煤矿开关培训教材.doc
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一、公司简介
泰安市众诚矿山自动化有限公司（前身为泰安市众诚矿山自动化研究所），座落在五岳之首的泰山脚下，占地面积1758平方米，现有职工75人，固定资产200万元，年产值4000万元以上，利税100万元以上。
2003年6月被山东省科技局认定为高新技术企业。
公司具有雄厚的技术力量，由从事矿山自动化设备研究多年的专家、教授及新一代科研人员组成。
大专以上学历56人。
科技人员25人，直接从事研制开发的科技人员8人。
公司充分利用山东科技大学优势，发挥学校专家、教授及科研人员对煤矿生产熟悉的特点，开发了一系列独具特色的高新技术产品，公司还接纳相关专业的学生实习，又可成为他们科研成果的孵化地。
许多学士论文也从公司育出。
公司的主导产品为：
PBG—250/6000B〖KBG—315/10〗矿用隔爆型移动变电站用高压真空配电装置；BXBD—800/1140（660）〖BXBD—500/3300〗矿用隔爆型低压保护箱；KHT3系列提升机综合后备保护仪；TDLK型同步电动机励磁控制器；ZGB—1型智能型高压漏电保护装置；采煤机、绞车、提升机变频系列等，产品销往全国各地。
本公司结合我国矿山及企业现场实际情况进行了大量的调查研究后，开发设计了一系列独具特色的高科技产品。
PBG—250/6000B〖KBG—315/10〗矿用隔爆型移动变电站用高压真空配电装置；BXBD—800/1140（660）〖BXBD—500/3300〗矿用隔爆型低压保护箱于2002年12月23日通过国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心检验；取得了防爆合格证及煤安标志准用证。
专家检测组通过对该系列产品现场外观检查和送电测试，认为该系列产品外观整洁，产品名称、标志牌与防爆合格证和MA标志准用证及技术标准相符，送电试验测试各项电气性能指标符合国家和煤炭行业有关标准要求，符合设计目标。
并取得了新型专利证书（证书号码为：
ZL03216740.7）。
结合用户的需求我们又设计开发了多系列配套电牵引采煤机变频器，配套提升机变频器。
二、高低压开关特点和性能总述
1、产品简介
该产品系全国首台采用进口工业可编程序控制器（PLC）和人机屏（GOT）的矿用隔爆型低压综合保护箱，配套移动变电站采用国际流行的低压侧故障分断高压侧电源的运行模式。
该产品既吸纳了国际先进的智能化技术和结构模式，又有机地结合了中国煤矿配套设备的特点，可与进口变压器和国产变压器配套使用。
同时该产品符合GB3836—2000《爆炸性环境防爆电气设备》最新国家标准规定。
其技术指标、性能和结构等各方面均优于国内同类产品，为我国煤矿井下提供了一种性能优良、安全可靠的电气设备，是广大客户同类产品的最佳选择。
2、产品特点
（1）采用低压侧故障分断变压器高压侧电源的运行模式
优点：
对整套系统来说分断电流大
（2）采用先进的进口PLC工业用可编程序逻辑控制器。
优点：
抗干扰性强，不易损坏，容易查找故障。
（3）采用人机对话屏GOT（液晶显示器及设置键盘）
优点：
参数设置方便，故障显示直观
（4）机械特点高压侧分三腔，低压侧四输出。
优点：
设隔离开关腔，拉开隔离可以方便维修开关和下级，可多带多组负荷
3、我公司几种产品型号说明
（1）PBG—250/6000B
（2）KBG—315/10
（3）BXBD—800/1140（660）
BXBD—500/3300
4、结构特征
（1）高压侧
结构
配电装置主要由隔爆箱、断路器和PLC智能型综合保护器（包括人机屏GOT）三大部分组成。
隔爆箱体分接线箱、隔离刀闸箱和断路器箱三个箱体，隔爆箱由箱体、箱门、盖板等组成。
