煤礦井下選擇性漏電保護設(shè)計

賈傳圣，李 源

（江蘇師范大學(xué) 電氣工程及其自動化學(xué)院，江蘇 徐州221116）

0 引 言

煤礦井下的供電大部分為電纜供電，電纜線路中經(jīng)常發(fā)生漏電或單相接地故障，常會引起井下電氣火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸、電雷管提前引爆以及人身觸電等重大事故。設(shè)置完善的選擇性漏電保護，采取切實可行的漏電保護措施，可以減小因漏電而造成的停電事故范圍、減少各用電負(fù)荷之間的相互影響，大大提高井下供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。零序直流選擇性漏電保護原理是國內(nèi)正在研究的有效的保護方式，它克服了傳統(tǒng)保護原理的不足。本文以3分支電網(wǎng)為例，對零序功率選擇性漏電保護原理進行了進一步的分析，由理論分析總結(jié)出新的選線判據(jù)，并介紹了以c8051F040單片機為核心的選線裝置的具體實施方案。

浙江省桐鄉(xiāng)市梧桐街道曾是青蝦養(yǎng)殖基地，2016年從浙江省淡水水產(chǎn)研究所引進澳洲淡水龍蝦種蝦，開展苗種繁育和試養(yǎng)。獲得的苗種除了自己養(yǎng)殖商品蝦外，還可出售，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益?，F(xiàn)將養(yǎng)殖、繁育技術(shù)作如下總結(jié)。

1 漏電過程分析

煤礦井下低壓電網(wǎng)為中性點不接地運行方式，其結(jié)構(gòu)從母線上看為放射式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1。系統(tǒng)中每一條電纜線路都存在分布對地參數(shù)ri和ci，電網(wǎng)正常運行時，由于參數(shù)的對稱性，不會產(chǎn)生中性點對地電壓。當(dāng)線路發(fā)生單相漏電故障，參數(shù)對稱性遭到破壞，將在中性點產(chǎn)生零序電壓U0。設(shè)漏電電阻為R，則零序電壓的值為：

在零序電壓作用下，系統(tǒng)中會產(chǎn)生零序電流Io，每條供電線路的零序電流為

故障線路Pn＜0，非故障線路Pn＞0，因此可以根據(jù)有功功率的方向做為選線判據(jù)。

如圖1所示在一個多支路的輻射式電網(wǎng)中，如果某一個支路發(fā)生了漏電故障，各個分支線路中都將有零序電流通過，而漏電電流便等于這些分支線路中的零序電流之和。從電源的母線端往外看，通過故障支路的零序電流不僅大小而且方向都和非故障支路不同。故障支路的零序電流互感器中流過的是非故障支路零序電流之和，而其它非故障支路的零序電流互感器中只流過本支路的零序電流。根據(jù)它們的大小不同可以區(qū)分故障支路和非故障支路。這是利用零序電流幅值比較法進行選擇漏電故障支路判斷的理論依據(jù)。此外，故障支路的零序電流方向是流向母線的，而非故障支路則是由母線流向支路。它們的方向不同，這就是零序電流功率方向保護原理的理論依據(jù)。

作為現(xiàn)存最早的一部縣志，康熙《潼關(guān)衛(wèi)志》有著舉足輕重的作用，以下將從編纂背景、志書體例、志書價值等方面對這部縣志予以全面的介紹。

礦用低壓饋電開關(guān)選擇性漏電保護系統(tǒng)的漏電保護原理主要是結(jié)合了附加直流電源檢測原理和零序功率方向性保護原理，不僅利用零序電壓和零序電流的幅值大小判斷供電系統(tǒng)內(nèi)部是否發(fā)生漏電和哪條支路發(fā)生漏電，同時還利用各支路零序電壓和零序電流的相位關(guān)系來判斷漏電支路。這樣做既達到了很好的選擇性目的，又能利用三重判斷防止誤動作。系統(tǒng)首先判斷零序電壓是否超出動作整定值，如果發(fā)現(xiàn)超出，則要判斷每條支路的零序電流是否超出該支路動作整定值。若還超出，則再判斷零序電流和零序電壓的相位差是否在動作整定的相位差范圍之內(nèi)，如果相位差在設(shè)定的范圍之內(nèi)，則可判斷該支路必定發(fā)生漏電故障，進而做出漏電保護動作。在相位差的計算中增加對零序電流及電壓信號的過零點趨勢判斷方法，進一步降低了諧波及其它干擾引起的誤動作。

