新型煤礦低壓選擇性漏電保護(hù)研究

摘要：礦井主要高壓供電線路上必須安裝有選擇性的單相接地保護(hù)裝置，保證在高壓線路出現(xiàn)單相接地時(shí)接地電流超過安全電流時(shí)能夠立即切斷線路供電，保證供電安全。文章針對(duì)煤礦低壓供電系統(tǒng)中選擇性漏電保護(hù)存在的問題，著重介紹了新型選擇性漏電保護(hù)在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的使用。

關(guān)鍵詞：煤礦低壓供電系統(tǒng)；漏電保護(hù)；選擇性漏電保護(hù)；高壓供電線路；供電安全 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM774 文章編號(hào)：1009-2374（2015）16-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.012

1 問題的提出

第一，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求：礦井主要高壓供電線路上必須安裝有選擇性的單相接地保護(hù)裝置，保證在高壓線路出現(xiàn)單相接地時(shí)接地電流超過安全電流時(shí)能夠立即切斷線路供電，保證供電安全。在井下低壓供電線路上，必須裝設(shè)選擇性漏電保護(hù)裝置或者檢漏保護(hù)裝置，并保證其正常運(yùn)行，當(dāng)線路出現(xiàn)漏電現(xiàn)象、線路絕緣電阻下降到指定數(shù)值后，該裝置保證能夠自動(dòng)切斷漏電的供電線路，在保證供電安全的前提下減少事故影響范圍。

第二，井下低壓供電系統(tǒng)中常用的漏電保護(hù)有三種，分別是漏電保護(hù)（非選擇性）、選擇性漏電保護(hù)及漏電閉鎖保護(hù)。漏電保護(hù)（非選擇性）是采用附加直流電源法；選擇性漏電保護(hù)是取零序電流和零序電壓兩種信號(hào)，若零序電流滯后零序電壓近90°，則該支路為故障線路；漏電閉鎖則是在開關(guān)合閘前通過對(duì)負(fù)載設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)設(shè)備絕緣值低于設(shè)定值則該開關(guān)拒絕啟動(dòng)。

第三，漏電保護(hù)（附加直流）跳總開關(guān)，停電面積大；選擇性漏電保護(hù)設(shè)置在分開關(guān)上，只跳漏電支路。但當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)分布電容大到一定程度時(shí)，零序電壓就降到取不出信號(hào)，無法起到漏電保護(hù)的作用。

2 選擇性漏電保護(hù)

附加直流電源漏電保護(hù)的缺點(diǎn)是沒有選擇性，只有安裝在變壓器低壓側(cè)總電源開關(guān)處。這樣當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)任一點(diǎn)發(fā)生漏電時(shí)，都會(huì)引起總開關(guān)跳閘，使整個(gè)低壓電網(wǎng)停電，停電范圍大，尋找故障點(diǎn)所需花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)的影響也大。由于礦井供電線路使用的是變壓器中性點(diǎn)不接地的供電方式，因而可以安裝選擇性漏電繼電器。選擇性漏電保護(hù)具有橫向選擇性，彌補(bǔ)了漏電保護(hù)的不足，即只切斷漏電故障支路的供電電源。

2.1 基本原理

由變壓器中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)分析可知：當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，各相對(duì)地電壓對(duì)稱，電網(wǎng)無零序電壓，也無零序電流；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱漏電時(shí)，各相對(duì)地電壓不再平衡，電網(wǎng)出現(xiàn)零序電壓U0，因而必有零序電流I0。選擇性漏電保護(hù)的原理就是利用零序電流實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱漏電保護(hù)的。它利用零序電流互感器LH作為漏電檢測(cè)元件。該元件由環(huán)形鐵芯、二次繞組和穿過鐵芯的三相電纜芯線三部分組成。圖1為放射式中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接電時(shí)的零序電流分布：

在多支路放射式電網(wǎng)中，如果某一支路發(fā)生單相漏電，則所有支路都將有漏電電流流過，且漏電電流I0等于各條支路的零序電流之和。但是漏電支路的零序電流的方向和大小都與非漏電支路的零序電流大小和方向是不同的。各條非漏電支路的零序電流的總和與漏電支路的零序電流之差為流經(jīng)漏電支路的零序電流，而非漏電支路中只有本支路的零序電流。除此以外，漏電支路中的零序電流的方向是由負(fù)荷側(cè)流向電源，而非漏電支路零序電流的則由電源流向負(fù)荷側(cè)并入地，兩者相位是相反的，前者I0滯后U090°，后者則超前U090°。

2.2 零序電流方向式選擇性漏電保護(hù)

零序電流方向式選擇性漏電保護(hù)的原理是：判斷是否發(fā)生漏電可以利用零序電流的幅值和零序電壓的幅值大小來判斷電網(wǎng)內(nèi)是否發(fā)生漏電，同時(shí)利用各支路的零序電流的相位與零序電壓的相位關(guān)系來判斷漏電支路，然后動(dòng)作，有選擇性、有針對(duì)性地將有故障的支路電源切除。零序電流方向式選擇性漏電保護(hù)原理方框圖：

保護(hù)構(gòu)成原理圖如圖所示，當(dāng)某支路發(fā)生不對(duì)稱漏電故障時(shí)，各支路都將取得I0和U0信號(hào)，經(jīng)放大整形后，由相位比較電路進(jìn)行相位比較鑒別，I0滯后U0近90°的支路為漏電支路，選擇出故障支路后推動(dòng)執(zhí)行電路動(dòng)作，從而可以切斷存在漏電故障的支路，實(shí)現(xiàn)橫向選擇性漏電保護(hù)。

