井下漏電保護裝置選線方法的綜述

林偉通莫興洋李代軍黃燕飛陳全藝陳煥蘭

（1.廣西百色美聯(lián)能源科技有限責任公司，廣西 百色 533000；2.廣西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院，廣西 桂林 541003；3.蒙山縣黃村中學，廣西 梧州 546700）

井下漏電保護裝置選線方法的綜述

林偉通1莫興洋2李代軍2黃燕飛2陳全藝2陳煥蘭3

（1.廣西百色美聯(lián)能源科技有限責任公司，廣西 百色 533000；2.廣西區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院，廣西 桂林 541003；3.蒙山縣黃村中學，廣西 梧州 546700）

對目前井下常用的選線原理和方法進行歸納總結和比較，得出幾點結論，并提出今后發(fā)展方向。

漏電保護；選線；單相漏電；故障

1 引言

漏電是煤礦井下配電網(wǎng)中最常見的故障之一，尤其是單相漏電，已成為影響井下安全的主要因素。漏電可導致觸電事故或導致因單相故障進而造成兩相或三相短路，最后引發(fā)煤與瓦斯爆炸[1]。選擇性漏電保護裝置可在堤供電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時，可以有效并有選擇地發(fā)出故障信號、迅速切斷故障支路，而常態(tài)部分正常工作[2]。故有選擇性的漏電保護在下井配電安全中占有舉足輕重的地位。

2 常見的井下供電網(wǎng)選線方法及評價

采集的電氣量主要有：零序暫態(tài)分量、零序穩(wěn)態(tài)基波及諧波分量、負序分量和注入信號等[3]。根據(jù)所采集的電氣量及電氣量的特性差異來選取來不同的方法，從中可看出有不同的條件下各方法的的優(yōu)勢和缺點。

2.1 比幅比相原理

本方法的基本原理是先對幅值進行比較，篩選出幅值較大者作為候選，在此基礎上再對候選線路進行相位比較，得到與其它零序電流方向不一致者即為故障線路[4]。該原理利用了各線路間的故障信號信息，并將其進行融合，再進行比較。如此，可以在很大程度上避開由互感器不平衡帶來的影響，使得裝置選線的正確性得到提高[5]。群體比幅比相法將零序電壓作為參考正方向，而零序電壓幅值大并且波形比較穩(wěn)定，使參考正方向的穩(wěn)定性得到保證。此算法適合在類似于井下中性點不接地的供電系統(tǒng)中使用。

雖然群體比幅比相算法在原理上利用支路間的故障信息關系，通過相互比較幅值、相位的關系來選出故障之路，不存在某一固定的動作值，從而克服了固定值整定的缺點，但因為消弧線圈對故障支路電流存在補償作用，所以此算法不適于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)。

2.2 無功功率方法

無功功率算法主要是利用各支路中的容性無功功率來判斷是故障支路[6]。在進行判斷時，與比幅比相算法類似，也是根據(jù)容性電流的方向與幅值之間的關系進行判斷，故存在著比幅比相算法的優(yōu)缺點。

2.3 有功分量法

在供電系統(tǒng)中，故障支路的零序有功分量在數(shù)值上為常態(tài)線路以及消弧線圈的零序有功分量之，它的方向為支路流向母線；而常態(tài)線路的零序有功分量為其線路本身的損耗電流值，其方向則與故障相反，即為母線流向支路[7]。若供電線路中的母線出現(xiàn)故障時，則所有支路的零序有功分量的數(shù)值都為支路本身的有功損耗電流值，方向與常態(tài)線路相同。所以當供電線路出現(xiàn)漏電故障時，只要提取各供電線路的零序有功分量，再結合其分量的數(shù)值和方向關系就可以判斷出故障線路。

一般情況下，線路中的有功損耗現(xiàn)象并不明顯，所以故障信息不夠突出，從而影響到選線的精度和準確性。

2.4 零序電流比幅法

當井下供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障支路上的零序電流為常態(tài)各支路的電容電流數(shù)值的總和，所以，此時故障支路零序電流值為所有線路中最大值[8]。通過采集各支路零序電流的數(shù)值并通過相互比較即可知道故障的支路。在實現(xiàn)的原理上，則是采用零序電流與系統(tǒng)事先一整定的固定值相對比。若此值大于整定值，則繼電保護器動作，并顯示出具體線路編號；反之，則系統(tǒng)正常運行[9]。將此方法用于中性點不接地的配電網(wǎng)中更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢。

應當注意的是，供電系統(tǒng)中，有可能存在某條正常支路的電容電流出現(xiàn)類似于零序電流一樣的情況，即大于系統(tǒng)其它線路的電容電流之和，通過比較，將被誤認為是故障線路，使支路繼電器動作，從而出現(xiàn)誤差的現(xiàn)象。這樣判據(jù)單一的算法，無法排除如互感器、過渡電阻大小、系統(tǒng)運行方式的影響，無法保證系統(tǒng)選線的正確性。

2.5 五次諧波分量算法

在采用中性點經(jīng)消弧線圈接地的供電系統(tǒng)中，由于消弧線圈所采用的參數(shù)是按照基波速寫完成的的，五次諧波產(chǎn)生的補償效果對消弧線圈的影響可以忽略，因此它與供電系統(tǒng)中性點不接地的系統(tǒng)的基波無功分量有著類似特點，再根據(jù)有功分量的算法來解決選線的問題[10]。故五次諧波分量算法可以在很大程度上解決了中性點經(jīng)消弧線圈接地的單相接地漏電故障選線存在的問題，但是此算法的含量中基波小，加上其它的影響，將會使得選線結果不夠準確。

