一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置及判断方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下供电技术领域，尤其涉及一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置及判断方法。

背景技术

煤矿井下供电，负荷设备功率大，启动电流很大，由于供电距离长，电缆末端的两相短路电流不大，这样就造成了短路电流与负荷设备启动电流大小差不多，短路保护整定无法满足要求，形成了保证设备的启动，就不能进行短路保护，保证了短路保护，设备启动就跳闸的尴尬局面。《煤矿安全规程》提出：短路保护必须满足：短路保护整定电流≥1.5倍供电末端两相短路电流值，这样短路保护更加没办法兼顾了。

目前煤矿井下解决这个问题采用的是加大电缆截面，提高电缆末端两相短路电流值，直到满足上述要求为止。这就增加了资金投入、增加了人工投入，降低了经济效益。同时，采用增加电缆截面，就是人为再并接一条或几条电缆，使用时间长了，并接点存在接触电阻，但计算是没有算接触电阻的，这样电缆末端两相短路电流值要小于理论计算值，形成短路保护不可靠，容易出现安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置及判断方法，智能区分短路电流和电机启动电流，解决了短路保护无法整定的问题，减少了人工，提高了效益，保证了井下供电的安全性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置，包括三相电压同步变压器、电流互感器和综合保护器。

所述三相电压同步变压器采集负荷侧的三相电压信号。

所述电流互感器采集负载侧电缆的电流信号。

所述综合保护器包括电压电子整形电路、电流电子整形电路、单片机和执行单元，所述电压电子整形电路及电流电子整形电路的输出端与单片机的输入端电性连接，所述单片机的输出端与执行单元相连接，所述三相电压同步变压器采集负荷侧的三相电压信号及电流互感器采集负载侧电缆的电流信号，并对应送入电压电子整形电路及电流电子整形电路，去除杂波和干扰信号，输出平滑的正弦波，送入单片机，进行相位比较和幅值计算。

进一步的，所述综合保护器以单片机控制有效信号取同相的电压信号和电流信号重叠部分，计算电压电流波形的重叠面积，转换成数字信号，通过数字信号与短路整定值进行比较。

一种煤矿用馈电开关长距离短路保护判断方法，其特征在于，

所述三相电压同步变压器采集负荷侧的三相电压信号及电流互感器采集负载侧电缆的电流信号，对应送入电压电子整形电路及电流电子整形电路，去除杂波和干扰信号，输出平滑的正弦波，送入单片机，进行相位比较和幅值计算，取同相的电压信号和电流信号重叠部分，计算重叠部分的面积，转换成数字信号，数字信号与短路整定值进行比较，当数字信号值≥短路整定值时，执行跳闸，完成短路保护判断。

进一步的，所述电压信号为Ua，所述电流信号为Ia，计算电压信号为Ua和电流信号Ia重叠部分，具体为：

电机启动：负荷电动机为感性负载，电流滞后于电压，电动机启动瞬间，功率因数很低，电压信号Ua与电流信号Ia相位差较大，重叠部分的面积很小，综合保护器判断此为正常状态，不执行短路保护跳闸。

进一步的，所述电压信号为Ua，所述电流信号为Ia，计算电压信号为Ua和电流信号Ia重叠部分，具体为：

正常运动：负载电动机启动后正常运行，功率因数变高，电压信号Ua与电流信号Ia相位差较小，得出重叠部分的面积很小，综合保护器判断此为正常状态，不执行短路保护跳闸。

进一步的，所述电压信号为Ua，所述电流信号为Ia，计算电压信号为Ua和电流信号Ia重叠部分，具体为：

短路状态：在电缆发生短路时，电缆的阻性，功率因数很大，电压信号Ua与电流信号Ia相位差很小，几乎重合，此时重叠部分的面积很大，综合保护器判断此为短路状态，立即执行短路保护跳闸。

本发明的有益效果是：三相电压同步变压器采集的三相电压信号，送入电压整形电路，电流互感器采集的电流信号，送入电流整形电路，去除杂波和干扰信号，消除畸变，输出平滑的正弦波，送入单片机，进行相位比较和幅值计算，有效信号取同相的电压信号和电流信号重叠部分，然后计算重叠部分的面积，转换成数字信号，数字信号与短路整定值进行比较，如果数字信号≥短路整定值，执行跳闸，反之正常工作，能安全地完成馈电开关长距离供电的短路保护，可有效提高井下供电的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置的电路图；

图2为电动机启动时电压和电流的相位波形图；

图3为电动机正常运行时电压和电流的相位波形图；

图4为短路时电压和电流的相位波形图。

图中：

1、三相电压同步变压器；2、电流互感器；3、综合保护器；4、电压电子整形电路；5、电流电子整形电路；6、单片机；7、执行单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的实施例，提供了一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置及判断方法。

参照图1-4，根据本发明实施例的一种煤矿用馈电开关长距离短路保护装置，包括三相电压同步变压器1、电流互感器2和综合保护器3。

所述三相电压同步变压器1采集负荷侧的三相电压信号。

所述电流互感器2采集负载侧电缆的电流信号。

所述综合保护器3包括电压电子整形电路4、电流电子整形电路5、单片机6和执行单元7，所述电压电子整形电路4及电流电子整形电路5的输出端与单片机6的输入端电性连接，所述单片机6的输出端与执行单元7相连接，所述三相电压同步变压器1采集负荷侧的三相电压信号及电流互感器2采集负载侧电缆的电流信号，并对应送入电压电子整形电路4及电流电子整形电路5，去除杂波和干扰信号，输出平滑的正弦波，送入单片机6，进行相位比较和幅值计算。

进一步的，所述综合保护器3以单片机6控制有效信号取同相的电压信号和电流信号重叠部分，计算电压电流波形的重叠面积，转换成数字信号，通过数字信号与短路整定值进行比较。

一种煤矿用馈电开关长距离短路保护判断方法，其特征在于，

所述三相电压同步变压器1采集负荷侧的三相电压信号及电流互感器2采集负载侧电缆的电流信号，对应送入电压电子整形电路4及电流电子整形电路5，去除杂波和干扰信号，输出平滑的正弦波，送入单片机6，进行相位比较和幅值计算，取同相的电压信号和电流信号重叠部分，计算重叠部分的面积，转换成数字信号，数字信号与短路整定值进行比较，当数字信号值≥短路整定值时，执行跳闸，完成短路保护判断。

具体的，所述电压信号为Ua，所述电流信号为Ia，计算电压信号为Ua和电流信号Ia重叠部分，具体为：

如图2，电机启动：负荷电动机为感性负载，电流滞后于电压，电动机启动瞬间，功率因数很低，电压信号Ua与电流信号Ia相位差较大，重叠部分的面积很小，综合保护器判断此为正常状态，不执行短路保护跳闸。

具体的，所述电压信号为Ua，所述电流信号为Ia，计算电压信号为Ua和电流信号Ia重叠部分，具体为：

如图3，正常运动：负载电动机启动后正常运行，功率因数变高，电压信号Ua与电流信号Ia相位差较小，得出重叠部分的面积很小，综合保护器判断此为正常状态，不执行短路保护跳闸。

具体的，所述电压信号为Ua，所述电流信号为Ia，计算电压信号为Ua和电流信号Ia重叠部分，具体为：

如图4，短路状态：在电缆发生短路时，电缆的阻性，功率因数很大，电压信号Ua与电流信号Ia相位差很小，几乎重合，此时重叠部分的面积很大，综合保护器判断此为短路状态，立即执行短路保护跳闸。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。