基于復(fù)合信號(hào)注入法的煤礦低壓漏電保護(hù)

李婧帆

（潞安集團(tuán)古城煤礦建設(shè)管理處，山西 長(zhǎng)治 046108）

0 引言

煤礦供電系統(tǒng)漏電保護(hù)屬于煤礦安全生產(chǎn)的重要保護(hù)之一，對(duì)礦井設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行以及人員生命安全起著至關(guān)重要的作用[1]。煤礦井下低壓供電系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，系統(tǒng)故障絕大多數(shù)為單相漏電故障，該故障雖然不會(huì)破壞系統(tǒng)的對(duì)稱運(yùn)行，但極易發(fā)生兩相短路，在井下高瓦斯、通風(fēng)條件差等惡略條件下，極易對(duì)人身安全和礦井安全生產(chǎn)造成威脅[1,2]。我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定：煤礦井下低壓饋電線上必須裝設(shè)檢漏保護(hù)裝置或者有選擇性的漏電保護(hù)裝置，保證自動(dòng)切斷漏電的饋電線路[3]。礦井低壓供電系統(tǒng)漏電保護(hù)主要以選擇性漏電保護(hù)為主，即電流通過供電線路產(chǎn)生的零序電流進(jìn)行選擇性跳閘和開關(guān)閉鎖。然而，低壓線路的局限性造成零序電流的監(jiān)測(cè)和線路選擇性漏電保護(hù)實(shí)施比較困難，容易出現(xiàn)漏電保護(hù)的選擇性錯(cuò)誤，對(duì)低壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。

1 煤礦低壓漏電保護(hù)選擇性失效原因

低壓漏電保護(hù)選擇性不好的根本原因在于低壓供電系統(tǒng)太小，電纜截面積較小，線路較短，分布電容比較小[1,4]。因此對(duì)分開關(guān)線路總長(zhǎng)較短的低壓系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時(shí)，產(chǎn)生零序電流特別小，無法定量進(jìn)行分析，造成選線失靈（現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：線路特別短的分開關(guān)在按下分開漏電試驗(yàn)按鈕時(shí)產(chǎn)生的零序電流有的不超過8個(gè)毫安，這對(duì)于低壓漏電保護(hù)來說，信號(hào)太弱，零序電流信號(hào)容易發(fā)生畸變）。低壓開關(guān)附帶的負(fù)載大部分是電機(jī)等感性負(fù)載，在系統(tǒng)發(fā)生漏電時(shí)，電纜對(duì)地分布電容產(chǎn)生的容性電流受系統(tǒng)感性負(fù)載的影響。當(dāng)感性負(fù)載產(chǎn)生的電流大于容性電流時(shí)，低壓開關(guān)的保護(hù)器監(jiān)測(cè)到的漏電電流實(shí)際是感性電流，其方向正好與容性電流方向相反。當(dāng)容性電流大于感性電流時(shí)，低壓開關(guān)的保護(hù)器監(jiān)測(cè)到的漏電電流實(shí)際是容性電流，而且容性電流大小與系統(tǒng)的對(duì)地分布電容有關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)容性電流接近感性電流時(shí)，低壓開關(guān)的保護(hù)器監(jiān)測(cè)的零序電流很小，導(dǎo)致功率方向型漏電保護(hù)失效（可能誤動(dòng)或者拒動(dòng)）。

2 復(fù)合信號(hào)注入法的基本原理

與高壓漏電保護(hù)相比，低壓漏電有更加有利的條件：①低壓沒有消弧線圈，一般都是不接地系統(tǒng)，接地線路與非接地線路可通過零序電流方向判定，接地線路產(chǎn)生的零序電流方向是由線路流向母線，非接地線路產(chǎn)生的零序電流方向是由母線流向線路，可以通過零序電流的方向來區(qū)分故障線路和非故障線路（分開漏電采用功率方向型漏電保護(hù)）。②低壓系統(tǒng)僅限制在移變后面的電網(wǎng)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，總開關(guān)與分開關(guān)具有一定的上下級(jí)關(guān)系，對(duì)于漏電電流而言，總開關(guān)與分路開關(guān)之間存在時(shí)限配合，容易分析實(shí)現(xiàn)低壓漏電的選擇性，不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象?；诘蛪郝╇姳Ｗo(hù)選擇性失效原因，以及與高壓漏電保護(hù)對(duì)比存在的優(yōu)越性，本文提出了采用復(fù)合信號(hào)注入法的低壓漏電保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)考慮了低壓供電系統(tǒng)漏電的所有可能性，即總開線路漏電和分開線路漏電，在總開關(guān)內(nèi)部設(shè)定低壓保護(hù)器對(duì)整個(gè)低壓系統(tǒng)進(jìn)行漏電保護(hù)控制，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，避免了越級(jí)跳閘現(xiàn)象的發(fā)生，并且遵循《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定設(shè)定了線路漏電的選擇性保護(hù)，復(fù)合信號(hào)注入顧名思義采用附加直流信號(hào)和附加交流信號(hào)對(duì)低壓系統(tǒng)進(jìn)行綜合漏電保護(hù)，基本思想是將附加直流電源漏電保護(hù)法與附加交流信號(hào)選擇性漏電保護(hù)方法進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)煤礦低壓供電系統(tǒng)的總開關(guān)與分開線路的漏電保護(hù)。對(duì)于低壓供電系統(tǒng)來說，中性點(diǎn)一般不接地，三相對(duì)地的絕緣電阻值比較容易監(jiān)測(cè)，如果在電網(wǎng)開關(guān)合閘后對(duì)電網(wǎng)附加直流信號(hào)，該信號(hào)通過三相對(duì)地產(chǎn)生的電流大小直接反應(yīng)了絕緣電阻值的大小，通過判斷電阻值是否小于動(dòng)作值來實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。非接地線路的零序電流方向是由母線流向線路，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路漏電的選擇性檢測(cè)，為了提高選擇性漏電保護(hù)的準(zhǔn)確性，對(duì)低壓系統(tǒng)的分開關(guān)附加交流信號(hào)，如果線路未發(fā)生漏電接地現(xiàn)象，線路三相電壓對(duì)稱，三相電流矢量和為0，而線路存在接地現(xiàn)象，線路三相電路會(huì)形成零序電流和零序電壓，分別監(jiān)測(cè)三相的功率方向是否在工作區(qū)，以此達(dá)到對(duì)分開線路選擇性檢測(cè)的目的。