2.6 小波算法

由于穩(wěn)態(tài)信號的故障信息微弱，在采集上存在一定的難度且精度也難以保證，而暫態(tài)信號有著較大突變的特點[11]。對暫態(tài)信號的分析主要是運用到小波分析法。小波分析法可對變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機信號進行有效地分析。

供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)將產(chǎn)生暫態(tài)的電壓，小波分析法即是利用此暫態(tài)電壓對故障進行判斷[12]。由于系統(tǒng)產(chǎn)生的故障具有瞬時性，所以產(chǎn)生的故障突然作用在供電線路中所產(chǎn)生的暫態(tài)電流很大，且暫態(tài)電流在數(shù)值上也滿足故障支路數(shù)值與常態(tài)線路數(shù)值的總和相等，可以進行故障選線。

小波算法的適用范圍廣，無論供電系統(tǒng)的中性點經(jīng)消弧線圈接地還是不接地都可以用，而且不受故障復雜情況及波形情況的影響。但若受其它因素影響，從而導致暫態(tài)過程不明顯的情況，此時此方法的使用將受到限制，與穩(wěn)態(tài)算法相結合效果更明顯。

2.7 信號注入法

若向供電系統(tǒng)中注入某特定信號，根據(jù)此信號來檢測有無漏電故障的情況，稱之為信號注入法[13]。信號注入法存在著一些問題：一般所注入信號的功率比較小，再通過變換，測量得到的信號將十分微弱，難以測量。此外，在產(chǎn)生信號源時，需要加裝信號產(chǎn)生裝置，實際操作存在一定的難度。

3 結束語

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，井下中性點不接地故障的情況復雜，單一的選線判據(jù)往往不能覆蓋所有的接地工況，而應用效果較好的選線方法，通常是幾種選線技術相結合的方法[14]。因此，運用智能控制理論的概念來構造每種對應的選線方法，以實現(xiàn)多種選線方法的綜合和判據(jù)最優(yōu)化，即選線技術的融合，是井下配電系統(tǒng)實現(xiàn)智能化發(fā)展的必然趨勢之一。

其次，井下配電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，暫態(tài)信號的特征蘊含豐富的故障信息。發(fā)生單相接地故障時產(chǎn)生的暫態(tài)信號的幅值可以達到穩(wěn)態(tài)信號的幾倍到十幾倍，其幅值遠大于穩(wěn)態(tài)信號，所以基于暫態(tài)分量的故障選線方法的可靠性及靈敏度較高[15]。故當故障發(fā)生后暫態(tài)分量進行故障選線比利用穩(wěn)態(tài)信號優(yōu)越性大，但其主要缺點是暫態(tài)過程時間短，受外界干擾影響較大，頻率較高也難以檢測，受當前技術條件限制，實時檢測時存在一定的困難。所以，隨著微電子技術及信號處理技術的迅速發(fā)展，暫態(tài)分量法應用于井下工程現(xiàn)場具有強大的生命力。

[1] 李文江,程倫新.附加直流電源漏電保護的研究[J].電力自動化設備,2011,31(9):144-146.

[2] 胡天祿.礦井電網(wǎng)的漏電保護[M].煤炭工業(yè)出版社,2008.

[3] 吳振.如何加強附加直流電源的漏電保護措施[J].電源技術應用,2010,(10):240-241.

[4] 童中祥.礦用真空電器過電壓及抑制方法的研究[J].電氣防爆,2005,(1):5-7.

[5] 艾冰,張如恒.小電流接地故障選線技術[J].華北電力技術,2009,(6):45-49.

[6] 張樹文.小電流接地系統(tǒng)單相接地保護原理和技術綜述[J].電力情報,2004,(2):1-4.

[7] 郝玉山,楊以涵.小電流接地微機選線的群體比輻比相原理[J].電力情報,2010,(2):15-19.

[8] 何光宇,孫英云.智能電網(wǎng)基礎[]M].北京:中國電力出版社,2010.

[9] 郝玉山,高曙.MLN系列小電流接地微機選線裝置動作原理[J].電力情報,2004,(2):7-11.

[10] 唐德茂,韓其偉.礦用智能型真空電磁起動器[J].煤礦自動化,2007,(4): 29-31

[11] 王祖光.微機小電流接地系統(tǒng)接地選線裝置[J].電力系統(tǒng)自動化,2003,17(6):48-51.

[12] 趙鳳賢,閆甸.基于暫態(tài)零序無功功率的小電流系統(tǒng)單相接地選線[J].繼電器,2007,(35):59-62.

[13] 曾祥君,尹項根.配電網(wǎng)接地故障負序電流分布及接地保護原理研究[J].中國電機工程學報,2001,21(6):84-89.

[14] 胡佐,李欣然,石吉銀.基于殘流與首半波綜合的接地選線方法研究[J].繼電器,2006,34(7):6-9.

[15] He Benteng, Hu Weixian. A new principle to detect the grounded line in a neutral point indirectly grounded power system based on the energy function[J]. Journal of ZHE JIANG University,1998,32(4):451-457.

The literature review of line selection method of leakage protective device in mine

The line selection principle and method are summarized and compared in underground.The article put forward some conclusions and the development direction of leakage line selection in the future.

Leakage protection; line selection; single-phase leakage; fault

TM762

A

1008-1151(2015)03-0089-02

2015-02-10

廣西科學研究與技術開發(fā)計劃（桂科能1298019-2）。

林偉通（1965－），男，廣西貴港人，廣西百色美聯(lián)能源科技有限責任公司工程師，碩士研究生，從事礦山電力系統(tǒng)的研發(fā)。