淺談診斷信號法在煤礦高壓漏電保護中的應用

王 騫

（潞安集團古城煤礦建設管理處 ，山西 長治 046108）

0 引 言

煤礦高壓供電系統是一個龐大復雜的配電網系統，任一點接地，系統的所有電纜容性電流都會從不同變電所匯集到故障線路，電流大小取決于單相接地時的運行方式和接地電阻大小[1]。高壓供電系統單相接地故障的選漏跳閘一直是影響煤礦供電安全的重要威脅之一。高壓供電系統發生單相接地時，由于電弧多次不斷熄滅和重燃，導致系統對地電容上的電荷不斷積累和再分配，引起非故障相存在高頻振蕩過電壓，最高可達額定電壓的5倍以上，最終造成非故障相的絕緣薄弱環節對地擊穿，引起電纜擊穿、爆炸等事故，造成大范圍停電，威脅煤礦安全生產，甚至會造成人員傷亡[1,2]。然而，現有高壓漏電保護大都以接地時零序電流的故障特征為依據進行計算和判斷，而零序電流的大小受到當時運行方式、系統容量以及接地狀況等的影響，不同環境下的零序電流特征存在較大差異，導致接地保護失靈[3,4]。本文基于目前高壓漏電保護存在的問題，提出了診斷信號法高壓漏電保護方法，以此提高煤礦高壓供電的安全性。

1 診斷信號法的基本思想

煤礦高壓供電系統是一個龐大的配電網系統，任一點接地，高壓系統的所有電纜容性電流都從不同變電所匯集到接地線路。所以，就漏電電流而言，高壓供電系統區別于低壓供電系統，即總開關和分開關之間不存在上下級關系，無法實現進線開關與分路開關的保護配合，總開關不能直接對分路開關進行漏電保護控制[1,4]。對于分路，在沒有消弧線圈的情況下，單相接地產生的零序電流由線路流向母線，而非接地線路的零序電流則由母線流向線路，故可以用定值大小和零序方向，來區分接地線路和非接地線路。但在有消弧線圈的情況下，接地線路和非接地線路的零序電流方向不確定，不能用來區分接地線路和非接地線路，又加上漏電電流得到補償而減小，更增加了漏電保護失靈的可能性。

為了排除在發生高壓單相接地時零序電流本身特征不明確的影響，提高漏電保護檢測的準確度，在單相接地時向電網施加不受零序電流影響而獨立作用的外部診斷信號。利用分散安裝在各高壓開關中的保護器捕捉施加的診斷信號，故障線路可以捕捉到診斷信號，而非故障線路捕捉不到施加的信號，捕捉到信號后保護出口跳閘，切除故障線路。而為了保證在診斷過程中，電弧由于弧光接地發生多次不斷熄滅和重燃，引起高頻振蕩過電壓，在施加診斷信號的同時，在接地回路中加入短暫的消弧與電壓抑制措施，抑制弧光過電壓水平，降低弧光重燃的可能，保護電纜不被擊穿。同時，分散式漏電保護器通過對診斷信號的捕捉判斷，快速切除接地線路，恢復系統的正常運行。

2 診斷信號法高壓漏電保護系統的構建

診斷信號法高壓漏電保護系統由SY3601消弧與信號注入柜、分散式智能選漏綜合保護器（ZBT-11C（N）防越級綜合保護器或者SY3603高開智能選漏保護終端；以下簡稱保護器）構成，保護器之間以及保護器與注入柜之間無需通訊連線，在地面任一變電所母線上接入一臺消弧與信號注入柜（該注入柜即可以在變電所室內安裝的，也可以在變電所戶外安裝的），配合智能選漏綜合保護器實現漏電保護。如果高壓供電系統是分列運行的，每個分列供電系統需安裝一臺SY3601消弧與信號注入柜。其中，分散式智能選漏綜合保護器內置了信號捕捉模塊和算法，可以在實現防越級保護的同時，配合消弧與信號注入柜實現居于外部信號的高壓智能選漏保護。當高壓供電系統發生單相接地時，消弧與信號注入柜與智能選漏綜合保護器實現高壓智能選漏保護系統。

系統主要構件的主要技術指標如下：

1）SY3601消弧與信號注入柜。額定工作電壓6kv，接地變頻定功率15kva，診斷信號大小5A，診斷信號注入最大時間1-3秒。

2）ZBT-11C（N）防越級綜合保護器。主要保護功能：防越級保護，三段式過電流保護，過電壓保護，低電壓保護，兩段式負序過流保護，電纜絕緣完好性監視保護，保護動作閉鎖合閘等；動作時間準確度：當延時在0～2s時，動作誤差不超過±0.05s。