箱体为长方形，中间隔板将整个箱体隔成三个防爆腔室。
上腔接线腔左右两侧各有一只高压电缆引入装置。
上腔隔离开关腔内装有一只刀闸隔离开关，并设有观察窗。
下腔装有电流互感器、电压互感器和真空断路器，断路器由左右两根导条导入，并可以在两导条内部固定断路器。
箱体右侧板上设有隔离开关分合闸手柄、断路器机械合闸手柄、机电闭锁装置等。
箱体前门内部装有PLC、GOT、信号取样检测板，前门设备液晶显示窗，显示配电装置运行状态和各种故障状态。
面板还设有参数设定按钮，过载、短路、复位、急停、电合、电分、手分操作按钮，用于实现参数设定和功能操作。
结构特性
①具有独立的高压隔离开关，运行及维护安全、可靠。
②具有电动合闸及手动储能合闸双重机构。
③具有与国产变压器和进口变压器两种安装配套模式，可与国产变压器和进口变压器配套使用。
（2）低压侧
结构
保护箱主要由防爆箱、电路检测部分、PLC智能型综合保护器（包括人机屏GOT）三大部分组成。
隔爆箱体分为接线箱和保护箱两个箱体。
隔爆箱由箱体、箱门、盖板等组成。
箱体为长方形，中间隔板将整个箱体隔成两个防爆腔室。
上腔接线腔左右两侧各有两只电缆引入装置。
下腔装有信号取样单元和保护单元。
箱体右侧板上设有闭锁开关分合闸转盘。
箱体前门内部装有PLC和GOT，面板设有液晶显示窗，显示保护箱运行状态和各种故障状态。
面板还没有参数设定按钮、过载、短路、漏电、复位、电分按钮，用于实现参数设定和功能操作。
保护特性
①具有高低压闭锁机构和门闭锁机构，运行及维护安全、可靠。
②配套移动变电站采用国际流行的低压侧故障分断高压侧电源的运行模式。
③具有电动分断高压侧电源机构。
④具有与国产变压器和进口变压器两种安装配套模式，可与国产变压器和进口变压器配套使用。
下面是分别对器件原理及功能进行描述
三、屏的原理及参数设定方式
1、屏的外形及键的使用
其中：
未采用的键是F1、F2、F3、F4、ALM键
其它键的作用是“ESC”退出键：
进入后按“ESC”键可返回原界面“Set”键：
设定键，进入设定界面后，按“Set”键，所改参数可存储于屏的内存中。
“向上”键有两个作用一个是屏参数设定完成后按“向上”键起把屏内存单设定的参数输入到PLC中，此键必须操作，不然设定不起作用；另一个作用是把数值从0增加到9。
“向下”键的作用是数值从9减到0，“向左”键作用是向左移动光标位置，在设定界面按“向左”可也返回界面，“向右”键作用是向右移动光标。
另外，老式显示屏的按键可与新的功能相对应。
2、接口的连接
①’为屏的电源接口为+24V电源，由PLC整流提供
②’为模式拨钮为输程序时用，平常在RUN状态
③’为对比度调整电位置，一般不动
④’为RS-485通讯口。
我公司采用RS-485通讯方式。
连接方法为RDA与SDA连接后与PLCRS-485通讯口“+”连接；RDB与SDB连接后与PLCRS-485通讯口“-”连接。
⑤’RS-232通讯口，未采用，仅作输程序用。
3、参数的整定
PLC智能型综合保护器的整定和GOT组成保护显示系统，参数整定通过GOT直接完成，参数整定灵活方便，运行、故障画面直观简明。
整定过程方式（人机屏GOT开机后显示运行界面如图五）
▲
第一步：
在运行状态下按下参数设定键“”进入参数设定界面如图6。
第二步：
按下“SET”键一下，第一条“过载整定”数据区光标闪烁，按“▼▲”增减光标为数值，按“”键移动光标至所需位置。
直至输入所需数值，再按“ENT”键“过载整定”数据设定完成。
▲
▲
第三步：
按下“SET”键二下，进入“短路整定”数据区，参数设定同第二步。
第四步：
按下“SET”键三下，进入“功率因数”数据区，参数设定同第二步。
第五步：
数据设定完成后按下确认键“▲”同时出现“滴”的一声提示音则表明人机屏内部数据已传输进PLC。
ESC
SET
ENT
