基于DSP的井下低壓供電系統(tǒng)選擇性漏電保護(hù)的研究

朱敏+薛峰

摘要：漏電在井下環(huán)境中產(chǎn)生的危害大，影響范圍廣，因此要求漏電保護(hù)裝置可靠、速動(dòng)及有選擇性。該文提出的總饋電開關(guān)處采用附加直流電源檢測(cè)，分支開關(guān)處采用零序電流幅值和零序功率方向的融合選線方式，雙重選線方式防止誤判錯(cuò)判，總開關(guān)和分開關(guān)都采用DSP（TMS320F28335）為控制器，總分復(fù)用，提高漏電保護(hù)的可靠性、靈敏性及準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：井下低壓供電；漏電保護(hù)；選擇性；DSP

中圖分類號(hào)：U223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0280-03

Abstract： The mine environment on the low voltage power grid is bad， therefore the leakage protection is put forward the requirements of reliability， quick acting and selectivity. The main switch and branch switch of this system all chooses DSP （TMS320F28335） as the controller. The total controller and the branches processor use the method of total score reuse， which means that if the total controller has something wrong， we can by selecting a branch controller as the general controller to avoid the total controller problem which caused by accidents. This method can avoid the failure of the leakage effectively. Through the design of hardware circuit and software programming method， this system can judge the leakage fault and choice the leakage branch correctly.

Key words： underground low-voltage power grid ； electric leakage protection ； selectivity； DSP

漏電是井下低壓供電系統(tǒng)所面臨的重要安全隱患，極大影響井下正常生產(chǎn)，因此漏電保護(hù)裝置起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前市場(chǎng)中的漏電保護(hù)裝置不夠靈敏，易出現(xiàn)誤動(dòng)拒動(dòng)等現(xiàn)象，本文提出的基于DSP（TMS320F28335）控制器的總分復(fù)用形式，在總饋電開關(guān)處采用附加直流電源檢測(cè)法檢測(cè)漏電電流，在分支模塊處采用零序電流和零序功率法進(jìn)行融合選線，在處理器的使用上在總饋電開關(guān)處和分支饋電開關(guān)處都采用本控制器，當(dāng)系統(tǒng)中的總控制器出現(xiàn)狀況，其他分支處理器能夠在第一時(shí)間替代總控制器，有效避免因?yàn)檠b置控制器的故障導(dǎo)致的漏電現(xiàn)在，提高了系統(tǒng)的可靠性。

1原理方法

1）附加直流源

電網(wǎng)發(fā)生漏電故障的主要表現(xiàn)特征之一就是對(duì)地絕緣電阻的下降，附加直流電源檢測(cè)主要是通過直流電源，向系統(tǒng)中注入直流，這個(gè)直流就可以實(shí)現(xiàn)低壓電網(wǎng)絕緣水平的連續(xù)檢測(cè)。這里我們可以通過直流繼電器和千歐表顯示的直流電流值來對(duì)絕緣電阻的大小進(jìn)行判斷。這里我們需要選定一個(gè)參數(shù)來進(jìn)行動(dòng)作值得整定。根據(jù)正常狀態(tài)下的絕緣電阻值制定一個(gè)動(dòng)作電流值，這個(gè)動(dòng)作值是判斷漏電發(fā)生與否的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。把檢測(cè)到的絕緣電阻值與動(dòng)作值比較，當(dāng)小于動(dòng)作值時(shí)，觸發(fā)繼電器動(dòng)作，饋電開關(guān)跳閘。

附加直流檢測(cè)式漏電保護(hù)的最大優(yōu)點(diǎn)是它的保護(hù)范圍能覆蓋整個(gè)低壓供電單元，故障跳閘不受故障類型（對(duì)稱的或不對(duì)稱的）、發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)的影響。但由于附加直流檢測(cè)式漏電保護(hù)而言，保護(hù)沒有選擇性。在低壓電網(wǎng)供電單元內(nèi)無論何時(shí)何地發(fā)生漏電，都將引起總開關(guān)跳閘，造成的停電面積特別大。如果恢復(fù)正常狀態(tài)的動(dòng)作，尤其是遠(yuǎn)離總開關(guān)配電點(diǎn)的供電，需要一定的時(shí)間和人工操作。

