煤矿高压防爆开关保护装置设计与研究

蓝 伟

（山西焦煤西山煤电股份有限公司镇城底矿， 山西 古交 030203）

引言

随着现代煤矿机械化和自动化的不断的发展，采煤工作面的机械能力和矿区变电站数量的不断增加。高压防爆开关是输变电的安全核心设备，该设备的可靠性和安全性对于整个矿区的安全有重大的影响。然而，井下常见的消弧线圈接地，容易出现高压防爆开关漏电；保护装置的运行精度在较低范围内动作，采集的数据不精确会导致频繁的误操作，拒绝移动和泄漏发生时的不准确操作；特别是在过度补偿的情况下，直接失败，引发重大安全事故。

1 高压防爆开关概述

高压防爆开关在结构上主要包括防爆箱、断路器和保护装置三部分。防爆箱体分配布线室、隔离刀室和断路器箱三腔，防爆箱由箱体、箱门、盖板等组成。

高压防爆开关的防爆箱为矩形，中间隔板将整个箱体分隔成三个防爆室。上室布线室的左右两侧有一个高压电缆引入装置。上室隔离开关室配有刀闸开关，并有显示玻璃，便于了解内部情况。较低的房间配备电流互感器、电压互感器和真空断路器。右侧的盒子分别配备了一个隔离开关闭合手柄、一个断路器机械闭合手柄和一个机电锁定装置。

高压防爆开关合闸通电15 s后，按下关闭按钮，向下移动核心。永久磁力吸引到下端盖的表面并保持在该位置在闭合位置，磁路由永磁体和围绕它的可移动磁芯、下端盖和外盖组成。只要将芯体移动覆盖表面，其外力也可以保持为零功耗。闭合过程中必须存储断路器的断路器弹簧，并且在闭合过程完成之后，完成分闸弹簧的能量存储。

打开位置是依靠打开弹簧拉动上盖表面的活动芯，并将其保持在该位置，即打开位置。上端盖不是铁磁性材料，永磁体不能在其表面形成磁路，因此永磁体形成处于稳定的闭合状态。这也是单稳永磁断路器的名称由来。单稳态永磁体需要通过与闭合方向相反的流动形成相反的电磁场。该磁场降低了下端盖与动铁芯之间的接触表面处的磁通密度并减小了闭合力。打开操作储能在弹簧的反作用力下进行。表1为6 kV、10 kV的高压防爆开关的技术参数。

表1 高压防爆开关的技术参数

2 保护装置总体结构设计

如下页图1所示，矿用高压防爆开关保护装置由ARM嵌入式微控制器、定时鉴别器、显示屏和键盘操作电路组成。ARM嵌入式微控制器经过显示电路，显示在显示器上，通过键盘控制电路，实现由键盘输入指令参数，进行下一步数据采集功能，通过定时器触发一定的周期内进行数据的采集和传输。ARM嵌入式单片机同时与精密整流电路结合进行电流信号的采集，开关的电压信号经过内置的精密整流电路、通讯485电路，不断通过控制电路制定动作、故障记录存储电路、时钟日历电路、控制器复位电路。定时鉴别器分别通过滤波幅度光隔离电路，连接到零序电压互感器和零序电流互感器。

该矿用高压防爆开关保护装置还包括无线遥控器和液晶显示器的无线连接，便捷的短距离遥控操作。

图1 保护装置总体结构

3 保护装置工作流程

矿用高压防爆开关保护装置通过定时识别器完成泄漏判断功能，而ARM嵌入式微控制器是整个保护器的控制核心，实现所有的数据采集保存和指令的触发传递，除了泄漏判断。并对变压器得到的零序电流信号和零序电流互感器得到的零序电流信号进行滤波，并确定幅值。在光分离等之后，它被输入到定时鉴别器并通过零序基波定时鉴别原理来判断，是否收集和传输数据信息，实现故障线路动作，并向ARM微控制器发送故障信号；电流和电压信号精密整流电路用于将交流电流电压信号转换成直流信号，供系统控制器ARM采样，为系统故障保护提供依据，如设备过载、电路出现电流短路等。设备的过电压转换后的交流电压信号由安装在高阻开关中的电流和电压互感器执行。绝缘信号检测电路能够检测电缆的绝缘程度。控制器ARM根据电压信号的大小确定电力电缆的绝缘程度；相位检测电路可以检测到A相的电压和电流之间的相位差，以便系统可以指示开关控制的功率因数。485接口电路用于实现485网络通讯功能；开路控制电路用于向高阻开关提供紧密接触信号；故障记录存储电路用于记录操作员查看系统故障的时间和类型；时钟日历电路用作电子时钟发生器生成包括年、月、日、小时、分钟和秒的系统时间；LCD显示电路用于显示系统的各种参数；键盘接口电路用于连接系统的四个操作键，用于识别高压防爆开关的控制器；控制器的复位电路在开关进行动作执行和消除安全隐患后，确保保护装置进行正常保护状态。

4 结论

矿用高压防爆开关综合保护器的漏电保护功能是零序电流互感器得到零序电流信号。零序电压信号经变压器得到，经过滤波、识别和光学分离等处理后，被输入定时鉴别器判断其是否为故障分支，并替换当前微机选择的排水功能，具有更高的可靠性和更快的动作，动作的准确度高达95%。此外，多CPU设计架构有效降低CPU的负载率，确保设备的稳定性，并采用先进的ARM内核芯片作为主CPU，使保护装置具有更快的处理速度、更强的保护和通信功能。