淺談診斷信號法在煤礦高壓漏電保護中的應(yīng)用

王 騫

（潞安集團古城煤礦建設(shè)管理處 ，山西 長治 046108）

0 引 言

煤礦高壓供電系統(tǒng)是一個龐大復(fù)雜的配電網(wǎng)系統(tǒng)，任一點接地，系統(tǒng)的所有電纜容性電流都會從不同變電所匯集到故障線路，電流大小取決于單相接地時的運行方式和接地電阻大小[1]。高壓供電系統(tǒng)單相接地故障的選漏跳閘一直是影響煤礦供電安全的重要威脅之一。高壓供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，由于電弧多次不斷熄滅和重燃，導(dǎo)致系統(tǒng)對地電容上的電荷不斷積累和再分配，引起非故障相存在高頻振蕩過電壓，最高可達額定電壓的5倍以上，最終造成非故障相的絕緣薄弱環(huán)節(jié)對地?fù)舸?，引起電纜擊穿、爆炸等事故，造成大范圍停電，威脅煤礦安全生產(chǎn)，甚至?xí)斐扇藛T傷亡[1,2]。然而，現(xiàn)有高壓漏電保護大都以接地時零序電流的故障特征為依據(jù)進行計算和判斷，而零序電流的大小受到當(dāng)時運行方式、系統(tǒng)容量以及接地狀況等的影響，不同環(huán)境下的零序電流特征存在較大差異，導(dǎo)致接地保護失靈[3,4]。本文基于目前高壓漏電保護存在的問題，提出了診斷信號法高壓漏電保護方法，以此提高煤礦高壓供電的安全性。

1 診斷信號法的基本思想

煤礦高壓供電系統(tǒng)是一個龐大的配電網(wǎng)系統(tǒng)，任一點接地，高壓系統(tǒng)的所有電纜容性電流都從不同變電所匯集到接地線路。所以，就漏電電流而言，高壓供電系統(tǒng)區(qū)別于低壓供電系統(tǒng)，即總開關(guān)和分開關(guān)之間不存在上下級關(guān)系，無法實現(xiàn)進線開關(guān)與分路開關(guān)的保護配合，總開關(guān)不能直接對分路開關(guān)進行漏電保護控制[1,4]。對于分路，在沒有消弧線圈的情況下，單相接地產(chǎn)生的零序電流由線路流向母線，而非接地線路的零序電流則由母線流向線路，故可以用定值大小和零序方向，來區(qū)分接地線路和非接地線路。但在有消弧線圈的情況下，接地線路和非接地線路的零序電流方向不確定，不能用來區(qū)分接地線路和非接地線路，又加上漏電電流得到補償而減小，更增加了漏電保護失靈的可能性。

為了排除在發(fā)生高壓單相接地時零序電流本身特征不明確的影響，提高漏電保護檢測的準(zhǔn)確度，在單相接地時向電網(wǎng)施加不受零序電流影響而獨立作用的外部診斷信號。利用分散安裝在各高壓開關(guān)中的保護器捕捉施加的診斷信號，故障線路可以捕捉到診斷信號，而非故障線路捕捉不到施加的信號，捕捉到信號后保護出口跳閘，切除故障線路。而為了保證在診斷過程中，電弧由于弧光接地發(fā)生多次不斷熄滅和重燃，引起高頻振蕩過電壓，在施加診斷信號的同時，在接地回路中加入短暫的消弧與電壓抑制措施，抑制弧光過電壓水平，降低弧光重燃的可能，保護電纜不被擊穿。同時，分散式漏電保護器通過對診斷信號的捕捉判斷，快速切除接地線路，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。

2 診斷信號法高壓漏電保護系統(tǒng)的構(gòu)建

診斷信號法高壓漏電保護系統(tǒng)由SY3601消弧與信號注入柜、分散式智能選漏綜合保護器（ZBT-11C（N）防越級綜合保護器或者SY3603高開智能選漏保護終端；以下簡稱保護器）構(gòu)成，保護器之間以及保護器與注入柜之間無需通訊連線，在地面任一變電所母線上接入一臺消弧與信號注入柜（該注入柜即可以在變電所室內(nèi)安裝的，也可以在變電所戶外安裝的），配合智能選漏綜合保護器實現(xiàn)漏電保護。如果高壓供電系統(tǒng)是分列運行的，每個分列供電系統(tǒng)需安裝一臺SY3601消弧與信號注入柜。其中，分散式智能選漏綜合保護器內(nèi)置了信號捕捉模塊和算法，可以在實現(xiàn)防越級保護的同時，配合消弧與信號注入柜實現(xiàn)居于外部信號的高壓智能選漏保護。當(dāng)高壓供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，消弧與信號注入柜與智能選漏綜合保護器實現(xiàn)高壓智能選漏保護系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要構(gòu)件的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1）SY3601消弧與信號注入柜。額定工作電壓6kv，接地變頻定功率15kva，診斷信號大小5A，診斷信號注入最大時間1-3秒。

