基于DSP的井下低压供电系统选择性漏电保护的研究

朱敏+薛峰

摘要：漏电在井下环境中产生的危害大，影响范围广，因此要求漏电保护装置可靠、速动及有选择性。本文提出的总馈电开关处采用附加直流电源检测，分支开关处采用零序电流幅值和零序功率方向的融合选线方式，双重选线方式防止误判错判，总开关和分开关都采用DSP（TMS320F28335）为控制器，总分复用，提高漏电保护的可靠性、灵敏性及准确性。

关键词：井下低压供电；漏电保护；选择性；DSP

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）15-0264-02

漏电是井下低压供电系统所面临的重要安全隐患，极大影响井下正常生产，因此漏电保护装置起着至关重要的作用。当前市场中的漏电保护装置不够灵敏，易出现误动拒动等现象，本文提出的基于DSP（TMS320F28335）控制器的总分复用形式，在总馈电开关处采用附加直流电源检测法检测漏电电流，在分支模块处采用零序电流和零序功率法进行融合选线，在处理器的使用上在总馈电开关处和分支馈电开关处都采用本控制器，当系统中的总控制器出现状况，其他分支处理器能够在第一时间替代总控制器，有效避免因为装置控制器的故障导致的漏电现在，提高了系统的可靠性。

1原理方法

1）附加直流源

电网发生漏电故障的主要表现特征之一就是对地绝缘电阻的下降，附加直流电源检测主要是通过直流电源，向系统中注入直流，这个直流就可以实现低压电网绝缘水平的连续检测。这里我们可以通过直流继电器和千欧表显示的直流电流值来对绝缘电阻的大小进行判断。这里我们需要选定一个参数来进行动作值得整定。根据正常状态下的绝缘电阻值制定一个动作电流值，这个动作值是判断漏电发生与否的一个标准。把检测到的绝缘电阻值与动作值比较，当小于动作值时，触发继电器动作，馈电开关跳闸。

附加直流检测式漏电保护的最大优点是它的保护范围能覆盖整个低压供电单元，故障跳闸不受故障类型（对称的或不对称的）、发生时间和地点的影响。但由于附加直流检测式漏电保护而言，保护没有选择性。在低压电网供电单元内无论何时何地发生漏电，都将引起总开关跳闸，造成的停电面积特别大。如果恢复正常状态的动作，尤其是远离总开关配电点的供电，需要一定的时间和人工操作。

2）零序功率方向保护

零序功率方向保护是具有选择性的漏电保护方法。这种保护方法不仅仅能够判断电网是否发生不对称漏电，最主要的是它可以判断出漏电支路，具有选漏的功能。零序功率方向保护在实践中有许多选线判据，其中比较常见的，早已运用到实际保护装置中的方法有脉冲比较法、相敏整流法和过零触发法。

2系统构成

从功能的角度来看，本文选择性漏电保护器的研究设计分为两个部分，总馈电开关保护装置和分支馈电开关保护装置。总馈电开关保护装置完成包括对绝缘电阻的检测，实时计算绝缘电阻值，实时显示电网的绝缘情况。而分支馈电开关处需要对所在支路零序电压零序电流信号进行精确采集。当检测到的电网绝缘电阻值降到动作值以下，各分支处理器将计算出本支路零序电流的幅值和功率零序功率传输给总控制器，总控制器首先提取出零序电流幅值最大的三条及以上，然后根据零序功率的数值判断选出漏电支路。然后控制器驱动继电器跳闸，实现选择性漏电保护。

3 软件设计

井下低压电网发生漏电时的判断流程为：正常工作时保护系统要进行初始化和自检程序，根据绝缘电阻的值是否低于动作值对电网进行漏电真判断，低于作为漏电，不低于则不漏电。若判断出系统发生漏电事故，则根据分支模块传输的零序功率和零序电流幅值进行双重判断，在选择出的三组电流幅值上最大的支路上判断功率，若大于0，则为漏电。判断出漏电故障后则主控制器控制继电器跳闸，切断故障支路的电源，同时显示漏电支路，同时经通信线路向上位机实时传输数据信息，从而达到选择性漏电保护。若判断出支路后100ms内分支开关拒动，则控制器发出跳闸命令，防止开关拒动。主程序流程图如图所示。

4 系统仿真

1）仿真模型

本系统中使用的电力系统仿真软件为MATLAB（Matrix Laboratory），根据井下低压电网的实际需要，仿真得到漏电故障信号，其中包括零序电压和零序电流。将采集到的故障信号按照本文提出的选择性漏电保护的方法进行漏电判断，从而来验证本文所设计的方法准确性和可靠性。本系统中电压等级为660V，频率为50Hz.

2） 仿真结果

系统发生单相接地故障的零序电压和零序电流波形如图3所示。系统发生故障后大约有一个周期的暂态过程。经过信号处理模块，系统暂态过程的高频谐波分量大多被滤掉，故障线路的零序电压和零序电流的相位和幅值近似满足本文中所述的故障相零序分量的关系。分析图3中所示的零序电压和三路分支处的零序电流，可以判断系统发生漏电，漏电支路为3支路。

本选择性漏电保护装置的设计可以有效地避免了因为总控制器的故障而导致的整个系统的停电，减小了故障影响的范围，同时又有利于故障的检修。