直流檢測式選擇性漏電保護系統(tǒng)設(shè)計

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司遼陽供電公司 張雯泰 李萌露

隨著現(xiàn)代科技進步，單向多回路的礦用直流饋電電源開關(guān)已不能完全滿足現(xiàn)場工業(yè)生產(chǎn)中的需要?；诖耍槍Χ嗷芈樊a(chǎn)品饋電保護回路設(shè)計進行多種選擇性產(chǎn)品漏電導(dǎo)線保護回路設(shè)計，能夠有效實現(xiàn)各種產(chǎn)品對不同漏電保護回路更好的準確甄別，確保產(chǎn)品人身安全的重要同時，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)工作效率。用電器的過程中，總會發(fā)現(xiàn)存在一些安全隱患，比如漏電。

1 漏電保護誤動原因分析

高壓配電系統(tǒng)本身是一個龐大的高壓配電網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，不管電源是位于地面還是井下，任一點單相接地，高壓配電系統(tǒng)的所有導(dǎo)線電纜容性接地電流都從不同方向變電所兩端匯集后送到單相接地時的線路，這個容性電流值的大小主要取決于系統(tǒng)單相接地時的實際運行供電方式和單相接地線路電阻值的大小。因上級漏電電流引起的大量小面積線路停電，一方面主要是由于上級漏電電流保護器在原理上的一些缺陷問題引起的，另一方面它也是由于同時連接上下級的輸變電所用的聯(lián)絡(luò)控制開關(guān)的上級漏電電流保護器的定值系數(shù)無法得到確定性而造成的。

2 漏電保護裝置的應(yīng)用目的

2.1 保護人體安全目的

額定電流時間值的不同數(shù)值及其大小和人體觸碰大腦時間值的長短，造成的對人體大腦損傷的巨大程度也是不同的。假設(shè)穩(wěn)流電阻器不是固定的并且穩(wěn)流電壓器也是固定的，那么穩(wěn)定電流和穩(wěn)壓電阻器就成了正反比。電阻器的存在這很多不穩(wěn)定的物理現(xiàn)象，會直接遭受各種環(huán)境因素及其它客觀因素的直接影響，比如存在外界中的環(huán)境因素比如空氣的溫濕度、皮膚粗糙老化程度等。所以，電力管理單位需要通過采用電力漏電故障保護裝置等來限制動力電流的額定大小，假設(shè)限制電流值的限制值大小超過了30mA，那么電力漏電故障保護裝置就可能會自動的強制啟動漏電保護裝置，并及時的強制切斷動力電源，對電力設(shè)備和漏電故障點之間實施漏電保護性的作用。

2.2 低壓饋電開關(guān)的保護技術(shù)

常見的開關(guān)采用的是中低壓電源饋電過流保護器的開關(guān)形式有三種，分別用來完成過流、短路、漏電三種保護開關(guān)工作。本文中重點介紹討論的井下漏電爆炸保護，其主要工作基本原理其實就是通過切斷井下電源，防止井下漏電元件電流過大引起瓦斯漏電爆炸，從而大大減少部分煤礦井下安全工作人員的生命傷亡。而常見的就是漏電短路保護，有兩種漏電保護層的類型。即各種集中式線路漏電故障保護和各種分散式線路漏電故障保護。集中式線路漏電故障保護，采用線路單相接地的保護方式，在線路漏電時直接完成故障保護線路行為;然而分散式線路漏電故障保護則是采用三相接地對敵線路絕緣的保護方式，不斷大大降低線路絕緣電阻水平以利于實現(xiàn)對線路漏電發(fā)生故障的有效保護。

