1  引言

　　矿用隔爆型真空馈电开关(以下简称馈电开关)，适用于煤矿井下和其它周围介质中含有爆炸性气体的环境中，在中性点不接地的三相电网中，作为配电总开关或分支开关之用。本文介绍开关采用智能型保护器，性能可靠，动作准确，具有欠压、过载、短路、漏电闭锁、选择性漏电保护功能，并可外接远方分励脱扣按钮。

　　目前国内馈电开关保护系统一般是由分立元器件或单片机组成的控制核心，结构复杂，安装调试困难；抗干扰能力差，故障率高，元件的分散性对保护的可靠性和稳定性影响很大；显示采用普通数码管或指示灯，不直观。国外同类产品普遍采用plc系统组成，虽然工艺水平较国内高但是一旦出现故障，维修跟不上，影响生产。另外，国外产品价格极高，是国内同类产品的十倍以上。

 

　　针对这种情况，项目针对国产馈电开关开发了一种新型智能矿用隔爆型高压真空电子馈电开关。该装置核心采用技术先进的工业可编程控制器plc 和人机界面(文本显示器及设置键盘)，构成的智能型综合保护控制器，使配电装置既可靠又安全。

 

2  馈电开关结构及保护原理

　　馈电开关的隔爆外壳呈长方

形，用4只m12的螺栓与撬形底座相连，隔爆外壳上、下两个空腔，分别为接线腔与主腔。接线腔在主腔的上方，它集中了全部主回路与控制回路的进出线端子。主回路电源进线端子上罩有防护板。接线腔两侧各有两个主回路进出线喇叭口，可引入电缆外径为φ68～φ78的电缆。主腔由主腔壳体与前门包容组成，主要装有主体芯架和千伏级电源控制开关，前门采用快开门结构。

　　交流真空断路器安装在主体芯架左侧上方控制工程网版权所有，三根进线直接接在断路器的进线端子上控制工程网版权所有，三根出线则接在芯架反面的出线端子上。千伏级电源控制开关安装在主腔右侧壁上方，由连接套与主腔外的操作手把相连。过电压吸收装置安装在断路器的下方，控制变压器、电流互感器、零序互感器安装在主体芯架的反面，芯架正面还装有中间继电器、熔断器、电抗器、变压器，及两个插接件用以连接前门、接线腔七芯接线端子过来的插头和插座。

　　前门上装有观察窗、按钮、试验按钮、保护器整定按钮、保护器、保护器电源、plc及显示屏等。 前门与外壳之间有可靠的机械联锁，当需要打开馈电开关前门时，首先须将右侧壁上的电源控制开关的手把打至断开位置(中间位置)，断开控制电源，断路器因控制电路失电而自动分闸，然后拧进闭锁杆，使其里端进入电源开关手把的闭锁孔内CONTROL ENGINEERING China版权所有，将电源开关闭锁与断开位置，其外端才能脱离前门上的限位块解除前门闭锁，此时方能打开前门，前门闭合的方法与打开的程序相反，从而实现了馈电开关前门闭锁后才能进行合闸操作。

　　系统原理框图如图1。该配电开关的线路保护功能需在高压互感器上采集三相电流、零序电流、一个线电压、零序电压、绝缘以及相敏共八路信号。这八路信号通过低压互感器，然后经过整流和滤波变成直流的标准信号，最后进入plc 以控制断路器的分闸输出。

 

 图1  系统原理框图

　　plc对进入的电压信号进行计算，电压计算结果大于1.2 倍额定电压，显示过压，过压保护5s内动作；电压计算结果小于0.8 倍额定电压，显示欠压，欠压保护5s内动作；三相不平衡度计算结果大于0.7，显示断相，10～20s内保护动作。电流计算结果中任何一相在6～10倍额定电流范围内，显示短路，短路保护0.08s内动作；电流计算结果中任何一相在1.2～6倍额定电流范围内时，显示过载，过载保护按反时限特性动作。若线路发生漏电故障，根据相敏及电压信号漏电保护动作，切断线路。

 

3  系统架构设计

　　plc使用和利时公司lm系列可编程控制器控制工程网版权所有，lm系列plc是和利时公司生产的小型一体化plc。本应用中cpu模块选择本体上集成14 点输入/10点继电器输出的lm3107模块www.cechina.cn，模拟量输入选择和利时公司特有的电量采集模块lm3315模块，它为12 位精度，完成电压和电流采集的同时，完成功率计算。本模块能够满足井下比较恶劣环境，能够满足中性点不接地的供配电系统供电保护要求。系统中显示部件选用了和利时公司四行蓝色文本屏，通过串口以modbus rtu协议与plc通讯，实时显示采集值。控制系统配置图见图2。

 

图2  控制系统配置图

 

4  功能设计

4.1 功能设计

　　馈电开关保护控制系统功能通过软件编程主要完成。

(1) 参数设定

● 额定电流：额定电流的整定范围为100a-630a。

● 供电电压：供电电压的整定范围为660v和1140v二挡。

● 短路倍数：整定范围为3-10倍连续可调。

(2) 漏电保护

　　漏电闭锁：1140v系统42k闭锁,50k恢复，660v