一种矿用电机车供电线路综合保护装置 【技术领域】
本发明涉及电测量保护装置技术，尤其涉及矿用电机车直流供电线路保护装置。
背景技术
在我国矿山中，单架空线式直流架线式电机车作为井下重要的运输设备被广泛使用。其直流供电装置一般由牵引用整流变压器、三相桥式整流电路、继电保护电路及操作电路组成。直流供电装置将输入的三相交流电变换为脉动的直流电，通过架设在电机车上方的接触线以及利用运输轨道兼作回流线构成的牵引网络向电机车供电。这种运输方式优点很多，但是由于井下巷道空间的限制，裸露的接触线不可能敷设很高，加之巷道坡度较大，牵引负荷经常出现过载和短路的情况，同时因为巷道狭窄，照明不足等情况给工作人员造成了较大威胁，特别是一些巷道压力较大的矿井，人体触及架线造成的伤亡事故时有发生。因此，通过的监测架线电网，实现过电压、过电流、短路以及漏电保护等功能，具有重要的意义。当前国内外采用的架线式电机车直流供电装置，一般只采用电磁式的电流继电器、电压继电器和热继电器来实现电压、过电流、短路保护，这些继电器整定、调整不方便，可靠性差，实际工作中误动、拒动现象时有发生。对于漏电保护，国内外有一种采用附加交流电压来监测绝缘电阻的技术方案，该方案中采用本质上有别于工作电源的交流电源作检测电源，连续监视架线电网的绝缘电阻。当人体触电或架线绝缘严重降低时，在短时间内即可切断供电直流电源。该方案中，电网参数必须用分布参数，在具体的实施过程中，常出现因分布参数的变化导致监测不准确而误动作的现象，因此该方案并没有在现场投入使用。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种矿用电机车供电线路综合保护装置，其具有测量、计算、存储记忆、保护动作、报警等功能，对矿用电机车供电线路的过电压、过电流、短路以及漏电故障实现综合保护。
为实现上述目的，本发明的技术方案是，矿用电机车供电线路综合保护装置主要由微机主电路、直流斩波电路、监测电源、数据采集电路、控制脉冲电路、跳闸电路、人机接口等路组成。
微机主电路：主CPU芯片采用完全集成的混合信号系统级芯片C8051F，另配快速擦写存储器及实时时钟电路。C8051F是一种十分适合于测控系统的机型，其采用了流水线技术，指令的执行效率高，片内包括了看门狗、ADC、DAC、电压基准输出、定时器等多种资源，并集成JTAG，支持在线编程。快速擦写存储器(Flash)及实时时钟电路用来存储系统预设参数、事故记录并提供相应的时刻。
直流斩波电路：采用由IGBT为主芯片构成的Buck变换器，对架线电机车直流电源的输出进行控制，并为电机车提供工作电源。
监测电源：采用DC-DC隔离变换电源，是架线回路漏电保护的电源。
数据采集电路：包括直流电流、电压信号的电压形成、低通滤波保护电路、信号测量放大等电路，用于测量架线回路的电流和电压，并将信号送到微机主电路中的A/D转换器中。
控制脉冲电路：通过发出脉冲控制直流斩波电路及监测电源的工作状态。
跳闸输出回路：当微机主电路经过程序判断出供电网络发生过电压、过电流、短路以及漏电等故障时发出跳闸信号时，经跳闸输出电路，使直流电源的断路器跳闸。
人机接口电路：由报警电路、中文液晶显示模块、键盘等电路组成。
矿用电机车供电线路综合保护装置进入工作状态后，微机主电路控制直流斩波电路及监测电源轮流工作。直流斩波电路中的IGBT导通工作时对架线电机车的直流电源输出进行控制，并为电机车提供工作电源。监测电源投入时微机主电路封锁直流斩波电路中的IGBT的触发脉冲使其关断。微机主电路通过数据采集电路实时测量架线回路的电流和电压瞬时值，并进行数字滤波处理，然后与保存在快速擦写存储器中的整定值相比较。当电网出现过电压、过电流、短路以及漏电等任何一种故障时，实时值与整定值的关系满足动作方程，通过跳闸输出回路，切断架线电机车的直流电源。本发明的优点是利用一套微机装置实现架线电网的过电压、过流、短路或漏电故障综合保护功能，比传统的保护装置动作准确、动作定值整定、调整方便，可靠性高，并可以实现在装置自检，历史记录查询等智能化功能。
【附图说明】
图1本发明装置的系统框图；
图2本发明电路原理框图；
【具体实施方式】
实施例
本发明为一种矿用电机车供电线路综合保护装置，其具有测量、计算、存储记忆、保护动作、报警等功能。如图1所示，它主要由微机主电路、直流斩波电路、监测电源、数据采集电路、控制脉冲电路、跳闸电路、人机接口等路组成。在图中，M为矿用电机车的直流电动机，二极管D10为续流二极管，D8，D11用于工作电源与监测电源的隔离。
如图2所示主CPU芯片采用完全集成的混合信号系统级芯片C8051F020，其片内包括了看门狗、采样速率为100ksps的12位ADC、12位的DAC、电压基准输出、定时器等多种资源，并集成JTAG，支持在线编程。矿用电机车供电线路综合保护装置进入工作状态后，微机主电路控制直流斩波电路及监测电源轮流工作。直流斩波电路中的IGBT导通工作时对架线电机车的直流电源输出进行控制，并为电机车提供工作电源。监测电源投入时微机主电路封锁直流斩波电路中的IGBT的触发脉冲使其关断。架线回路的电流和电压，经过接线端子接入由霍尔传感器LEM1，LEM2、运算放大器LM324为主构建的电压形成、低通滤波保护电路、信号测量放大等数据采集电路，经过前向通道调理后变为C8051F020片内ADC能够处理的0～2.5V电压信号。C8051F片内CPU定时采集ADC地转换输出，经过数字滤波后，进行数值计算并判断，当电网出现过电压、过电流、短路以及漏电等任何一种故障时，实时值与整定值的关系满足动作方程，通过跳闸输出回路，切断架线电机车的直流电源，并发出报警信号，实现综合保护功能。
微机主电路计算出的架线电网各数值保存在快速擦写存储器24C256中形成历史记录并送中文液晶显示模块实时显示。键盘电路共有移位、调整、确认、退出四个键，程序设计时采用的键盘复用功能，配合中文菜单可方便地实现参数设置、历史记录查询、时钟校准等工作。