新型礦用高壓漏電保護裝置應用研究

孔慶宇

（1.太原理工大學，山西 太原030024；2.同煤集團，山西 大同037003）

0 引言

近十幾年來，諧振接地技術有了突飛猛進的發展，煤礦井下普遍采用中性點經消弧線圈接地的運行方式，在此情況下，單相接地故障線路與非故障線路的零序電流，受運行方式影響很大，造成故障特征不穩定。消弧線圈一般都采用過補償運行方式，發生單相接地故障時，流過接地點的電流除了全系統對地電容電流之和外，還有消弧線圈產生的電感電流，此電感電流與電容電流相互抵消，減小了流經接地點的電流。傳統原理方式上的零序電流幅值和功率方向型的漏電保護靈敏性受到影響，導致發生漏電故障時，誤跳、拒跳情況發生。

目前對漏電保護的研究，原理上先進的如五次諧波法、S 注入法、零序導納法等漏電保護，雖然原理很好，但在諧振接地系統中應用效果并不理想。 有些根本不能用于井下高壓配電設備，并且存在選擇性差、應用性差的缺陷，還有待進一步完善。目前能單獨利用某一支路的信號特征來實現漏電保護的方法，研究的比較少。 因此漏電選擇性差的問題在煤礦高壓電網中非常普遍，已經嚴重影響到了煤礦的供電安全。

1 煤礦高壓電網漏電故障分析

圖1 漏電故障時的零序網絡圖

1.1 中性點不接地方式運行狀況

煤礦高壓電網的各相對地絕緣電阻一般較大， 對地電阻忽略不計。 圖1 中當接地開關K 打開時為中性點不接地系統，發生單相接地時，由于故障點的電流很小，而且三相之間的線電壓仍然保持對稱，對負荷的供電沒有影響，一般允許繼續運行1～2 小時。 正常運行的情況下，三相對地有相同的電容，每相都有一超前于相電壓90°的電容電流流入地中，而三相電流之和等于零，無零序電流。 發生A 相金屬性接地時，非故障相B 相和C 相電壓分別變為相對A 相的線電壓，幅值升高至倍，中性點電壓由零上升為-Ua。 因此，故障點的零序電壓為：

其中∑C 為電網單相對地所有電容的總和，I∑C電網單相對地所有電容電流的總和，中性點不接地系統中故障線路的零序電流等于所有非故障部分零序電流之和，且方向相反，因此可以根據這些特征來實現漏電保護，零序電流型漏電保護和零序功率方向型漏電保護是基于上述原理而提出的。 但是在煤礦實際應隨著接地電阻的增大，零序電壓和零序電流不斷減小，造成零序電流型漏電保護經常出現拒動現象，而零序電流功率型漏電保護出現誤動或拒動現象。

1.2 中性點經消弧線圈接地方式運行狀況

我國煤礦電網逐漸改為中性點經消弧線圈接地系統。當閉合時為中性點經消弧線圈接地系統，L 為消弧線圈電感。 線假設某個時刻線路Ⅲ發生了單相金屬性接地故障，若A 相接地電壓變為零，故障點零序電壓為：

若忽略負載不對稱引起的不平衡電流即電容電流在線路及電源阻抗上的電壓降，則在整個系統中，A 相對地電壓為零，非故障相電壓幅值升高至倍。 同時，消弧線圈的感性電流經故障點沿故障線返回，因此故障點的電流增加一個電感分量的電流，則流過故障點的電流是電網中所有非故障相對地電容電流與消弧線圈電感電流之和，即：

即故障線路零序電流為所有健全線路電容電流與消弧線圈電感電流之和，由于與反相，其容性無功功率方向將由二者之間的大小關系決定。

2 時序鑒別漏電保護理論

2.1 時序鑒別的定義

時序鑒別漏電保護理論就是利用諧振接地系統發生單相漏電故障時，零序基波的時序關系為判據，把故障線路的零序電流和零序電壓經濾波、鑒幅、整形、光電隔離后形成的方波（相位和脈寬可變）送入“時序鑒別器”直接進行時序鑒別，確定漏電故障。

2.2 基于時序鑒別的高壓漏電保護裝置組成及工作原理

高壓漏電保護裝置的組成原理圖如下：

圖2 漏電保護裝置組成原理

高壓漏電保護裝置內主要由零序電壓信號處理電路、零序電流信號處理電路、時序鑒別器。 零序電壓U0電路再分為兩個支路：一路經濾波、移相、整形和光電隔離，變成基準零序電壓方波信號，作為時序鑒別的參考信號。 零序電流I0的電路，經濾波、移相、鑒幅、整形、光電隔離后，變成相位和脈寬可變的方波信號I0送入時序鑒別器。 時序鑒別器依據時序鑒別法則判斷出線路是否漏電或接地故障。

時序鑒別法則如下：

（1）零序電流I0方波的前沿位于零序電壓U0J方波的前后沿之間；

（2）零序電流I0方波后沿位于零序電壓U0J后沿之后，0～180°范圍內。

3 “時序鑒別法”的高壓漏電保護裝置獨特的優點

（1）零序電壓與電流有近170°移相范圍，能保證過補償電網漏電保護的準確性。 適用于無補償（中性點不接地電網）、欠補償、全補償、過補償等各種運行狀態；對配套的消弧線圈沒有特殊要求。

（2）時序鑒別法有“先天性”濾除強干擾脈沖（或脈沖列）的能力，又可排除電流通道的微弱波動信號。

（3）在故障處理速度、抵抗強電磁干擾能力、以及系統可靠性方面都顯著優勢。

（4）具有高靈敏度、高準確度。

4 結束語

目前大部分對于井下單相接地故障能較好的解決，現場應用效果理想，真正解決了困擾井下生產、供電安全的難題之一，市場需求量十分可觀。

［1］郭立國.井下電網漏電的原因及預防[J].電氣開關,2006,4(2).

［2］薛溥.低壓配電系統漏電保護及分析[J].輕金屬,1999,12(4).

［3］王小華.低壓漏電保護新技術的研究[J].煤礦機電,2008,1(5).

［4］宋建成,翟生勤.礦井低壓電網漏電保護技術的發展[Z].電網技術,2001,25(10).

［5］魏永利.基于零序電流方向的漏電保護原理[J].煤炭技術,2006,25(6).