3 雙零序電流方式選擇性漏電保護(hù)

第一，采用判別零序電壓和零序電流的幅值和相位的零序電流方向式選擇性漏電保護(hù)存在一個(gè)問題。由于現(xiàn)在井下用的電纜大部分采用了屏蔽型，分布電容大，由原來的0.69微法左右上升到4微法左右，于是零序電壓受分布電容的增大而急劇下降，下降到起不到大小和方向比較的能力，使得此方法失效。由于該技術(shù)中選擇性漏電保護(hù)是基于零序電壓和零序電流組成的功率方向性的原理，零序電壓的來源是三相電抗器的中心點(diǎn)對(duì)地高阻抗兩端，由于半導(dǎo)體屏蔽電纜對(duì)地分布電容的增大，導(dǎo)致零序電壓大幅度下降，從而導(dǎo)致了零序電壓失去檢測(cè)能力。

第二，在放射式電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生漏電故障時(shí)，漏電支路的零序電流的方向和非漏電支路不同。在漏電支路中零序電流的方向是由負(fù)荷側(cè)流行電源，而非漏電支路零序電流的則由電源流行負(fù)荷側(cè)并入地，兩者相位是相反的。利用該特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)橫向選擇性漏電保護(hù)功能的方法稱為雙零序電流方式選擇性漏電保護(hù)。

第三，雙零序電流方向檢測(cè)方式是在每臺(tái)饋電開關(guān)內(nèi)的電源側(cè)設(shè)置一個(gè)不漏電時(shí)零序電流矢量電路，即帶方向的零序電流。在開關(guān)的負(fù)荷側(cè)仍設(shè)置一個(gè)零序電流互感器，當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)漏電時(shí)，所有分路都有零序電流，但無漏電支路的零序電流與電源側(cè)的零序電流方向是相同的，而有漏電的支路的零序電流與電源側(cè)的零序電流方向是相反的。顯然方向相反的分路開關(guān)跳閘，方向相同的分路開關(guān)不跳閘，實(shí)現(xiàn)了選擇性跳閘。井下供電系統(tǒng)電路圖如圖5，KZ代表總開關(guān)，KF代表分路開關(guān)。雙零序電流方向原理示意圖如圖3，圖中A、B、C是三相電源線，LI2是每臺(tái)饋電開關(guān)內(nèi)負(fù)荷輸出線套路的零序電流互感器，LI1與小電容C組成無漏電狀態(tài)的產(chǎn)生零序電流的電路。

第四，利用饋電開關(guān)KF負(fù)荷側(cè)的漏電支路和電源側(cè)的非漏電支路的零序電流方向相反的原理從而判定出漏電支路。在饋電開關(guān)內(nèi)的電源側(cè)設(shè)置了電容C接地的參考支路A2、B2、C2，同一饋電開關(guān)被測(cè)負(fù)荷支路為A1、B1、C1；當(dāng)被測(cè)三相支路A1、B1、C1和參考三相支路A2、B2、C2中的零序電流方向相反時(shí)，則可以判斷A1、B1、C1存在漏電故障，從而雙零序電流選擇性漏電保護(hù)消除了電網(wǎng)分布電容過大所帶來的影響。圖3為檢測(cè)端的示意圖，圖4為檢測(cè)信號(hào)處理電路的示意圖。參見圖4，本實(shí)施例中設(shè)置檢測(cè)信號(hào)處理電路，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)處理電路被檢測(cè)支路的零序電流互感器LI2和參考支路的零序電流互感器LI1檢測(cè)的零序電流方向相反是輸出漏電控制信號(hào)。

4 該選擇性漏電保護(hù)的效果

該雙零序電流方式選擇性漏電保護(hù)與零序電流方向式選擇性漏電保護(hù)及現(xiàn)有技術(shù)相比，存在以下效果：

第一，該選擇性漏電保護(hù)的原理為：利用饋電開關(guān)的電源側(cè)非漏電支路的零序電流方向與該饋電開關(guān)負(fù)荷側(cè)的漏電支路的零序電流相反來判斷漏電的被測(cè)三相支路。該方法中，并非只是考慮零序電流的大小，而是只要存在有零序電流的情況下就不會(huì)失去檢測(cè)能力，從而可以達(dá)到選擇性漏電保護(hù)的目的，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該檢測(cè)方法完全

可以滿足現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的要求，而不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況。

第二，為了取電源側(cè)支路零序電流，便與本開關(guān)負(fù)荷側(cè)支路零序電流的方向做比較，該選擇性漏電保護(hù)中參考了零序電流互感器設(shè)置，從而更準(zhǔn)確地判斷出本支路是否漏電，只有本饋電開關(guān)的負(fù)荷側(cè)有漏電的情況發(fā)生，兩個(gè)電流方向才會(huì)相反。雖然電阻接地，也能取得零序電流，但影響網(wǎng)路對(duì)地絕緣值，不可取，電容C的設(shè)置則是為了產(chǎn)生非漏電的零序電流，否則無法取非漏電零序電流。

該新型選擇性漏電保護(hù)解決了當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)分布電容大到一定程度時(shí)，現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)就無法起到漏電保護(hù)作用的問題，值得參考。

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作者簡(jiǎn)介：夏西進(jìn)（1965-），男，山東新泰人，山東能源新礦集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦副總工程師，工程師，研究方向：煤礦機(jī)電、運(yùn)輸。

（責(zé)任編輯：周 瓊）