新型煤矿低压选择性漏电保护研究

摘要：矿井主要高压供电线路上必须安装有选择性的单相接地保护装置，保证在高压线路出现单相接地时接地电流超过安全电流时能够立即切断线路供电，保证供电安全。文章针对煤矿低压供电系统中选择性漏电保护存在的问题，着重介绍了新型选择性漏电保护在中性点不接地系统的使用。

关键词：煤矿低压供电系统；漏电保护；选择性漏电保护；高压供电线路；供电安全 文献标识码：A

中图分类号：TM774 文章编号：1009-2374（2015）16-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.012

1 问题的提出

第一，根据《煤矿安全规程》相关要求：矿井主要高压供电线路上必须安装有选择性的单相接地保护装置，保证在高压线路出现单相接地时接地电流超过安全电流时能够立即切断线路供电，保证供电安全。在井下低压供电线路上，必须装设选择性漏电保护装置或者检漏保护装置，并保证其正常运行，当线路出现漏电现象、线路绝缘电阻下降到指定数值后，该装置保证能够自动切断漏电的供电线路，在保证供电安全的前提下减少事故影响范围。

第二，井下低压供电系统中常用的漏电保护有三种，分别是漏电保护（非选择性）、选择性漏电保护及漏电闭锁保护。漏电保护（非选择性）是采用附加直流电源法；选择性漏电保护是取零序电流和零序电压两种信号，若零序电流滞后零序电压近90°，则该支路为故障线路；漏电闭锁则是在开关合闸前通过对负载设备进行检测，若检测设备绝缘值低于设定值则该开关拒绝启动。

第三，漏电保护（附加直流）跳总开关，停电面积大；选择性漏电保护设置在分开关上，只跳漏电支路。但当供电网络分布电容大到一定程度时，零序电压就降到取不出信号，无法起到漏电保护的作用。

2 选择性漏电保护

附加直流电源漏电保护的缺点是没有选择性，只有安装在变压器低压侧总电源开关处。这样当低压电网任一点发生漏电时，都会引起总开关跳闸，使整个低压电网停电，停电范围大，寻找故障点所需花费的时间较长，对生产的影响也大。由于矿井供电线路使用的是变压器中性点不接地的供电方式，因而可以安装选择性漏电继电器。选择性漏电保护具有横向选择性，弥补了漏电保护的不足，即只切断漏电故障支路的供电电源。

2.1 基本原理

由变压器中性点不接地电网分析可知：当电网正常运行时，各相对地电压对称，电网无零序电压，也无零序电流；当电网发生不对称漏电时，各相对地电压不再平衡，电网出现零序电压U0，因而必有零序电流I0。选择性漏电保护的原理就是利用零序电流实现不对称漏电保护的。它利用零序电流互感器LH作为漏电检测元件。该元件由环形铁芯、二次绕组和穿过铁芯的三相电缆芯线三部分组成。图1为放射式中性点不接地系统单相接电时的零序电流分布：

在多支路放射式电网中，如果某一支路发生单相漏电，则所有支路都将有漏电电流流过，且漏电电流I0等于各条支路的零序电流之和。但是漏电支路的零序电流的方向和大小都与非漏电支路的零序电流大小和方向是不同的。各条非漏电支路的零序电流的总和与漏电支路的零序电流之差为流经漏电支路的零序电流，而非漏电支路中只有本支路的零序电流。除此以外，漏电支路中的零序电流的方向是由负荷侧流向电源，而非漏电支路零序电流的则由电源流向负荷侧并入地，两者相位是相反的，前者I0滞后U090°，后者则超前U090°。

2.2 零序电流方向式选择性漏电保护

零序电流方向式选择性漏电保护的原理是：判断是否发生漏电可以利用零序电流的幅值和零序电压的幅值大小来判断电网内是否发生漏电，同时利用各支路的零序电流的相位与零序电压的相位关系来判断漏电支路，然后动作，有选择性、有针对性地将有故障的支路电源切除。零序电流方向式选择性漏电保护原理方框图：

保护构成原理图如图所示，当某支路发生不对称漏电故障时，各支路都将取得I0和U0信号，经放大整形后，由相位比较电路进行相位比较鉴别，I0滞后U0近90°的支路为漏电支路，选择出故障支路后推动执行电路动作，从而可以切断存在漏电故障的支路，实现横向选择性漏电保护。

