邢台矿选择性漏电保护的研究

郭旺

摘 要：随着煤矿安全意识的加强，人们逐渐意识到煤矿选择性漏电保护的重要性，现如今选择性漏电保护设备鱼龙混杂，选择一台能准确实现选择性漏电保护的设备很重要。

关键词：煤矿用电安全；漏电保护安全；电缆绝缘老化；开发智能产品

中图分类号： TD611 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-174-2

1 概述

邢台煤矿建矿于1968年，1969年投产，是一个年产量二百万顿左右的大矿井，作为一个有着将近50年历史的老矿井，井下巷道错综复杂，高、低压电缆更像是人体的血管一样错综复杂，有巷道的地方基本电缆都会存在，长度可达上百千米，邢台矿老巷道居多，瓦斯和电缆接触的地方甚多。而且由于巷道变形、顶板压力、掉石、机械挤压等原因电缆被砸或受挤压的地方较多，特别是低压橡套电缆，最容易受机械损伤而引起漏电。所以说，我矿井下电网的电缆是漏电最主要的环节。根据煤矿用电安全规程，邢台矿井下供电中性点是经过消弧线圈接地的，如果发生单相接地性故障，其漏电电流远远小于负荷电流，既不会影响电气设备的运行，又不容易被察觉，这提高了井下供电的可靠性，然而当工作人员接触到有漏电的电缆或者电气设备时，虽然不会造成严重的触电事故，但是漏电电流流入大地时产生的电火花有可能造成火灾或瓦斯、煤尘爆炸。瓦斯爆炸条件是当空气中的瓦斯浓度达到5%—15%，并遇到明火时，便会引起爆炸。煤尘爆炸的条件是空气中煤尘含量大于45g/m3时，并遇到明火时；防止瓦斯煤尘爆炸可从两方面采取措施；一是加强通风，降低空气中瓦斯的浓度和煤尘含量；二是控制井下引爆的明火。井下的防爆设备有效的克制了电气设备的电火花。然而，井下错综复杂的电缆是不防爆的，易受损伤的。当电缆受损，绝缘下降，便有可能漏电，产生漏电电流，这样的漏电电流成为了井下主要的明火源。目前邢台矿井下采掘工作基本是井下巷道作业，作业空间狭小，掘进和回采时机械、运输设备要随工作面的延伸而移动，尤其是井下低压电缆，遍布整个矿井，巷道掘进和采煤时煤尘极大，瓦斯会时常涌出，井下电缆和电气设备会长时间处于瓦斯和煤尘中，而且井下空气潮湿，电缆极容易受潮，使电缆更容易发生漏电。漏电电流的存在对于矿井安全和人身存在很大的隐患，所以邢台矿现今选用了附加直流的方式来实现漏电保护的。

2 漏电保护的意义

附加直流漏电保护是利用直流检测电源、直流检测回路、信号取样回路和控制回路，在三相电网中增加一个独立的直流电源，使之作用于三相电网与大地之间，三相对地的绝缘电阻上则会有直流电流流通，有效检测该电流大小的变化，就可实现漏电保护，但是这样的漏电保护装置不能有效地实现选择性漏电保护，虽然发生漏电保护切断主回路，但是次级回路依旧是错综复杂，电缆分布在不同的巷道，每项电缆检测非常困难，一般在发生漏电保护后，动力科会出动数十人乃至百人下井检查电缆，测电缆绝缘，有的时候在不能精确判断电缆是否漏电的情况下会更换电缆，这样既浪费人力物力，又耽误生产时间，所以结合当前形势改进该矿漏电保护装置势在必行。