2）ZBT-11C（N）防越級綜合保護器。主要保護功能：防越級保護，三段式過電流保護，過電壓保護，低電壓保護，兩段式負(fù)序過流保護，電纜絕緣完好性監(jiān)視保護，保護動作閉鎖合閘等；動作時間準(zhǔn)確度：當(dāng)延時在0～2s時，動作誤差不超過±0.05s。

3）SY3603高開智能選漏保護終端。主要保護功能：診斷信號漏電Ⅰ段保護，診斷信號漏電Ⅱ段保護，診斷信號漏電Ⅲ段保護。

SY3601消弧與信號注入柜由接地變壓器、信號控制器、真空接觸器、信號發(fā)生器等部分構(gòu)成，接地變構(gòu)建了一個中性點。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時，信號控制器無延遲的探測到系統(tǒng)發(fā)生了接地故障并控制真空接觸器投入信號發(fā)生器，在中性點與地之間投入消弧與信號注入部件，既是向系統(tǒng)注入診斷信號，同時也是一種消弧和過電壓抑制措施。當(dāng)分散式綜合保護器判斷處接地線路，切除接地故障線路后或延時時間到，信號控制器控制真空接觸器斷開信號發(fā)生器，診斷信號消失，供電系統(tǒng)恢復(fù)正常。與此同時，分散式智能選漏綜合保護器也一直在對供電系統(tǒng)是否接地進行檢測，當(dāng)檢測到有單相接地發(fā)生時，保護器會立即啟動信號檢測和相應(yīng)算法，計算的信號結(jié)果與設(shè)定定值進行比較，系統(tǒng)設(shè)定為接地線路計算值大于定值，非故障線路值遠遠小于定值，當(dāng)信號結(jié)果值大于定值，保護器會動作切除接地線路，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3 應(yīng)用案例

3.1 應(yīng)用框架

診斷信號法高壓漏電保護系統(tǒng)框架，見圖1。在地面變電所（10kv或6kv開閉所）給井下供電的每段母線上加裝一套SY3601消弧與信號注入柜，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地瞬間，消弧與信號注入柜通過控制器控制接地變壓器，瞬間構(gòu)成一個中性點，信號控制器能夠立刻探測到系統(tǒng)發(fā)生了接地故障并控制真空接觸器投入信號發(fā)生器，通過中性點向系統(tǒng)注入診斷信號。在地面變電所開關(guān)柜由于已經(jīng)加裝有智能化微機保護，我們只需要加裝SY3603高開智能選漏保護終端，通過檢測系統(tǒng)中診斷信號，就可以實現(xiàn)智能化的漏電檢測。

在井下變電所中可以采用兩種方案來實現(xiàn)檢測系統(tǒng)中診斷信號，對于已經(jīng)搭建基于ZBT-11C(N)防越級綜合保護器的防越級系統(tǒng)，ZBT-11 C(N)內(nèi)部帶有專有的檢測模塊，用于實現(xiàn)對供電系統(tǒng)中診斷信號進行檢測。而對于井下變電所沒有安裝ZBT-11C（N）防越級綜合保護器（安裝有其它的防越級保護），可以在每臺高爆開關(guān)中加裝SY3603高開智能選漏保護終端，來實現(xiàn)對供電系統(tǒng)中診斷信號進行檢測，從而實現(xiàn)全電網(wǎng)的智能化漏電檢測，提高煤礦供電的安全性。

3.2 應(yīng)用說明

診斷信號法高壓漏電保護系統(tǒng)的診斷信號為“相移電流”，當(dāng)高壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時，在中性點與地之間注入一個與電容電流不同相的工頻電流即“相移電流”，每個子線基于分散安裝的漏電保護器分離出施加的“相移電流”。接地線路的“相移電流”遠遠大于非接地回路的“相移電流”，確保了選線正確?！跋嘁齐娏鳌迸c零序電流合成后的大小比零序電流有所提高，檢測靈敏度增強，但在煤安規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)，安全、可靠。

地面任一變電所的母線上安裝SY3601消弧與信號注入柜，注入柜式有戶內(nèi)型和戶外型，在變電所室內(nèi)有空間隔時，采用戶內(nèi)柜，沒有空間隔時，采用戶外柜，戶內(nèi)柜尺寸同高壓開關(guān)柜，戶外柜像一個封閉的箱變。隔爆高壓開關(guān)中安裝ZBT-11C（N）防越級綜合保護器或者SY3603高開智能選漏保護終端，礦用一般型開關(guān)柜上安裝SY3603高開智能選漏保護終端。

圖1 系統(tǒng)框圖

4 結(jié) 論

診斷信號法煤礦高壓漏電保護，是在系統(tǒng)外部施加診斷信號，該信號獨立于零序電流的影響，并且可以利用分散在各子線路上的保護器捕捉診斷信號，以此來對單相接地線路進行判斷，提高了故障線路的判斷準(zhǔn)確性。在施加診斷信號的同時，漏電保護系統(tǒng)會向線路施加短暫消弧與電壓抑制措施，保證了供電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。根據(jù)上海山源科技對診斷信號法高壓漏電保護測試結(jié)果顯示，該方法對單相接地反應(yīng)的動作正確率為100%。