3 双零序电流方式选择性漏电保护

第一，采用判别零序电压和零序电流的幅值和相位的零序电流方向式选择性漏电保护存在一个问题。由于现在井下用的电缆大部分采用了屏蔽型，分布电容大，由原来的0.69微法左右上升到4微法左右，于是零序电压受分布电容的增大而急剧下降，下降到起不到大小和方向比较的能力，使得此方法失效。由于该技术中选择性漏电保护是基于零序电压和零序电流组成的功率方向性的原理，零序电压的来源是三相电抗器的中心点对地高阻抗两端，由于半导体屏蔽电缆对地分布电容的增大，导致零序电压大幅度下降，从而导致了零序电压失去检测能力。

第二，在放射式电网中，当发生漏电故障时，漏电支路的零序电流的方向和非漏电支路不同。在漏电支路中零序电流的方向是由负荷侧流行电源，而非漏电支路零序电流的则由电源流行负荷侧并入地，两者相位是相反的。利用该特点实现横向选择性漏电保护功能的方法称为双零序电流方式选择性漏电保护。

第三，双零序电流方向检测方式是在每台馈电开关内的电源侧设置一个不漏电时零序电流矢量电路，即带方向的零序电流。在开关的负荷侧仍设置一个零序电流互感器，当发生系统漏电时，所有分路都有零序电流，但无漏电支路的零序电流与电源侧的零序电流方向是相同的，而有漏电的支路的零序电流与电源侧的零序电流方向是相反的。显然方向相反的分路开关跳闸，方向相同的分路开关不跳闸，实现了选择性跳闸。井下供电系统电路图如图5，KZ代表总开关，KF代表分路开关。双零序电流方向原理示意图如图3，图中A、B、C是三相电源线，LI2是每台馈电开关内负荷输出线套路的零序电流互感器，LI1与小电容C组成无漏电状态的产生零序电流的电路。

第四，利用馈电开关KF负荷侧的漏电支路和电源侧的非漏电支路的零序电流方向相反的原理从而判定出漏电支路。在馈电开关内的电源侧设置了电容C接地的参考支路A2、B2、C2，同一馈电开关被测负荷支路为A1、B1、C1；当被测三相支路A1、B1、C1和参考三相支路A2、B2、C2中的零序电流方向相反时，则可以判断A1、B1、C1存在漏电故障，从而双零序电流选择性漏电保护消除了电网分布电容过大所带来的影响。图3为检测端的示意图，图4为检测信号处理电路的示意图。参见图4，本实施例中设置检测信号处理电路，当检测信号处理电路被检测支路的零序电流互感器LI2和参考支路的零序电流互感器LI1检测的零序电流方向相反是输出漏电控制信号。

4 该选择性漏电保护的效果

该双零序电流方式选择性漏电保护与零序电流方向式选择性漏电保护及现有技术相比，存在以下效果：

第一，该选择性漏电保护的原理为：利用馈电开关的电源侧非漏电支路的零序电流方向与该馈电开关负荷侧的漏电支路的零序电流相反来判断漏电的被测三相支路。该方法中，并非只是考虑零序电流的大小，而是只要存在有零序电流的情况下就不会失去检测能力，从而可以达到选择性漏电保护的目的，经现场试验，该检测方法完全

可以满足现场保护的要求，而不会出现误动作的情况。

第二，为了取电源侧支路零序电流，便与本开关负荷侧支路零序电流的方向做比较，该选择性漏电保护中参考了零序电流互感器设置，从而更准确地判断出本支路是否漏电，只有本馈电开关的负荷侧有漏电的情况发生，两个电流方向才会相反。虽然电阻接地，也能取得零序电流，但影响网路对地绝缘值，不可取，电容C的设置则是为了产生非漏电的零序电流，否则无法取非漏电零序电流。

该新型选择性漏电保护解决了当供电网络分布电容大到一定程度时，现选择性漏电保护就无法起到漏电保护作用的问题，值得参考。

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作者简介：夏西进（1965-），男，山东新泰人，山东能源新矿集团翟镇煤矿副总工程师，工程师，研究方向：煤矿机电、运输。

（责任编辑：周 琼）