煤矿井下选择性漏电保护技术的分析

2014-03-23郭永华孙静周天良

电气开关 2014年5期

郭永华，孙静，周天良

(徐州煤矿机械厂，江苏徐州 221000)

1 引言

漏电是井下供电系统的主要故障形式，约占其总故障的70%左右，矿井供电系统发生漏电不仅会引起人身触电，而且还可能导致瓦斯、煤尘爆炸，甚至使电气雷管提前引爆。但是目前煤矿井下使用的有关设备的保护装置所采用的选择性漏电保护从原理上就存在问题，所以需要研究开发一套性能可靠、方便有效、安全稳定且性价比高的漏电保护系统。

2 目前漏电保护装置的状况

漏电保护的主要目的是指:当电网某一支路发生漏电故障时，漏电保护系统仅使开关切断漏电故障所在支路，并保证非漏电故障支路正常供电。这样既可以有效防止人身触电伤亡和漏电电流引爆瓦斯煤尘，又可以将经济损失降到最小。漏电保护装置的选择性保护一般包括两个方面:横向选择性漏电和纵向选择性漏电。

目前，漏电保护装置的大多使用纵向选择性保护。而纵向选择性保护靠时间延时来配合，由负荷端向电源端，各漏电保护装置逐级延时。这样当漏电故障发生在靠近负荷端时，由于靠近负荷端的漏电保护器的延时短而首先动作，并切断漏电故障所在支路的所在端，而靠近电源端的漏电保护器带有延时，还没来得及动作，等漏电故障被切除后，它又返回而不动作，从而达到纵向选择性的目的。选择性漏电保护理论的应用可以大大减小由于漏电故障而引起的停电故障，便于迅速处理，有利于生产效率的提高。

但是，多年运行实践表明，现有的选择性漏电保护装置多依靠某一种保护原理，发生漏电故障时经常会造成选择性无法实现，断开的不仅仅是故障支路，经常总开关也会伴随断开，造成井下供电系统的大面积瘫痪。

3 漏电保护原理的种类及优缺点

漏电保护原理种类较多，从适用于井下低压电网的漏电保护原理来看，主要有以下几种:零序电流幅值比较法、零序电流相位比较法、附加直流电源法、比相法、零序功率方向法、零序功率有功分量法、五次谐波分量法、零序直流选择性漏电保护、首半波法、小波分析法、拉路法、注入变频信号法和基于模式识别的选线方法等等。

目前我国井下广泛使用的漏电保护装置大多采用单一原理构成:如由附加直流电源漏电保护原理构成的漏电保护装置;由检测零序电压大小构成的漏电保护装置和由检测零序电流大小构成的漏电保护装置等等。这些装置都存在着一些缺陷:

(1)通过检测附加直流电源实现漏电保护的装置，动作无选择性。

(2)通过检测零序电压大小实现漏电保护的装置，动作电阻值不稳定，当电网三相绝缘电阻对称下降时，保护拒动，而且在单相漏电时动作无选择性。

(3)通过检测零序电流大小实现漏电保护的装置，尽管在单相漏电时动作有选择性，但动作电阻值不稳定，当电网支路较少时，易产生误动作。

(4)通过测量零序电流方向实现漏电保护装置，可以利用故障支路和非故障支路的零序电流大小和方向不同区分故障支路和非故障支路，达到选择性保护的目的，但也存在着动作电阻值不稳定，并且需要有足够的零序电流才能使保护动作。

(5)通过零序功率有功分量法实现的漏电保护装置，利用判断故障、非故障支路的零序有功功率方向与大小来实现漏电选线，但当供电系统结构很小，零序电流也很小，必将导致保护装置灵敏度的下降。

4 改进方法

通过分析上述几种漏电保护原理，我厂改进了一种基于零序电流方向的矿井低压电网选择性漏电保护装置，针对变压器中性点不接地的特点，在电网的主支路选择附加直流源保护原理的漏电装置;而在电网的分支路选择零序功率方向保护原理的漏电装置，选择性漏电保护是通过零序电流大小以及零序电流和零序电压之间的相位比较这两个条件的判断来实现的。其中附加直流源法的动作电阻值和零序电流的动作电阻值都可以根据煤矿井下现场情况进行现场标定，这样既可以判断对称性漏电，又可以判断非对称性漏电，同时解决了由于现场情况不同而导致漏电保护装置无法动作的问题。而且零序电流和零序电压的相位采用硬件判断，零序电流采用硬件整流，微处理器只须进行直流采样和脉宽测量，使得软件算法简洁，判断迅速。