电压
电流
功率
0000V
000A
9999KVA
合闸○
分闸○
设定
▲
▲
▲
▲
▼
图5运行状态图
ESC
SET
ENT
过流整定
短路整定
功率因数
A返回
倍确认
S
▲
▲
▲
▼
▲
▲
图6参数设定图
▲
▲
▲
▲
例：
过流设定值为218A，短路保护为8倍，过流整定值的设定方法为：
按下参数设定键“”出现设定画面，按下设定“SET”键，过流整定数据区个位数光标闪烁，按“▲”键八次或按“▼”两次使个位数为8，然后按“”键移动闪烁光标至十位数，按“▲”使十位数为1，再按键“”键移动闪烁光标至十位数，按“▲”键两次使百位数为2，按下“ENT”键，过流整定设定完成。
按下“SET”键两次使短路设定数据区光标闪烁，按“▲”键八次或按“▼”两次使短路设定值为8，按下“SET”键三次使功率因数数据光标闪烁按“”使分位闪烁按“▲”为8，按“ENT”键功率因数设定完成，确认全部正确按“▲”使参数输入PLC。
按下“”键，人机界面显示工作画面。
▲
4、屏常见故障及处理
①屏不显示：
检查+24电源有无，若有，仍不显示，则屏坏。
若无，则检查+24电源。
②不通讯
如不通讯则屏上参数全为0，分闸图标、合闸图标都显示空心，没有显示故障，此时应仔细检查通讯线是否良好。
另外，老式屏显示“正在通讯”则通讯线不好或PLC不运行。
③老式显示屏黑屏但仍显示参数，不是故障，而是设置睡眠状态，按任一功能键即可激活。
④老式屏显示一部分字或只亮不显示属白屏，此属于磁场干扰，拉合一次隔离重新上电即可解决，或检查按线是否良好。
四、PLC的原理及故障查找
1、PLC原理
PLC是PrograrnmableLogitControner即工业用可编逻辑控制器的简称。
其定义为：
可编程序控制器的是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算顺序控制、定时、计数和算术运算操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程逻辑控制器及其设备都应易于工业系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设置。
2、其特点为：
编程简单易学；功能强大；可靠性强，抗干扰能力强；维修工作量小、维修方便；体积小、能耗低。
3、PLC的基本结构
①CPU模块②I/O模块③编程器④电源
按钮
选择开关
位置开关
电源
CPU
模块
输
入
模
块
接触器
电磁阀
指示灯
电源
输
出
模
块
×
～
编程器
系统电源示意图
4、PLC的物理结构
其中：
①CPU状态指示：
a、PWRLED亮则说明电源正常，不亮则表明没有电源。
b、RUNLED亮：
说明PLC操作开关置在运行状态，并且程序无错误，正常运行；不亮，说明1、电压不正常；2、不在运行模式上；3、操作系统不正常。
c、ERRLED亮说明PLC系统自检不正常存在错误，不亮，PLC正常。
②1opint/outLED输入输出开关指示由此指示的亮与否，可判断输入信号是否正常入，是否执行PLC程序功能。
③、RS-485通讯口为上“-”下“+”
④运行模式开关分三个档位，上为运行，中间为暂停，下面为停止，一般情况是运行。
⑤为特殊用户设置在on上，使用ROM设在OFF上
⑥RS-232通讯口输程序用
⑦扩展通讯口为扩展用
⑧盖板
⑨导轨固定卡扣
5、模拟块结构
①为电源指示灯+24正常才亮
②为模拟号输入口
③为电流电压转换跳线，本公司采用电压取样所以跳线帽在左侧
④+24电源输入口
⑤级连通讯线
⑥级连口
6、PLC故障与否的判断
A、PLC正常运行必须PWMLEDRUNLED亮ERR不亮才正常，同时，向其开关口输入信号看是否执行相应功能来判断PLC程序是否正常。
