專利名稱：一種礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電測(cè)量保護(hù)裝置技術(shù)，尤其涉及礦用電機(jī)車直流供電線路保 護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
在我國礦山中，單架空線式直流架線式電機(jī)車作為井下重要的運(yùn)輸設(shè)備被 廣泛使用。其直流供電裝置一般由牽引用整流變壓器、三相橋式整流電路、繼 電保護(hù)電路及操作電路組成。直流供電裝置將輸入的三相交流電變換為脈動(dòng)的 直流電，通過架設(shè)在電機(jī)車上方的接觸線以及利用運(yùn)輸軌道兼作回流線構(gòu)成的 牽引網(wǎng)絡(luò)向電機(jī)車供電。這種運(yùn)輸方式優(yōu)點(diǎn)很多，但是由于井下巷道空間的限 制，裸露的接觸線不可能敷設(shè)很高，加之巷道坡度較大，牽引負(fù)荷經(jīng)常出現(xiàn)過 載和短路的情況，同時(shí)因?yàn)橄锏廓M窄，照明不足等情況給工作人員造成了較大 威脅，特別是一些巷道壓力較大的礦井，人體觸及架線造成的傷亡事故時(shí)有發(fā) 生。因此，通過的監(jiān)測(cè)架線電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)過電壓、過電流、短路以及漏電保護(hù)等 功能，具有重要的意義。當(dāng)前國內(nèi)外采用的架線式電機(jī)車直流供電裝置， 一般 只采用電磁式的電流繼電器、電壓繼電器和熱繼電器來實(shí)現(xiàn)電壓、過電流、短 路保護(hù)，這些繼電器整定、調(diào)整不方便，可靠性差，實(shí)際工作中誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn) 象時(shí)有發(fā)生。對(duì)于漏電保護(hù)，國內(nèi)外有一種采用附加交流電壓來監(jiān)測(cè)絕緣電阻 的技術(shù)方案，該方案中采用本質(zhì)上有別于工作電源的交流電源作檢測(cè)電源，連 續(xù)監(jiān)視架線電網(wǎng)的絕緣電阻。當(dāng)人體觸電或架線絕緣嚴(yán)重降低時(shí)，在短時(shí)間內(nèi) 即可切斷供電直流電源。該方案中，電網(wǎng)參數(shù)必須用分布參數(shù)，在具體的實(shí)施 過程中，常出現(xiàn)因分布參數(shù)的變化導(dǎo)致監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確而誤動(dòng)作的現(xiàn)象，因此該方 案并沒有在現(xiàn)場(chǎng)投入使用。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的目的是提供一種礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝置，其具有測(cè)量、 計(jì)算、存儲(chǔ)記憶、保護(hù)動(dòng)作、報(bào)警等功能，對(duì)礦用電機(jī)車供電線路的過電壓、 過電流、短路以及漏電故障實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝 置主要由微機(jī)主電路、直流斬波電路、監(jiān)測(cè)電源、數(shù)據(jù)采集電路、控制脈沖電 路、跳閘電路、人機(jī)接口等路組成。
微機(jī)主電路主CPU芯片采用完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F， 另配快速擦寫存儲(chǔ)器及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。C8051F是一種十分適合于測(cè)控系統(tǒng)的 機(jī)型，其采用了流水線技術(shù)，指令的執(zhí)行效率高，片內(nèi)包括了看門狗、ADC、DAC、 電壓基準(zhǔn)輸出、定時(shí)器等多種資源，并集成JTAG，支持在線編程?？焖俨翆?存儲(chǔ)器(Flash)及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路用來存儲(chǔ)系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)、事故記錄并提供相 應(yīng)的時(shí)刻。
直流斬波電路采用由IGBT為主芯片構(gòu)成的Buck變換器，對(duì)架線電機(jī)車
直流電源的輸出進(jìn)行控制，并為電機(jī)車提供工作電源。
監(jiān)測(cè)電源采用DC-DC隔離變換電源，是架線回路漏電保護(hù)的電源。 數(shù)據(jù)采集電路包括直流電流、電壓信號(hào)的電壓形成、低通濾波保護(hù)電路、
信號(hào)測(cè)量放大等電路，用于測(cè)量架線回路的電流和電壓，并將信號(hào)送到微機(jī)主
電路中的A/D轉(zhuǎn)換器中。
控制脈沖電路通過發(fā)出脈沖控制直流斬波電路及監(jiān)測(cè)電源的工作狀態(tài)。 跳閘輸出回路當(dāng)微機(jī)主電路經(jīng)過程序判斷出供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生過電壓、過電
流、短路以及漏電等故障時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)時(shí)，經(jīng)跳閘輸出電路，使直流電源的
斷路器跳閘。
人機(jī)接口電路由報(bào)警電路、中文液晶顯示模塊、鍵盤等電路組成。 礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝置進(jìn)入工作狀態(tài)后，微機(jī)主電路控制直流 斬波電路及監(jiān)測(cè)電源輪流工作。直流斬波電路中的IGBT導(dǎo)通工作時(shí)對(duì)架線電機(jī)車的罝流電源輸出進(jìn)行控制，并為電機(jī)車提供工作電源。監(jiān)測(cè)電源投入時(shí)微
