浅谈诊断信号法在煤矿高压漏电保护中的应用

王 骞

（潞安集团古城煤矿建设管理处 ，山西 长治 046108）

0 引 言

煤矿高压供电系统是一个庞大复杂的配电网系统，任一点接地，系统的所有电缆容性电流都会从不同变电所汇集到故障线路，电流大小取决于单相接地时的运行方式和接地电阻大小[1]。高压供电系统单相接地故障的选漏跳闸一直是影响煤矿供电安全的重要威胁之一。高压供电系统发生单相接地时，由于电弧多次不断熄灭和重燃，导致系统对地电容上的电荷不断积累和再分配，引起非故障相存在高频振荡过电压，最高可达额定电压的5倍以上，最终造成非故障相的绝缘薄弱环节对地击穿，引起电缆击穿、爆炸等事故，造成大范围停电，威胁煤矿安全生产，甚至会造成人员伤亡[1,2]。然而，现有高压漏电保护大都以接地时零序电流的故障特征为依据进行计算和判断，而零序电流的大小受到当时运行方式、系统容量以及接地状况等的影响，不同环境下的零序电流特征存在较大差异，导致接地保护失灵[3,4]。本文基于目前高压漏电保护存在的问题，提出了诊断信号法高压漏电保护方法，以此提高煤矿高压供电的安全性。

1 诊断信号法的基本思想

煤矿高压供电系统是一个庞大的配电网系统，任一点接地，高压系统的所有电缆容性电流都从不同变电所汇集到接地线路。所以，就漏电电流而言，高压供电系统区别于低压供电系统，即总开关和分开关之间不存在上下级关系，无法实现进线开关与分路开关的保护配合，总开关不能直接对分路开关进行漏电保护控制[1,4]。对于分路，在没有消弧线圈的情况下，单相接地产生的零序电流由线路流向母线，而非接地线路的零序电流则由母线流向线路，故可以用定值大小和零序方向，来区分接地线路和非接地线路。但在有消弧线圈的情况下，接地线路和非接地线路的零序电流方向不确定，不能用来区分接地线路和非接地线路，又加上漏电电流得到补偿而减小，更增加了漏电保护失灵的可能性。

为了排除在发生高压单相接地时零序电流本身特征不明确的影响，提高漏电保护检测的准确度，在单相接地时向电网施加不受零序电流影响而独立作用的外部诊断信号。利用分散安装在各高压开关中的保护器捕捉施加的诊断信号，故障线路可以捕捉到诊断信号，而非故障线路捕捉不到施加的信号，捕捉到信号后保护出口跳闸，切除故障线路。而为了保证在诊断过程中，电弧由于弧光接地发生多次不断熄灭和重燃，引起高频振荡过电压，在施加诊断信号的同时，在接地回路中加入短暂的消弧与电压抑制措施，抑制弧光过电压水平，降低弧光重燃的可能，保护电缆不被击穿。同时，分散式漏电保护器通过对诊断信号的捕捉判断，快速切除接地线路，恢复系统的正常运行。

2 诊断信号法高压漏电保护系统的构建

诊断信号法高压漏电保护系统由SY3601消弧与信号注入柜、分散式智能选漏综合保护器（ZBT-11C（N）防越级综合保护器或者SY3603高开智能选漏保护终端；以下简称保护器）构成，保护器之间以及保护器与注入柜之间无需通讯连线，在地面任一变电所母线上接入一台消弧与信号注入柜（该注入柜即可以在变电所室内安装的，也可以在变电所户外安装的），配合智能选漏综合保护器实现漏电保护。如果高压供电系统是分列运行的，每个分列供电系统需安装一台SY3601消弧与信号注入柜。其中，分散式智能选漏综合保护器内置了信号捕捉模块和算法，可以在实现防越级保护的同时，配合消弧与信号注入柜实现居于外部信号的高压智能选漏保护。当高压供电系统发生单相接地时，消弧与信号注入柜与智能选漏综合保护器实现高压智能选漏保护系统。

