煤礦高低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)技術(shù)研究

曹偉

摘 要：煤礦開(kāi)采是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要項(xiàng)目，隨著社會(huì)不斷發(fā)展，對(duì)煤炭資源的需求也越來(lái)越大，煤礦資源開(kāi)采力度加大。煤礦井下高壓供電系統(tǒng)普遍都存在漏電越級(jí)跳閘問(wèn)題，本文對(duì)煤礦高低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析，旨在實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)，為煤礦開(kāi)采提供安全保障。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采 高低壓電網(wǎng) 選擇性漏電 保護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TD611.5標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2019）05-0-01

引言

隨著煤礦開(kāi)采項(xiàng)目不斷增多，煤礦開(kāi)采過(guò)程中的安全隱患也逐漸增大，《煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程》中規(guī)定，礦井的變電所高壓饋電線路上必須要配備選擇性單相接地保護(hù)裝置，高壓饋電線路上需要安裝具有選擇性動(dòng)作與跳閘的單相接地保護(hù)裝置。當(dāng)前煤礦生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是漏電保護(hù)沒(méi)有選擇性，所以故障選線不準(zhǔn)確，容易出現(xiàn)誤判，從而引發(fā)漏電越級(jí)跳閘。因?yàn)檎`判嚴(yán)重，所以當(dāng)幾條支路同時(shí)出現(xiàn)漏電跳閘事故的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)人員不容易確定到底是哪一條線路出現(xiàn)了漏電問(wèn)題。而且當(dāng)下級(jí)變電所發(fā)生漏電的時(shí)候，支路也不能及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷出漏電故障，所以故障會(huì)直接延伸到上級(jí)變電所，造成上級(jí)變電做漏電跳閘，大面積停電。為了解決這一問(wèn)題，必須要對(duì)煤礦的高低壓電網(wǎng)進(jìn)行選擇性漏電保護(hù)，減少煤礦開(kāi)采過(guò)程中的安全隱患。

一、煤礦井下高壓漏電保護(hù)方法

煤礦高低壓電網(wǎng)中出現(xiàn)漏電現(xiàn)象的原因有以下幾個(gè)方面：

第一，當(dāng)某一條之路發(fā)生漏電故障時(shí)，整個(gè)高壓電網(wǎng)變壓器下的所有支路都會(huì)出現(xiàn)零序電壓和零序電流。

第二，電路中的故障信息雜亂無(wú)章，沒(méi)有一定規(guī)律可循。

第三，電路中故障暫態(tài)過(guò)程時(shí)間比較短，而且故障信息中也包含一些低頻與高頻成分，難以確認(rèn)。

為了解決這些問(wèn)題，當(dāng)前煤礦的高壓漏電保護(hù)方法主要有三種，分別是防爆破開(kāi)關(guān)的綜合保護(hù)器，選擇性漏電保護(hù)裝置，電力監(jiān)控防越級(jí)跳閘系統(tǒng)。

第一，高爆開(kāi)關(guān)中的綜合保護(hù)器。高爆開(kāi)關(guān)中的綜合保護(hù)器也可以實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)，其基本原理是通過(guò)對(duì)支路中的零序電壓、零序電流進(jìn)行采樣，再采用零序功率方向原理，判斷這一支路是否出現(xiàn)了漏電現(xiàn)象。當(dāng)支路中的零序電壓和零序電流都超過(guò)整定值時(shí)，就可以判斷支路出現(xiàn)了漏電故障。這一方法也存在一定的問(wèn)題，例如當(dāng)發(fā)生接地故障的時(shí)候，消弧線圈會(huì)抵消故障支路中的基波含量，則基于零序功率方向原理的漏電保護(hù)方案就會(huì)失效。

第二，選擇性漏電保護(hù)裝置。選擇性漏電保護(hù)裝置可以達(dá)到漏電保護(hù)效果，目前煤礦中安裝有高壓選擇性漏電保護(hù)裝置，但是現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中依舊出現(xiàn)嚴(yán)重的誤判問(wèn)題。其主要原因有三個(gè)方面，首先，當(dāng)采用基于50Hz的常規(guī)零序電流互感器時(shí)，故障信息就會(huì)被漏電保護(hù)裝置的消弧線圈補(bǔ)償，沒(méi)有被補(bǔ)償?shù)墓收闲畔⒕捅容^微弱。其次，系統(tǒng)的硬件部缺乏實(shí)時(shí)同步采樣功能，一般來(lái)講，系統(tǒng)會(huì)采用AD+CPU的硬件結(jié)構(gòu)，沒(méi)有光纖接口，也不能和電力監(jiān)控供電系統(tǒng)保持融合。最后，漏電選線原理比較簡(jiǎn)單，一般都只是依靠某一種原理來(lái)判斷漏電故障，依據(jù)不夠充分。