判断模拟是否执行，可用万用表Ω档加信号看是否出现电流、电压、短路、过欠压等信号。
B、台达PLC运行及测试
1、若主机ERROR指示灯没有闪烁，使用外围装置下达RUN指令，此时RUN指示灯亮起则正常运行。
若ERROR指示灯闪烁则说明PLC电源24V不足或程序错误。
如RUN灯或Power不常亮或闪则说明电源有故障，应去掉+24V来判断一下。
7、程序流程图
程序流程图和程序为我公司核心机密不予公开，了解相应功能情况对于使用和维修开关有很大益处：
下面是一些功能的原理：
（一）开关量输入功能
1、复位：
按复位键则信号输入PLC对应Poo输入指示灯亮，如果存在故障，处理完则故障输出灯P40、P42（低压没有）灭，屏上不显故障，则复位按钮起作用（若故障没有排除，则按复位虽然有输入信号，但屏上还有故障显示，输出灯P40、P42（低压没有）有输出信号）。
2、过载试验：
按过载试验键，信号输入PLC对应P01指示灯亮，PLC得到信号后延时8-10S输出保护，高压侧P40、P42输出灯亮，1秒后P40灭，低压侧P40常亮。
同时屏上显示过载故障，动作值为屏上过载整定数值6倍。
3、短路试验：
按短路键对应P02输入灯亮，PLC接到信号时输出保护，高压侧P40、P42灯亮，P401秒后灭，低压侧P40常亮，同时屏上显示短路故障，动作值为2500A（高压）8000A（低压）。
4、电动分闸：
按电分键对应P03灯亮，PLC瞬时输出保护，高压侧P40、P42亮，P401秒灭，低压侧P40常亮，屏上不显故障。
5、电合按钮：
对应P04灯亮，PLC处理后，P41输出灯亮延时15S后灭。
6、温度保护：
移变内温度保护继电器动作，高压侧P05接到信号，PLC处理后瞬时动作P40、P42输出灯亮，P401秒后灭，同时屏上显示“移变温度过高”。
7、FK2：
合闸后，机械机构顶动辅开FK2闭合相应P06输入灯亮，PLC得到信号后P41输出灯灭，同时屏上实心显示合闸图标。
8、DK4：
低压侧有保护或门闭锁在分闸状态，则高压侧PLCP07接到信号，P07灯亮PLC处理后P40、P42输出灯亮，P401秒后灭，同时屏上显示低压侧保护。
9、低压侧拔动开关，在1140上时P05无信号输入PLC则执行1140V程序，P05亮时则执行660V程序。
（二）模拟信号输入
当检测到有电压信号输入，PLC对应V0口有输入，则屏上显示相应电流。
高压侧通过V1、V2起过载和短路的保护，低压侧通过V1起过载和短路的保护。
高压侧V3口则起显示电压，同时完成过欠压保护。
低压侧通过V2显示漏电或闭锁。
低压侧V3显示电压同时是过欠压保护。
有保护输出时高压侧PLC同时输出P40、P42，P401秒后灭，低压侧P40常亮。
8、接线原理
LGPLC接线为共负接法即PLC输出-24必须和COM全部连接起来，输入和输出信号用+24来驱动。
台达PLC是共正接；与LG有所不同，其输入信号为共负，即输入信号均与24G相连，输出信号与+24V相连接。
其中须注意是PLC上+24与S/S相连，24G与Co相连，其输入输出示意图如下：
+24
Yo
S/S
+24
1
24G
Co
X0
24G
五、断路器原理
1、机械原理
（1）合闸
1）高压隔离开关具有：
合闸、分闸两个位置。
按下机电闭锁按钮后，向前推动手柄可进行合闸，向后拉动手柄可进行分闸。
2）操作储能手柄→带动离合器转动→通过手柄合闸机构
启动电合按钮→电合接触器闭合→通过电合机构
驱动棘轮单向转动→储能弹簧逐渐拉伸→过中后能量释放→凸轮撞击脱扣器四连杆机构→推动主轴转动→其拐臂推动绝缘子→闭合真空开关管→合闸。
随着主轴转动合闸，分闸弹簧被拉伸和触头弹簧被压缩而储能，使脱扣器四连机构过中后稳定下来，保持合闸位置。
（2）分闸