3）SY3603高開智能選漏保護終端。主要保護功能：診斷信號漏電Ⅰ段保護，診斷信號漏電Ⅱ段保護，診斷信號漏電Ⅲ段保護。

SY3601消弧與信號注入柜由接地變壓器、信號控制器、真空接觸器、信號發生器等部分構成，接地變構建了一個中性點。當系統出現單相接地時，信號控制器無延遲的探測到系統發生了接地故障并控制真空接觸器投入信號發生器，在中性點與地之間投入消弧與信號注入部件，既是向系統注入診斷信號，同時也是一種消弧和過電壓抑制措施。當分散式綜合保護器判斷處接地線路，切除接地故障線路后或延時時間到，信號控制器控制真空接觸器斷開信號發生器，診斷信號消失，供電系統恢復正常。與此同時，分散式智能選漏綜合保護器也一直在對供電系統是否接地進行檢測，當檢測到有單相接地發生時，保護器會立即啟動信號檢測和相應算法，計算的信號結果與設定定值進行比較，系統設定為接地線路計算值大于定值，非故障線路值遠遠小于定值，當信號結果值大于定值，保護器會動作切除接地線路，系統恢復正常。

3 應用案例

3.1 應用框架

診斷信號法高壓漏電保護系統框架，見圖1。在地面變電所（10kv或6kv開閉所）給井下供電的每段母線上加裝一套SY3601消弧與信號注入柜，當系統發生單相接地瞬間，消弧與信號注入柜通過控制器控制接地變壓器，瞬間構成一個中性點，信號控制器能夠立刻探測到系統發生了接地故障并控制真空接觸器投入信號發生器，通過中性點向系統注入診斷信號。在地面變電所開關柜由于已經加裝有智能化微機保護，我們只需要加裝SY3603高開智能選漏保護終端，通過檢測系統中診斷信號，就可以實現智能化的漏電檢測。

在井下變電所中可以采用兩種方案來實現檢測系統中診斷信號，對于已經搭建基于ZBT-11C(N)防越級綜合保護器的防越級系統，ZBT-11 C(N)內部帶有專有的檢測模塊，用于實現對供電系統中診斷信號進行檢測。而對于井下變電所沒有安裝ZBT-11C（N）防越級綜合保護器（安裝有其它的防越級保護），可以在每臺高爆開關中加裝SY3603高開智能選漏保護終端，來實現對供電系統中診斷信號進行檢測，從而實現全電網的智能化漏電檢測，提高煤礦供電的安全性。

3.2 應用說明

診斷信號法高壓漏電保護系統的診斷信號為“相移電流”，當高壓供電系統出現單相接地時，在中性點與地之間注入一個與電容電流不同相的工頻電流即“相移電流”，每個子線基于分散安裝的漏電保護器分離出施加的“相移電流”。接地線路的“相移電流”遠遠大于非接地回路的“相移電流”，確保了選線正確。“相移電流”與零序電流合成后的大小比零序電流有所提高，檢測靈敏度增強，但在煤安規程規定的范圍之內，安全、可靠。

地面任一變電所的母線上安裝SY3601消弧與信號注入柜，注入柜式有戶內型和戶外型，在變電所室內有空間隔時，采用戶內柜，沒有空間隔時，采用戶外柜，戶內柜尺寸同高壓開關柜，戶外柜像一個封閉的箱變。隔爆高壓開關中安裝ZBT-11C（N）防越級綜合保護器或者SY3603高開智能選漏保護終端，礦用一般型開關柜上安裝SY3603高開智能選漏保護終端。

圖1 系統框圖

4 結 論

診斷信號法煤礦高壓漏電保護，是在系統外部施加診斷信號，該信號獨立于零序電流的影響，并且可以利用分散在各子線路上的保護器捕捉診斷信號，以此來對單相接地線路進行判斷，提高了故障線路的判斷準確性。在施加診斷信號的同時，漏電保護系統會向線路施加短暫消弧與電壓抑制措施，保證了供電系統的安全和穩定性。根據上海山源科技對診斷信號法高壓漏電保護測試結果顯示，該方法對單相接地反應的動作正確率為100%。