，当***出现故障后，可同时声光报警。

上述方案仅作为一个举例，各模块数量排布位置可自定义。本控制器可灵活应用各模块种类及数量，并不局限于图1中的一种应用。

进一步的，本发明还公开了一种矿用井下移动变电站，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本发明的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。

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2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。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 (10)

1.一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，包括：主控模块(M1)，通信模块(B0) ，IO模块(B1)，温度模块(B2)，电流电压传感器预检测模块(B3)，永磁断路器控制模块(B4，B5)，显示模块和本安电源模块(B6)。

2.根据权利要求1所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述主控模块(M1)包含本地的控制，通讯接口，显示接口；所述IO模块(B0)包含开关量的输入输出，模拟量的输入输出；所述通信模块(B1)设置有RS485，RJ45及FC光纤接口；所述温度模块(B2)设置有多路温度检测；所述电流电压传感器预检测模块(B3)包含恒流源发生器的直流电阻检测；所述永磁断路器控制模块(B4)包含电容检测，关合开断控制，位置反馈；所述显示模块(B5)包含7寸彩色液晶组态显示屏；所述本安电源模块(B6)包含24V“ib”本质安全型保护开关电源。

3.根据权利要求2所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述高压开关保护控制器应用于设置有前置隔离元件的高压开关设备中，通过参数的设置和模块的选用，以适用不同类别高压开关中。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述主控模块(M1)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(M1)使用本安电源模块（B6）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。

5.根据权利要求4任一项所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述IO模块(B0)包括IO接口：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），其中B1-12、B1-13、B1-14采用4~20mA模拟量电流输出，B1-15、B1-16、 B1-17采用0-10V模拟量电压输入，可根据使用控制器使用情况的不同，接入不同数量的本模块，接口的适用名称可由主控模块自定义后在显示模块中显示。

6.根据权利要求4任一项所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述通信模块（B0）由本安电源模块供电，以光纤接口连接各模块与主控模块（M1）之间，通信模块（B0）本身通过RS485,RJ45及FC光纤接口连接开关外部上位机设备。

7.根据权利要求4所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述温度模块（B2）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。

8.根据权利要求4所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述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”。

9.根据权利要求4所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述电流电压传感器预检测模块在***前置隔离处在分离的位置时，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。

10.根据权利要求4所述的一种矿用本质安全型高压开关保护控制器，其特征在于，所述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。

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