煤礦井下選擇性漏電保護(hù)技術(shù)的分析

郭永華，孫靜，周天良

(徐州煤礦機(jī)械廠，江蘇 徐州 221000)

1 引言

漏電是井下供電系統(tǒng)的主要故障形式，約占其總故障的70%左右，礦井供電系統(tǒng)發(fā)生漏電不僅會(huì)引起人身觸電，而且還可能導(dǎo)致瓦斯、煤塵爆炸，甚至使電氣雷管提前引爆。但是目前煤礦井下使用的有關(guān)設(shè)備的保護(hù)裝置所采用的選擇性漏電保護(hù)從原理上就存在問題，所以需要研究開發(fā)一套性能可靠、方便有效、安全穩(wěn)定且性價(jià)比高的漏電保護(hù)系統(tǒng)。

2 目前漏電保護(hù)裝置的狀況

漏電保護(hù)的主要目的是指:當(dāng)電網(wǎng)某一支路發(fā)生漏電故障時(shí)，漏電保護(hù)系統(tǒng)僅使開關(guān)切斷漏電故障所在支路，并保證非漏電故障支路正常供電。這樣既可以有效防止人身觸電傷亡和漏電電流引爆瓦斯煤塵，又可以將經(jīng)濟(jì)損失降到最小。漏電保護(hù)裝置的選擇性保護(hù)一般包括兩個(gè)方面:橫向選擇性漏電和縱向選擇性漏電。

目前，漏電保護(hù)裝置的大多使用縱向選擇性保護(hù)。而縱向選擇性保護(hù)靠時(shí)間延時(shí)來配合，由負(fù)荷端向電源端，各漏電保護(hù)裝置逐級(jí)延時(shí)。這樣當(dāng)漏電故障發(fā)生在靠近負(fù)荷端時(shí)，由于靠近負(fù)荷端的漏電保護(hù)器的延時(shí)短而首先動(dòng)作，并切斷漏電故障所在支路的所在端，而靠近電源端的漏電保護(hù)器帶有延時(shí)，還沒來得及動(dòng)作，等漏電故障被切除后，它又返回而不動(dòng)作，從而達(dá)到縱向選擇性的目的。選擇性漏電保護(hù)理論的應(yīng)用可以大大減小由于漏電故障而引起的停電故障，便于迅速處理，有利于生產(chǎn)效率的提高。

但是，多年運(yùn)行實(shí)踐表明，現(xiàn)有的選擇性漏電保護(hù)裝置多依靠某一種保護(hù)原理，發(fā)生漏電故障時(shí)經(jīng)常會(huì)造成選擇性無法實(shí)現(xiàn)，斷開的不僅僅是故障支路，經(jīng)?？傞_關(guān)也會(huì)伴隨斷開，造成井下供電系統(tǒng)的大面積癱瘓。

3 漏電保護(hù)原理的種類及優(yōu)缺點(diǎn)

漏電保護(hù)原理種類較多，從適用于井下低壓電網(wǎng)的漏電保護(hù)原理來看，主要有以下幾種:零序電流幅值比較法、零序電流相位比較法、附加直流電源法、比相法、零序功率方向法、零序功率有功分量法、五次諧波分量法、零序直流選擇性漏電保護(hù)、首半波法、小波分析法、拉路法、注入變頻信號(hào)法和基于模式識(shí)別的選線方法等等。

目前我國(guó)井下廣泛使用的漏電保護(hù)裝置大多采用單一原理構(gòu)成:如由附加直流電源漏電保護(hù)原理構(gòu)成的漏電保護(hù)裝置;由檢測(cè)零序電壓大小構(gòu)成的漏電保護(hù)裝置和由檢測(cè)零序電流大小構(gòu)成的漏電保護(hù)裝置等等。這些裝置都存在著一些缺陷:

(1)通過檢測(cè)附加直流電源實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)的裝置，動(dòng)作無選擇性。

(2)通過檢測(cè)零序電壓大小實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)的裝置，動(dòng)作電阻值不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)三相絕緣電阻對(duì)稱下降時(shí)，保護(hù)拒動(dòng)，而且在單相漏電時(shí)動(dòng)作無選擇性。

(3)通過檢測(cè)零序電流大小實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)的裝置，盡管在單相漏電時(shí)動(dòng)作有選擇性，但動(dòng)作電阻值不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)支路較少時(shí)，易產(chǎn)生誤動(dòng)作。

(4)通過測(cè)量零序電流方向?qū)崿F(xiàn)漏電保護(hù)裝置，可以利用故障支路和非故障支路的零序電流大小和方向不同區(qū)分故障支路和非故障支路，達(dá)到選擇性保護(hù)的目的，但也存在著動(dòng)作電阻值不穩(wěn)定，并且需要有足夠的零序電流才能使保護(hù)動(dòng)作。

(5)通過零序功率有功分量法實(shí)現(xiàn)的漏電保護(hù)裝置，利用判斷故障、非故障支路的零序有功功率方向與大小來實(shí)現(xiàn)漏電選線，但當(dāng)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很小，零序電流也很小，必將導(dǎo)致保護(hù)裝置靈敏度的下降。

4 改進(jìn)方法

通過分析上述幾種漏電保護(hù)原理，我廠改進(jìn)了一種基于零序電流方向的礦井低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)裝置，針對(duì)變壓器中性點(diǎn)不接地的特點(diǎn)，在電網(wǎng)的主支路選擇附加直流源保護(hù)原理的漏電裝置;而在電網(wǎng)的分支路選擇零序功率方向保護(hù)原理的漏電裝置，選擇性漏電保護(hù)是通過零序電流大小以及零序電流和零序電壓之間的相位比較這兩個(gè)條件的判斷來實(shí)現(xiàn)的。其中附加直流源法的動(dòng)作電阻值和零序電流的動(dòng)作電阻值都可以根據(jù)煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，這樣既可以判斷對(duì)稱性漏電，又可以判斷非對(duì)稱性漏電，同時(shí)解決了由于現(xiàn)場(chǎng)情況不同而導(dǎo)致漏電保護(hù)裝置無法動(dòng)作的問題。而且零序電流和零序電壓的相位采用硬件判斷，零序電流采用硬件整流，微處理器只須進(jìn)行直流采樣和脈寬測(cè)量，使得軟件算法簡(jiǎn)潔，判斷迅速。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，總開關(guān)支路的漏電保護(hù)裝置基于附加直流源漏電檢測(cè)原理，分開關(guān)支路的漏電保護(hù)裝置基于零序功率方向型漏電檢測(cè)原理。系統(tǒng)漏電動(dòng)作電阻值可在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)標(biāo)定，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。試驗(yàn)表明本裝置操作簡(jiǎn)單、開關(guān)動(dòng)作可靠而且本裝置經(jīng)過2kV脈沖干擾群的試驗(yàn)，并在試驗(yàn)中取得了預(yù)期的效果。