一种检测短路保护的新型煤电钻综合保护装置

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1、一种检测短路保护的新型煤电钻综合保护装置吉增权，冯如鹤（平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467001）摘要：新装置采用全数字化抗干扰设计。解决了现有产品短路保护动作时间长、保护距离短、打钻时短路保护误动作、抗干扰能力差、精确度低、调整困难等问题。关键词：煤电钻；电流变化率；短路保护；快速断电；载频保护中图分类号：TD421.1文献标示码：A文章编号：1002-6673（2007）05-086-030引言煤电钻是井下采掘工作的主要生产工具之一。井下生产场所的空间狭小、空气潮湿、存在着爆炸性的瓦斯和煤尘，煤电钻及其供电系统移动频繁、与工作人员接触多、故障率高，

2、传统煤电钻综合保护装置，采用载频短路检测保护方式，晶体管分立元件设计，存在着动作性能指标偏低、可靠性不高的缺陷。由于受当时的电气安全技术和电力电子技术的局限，保护装置的动作时间较长，煤电钻的防爆安全性能受到了限制。新型煤电钻综合保护装置采用基于电流变化率检测的短路保护技术，结合改进的快速断电中性点开关和单片机的快速信号处理技术，能够快速切除故障电源，保证了煤矿生产的安全。1新型保护装置的组成该装置由5部分组成:中性点开关部分；电网滤波部分；短路、过流、断相保护取样部分；载频保护、漏电保护、先导回路部分和故障信号处理部分〔即单片机系统部分)。其电气原理框图如图

3、1所示。中性点开关电网滤波交流固态继电器载频保护漏电保护先导控制单片机系统煤电钻短路保护过流保护断相保护图1电流变化率检测煤电钻综合保护装置原理图Fig.1Theelectriccurrentchangingratethecoalelectricdrillcomprehensiveprotectionequipprinciplediagram先导回路由煤电钻供电电缆芯线、手柄开关和电钻绕组构成回路，实现对煤电钻的远距离控制。当煤电钻手柄开关闭合时，先导回路首先得电，若此时单片机没有接收到漏电或短路闭锁信号，则向中性点开关和交流固态继电器发出指令，使主电路得电

4、，煤电钻起动；若有漏电或短路闭锁信号，主电路将无法得电。在煤电钻电机正常运转时，综保装置将实时监测故障状况、一旦出现短路、漏电或断相故障，即时向单片机系统发送故障信号，经单片机系统对故障信号的快速处理，发出指令到中性点开关和交流固态继电器，快速切断主电路。2工作原理2.1短路保护短路保护分为短路闭锁和短路断电两种保护。短路闭锁（煤电钻不工作时）采用载频检测原理，短路断电（煤电钻启动后）采用电流变化率检测原理，变压器一次、二次侧均设置熔断器作短路的后备保护。（1）短路闭锁保护。煤电钻不工作时，由电感三点式自激振荡器向检测线路上始终加一个固定频率（约为20kHz

5、）的载频信号，电缆出现短路，电网相间阻抗降低，振荡器因负载过重而停振，通过检测电路将信号送给CPU，CPU发出切断电源的执行命令，并进行闭锁。（2）短路跳闸保护。当煤电钻正常工作后，采用电流变化率短路检测原理和改进的快速断电技术，实现短路快速断电。基于电流变化率的短路检测技术，是利用线路或用电设备发生短路时，线路电流将发生突变的原理，采用单片机检测这一变化率，当电流变化率超过规定值时，单片机发出指令，切断供电电源并进行闭锁。2.2漏电保护（1）漏电闭锁保护。漏电闭锁采用附加稳定直流电压的方式进行检测与保护。即合上煤电钻手柄开关时，首先通过漏电闭锁检测电路检测

6、漏电状况，然后由单片机发送(或者不发)供电指令，其优点是不受电网电压波动的影响。（2）漏电跳闸保护。当煤电钻得电后，附加漏电检测电压改为未经稳压的直流电源供电，使得基准电位与比较电位同步变化，保证电网电压波动时不影响漏电检测，当被检测线路绝缘电阻下降到规定值时，单片机发出指令，切断供电电源并进行闭锁。2.3过流与断相保护该保护系统由三相电流互感器、A/D转换器、CPU及外围电路组成。在电钻启动或运行过程中，由三相电流互感器将检测到的电流信号经A/D转换器转换成数字信号送给CPU，CPU对采集的信号进行分析、计算，并与设定值进行比较，若煤电钻无故障存在，电钻正

7、常运行。若运行过程中出现过载或断相故障，CPU发出指令，切断电源，煤电钻停止运行。2.4电网滤波保护电网污染滤波电路如图2所示，由RX1-6、CX1-3组成。设置该电路的目的是滤除三相电网的各种干扰波，保证单片机在检测电路电流变化率时，不受干扰脉冲的影响，使单片机稳定检测故障信号。CRX1-3RX4-6BACX1-3图2电网污染滤波电路Fig.2Thewirenetpollutionfilterselectriccircuit2.5中性点开关电路中性点开关是短路保护快速断电的执行元件，电路如图3所示。+2SSR直流固态继电器_CX4RX7RPabcZ图3中性

8、点开关电路Fig.3Theneutergendero