一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置与漏电检测方法与流程

本发明属于电源保护，具体涉及一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置与漏电检测方法。

背景技术：

1、目前，煤矿井下隔爆型后备电源(ups)随着煤矿智能化矿山建设的推进，在煤矿井下使用量成倍增长。由于之前相关部门对于隔爆型后备电源的输出端没有漏电保护的要求，存在很多安全隐患，隔爆型后备电源增加漏电保护功能，提高煤矿井下的供电安全，杜绝由于漏电故障造成瓦斯爆炸、防止人员触电事故的发生有着极大经济效益和社会效益。

2、煤矿井下隔爆型后备电源(ups)的工作模式分为两种或者三种，两种的工作模式为：旁路输出和电池逆变输出，三种的工作模式为：交流经整流后逆变输出、电池逆变输出、旁路输出。在旁路输出时是由市电直接输出，电池逆变时是通过电池组放电经逆变模块逆变输出。在旁路输出时如果后备电源的输入端没有隔离变压器，漏电保护可以由上一级给后备电源供电的馈电开关或照明综合保护装置实现，如果后备电源的输入端增加了隔离变压器(主要是起降压作用)，则上一级馈电开关的漏电保护不能对隔爆型后备电源输出端的漏电故障做出保护。

3、在逆变模式下工作时，由于电池组和逆变模块的逆变电路对于大地是悬浮的，通过常规的剩余电流法、零序电压电流法、对地绝缘电阻的测量等都无法准确判定隔爆型后备电源输出端的漏电故障，给井下供电安全带来了极大的安全隐患。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置与漏电检测方法，解决传统技术无法准确判定后备电源输出端的漏电故障，煤矿井下隔爆型后备电源缺少漏电保护存在较大的安全隐患问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，包括防爆外壳，所述防爆外壳的内部设有电路板，所述电路板集成有电源电路、主控mcu、测量电路、保护电路和设置-显示-告警电路；

3、所述电源电路和所述主控mcu之间电连接，所述电源电路还和所述测量电路之间电连接，所述电源电路用于对所述主控mcu、所述测量电路进行供电；

4、所述测量电路和所述主控mcu之间电连接，所述测量电路用于对隔爆型后备电源输出端的对地电压进行测量；

5、所述保护电路和所述主控mcu之间电连接，所述保护电路用于存在漏电故障时切断隔爆型后备电源的输出；

6、所述设置-显示-告警电路和所述主控mcu之间电连接，所述设置-显示-告警电路用于对触发矿井隔爆型后备电源的漏电保护的电压区间进行设置、显示和故障告警；

7、所述电源电路通过所述主控mcu对所述保护电路、所述设置-显示-告警电路进行供电。

8、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述电路板还集成有功能扩展电路，所述功能扩展电路和所述主控mcu之间电连接，所述功能扩展电路配置有通信模块和告警输出模块，所述通信模块用于矿井隔爆型后备电源漏电保护装置进行远程通信；

9、所述告警输出模块用于矿井隔爆型后备电源漏电保护装置进行告警信号输出。

10、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述通信模块利用转换芯片将所述主控mcu中的rxd1和txd1引脚的ttl电平转换为485信号。

11、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述告警输出模块设有告警输出继电器，告警输出继电器通过所述主控mcu的控制信号dout1、dout2、dout3引脚和pc817光耦配合复合晶体管阵列驱动告警输出继电器的输出。

12、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述测量电路(5)采用bl0942采样芯片，所述测量电路(5)设有vp引脚和gnd引脚；所述vp引脚、所述gnd引脚和隔爆型后备电源形成测量回路；

13、所述测量回路设有接地电阻r和漏电试验按钮an。

14、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述隔爆型后备电源接线端口l1和接线端口l2形成的输出回路上连接有漏电保护动作继电器k，漏电保护动作继电器k和所述保护电路之间电连接。

15、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述电路板还集成有闭锁复位按钮，所述闭锁复位按钮用于在矿井隔爆型后备电源漏电保护装置发生漏电故障后对保护闭锁的解锁。

16、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述主控mcu采用stm32系列的arm芯片；所述电源电路采用开关电源模块haw5-220s05b2。

17、作为矿井隔爆型后备电源漏电保护装置优选方案，所述测量电路对隔爆型后备电源输出端两相或三相中的一相对地电压进行测量。

18、本发明还提供一种矿井隔爆型后备电源漏电检测方法，采用上述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，包括以下步骤：