3 漏電保護技術(shù)和漏電保護設(shè)計

3.1 漏電保護裝置原理

選擇性適當漏電支路保護裝置就是對于具有漏電保護裝置部件加以進行選擇性適當?shù)芈╇姳Ｗo，安裝在漏電變壓器上的低壓側(cè)或由總饋電路與開關(guān)連接控制的漏電支路上與開關(guān)連接處。當通過支路電源開關(guān)系統(tǒng)控制的中斷線路電源發(fā)生出現(xiàn)漏電線路故障時，有效或選擇性暫時切斷發(fā)生故障電源線路中斷電源，而非通過故障中斷線路電源繼續(xù)中斷供電，起到暫時有效或選擇性地暫時切斷發(fā)生漏電線路故障電源線路的保護作用。這種漏電保護裝置大大縮小了電源停電保護范圍，提高了電源供電的安全可靠性;電源漏電閉鎖保護裝置一般需要采用直接附加真空直流電源式的的保護電路原理，主要用于安裝在大型煤礦井下的煤氣照明電源信號電路綜合漏電保護裝置、電動機信號綜合漏電保護裝置及電源低壓側(cè)的真空直流磁力保護起動器中；非可可選擇性電源漏電閉鎖保護裝置的應(yīng)用漏電閉鎖裝置一般需要直接附帶一定的保護電流根據(jù)保護電路原理，安裝在電源變壓器側(cè)和低壓側(cè)的電流路徑漏電閉環(huán)之中。

3.2 零序電流漏電保護

如果礦井漏電故障事故直接發(fā)生在礦井電網(wǎng)之中，零序單位電流電網(wǎng)漏電故障保護就可能會直接導(dǎo)致整個礦井電網(wǎng)暫時停電，因此可能會嚴重影響正常礦井生產(chǎn)，加之現(xiàn)在礦井中由于地形復(fù)雜，突然發(fā)生斷電事故還有很多可能直接引發(fā)其他的漏電事故。

此外，如果三相同時供電出現(xiàn)三相漏電保護情況，零序上和電流上的漏電檢測保護就可能無法正常進行檢測和同時完成漏電保護開關(guān)動作，也就完全失去了三相漏電檢測保護的主要功能。因此在實際的使用煤礦漏電井中，大多數(shù)是采用附加零序穩(wěn)壓電流表將漏電檢測保護和其他附加漏電檢測保護開關(guān)技術(shù)互相結(jié)合進行使用，比如常見的智能型附加饋電保護開關(guān)，就是直接使用附加零序穩(wěn)壓電流進行漏電檢測保護，同時采用附加直流電壓檢測漏電保護，由此可以使得整個采用電壓表的饋電保護開關(guān)系統(tǒng)具有了可選擇性的附加漏電檢測保護，從而可以達到全面實現(xiàn)漏電檢測保護的使用目的。

3.3 直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計

設(shè)計直流穩(wěn)壓電源控制電路時該模塊的基本設(shè)計思想主要是對穩(wěn)壓電源中的電壓信號進行快速變壓、整流、濾波和直流穩(wěn)壓。該新型穩(wěn)壓電源線路由一個基準上的電壓、采樣、比較以及放大、調(diào)整等四個電路部分組成。穩(wěn)壓電源線路主要利用負載的反饋穩(wěn)壓原理作用來穩(wěn)定各個輸出基準電壓，即先通過電路采樣測量電路把各個輸出基準電壓及其頻率變化的測量信號取出，然后將電路采集取下來的輸出電壓變化信號與電路給出的各個基準輸入電壓信號進行比較然后放大，再用比較好的放大器對電路的各個輸出電壓值信號去調(diào)整控制電壓調(diào)整二極管的導(dǎo)線接通電壓程度，從而可以使直流專用穩(wěn)壓電源線路的各個輸出基準電壓在一定的頻率范圍內(nèi)始終保持穩(wěn)定。

