新型矿用高压漏电保护装置应用研究

孔庆宇

（1.太原理工大学，山西 太原030024；2.同煤集团，山西 大同037003）

0 引言

近十几年来，谐振接地技术有了突飞猛进的发展，煤矿井下普遍采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，在此情况下，单相接地故障线路与非故障线路的零序电流，受运行方式影响很大，造成故障特征不稳定。消弧线圈一般都采用过补偿运行方式，发生单相接地故障时，流过接地点的电流除了全系统对地电容电流之和外，还有消弧线圈产生的电感电流，此电感电流与电容电流相互抵消，减小了流经接地点的电流。传统原理方式上的零序电流幅值和功率方向型的漏电保护灵敏性受到影响，导致发生漏电故障时，误跳、拒跳情况发生。

目前对漏电保护的研究，原理上先进的如五次谐波法、S 注入法、零序导纳法等漏电保护，虽然原理很好，但在谐振接地系统中应用效果并不理想。 有些根本不能用于井下高压配电设备，并且存在选择性差、应用性差的缺陷，还有待进一步完善。目前能单独利用某一支路的信号特征来实现漏电保护的方法，研究的比较少。 因此漏电选择性差的问题在煤矿高压电网中非常普遍，已经严重影响到了煤矿的供电安全。

1 煤矿高压电网漏电故障分析

图1 漏电故障时的零序网络图

1.1 中性点不接地方式运行状况

煤矿高压电网的各相对地绝缘电阻一般较大， 对地电阻忽略不计。 图1 中当接地开关K 打开时为中性点不接地系统，发生单相接地时，由于故障点的电流很小，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响，一般允许继续运行1～2 小时。 正常运行的情况下，三相对地有相同的电容，每相都有一超前于相电压90°的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零，无零序电流。 发生A 相金属性接地时，非故障相B 相和C 相电压分别变为相对A 相的线电压，幅值升高至倍，中性点电压由零上升为-Ua。 因此，故障点的零序电压为：

其中∑C 为电网单相对地所有电容的总和，I∑C电网单相对地所有电容电流的总和，中性点不接地系统中故障线路的零序电流等于所有非故障部分零序电流之和，且方向相反，因此可以根据这些特征来实现漏电保护，零序电流型漏电保护和零序功率方向型漏电保护是基于上述原理而提出的。 但是在煤矿实际应随着接地电阻的增大，零序电压和零序电流不断减小，造成零序电流型漏电保护经常出现拒动现象，而零序电流功率型漏电保护出现误动或拒动现象。

1.2 中性点经消弧线圈接地方式运行状况

我国煤矿电网逐渐改为中性点经消弧线圈接地系统。当闭合时为中性点经消弧线圈接地系统，L 为消弧线圈电感。 线假设某个时刻线路Ⅲ发生了单相金属性接地故障，若A 相接地电压变为零，故障点零序电压为：

若忽略负载不对称引起的不平衡电流即电容电流在线路及电源阻抗上的电压降，则在整个系统中，A 相对地电压为零，非故障相电压幅值升高至倍。 同时，消弧线圈的感性电流经故障点沿故障线返回，因此故障点的电流增加一个电感分量的电流，则流过故障点的电流是电网中所有非故障相对地电容电流与消弧线圈电感电流之和，即：

即故障线路零序电流为所有健全线路电容电流与消弧线圈电感电流之和，由于与反相，其容性无功功率方向将由二者之间的大小关系决定。

2 时序鉴别漏电保护理论

2.1 时序鉴别的定义

时序鉴别漏电保护理论就是利用谐振接地系统发生单相漏电故障时，零序基波的时序关系为判据，把故障线路的零序电流和零序电压经滤波、鉴幅、整形、光电隔离后形成的方波（相位和脉宽可变）送入“时序鉴别器”直接进行时序鉴别，确定漏电故障。

2.2 基于时序鉴别的高压漏电保护装置组成及工作原理

高压漏电保护装置的组成原理图如下：

图2 漏电保护装置组成原理

高压漏电保护装置内主要由零序电压信号处理电路、零序电流信号处理电路、时序鉴别器。 零序电压U0电路再分为两个支路：一路经滤波、移相、整形和光电隔离，变成基准零序电压方波信号，作为时序鉴别的参考信号。 零序电流I0的电路，经滤波、移相、鉴幅、整形、光电隔离后，变成相位和脉宽可变的方波信号I0送入时序鉴别器。 时序鉴别器依据时序鉴别法则判断出线路是否漏电或接地故障。

时序鉴别法则如下：

（1）零序电流I0方波的前沿位于零序电压U0J方波的前后沿之间；

（2）零序电流I0方波后沿位于零序电压U0J后沿之后，0～180°范围内。

3 “时序鉴别法”的高压漏电保护装置独特的优点

（1）零序电压与电流有近170°移相范围，能保证过补偿电网漏电保护的准确性。 适用于无补偿（中性点不接地电网）、欠补偿、全补偿、过补偿等各种运行状态；对配套的消弧线圈没有特殊要求。

（2）时序鉴别法有“先天性”滤除强干扰脉冲（或脉冲列）的能力，又可排除电流通道的微弱波动信号。

（3）在故障处理速度、抵抗强电磁干扰能力、以及系统可靠性方面都显著优势。

（4）具有高灵敏度、高准确度。

4 结束语

目前大部分对于井下单相接地故障能较好的解决，现场应用效果理想，真正解决了困扰井下生产、供电安全的难题之一，市场需求量十分可观。

［1］郭立国.井下电网漏电的原因及预防[J].电气开关,2006,4(2).

［2］薛溥.低压配电系统漏电保护及分析[J].轻金属,1999,12(4).

［3］王小华.低压漏电保护新技术的研究[J].煤矿机电,2008,1(5).

［4］宋建成,翟生勤.矿井低压电网漏电保护技术的发展[Z].电网技术,2001,25(10).

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