按下手动分断按钮，用外力直接驱动冲杆撞击按电分按钮或保护动作→直流阀得电冲杆撞击，按电气闭锁按钮或保护动作→电磁铁失电冲杆撞击脱扣制子转动→脱扣器四连杆机构失去平衡→在分闸弹簧和触头弹簧的作用下，主轴转动→其拐臂带动绝缘子→拉开真空开关管→分闸。
分闸后，三个绝缘子的螺钉紧靠在分闸限位缓冲器上，保持分闸位置。
（3）易出故障部位
A、连杆长，合闸时凸轮抵住连杆，高度大，易半合不合，造成不分闸。
太短时，连杆直线站立不分。
B、磨擦力过大，无滑动不分闸，用砂纸打磨。
C、分闸簧太松，连杆无向下运动力，不分闸。
B、D、无向内拉力，易合不上闸。
E、辅开不闭合，合闸电机一直转动，或一直不转动。
2、电气原理
说明：
①易造成不合闸几个注意点
A、门闭锁闭合不良好，易造成不合闸
B、K2继电器不动作。
C、JH2触点烧结
②易造成不分闸几个注意点
A、FK1闭合不良好
B、TQ烧坏断线
C、JH2不动作，不闭合
D、限流电阻R2烧断
③断路器好坏判断
当合上隔离开关，PT工作有110V电源，失压电磁铁SQ动作，可听到“当”的一声响，此时可保证能手动合闸，如果没声响则可能是无110V电源，门闭锁不复位，K3继电器动作或有问题，可依次查找。
如找不到故障原因，可把失压SQ垫起，用手功紧急送电，此时如果分闸回路没问题，保护功能齐全。
④断路器动作特性和技术参数
动作特性：
1、电源电压在85%～110%内可靠合闸；2、分励机构可在电源电压的65%～120%范围内可靠分闸；3、在合闸位置，失压电磁铁在欠压时，失压脱扣器在额定值的60%～35%范围内能分闸，低于35%不能合闸。
技术参数
项目
6KV
10KV
额定工作电压（kV）
6
10
最高工作电压（kV）
7.2
12
额定工作频率（HZ）
50
50
主回路设定电流（A）
50～250
50～315
额定短路开断电流（kA）
10
12.5
额定热稳定时间（S）
2
2
稳定热稳定电流（kA）
10
10
额定动稳定电流（kA）
25
25
额定关合电流（峰值）
25
31.5
额定短路开断电流的开断次数（次）
30
30
操作过电压（倍）
≤3.5
≤3.5
六、漏电原理及故障处理
1、漏电是采用附加直流50V（非零序电流或零序功率）
2、漏电回路好坏判断
如判断存在DC50V，则检测回路没有问题，检测点与地与18之间电压在47-50V之间。
3、漏电方面故障处理
漏电方面一般来说有两个故障
①是不漏电
解决方法和步骤
A、检测地与18之间有无50V
B、检查试验电阻10K与外线之间阻值是否在20K之内
C、检查辅助接地是否良好
D、检查PLC17、18是否有电压信号6.5V上
②是漏电
可采取三个步聚来检测故障点
A、解下三相电抗器与外线这间的连接，来判断故障漏电是外部漏电还是内部漏电（指开关内外）。
B、如果不漏电则是外部漏电，如果漏电则采取第二步，拆下17左则的红线，
如果不漏电，则漏电原因在检测板外围电路，常见有三个原因。
a、实验电阻一端接地；b、1140/12控制变压器缘缘值低；c、隔离电容漏电。
C、第三步，仍然漏电则去掉PLC侧17、18检测信号。
如果不漏电则说明检测板有问题更换检测板。
如果仍漏电则PLC模块有故障，请更换模块或PLC。
七、高低压开关工作原理
1、高低压开关完成的保护
A、高压侧
1、电压：
过、欠压保护
2、电流：
过载保护
3、短路保护
4、断相保护
5、移变内部温度保护
6、保压侧故障保护
B、低压侧
1、电压显示，过、欠压保护
2、电流过载保护
3、短路保护
4、漏电保护
2、高压侧工作原理
（1）合隔离开关送高压，高压电压互感器（PT）二次输出AC110V。
（2）AC110V给PLC供电，PLC得电，首先对整个系统自检，系统正常后PLC投入运行。
PLC输出DC24供给GOT，GOT显示电压、电流、功率等参数的主界面。