機(jī)主電路封鎖直流斬波電路中的IGBT的觸發(fā)脈沖使其關(guān)斷。微機(jī)主電路通過 數(shù)據(jù)采集電路實(shí)時(shí)測(cè)量架線回路的電流和電壓瞬時(shí)值，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理， 然后與保存在快速擦寫存儲(chǔ)器中的整定值相比較。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓、過電流、 短路以及漏電等任何一種故障時(shí)，實(shí)時(shí)值與整定值的關(guān)系滿足動(dòng)作方程，通過 跳閘輸出回路，切斷架線電機(jī)車的直流電源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用一套微機(jī)裝 置實(shí)現(xiàn)架線電網(wǎng)的過電壓、過流、短路或漏電故障綜合保護(hù)功能，比傳統(tǒng)的保 護(hù)裝置動(dòng)作準(zhǔn)確、動(dòng)作定值整定、調(diào)整方便，可靠性高，并可以實(shí)現(xiàn)在裝置自 檢，歷史記錄查詢等智能化功能。


圖l本發(fā)明裝置的系統(tǒng)框圖； 圖2本發(fā)明電路原理框具體實(shí)施例方式
實(shí)施例
本發(fā)明為一種礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝置，其具有測(cè)量、計(jì)算、存 儲(chǔ)記憶、保護(hù)動(dòng)作、報(bào)警等功能。如圖l所示，它主要由微機(jī)主電路、直流斬 波電路、監(jiān)測(cè)電源、數(shù)據(jù)采集電路、控制脈沖電路、跳閘電路、人機(jī)接口等路 組成。在圖中，M為礦用電機(jī)車的直流電動(dòng)機(jī)，二極管D10為續(xù)流二極管，D8, Dll用于工作電源與監(jiān)測(cè)電源的隔離。
如圖2所示主CPU芯片采用完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F020, 其片內(nèi)包括了看門狗、采樣速率為100ksps的12位ADC、 12位的DAC、電壓 基準(zhǔn)輸出、定時(shí)器等多種資源，并集成JTAG，支持在線編程。礦用電機(jī)車供 電線路綜合保護(hù)裝置進(jìn)入工作狀態(tài)后，微機(jī)主電路控制直流斬波電^及監(jiān)測(cè)電 源輪流工作。直流斬波電路中的IGBT導(dǎo)通工作時(shí)對(duì)架線電機(jī)車的直流電源輸 出進(jìn)行控制，并為電機(jī)車提供工作電源。監(jiān)測(cè)電源投入時(shí)微機(jī)主電路封鎖直流
5電壓，經(jīng)過接線 端子接入由霍爾傳感器LEM1， LEM2、運(yùn)算放大器LM324為主構(gòu)建的電壓形成、 低通濾波保護(hù)電路、信號(hào)測(cè)量放大等數(shù)據(jù)采集電路，經(jīng)過前向通道調(diào)理后變?yōu)?C8051F020片內(nèi)ADC能夠處理的0 2. 5V電壓信號(hào)。C8051F片內(nèi)CPU定時(shí)采集 ADC的轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)過數(shù)字濾波后，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算并判斷，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓、 過電流、短路以及漏電等任何一種故障時(shí)，實(shí)時(shí)值與整定值的關(guān)系滿足動(dòng)作方 程，通過跳閘輸出回路，切斷架線電機(jī)車的直流電源，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn) 綜合保護(hù)功能。
微機(jī)主電路計(jì)算出的架線電網(wǎng)各數(shù)值保存在快速擦寫存儲(chǔ)器24C256中形 成歷史記錄并送中文液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。鍵盤電路共有移位、調(diào)整、確認(rèn)、 退出四個(gè)鍵，程序設(shè)計(jì)時(shí)采用的鍵盤復(fù)用功能，配合中文菜單可方便地實(shí)現(xiàn)參 數(shù)設(shè)置、歷史記錄査詢、時(shí)鐘校準(zhǔn)等工作。
權(quán)利要求
1、一種礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝置，它包括微機(jī)主電路、直流斬波電路、監(jiān)測(cè)電源、數(shù)據(jù)采集電路、控制脈沖電路、跳閘電路和人機(jī)接口，其特征在于所述微機(jī)主電路主CPU芯片采用完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F，另配快速擦寫存儲(chǔ)器及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路；所述直流斬波電路采用由IGBT為主芯片構(gòu)成的Buck變換器，對(duì)架線電機(jī)車直流電源的輸出進(jìn)行控制，并為電機(jī)車提供工作電源；所述監(jiān)測(cè)電源采用DC-DC隔離變換電源，是架線回路漏電保護(hù)的電源；所述數(shù)據(jù)采集電路包括直流電流、電壓信號(hào)的電壓形成、低通濾波保護(hù)電路、信號(hào)測(cè)量放大電路，用于測(cè)量架線回路的電流和電壓，并將信號(hào)送到微機(jī)主電路中的A/D轉(zhuǎn)換器中；所述人機(jī)接口電路由報(bào)警電路、中文液晶顯示模塊、鍵盤電路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦用電機(jī)車供電線路綜合保護(hù)裝置，它包括微機(jī)主電路、直流斬波電路、監(jiān)測(cè)電源、數(shù)據(jù)采集電路、控制脈沖電路、跳閘電路和人機(jī)接口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用一套微機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)架線電網(wǎng)的過電壓、過流、短路或漏電故障綜合保護(hù)功能，比傳統(tǒng)的保護(hù)裝置動(dòng)作準(zhǔn)確、動(dòng)作定值整定、調(diào)整方便，可靠性高，并可以實(shí)現(xiàn)在線裝置自檢，歷史記錄查詢等智能化功能。
文檔編號(hào)H02H3/20GK101662138SQ20091001847
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者群 于, 吳元峰, 尹延周, 山 許, 趙西棟 申請(qǐng)人:山東泰豐礦業(yè)集團(tuán)有限公司