19、通过测量电路测量隔爆型后备电源输出端两相或三相中的一相对地电压；

20、将测量得到的一相对地电压和预设的对地电压变化区间进行比较；若对地电压超出预设的对地电压变化区间，判定隔爆型后备电源存在漏电故障；

21、当判定隔爆型后备电源存在漏电故障后，主控mcu向保护电路发出切断指令；

22、当保护电路收到切断指令后，切断隔爆型后备电源的输出。

23、本发明具有如下优点：电路板集成有电源电路、主控mcu、测量电路、保护电路和设置-显示-告警电路；电源电路和主控mcu之间电连接，电源电路还和测量电路之间电连接，电源电路用于对主控mcu、测量电路进行供电；测量电路和主控mcu之间电连接，测量电路用于对隔爆型后备电源输出端的对地电压进行测量；保护电路和主控mcu之间电连接，保护电路用于存在漏电故障时切断隔爆型后备电源的输出；设置-显示-告警电路和主控mcu之间电连接，设置-显示-告警电路用于对触发矿井隔爆型后备电源的漏电保护的电压区间进行设置、显示和故障告警；电源电路通过主控mcu对保护电路、设置-显示-告警电路进行供电。本发明实现只需测量一相对地电压，判定所有其他相序漏电故障并进行漏电保护；既不采用剩余电流动作保护，也不采用测量零序电压和零序电流大小的方式检测漏电故障，而是通过测量计算后备电源交流输出端对地电压值的变化区间的方法进行漏电判定，准确率达到100％；可以广泛应用在后备电源(ups)输出回路和中性点不接地供电系统中，通过对人员触电、电缆及设备的漏电进行实时监测，并快速切断输出电路，有效保障了运检人员的生命和财产安全。

技术特征：

1.一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，包括防爆外壳(1)，所述防爆外壳(1)的内部设有电路板(2)，所述电路板(2)集成有电源电路(3)、主控mcu(4)、测量电路(5)、保护电路(6)和设置-显示-告警电路(7)；

2.根据权利要求1所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述电路板(2)还集成有功能扩展电路(8)，所述功能扩展电路(8)和所述主控mcu(4)之间电连接，所述功能扩展电路(8)配置有通信模块和告警输出模块，所述通信模块用于矿井隔爆型后备电源漏电保护装置进行远程通信；

3.根据权利要求2所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述通信模块利用转换芯片将所述主控mcu(4)中的rxd1和txd1引脚的ttl电平转换为485信号。

4.根据权利要求2所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述告警输出模块设有告警输出继电器，告警输出继电器通过所述主控mcu(4)的控制信号dout1、dout2、dout3引脚和pc817光耦配合复合晶体管阵列驱动告警输出继电器的输出。

5.根据权利要求1所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述测量电路(5)采用bl0942采样芯片，所述测量电路(5)设有vp引脚和gnd引脚；所述vp引脚、所述gnd引脚和隔爆型后备电源形成测量回路；

6.根据权利要求5所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述隔爆型后备电源接线端口l1和接线端口l2形成的输出回路上连接有漏电保护动作继电器k，漏电保护动作继电器k和所述保护电路(6)之间电连接。

7.根据权利要求1所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述电路板(2)还集成有闭锁复位按钮，所述闭锁复位按钮用于在矿井隔爆型后备电源漏电保护装置发生漏电故障后对保护闭锁的解锁。

8.根据权利要求1所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述主控mcu(4)采用stm32系列的arm芯片；所述电源电路(3)采用开关电源模块haw5-220s05b2。

9.根据权利要求1所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，所述测量电路(5)对隔爆型后备电源输出端两相或三相中的一相对地电压进行测量。

10.一种矿井隔爆型后备电源漏电检测方法，采用权利要求1至9任一项所述的一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
一种矿井隔爆型后备电源漏电保护装置与漏电检测方法，该方法将测量得到的一相对地电压和预设的对地电压变化区间进行比较；若对地电压超出预设的对地电压变化区间，判定隔爆型后备电源存在漏电故障；实现只需测量一相对地电压，判定所有其他相序漏电故障并进行漏电保护；既不采用剩余电流动作保护，也不采用测量零序电压和零序电流大小的方式检测漏电故障，而是通过测量计算后备电源交流输出端对地电压值的变化区间的方法进行漏电判定，准确率达到100％；可以广泛应用在后备电源(UPS)输出回路和中性点不接地供电系统中，通过对人员触电、电缆及设备的漏电进行实时监测，并快速切断输出电路，有效保障了运检人员的生命和财产安全。

技术研发人员：成汉平,宋庆阳
受保护的技术使用者：武汉瑞源电力设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/26