2）零序功率方向保護(hù)

零序功率方向保護(hù)是具有選擇性的漏電保護(hù)方法。這種保護(hù)方法不僅僅能夠判斷電網(wǎng)是否發(fā)生不對(duì)稱漏電，最主要的是它可以判斷出漏電支路，具有選漏的功能。零序功率方向保護(hù)在實(shí)踐中有許多選線判據(jù)，其中比較常見的，早已運(yùn)用到實(shí)際保護(hù)裝置中的方法有脈沖比較法、相敏整流法和過零觸發(fā)法。

2系統(tǒng)構(gòu)成

從功能的角度來看，本文選擇性漏電保護(hù)器的研究設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，總饋電開關(guān)保護(hù)裝置和分支饋電開關(guān)保護(hù)裝置?？傪侂婇_關(guān)保護(hù)裝置完成包括對(duì)絕緣電阻的檢測(cè)，實(shí)時(shí)計(jì)算絕緣電阻值，實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)的絕緣情況。而分支饋電開關(guān)處需要對(duì)所在支路零序電壓零序電流信號(hào)進(jìn)行精確采集。當(dāng)檢測(cè)到的電網(wǎng)絕緣電阻值降到動(dòng)作值以下，各分支處理器將計(jì)算出本支路零序電流的幅值和功率零序功率傳輸給總控制器，總控制器首先提取出零序電流幅值最大的三條及以上，然后根據(jù)零序功率的數(shù)值判斷選出漏電支路。然后控制器驅(qū)動(dòng)繼電器跳閘，實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

井下低壓電網(wǎng)發(fā)生漏電時(shí)的判斷流程為：正常工作時(shí)保護(hù)系統(tǒng)要進(jìn)行初始化和自檢程序，根據(jù)絕緣電阻的值是否低于動(dòng)作值對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行漏電真判斷，低于作為漏電，不低于則不漏電。若判斷出系統(tǒng)發(fā)生漏電事故，則根據(jù)分支模塊傳輸?shù)牧阈蚬β屎土阈螂娏鞣颠M(jìn)行雙重判斷，在選擇出的三組電流幅值上最大的支路上判斷功率，若大于0，則為漏電。判斷出漏電故障后則主控制器控制繼電器跳閘，切斷故障支路的電源，同時(shí)顯示漏電支路，同時(shí)經(jīng)通信線路向上位機(jī)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息，從而達(dá)到選擇性漏電保護(hù)。若判斷出支路后100ms內(nèi)分支開關(guān)拒動(dòng)，則控制器發(fā)出跳閘命令，防止開關(guān)拒動(dòng)。主程序流程圖如圖5所示。

4 系統(tǒng)仿真

1）仿真模型

本系統(tǒng)中使用的電力系統(tǒng)仿真軟件為MATLAB（Matrix Laboratory），根據(jù)井下低壓電網(wǎng)的實(shí)際需要，仿真得到漏電故障信號(hào)，其中包括零序電壓和零序電流。將采集到的故障信號(hào)按照本文提出的選擇性漏電保護(hù)的方法進(jìn)行漏電判斷，從而來驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的方法準(zhǔn)確性和可靠性。本系統(tǒng)中電壓等級(jí)為660V，頻率為50Hz.

2） 仿真結(jié)果

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的零序電壓和零序電流波形如圖6-2所示。系統(tǒng)發(fā)生故障后大約有一個(gè)周期的暫態(tài)過程。經(jīng)過信號(hào)處理模塊，系統(tǒng)暫態(tài)過程的高頻諧波分量大多被濾掉，故障線路的零序電壓和零序電流的相位和幅值近似滿足本文中所述的故障相零序分量的關(guān)系。分析圖6中所示的零序電壓和三路分支處的零序電流，可以判斷系統(tǒng)發(fā)生漏電，漏電支路為3支路。

本選擇性漏電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)可以有效的避免了因?yàn)榭偪刂破鞯墓收隙鴮?dǎo)致的整個(gè)系統(tǒng)的停電，減小了故障影響的范圍，同時(shí)又有利于故障的檢修。

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