3.4 漏電檢測電路

漏電電流檢測輸出電路控制模塊主要由輸出放大控制電路和輸出電流控制傳感器模塊組成。用控制電阻和動作電流計量表連接組成一個模擬最大漏電電源支路，調(diào)節(jié)動作電阻，并將模擬漏電支路動作電流設(shè)定為30mA，當模擬電源支路發(fā)生較大漏電且電流大于所支路設(shè)定的動作電流值時，漏電事件檢測控制電路就有機會立即通過自動關(guān)斷電源保護器使電路自動停止斷開所有電源管并使所有電源能夠得到安全保護。為了方便使使用漏電電流檢測傳感電路電流檢測時收到電流通過的微弱電流信號，需在兩級電流檢測傳感器后半部加入兩級電流運算后的放大整流電路，提高電流檢測通過電流的最大靈敏度。

3.5 關(guān)斷保護電路

關(guān)斷電源保護控制電路由電源開關(guān)、按鈕繼電k和開關(guān)控制電路共同組成，其中，控制電路又由電源繼電器、場效應(yīng)管等主要器件共同組成。當穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)已連接到“2”端，且接到漏電損害保護裝置的兩個輸出端接阻最大值為20W的直流負載時，若直流穩(wěn)壓電源電路發(fā)生較大漏電，漏電損害保護裝置電路停止動作后，負載兩端輸出電壓將同時變?yōu)?V，并且一直保持電流自鎖止的狀態(tài)。

4 新型選擇性漏電保護裝置特點及應(yīng)用

加強對各種漏電工況研究，改變附加直流法精度高響應(yīng)慢和零序電壓法響應(yīng)快但精度低的問題，提出“零序電壓修正法”檢測漏電保護新思路，完善了漏電支路選擇性判據(jù)，解決了漏電電阻檢測受系統(tǒng)電壓波動和系統(tǒng)電容變化影響問題。深化了分散性漏電保護的研究。遵照”零序電流大者優(yōu)先”原理，根據(jù)分散性漏電時各支路漏電程度進行有選擇性的漏電保護，尋找判斷漏電程度的依據(jù)。提出多種算法判斷、智能轉(zhuǎn)換的綜合檢測思想，可以滿足低壓供電系統(tǒng)下的各種工況的漏電判定，真正實現(xiàn)有選擇性漏電保護功能。進一步進行了”長短線懸殊和不平衡電流”對漏電保護影響的探索研究。針對煤礦井下低壓供電系統(tǒng)電網(wǎng)小，低電壓等級和電容電流的特點，對不平衡電流產(chǎn)生的原因進行研究分析，提出解決不平衡電流對漏電支路判別影響對策。

算法綜合分析應(yīng)用“零序電流突變量法”、零序短路電流和它的零序短路電壓絕對相位信號法”和”和和零序短路電流電位相對信號大小比和反相法”三種設(shè)計原理，根據(jù)它的零序短路電流和它的零序短路電壓相位信號，并根據(jù)三種設(shè)計算法的不同優(yōu)缺點，結(jié)合具體設(shè)計系統(tǒng)的實際具體情況即可采用多種設(shè)計算法自動準確判斷相應(yīng)選擇的一種或二種設(shè)計方法進行算法，在系統(tǒng)決策計算過程中可以實現(xiàn)自動進行算法分析轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)變化時及時的改變算法。煤礦低壓系統(tǒng)經(jīng)常會發(fā)生改變，例如增加出線和減少出線，線路的變長和變短，這些都會適用算法的變化。而原有裝置一路選定了一種算法一般不再去改變。裝置內(nèi)在發(fā)生高度誤判時還可智能方便地自動修改誤判算法。一旦發(fā)生漏電，該技術(shù)裝置可以作出漏電判斷，如果沒正確判斷，裝置能智能地轉(zhuǎn)換算法。

結(jié)束語：隨著井下固體材料工業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型改造升級，井下工業(yè)機械化、自動化發(fā)展程度越來越高，供電保護系統(tǒng)中的輸送量越來越大，漏電災(zāi)害保護裝置的保障作用越來越重要，漏電災(zāi)害保護裝置主要安裝在大型煤礦井下供電保護系統(tǒng)中，可以有效保證煤礦漏電災(zāi)害保護裝置的可靠安全運行。只有這樣，才能有效地及時預(yù)防各種自然災(zāi)害。