第三，電力監(jiān)控防越級(jí)跳閘系統(tǒng)。電力監(jiān)控防越級(jí)跳閘系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)任何故障，可以立即動(dòng)作，防止因?yàn)槎搪吩斐傻脑郊?jí)跳閘。這一系統(tǒng)也帶有漏電保護(hù)功能，但是也不能很好地解決高壓選擇性漏電保護(hù)問(wèn)題，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)誤跳。電力監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)更換高爆中的綜合保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。

二、漏電選線原理

1.注入信號(hào)法

注入信號(hào)法又叫做附加直流電源法，該方法可以為漏電選線提供支持，注入信號(hào)法首先需要判斷零序電壓的大小，當(dāng)這一電壓值超過(guò)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，通過(guò)電壓互感器注入某一個(gè)特定頻率的電流信號(hào)，并且通過(guò)接地點(diǎn)返回注入系統(tǒng)，形成回路，再利用信號(hào)電流探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)。這種方法的原理比較簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也有一定的難度，比如注入的信號(hào)可能會(huì)因?yàn)樽儔浩鞯墓β瘦^小而變得微弱，同時(shí)還可能會(huì)需要額外增加信號(hào)附加裝置，成本會(huì)不斷上升。

2.模式識(shí)別法

模式識(shí)別法需要將電網(wǎng)中的同級(jí)線路假設(shè)為非故障支路，然后列出每一條支路的微分方程，求解出未知參數(shù)。如果求解得到的參數(shù)符合模型中的設(shè)定值，則可以判斷這個(gè)支路是非故障支路，如果求解出的參數(shù)與設(shè)定值不相符，則可以確定為故障支路。這一方法必須要建立方程，而且解方程的過(guò)程也比較復(fù)雜，在方程的處理上也主要使用差分方程代替微分方程，選線的正確率較低。

3.零序?qū)Ъ{法

零序?qū)Ъ{法主要利用中性點(diǎn)的位移電壓來(lái)檢測(cè)出線路的對(duì)地導(dǎo)納系數(shù)，從而確定線路是否有故障。當(dāng)電網(wǎng)處于一種故障狀態(tài)時(shí)，線路的導(dǎo)納系數(shù)會(huì)發(fā)生較大變化，由此可以判斷出支路是否出現(xiàn)故障。這種方法對(duì)于高阻接地故障檢測(cè)有效，但是信號(hào)處理技術(shù)響度比較復(fù)雜，對(duì)靈敏度和精確度的要求也比較高。

三、電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)技術(shù)

煤礦中高低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)的關(guān)鍵在于能夠同步、實(shí)時(shí)地采集到電網(wǎng)中的所有支路的零序電壓、零序電流，而且要確保所有的采樣信息都真實(shí)、完整。具體來(lái)講，高低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：

1.衰減直流分量法

如果支路的故障出現(xiàn)在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近，則支路的暫態(tài)信息中的高頻分量不夠明顯，但是衰減的直流分量比較大，沒(méi)有發(fā)生故障的支路中基本是不含有衰減直流分量的，而且沒(méi)有發(fā)生故障的支路零序電流也都是負(fù)的。

2.首半波法

如果故障出現(xiàn)在相電壓的最大值附近，則在發(fā)生故障的0-5毫秒之間，出現(xiàn)故障的支路與沒(méi)有出現(xiàn)故障的支路的脈沖方向正好相反。

3.暫態(tài)脈沖法

如果支路的故障出現(xiàn)在相電壓的最大值附近，則在出現(xiàn)故障的0-5ms之間，發(fā)生故障的支路的暫態(tài)脈沖幅值會(huì)比非故障支路大很多。

4.小波包分頻法

如果支路出現(xiàn)單相接地故障，故障中會(huì)包含大量高頻成分，通過(guò)FPGA高速同步采樣零序電流，并且利用小波包進(jìn)行多重分解，可以將非故障電路中的零序電流高頻分量投影到小波包頻段上，然后呈現(xiàn)出相同的波形變化特征，發(fā)生故障的支路就會(huì)出現(xiàn)相反的波形特征，由此可以斷定故障線路。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤礦開(kāi)采過(guò)程中，高低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)十分重要，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦開(kāi)采過(guò)程中所發(fā)生的各種漏電故障，要結(jié)合電路系統(tǒng)安全要求，對(duì)電網(wǎng)漏電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行更新，確保高低壓電網(wǎng)得到有效保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]張玲玲，郭鳳儀.礦井低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)的研究[J].煤礦機(jī)電，2005（06）：1-3.

[2]靳造造.煤礦井下低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)研究[J].中國(guó)煤炭工業(yè)，2012（05）：58-59.