系统主要构件的主要技术指标如下：

1）SY3601消弧与信号注入柜。额定工作电压6kv，接地变频定功率15kva，诊断信号大小5A，诊断信号注入最大时间1-3秒。

2）ZBT-11C（N）防越级综合保护器。主要保护功能：防越级保护，三段式过电流保护，过电压保护，低电压保护，两段式负序过流保护，电缆绝缘完好性监视保护，保护动作闭锁合闸等；动作时间准确度：当延时在0～2s时，动作误差不超过±0.05s。

3）SY3603高开智能选漏保护终端。主要保护功能：诊断信号漏电Ⅰ段保护，诊断信号漏电Ⅱ段保护，诊断信号漏电Ⅲ段保护。

SY3601消弧与信号注入柜由接地变压器、信号控制器、真空接触器、信号发生器等部分构成，接地变构建了一个中性点。当系统出现单相接地时，信号控制器无延迟的探测到系统发生了接地故障并控制真空接触器投入信号发生器，在中性点与地之间投入消弧与信号注入部件，既是向系统注入诊断信号，同时也是一种消弧和过电压抑制措施。当分散式综合保护器判断处接地线路，切除接地故障线路后或延时时间到，信号控制器控制真空接触器断开信号发生器，诊断信号消失，供电系统恢复正常。与此同时，分散式智能选漏综合保护器也一直在对供电系统是否接地进行检测，当检测到有单相接地发生时，保护器会立即启动信号检测和相应算法，计算的信号结果与设定定值进行比较，系统设定为接地线路计算值大于定值，非故障线路值远远小于定值，当信号结果值大于定值，保护器会动作切除接地线路，系统恢复正常。

3 应用案例

3.1 应用框架

诊断信号法高压漏电保护系统框架，见图1。在地面变电所（10kv或6kv开闭所）给井下供电的每段母线上加装一套SY3601消弧与信号注入柜，当系统发生单相接地瞬间，消弧与信号注入柜通过控制器控制接地变压器，瞬间构成一个中性点，信号控制器能够立刻探测到系统发生了接地故障并控制真空接触器投入信号发生器，通过中性点向系统注入诊断信号。在地面变电所开关柜由于已经加装有智能化微机保护，我们只需要加装SY3603高开智能选漏保护终端，通过检测系统中诊断信号，就可以实现智能化的漏电检测。

在井下变电所中可以采用两种方案来实现检测系统中诊断信号，对于已经搭建基于ZBT-11C(N)防越级综合保护器的防越级系统，ZBT-11 C(N)内部带有专有的检测模块，用于实现对供电系统中诊断信号进行检测。而对于井下变电所没有安装ZBT-11C（N）防越级综合保护器（安装有其它的防越级保护），可以在每台高爆开关中加装SY3603高开智能选漏保护终端，来实现对供电系统中诊断信号进行检测，从而实现全电网的智能化漏电检测，提高煤矿供电的安全性。

3.2 应用说明

诊断信号法高压漏电保护系统的诊断信号为“相移电流”，当高压供电系统出现单相接地时，在中性点与地之间注入一个与电容电流不同相的工频电流即“相移电流”，每个子线基于分散安装的漏电保护器分离出施加的“相移电流”。接地线路的“相移电流”远远大于非接地回路的“相移电流”，确保了选线正确。“相移电流”与零序电流合成后的大小比零序电流有所提高，检测灵敏度增强，但在煤安规程规定的范围之内，安全、可靠。

地面任一变电所的母线上安装SY3601消弧与信号注入柜，注入柜式有户内型和户外型，在变电所室内有空间隔时，采用户内柜，没有空间隔时，采用户外柜，户内柜尺寸同高压开关柜，户外柜像一个封闭的箱变。隔爆高压开关中安装ZBT-11C（N）防越级综合保护器或者SY3603高开智能选漏保护终端，矿用一般型开关柜上安装SY3603高开智能选漏保护终端。

图1 系统框图

4 结 论

诊断信号法煤矿高压漏电保护，是在系统外部施加诊断信号，该信号独立于零序电流的影响，并且可以利用分散在各子线路上的保护器捕捉诊断信号，以此来对单相接地线路进行判断，提高了故障线路的判断准确性。在施加诊断信号的同时，漏电保护系统会向线路施加短暂消弧与电压抑制措施，保证了供电系统的安全和稳定性。根据上海山源科技对诊断信号法高压漏电保护测试结果显示，该方法对单相接地反应的动作正确率为100%。