其中，电压显示经配电装置的电压——电压转换器、取样电路送入PLC、CH3、A/D通道，经PLC处理后显示6000V（10KV）电压、电流显示OA、功率显示0KW为正常，配电装置正常运行。
（3）AC110V同时供给真空断路器作合闸分闸的操作电源。
电源失压时，真空断路器合不上闸。
电源正常，可保证合闸操作时，合上真空断路器，给负荷供电。
（4）配电装置正常运行后，即可对真空断路器进行合闸、分闸、试验等操作。
如合闸后负荷启动，GOT屏有电流（电流值太小时不显示，高压大于7，低压大于10）、功率显示。
其电流是取自B相电流一电压变转换器、取样电路送入PLCCH0A/D通道，经PLC处理后显示实际电流值，同时按功率公式显示瞬时功率变化。
（5）配电装置运行后，对系统的过载、短路、断相、过压、欠压及低侧压侧反馈过来的故障信号PLC根据各种逻辑关系，输出控制和保护信号送给执行单元，驱动断路器上脱扣器动作，使断路器跳闸，从而实现保护，同时GOT上显示故障画面。
（6）在故障界面下，PLC进行闭锁保护，保证电合不执行合闸操作、手动合闸合不上。
只有在故障处理后，按复位GOT显示主界面情况下，才能进行合分闸等操作。
2、保护特性
（1）过载保护。
配电装置的过载1.2倍保护采样值取自B相电流一电压变换器，该取样值送入PLCCH0A/D通道。
经A/D转变后送入PLC内部D1寄存器。
当该寄存器内数据大于PLC过载整定设定值的1.2倍时，PLC延时输出一开关信号使高压真空断路器跳闸，动作时间＜120s，同时人机屏显示过负荷故障画面。
本装置过载1.5—6倍保护采样值取自A、C相电流一电压变换器，该取样值送入PLCCH1A/D通道，经过A/D转换后送入PLC内部D2寄存器，当A、C任一相电流超过设定值时，PLC按表5规定的反时限特性进行保护，同时人机屏显示过负荷故障画面。
（2）短路保护：
本装置的短路保护采样值取自A、C相电流一电压变换器，该取样值送入PLCCH1A/D通道，经A/D转换后送入PLC内部D3寄存器，当A、C任一相电流超过速断设定值时，PLC送出一开关信号迅速使高压真空断路器动作，动作时间＜80ms，同时人机屏显示短路故障画面。
（3）断相保护：
PLC在每个扫描周期内将送入D1、D2、D3寄存器内的电流值进行比较，找出电流最大值寄存器（如D1），然后分别用D1减去其它两寄存器内的数据，当差值超过设定电流值的70%时，PLC延时15S送出一开关信号使高压真空断路器动作，同时显示断相故障界面。
（4）欠压、过压保护：
欠电压、过压保护采样值取自配电装置电压一电压转换器，送入PLCCH3A/D通道。
经A/D转换后送入PLC内部D4寄存器。
PLC在每个扫描周期内将D4内数据与额定电压值进行比较。
当取样电压低于额定电压的80%时，或高于额定电压值的120%时，PLC输出信号控制断开高压真空断路器，同时人机屏显示对应的过、欠压保护画面。
（5）超温保护。
当变压器温度超过变压器设计温度时，PLC控制瞬时断开高压真空断路器，同时人机屏显示移变温度过高界面。
（6）上级电源急停保护。
当需要上级电源紧急停电时，按下配电装置的急停按钮，即可迅速停掉上级电源（与上级电源配电装置连接控制线时）。
3、低压侧工作原理
（1）高压配电装置电压互感器（PT）二次输出的AC110V电压通过变压器四芯接线柱输入到低压侧，作为PLC智能型低压综合保护器的工作电源。
（2）电压互感器（TB1）二次输出的AC12V电压经采样处理后作为电压信号输入给PLC，用于主回路电压显示并同时作为合分闸信号显示和过欠电压的信号来源。
（3）当低压保护箱投入运行后，PLC首先对整个系统进行自检，系统正常后方可投入运行。
保护箱运行后，PLC对保护箱的主回路、控制回路电压、电流、绝
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