3 復(fù)合信號(hào)注入法低壓漏電保護(hù)

復(fù)合信號(hào)法低壓漏電保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)建，見圖1和圖2，復(fù)合信號(hào)由總開關(guān)內(nèi)部注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)線路的漏電保護(hù)和檢測(cè)。系統(tǒng)主要由礦用低壓保護(hù)器、交流信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)注入控制部件和附加直流絕緣檢測(cè)回路組成，其中附加直流絕緣檢測(cè)回路設(shè)置在總開關(guān)三相線路上，礦用低壓保護(hù)器對(duì)整個(gè)漏電系統(tǒng)進(jìn)行控制并且發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)命令?？傞_關(guān)采用附加直流，實(shí)現(xiàn)合閘前的漏電閉鎖和運(yùn)行中帶延時(shí)的漏電保護(hù)。總開關(guān)內(nèi)設(shè)置低壓綜保啟動(dòng)低壓信號(hào)注入裝置，分開關(guān)采用注入裝置注入的交流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)合閘前的漏電閉鎖和可靠的選擇性漏電保護(hù)。總開關(guān)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)調(diào)控，分開關(guān)接收總開關(guān)信號(hào)進(jìn)行分線路的開關(guān)閉鎖，其中總開關(guān)內(nèi)部的低壓保護(hù)器對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行命令輸出，避免了上下級(jí)漏電保護(hù)同時(shí)運(yùn)行發(fā)生的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備造成損傷。

具體實(shí)施如下：

1）采用復(fù)合信號(hào)注入法的低壓漏電保護(hù)，在總開關(guān)合閘前可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的漏電閉鎖，在總開關(guān)合閘后注入附加直流電源對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)，附加直流信號(hào)通過三相對(duì)地絕緣電阻的電流大小，直接反應(yīng)了絕緣電阻的高低，如果絕緣電阻的監(jiān)測(cè)結(jié)果低于動(dòng)作值，系統(tǒng)將會(huì)停止供電，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。

2）當(dāng)分開線路發(fā)生漏電事件，會(huì)造成線路三相對(duì)稱電壓發(fā)生變化，產(chǎn)生零序電壓和零序電流，當(dāng)總開中的低壓保護(hù)器檢測(cè)到零序電壓超限時(shí)，保護(hù)器向交流信號(hào)發(fā)生器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，向供電系統(tǒng)中注入附加交流信號(hào)。

3）低壓保護(hù)器對(duì)分開線路注入的交流信號(hào)進(jìn)行分開監(jiān)測(cè)，保護(hù)器對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行閾值選擇，發(fā)生漏電的線路產(chǎn)生的零序電壓和零序電流的功率方向會(huì)被保護(hù)器分配到動(dòng)作區(qū)，而非故障線路的零序電壓和零序電流的功率方向角在非動(dòng)作區(qū)。

4）通過閾值選擇，對(duì)動(dòng)作區(qū)故障線路發(fā)出漏電保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出跳閘命令，切除故障，而在飛動(dòng)作區(qū)非故障線路，系統(tǒng)不作出反映。

5）在整個(gè)過程中，總開對(duì)整個(gè)線路實(shí)施全程監(jiān)測(cè)，待系統(tǒng)零序電壓消失后，礦用低壓保護(hù)器向交流信號(hào)發(fā)生器發(fā)出切除交流信號(hào)命令，切除總開交流信號(hào)注入，系統(tǒng)供電恢復(fù)正常。

圖1 復(fù)合信號(hào)注入法系統(tǒng)構(gòu)建

圖2 總開關(guān)內(nèi)部示意圖

4 結(jié) 論

基于復(fù)合信號(hào)注入法的煤礦低壓漏電保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了低壓供電系統(tǒng)的分開漏電保護(hù)，即總開關(guān)附加直流漏電保護(hù)和分開附加交流漏電保護(hù)。對(duì)于煤礦低壓系統(tǒng)非接地線路來說，向系統(tǒng)注入附加交流信號(hào)，通過判斷線路產(chǎn)生的零序電流和零序功率方向?qū)收暇€路和非故障線路進(jìn)行區(qū)分，提高了漏電選擇性保護(hù)的準(zhǔn)確度，而低壓供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，也提高了低壓漏電選擇性的分析水平。除此之外，整個(gè)漏電保護(hù)系統(tǒng)由總開關(guān)內(nèi)的低壓保護(hù)器為控制中心，避免了上下級(jí)保護(hù)同時(shí)啟動(dòng)發(fā)生的越級(jí)跳閘現(xiàn)象，維護(hù)了整個(gè)低壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。