煤礦井下選擇性漏電保護技術的分析

郭永華，孫靜，周天良

(徐州煤礦機械廠，江蘇 徐州 221000)

1 引言

漏電是井下供電系統的主要故障形式，約占其總故障的70%左右，礦井供電系統發生漏電不僅會引起人身觸電，而且還可能導致瓦斯、煤塵爆炸，甚至使電氣雷管提前引爆。但是目前煤礦井下使用的有關設備的保護裝置所采用的選擇性漏電保護從原理上就存在問題，所以需要研究開發一套性能可靠、方便有效、安全穩定且性價比高的漏電保護系統。

2 目前漏電保護裝置的狀況

漏電保護的主要目的是指:當電網某一支路發生漏電故障時，漏電保護系統僅使開關切斷漏電故障所在支路，并保證非漏電故障支路正常供電。這樣既可以有效防止人身觸電傷亡和漏電電流引爆瓦斯煤塵，又可以將經濟損失降到最小。漏電保護裝置的選擇性保護一般包括兩個方面:橫向選擇性漏電和縱向選擇性漏電。

目前，漏電保護裝置的大多使用縱向選擇性保護。而縱向選擇性保護靠時間延時來配合，由負荷端向電源端，各漏電保護裝置逐級延時。這樣當漏電故障發生在靠近負荷端時，由于靠近負荷端的漏電保護器的延時短而首先動作，并切斷漏電故障所在支路的所在端，而靠近電源端的漏電保護器帶有延時，還沒來得及動作，等漏電故障被切除后，它又返回而不動作，從而達到縱向選擇性的目的。選擇性漏電保護理論的應用可以大大減小由于漏電故障而引起的停電故障，便于迅速處理，有利于生產效率的提高。

但是，多年運行實踐表明，現有的選擇性漏電保護裝置多依靠某一種保護原理，發生漏電故障時經常會造成選擇性無法實現，斷開的不僅僅是故障支路，經?？傞_關也會伴隨斷開，造成井下供電系統的大面積癱瘓。

3 漏電保護原理的種類及優缺點

漏電保護原理種類較多，從適用于井下低壓電網的漏電保護原理來看，主要有以下幾種:零序電流幅值比較法、零序電流相位比較法、附加直流電源法、比相法、零序功率方向法、零序功率有功分量法、五次諧波分量法、零序直流選擇性漏電保護、首半波法、小波分析法、拉路法、注入變頻信號法和基于模式識別的選線方法等等。

目前我國井下廣泛使用的漏電保護裝置大多采用單一原理構成:如由附加直流電源漏電保護原理構成的漏電保護裝置;由檢測零序電壓大小構成的漏電保護裝置和由檢測零序電流大小構成的漏電保護裝置等等。這些裝置都存在著一些缺陷:

(1)通過檢測附加直流電源實現漏電保護的裝置，動作無選擇性。

(2)通過檢測零序電壓大小實現漏電保護的裝置，動作電阻值不穩定，當電網三相絕緣電阻對稱下降時，保護拒動，而且在單相漏電時動作無選擇性。

(3)通過檢測零序電流大小實現漏電保護的裝置，盡管在單相漏電時動作有選擇性，但動作電阻值不穩定，當電網支路較少時，易產生誤動作。

(4)通過測量零序電流方向實現漏電保護裝置，可以利用故障支路和非故障支路的零序電流大小和方向不同區分故障支路和非故障支路，達到選擇性保護的目的，但也存在著動作電阻值不穩定，并且需要有足夠的零序電流才能使保護動作。

(5)通過零序功率有功分量法實現的漏電保護裝置，利用判斷故障、非故障支路的零序有功功率方向與大小來實現漏電選線，但當供電系統結構很小，零序電流也很小，必將導致保護裝置靈敏度的下降。

4 改進方法

通過分析上述幾種漏電保護原理，我廠改進了一種基于零序電流方向的礦井低壓電網選擇性漏電保護裝置，針對變壓器中性點不接地的特點，在電網的主支路選擇附加直流源保護原理的漏電裝置;而在電網的分支路選擇零序功率方向保護原理的漏電裝置，選擇性漏電保護是通過零序電流大小以及零序電流和零序電壓之間的相位比較這兩個條件的判斷來實現的。其中附加直流源法的動作電阻值和零序電流的動作電阻值都可以根據煤礦井下現場情況進行現場標定，這樣既可以判斷對稱性漏電，又可以判斷非對稱性漏電，同時解決了由于現場情況不同而導致漏電保護裝置無法動作的問題。而且零序電流和零序電壓的相位采用硬件判斷，零序電流采用硬件整流，微處理器只須進行直流采樣和脈寬測量，使得軟件算法簡潔，判斷迅速。

5 結論

該系統以單片機為核心，總開關支路的漏電保護裝置基于附加直流源漏電檢測原理，分開關支路的漏電保護裝置基于零序功率方向型漏電檢測原理。系統漏電動作電阻值可在現場實時標定，現場調試方便。試驗表明本裝置操作簡單、開關動作可靠而且本裝置經過2kV脈沖干擾群的試驗，并在試驗中取得了預期的效果。