故障相零序電流為

2 系統(tǒng)選擇性漏電保護原理

有功功率公式為Pn＝U0Ioncos（ψn＋90°）

除了滑鎂巖、斑巖等片理化、粉化的巖石及斷層等破碎帶外，一般開裂、變形的巷道應(yīng)該采納錨噴網(wǎng)支護；因采動影響而受拉的巷道，應(yīng)該應(yīng)用預(yù)應(yīng)力約3 t的錨桿。鉛硐山、二里河的實踐表明，本中段留礦法、階段礦房法采場采準(zhǔn)、切割前，應(yīng)預(yù)應(yīng)力錨噴網(wǎng)支護脈外巷道，脈外巷道離采場下盤的水平距離不應(yīng)小于12 m，否則，采場采礦后普通錨噴網(wǎng)支護的巷道也會發(fā)生大面積垮塌[12]。

選擇性漏電保護裝置由單片機C8051F040為核心的控制系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見圖2。零序電壓、零序電流和直流采樣電壓經(jīng)采樣變送和濾波后送入單片機，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后判斷供電系統(tǒng)是否有漏電故障發(fā)生，當(dāng)故障發(fā)生后發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)動作，切斷并報警。

分析組并發(fā)癥發(fā)生率為7.14%(2/28),明顯低于對照組的39.29%(11/28),兩者之間相差較大,而P<0.05,數(shù)據(jù)從統(tǒng)計結(jié)果思考,具有參考價值,見表2。

圖1 低壓電網(wǎng)漏電零序電流和零序電壓的分布

3 系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計

四川工商學(xué)院中興通信學(xué)院從2016級起，就采用“家校企生”四方機制聯(lián)系制度，即建立一種家長、學(xué)校、學(xué)生與企業(yè)的四方聯(lián)動機制，形成互動機制，將學(xué)生家長橋接起來，共同幫助學(xué)生從學(xué)生到準(zhǔn)職業(yè)人、準(zhǔn)職業(yè)人到職業(yè)人的過渡，幫助學(xué)生正確認(rèn)識自己，督促自己成長，朝正確清晰的道路上發(fā)展。

則故障相與非故障相的零序電流和零序電壓相位發(fā)生改變。故障相以U0為基準(zhǔn)，將I0移相90°，其在Uo上的投影為有功電流。In＝Ioncos（ψn＋90°）

系統(tǒng)的邏輯判斷由軟件完成，選擇性漏電保護軟件結(jié)構(gòu)框圖如3所示。

圖3 選擇性漏電保護系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié) 論

文中通過對井下低壓電網(wǎng)發(fā)生漏電故障后的參數(shù)特征及影響因素進行了綜合分析，指出了礦井低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護設(shè)計過程中應(yīng)注意的幾個問題，主要包括保護的不完整問題，電磁兼容問題和靈敏度問題。并以C8051F040單片機為核心對礦井低壓電網(wǎng)的選擇性漏電保護裝置進行了硬件和軟件設(shè)計。為保證裝置的可靠性，系統(tǒng)采取了以下措施：

（1）采用硬件調(diào)理電路對交流信號進行了整流，提高了軟件判斷漏電信息的速度，降低了漏電故障造成的損失。另外，選擇性漏電保護的相位信息也通過硬件電路進行實現(xiàn)，大大減小了程序的復(fù)雜程度，提高了軟件判斷漏電故障的準(zhǔn)確性和實時性。

（2）采用了選擇性主保護和非選擇性后備保護相結(jié)合的方法，保證了對漏電保護的完整性和可靠性。

（3）在移相過程中對零序電流互感器的角誤差采取了補償措施。由于本方案采取了相應(yīng)措施，克服了影響井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護裝置可靠性的諸多因素，因此大大改善了該裝置的技術(shù)性能。

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