3 漏电保护措施

①邢台矿漏电保护改进方向是能实现选择性漏电，尽量减少误动作，可以人性化的选择发生漏电后动作不动作，还有多长时间的动作。20世纪90年代，在选择性漏电保护设备中普遍选择的是利用零序电压、零序电流、零序电流方向和零序功率方向的方法来实现选择性漏电保护的，零序电压是中性点不接地的供电网络中，当某一项有漏电发生，则该相对地绝缘降低，该项对地电阻变小，三相对地电阻不平衡，造成中性点向着发生漏电这一项漂移，从而产生了零序电压，零序电压的方向漏电相相对其他两项是相反的，零序电流在发生漏电瞬间产生了零序电压，零序电压的产生必将产生零序电流。零序电流方向法是根据电缆在发生漏电的一瞬间，电网中性点漂移，产生零序电压，三相中漏电相和其他两项零序电压方向相反大小相同，所以漏电瞬间零序电流互感器就能判断出哪项发生漏电，从而有效地切除该回路。零序电压原理实际上反映的是电网对地绝缘阻抗的相对不平衡情况，而非绝对数值。在三相电网对地绝缘阻抗对称下降时漏电保护装置不会动作，另外在多点接地系统中，由于各台零序电压保护装置所反映的零序电压是一样的，一旦发生漏电或接地故障，所有这些保护装置都将动作，也就不具有选择性。零序电流原理，是利用发生漏电故障时故障支路和非故障支路的零序电流大小不同可以判断出故障支路，从而实现了选择性[1]。零序电流方向原理是当三相电网发生一相漏电或接地时，各个分支线路中的零序电流不仅大小不同，而且方向也不一样。利用零序电流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。但是零序电流保护装置和零序电流方向保护装置都往往受着电网条件的限制，仅适用于分支线路比较多、电容比较大的场合。

②零序功率方向法是结合了零序电压、零序电流、零序电流方向的综合方法来实现选择性漏电保护的，其原理和零序电流方向是一样的，在漏电瞬间产生的零序电压方向不同，产生的零序电流方向也不同，这样零序功率方向也会不同，不仅利用零序电压和零序电流的幅值大小供电系统内是否发生漏电和哪条支路发生漏电，同时还利用各支路零序电压和零序电流的相位关系来判断漏电支路。这样做不仅达到了很好的选择性的目的，零序功率方向法是综合其他三种方法，这样能精确地确定漏电支路还能减少误动作，提高选择性漏电的准确性。虽然在理论上零序功率方向来实现选择漏电保护是很准确的了，但是根据这个理论做出的选择性漏电保护的设备发生误动作的频率很高，这使得无论是厂家还是研发人员都为这个问题所困扰，为什么在理论上的东西，应用到现实设备中就有这么大的差距呢，这种不成熟的选线装置的弊端是什么成了科研人员研究的对象。

③随着研究的深入，科研人员发现漏电信号是非常弱和非常难以采集的一种信号，由于中性点非有效系统接地时故障电流太小，其较弱的稳态量易受干扰；而较大的暂态特性受到系统参数的影响和约束，所以人们采用了注入信号的方法来实现选择性漏电，但是由于注入信号容易受到电网干扰和一些磁场的干扰，影响信号的特征和稳定性，使得设备的运行不稳定，选择性漏电保护装置触发也不稳定，不能有效地实现选线。单项接地漏电故障之所以很难实现选线，是因为故障稳态分量小，补偿电网失谐度的影响，线路长短及结构的影响故障，合闸角的影响、故障合闸角的影响、电流互感器特性的影响、电压互感器特性的影响。各种选线方法都有局限性，目前普遍的适用性方法很难找到，如何解决好多种选线判据有效融合也是一个很重要的问题。

④该矿如今和中国矿业大学的卢其威教授在探讨中表示在选择性漏电方面需要一个有效的设备，卢教授推荐了王念彬博士的选线设备，王念彬博士开发的选线设备采用了小波包结合人工智能算法等方法实现选择性漏电保护的。小波包是利用小波变换为基础的，小波变换是把漏电电流方向、漏电电压方向，在稳态和暂态状态下分割成不同频率，不同波形，每个波形经过傅里叶变换得到一组稳定的连续的小波包，经过人工智能算法的计算分析储存，得到一系列的关于漏电选线的数据，存入数据库。王博士的设备已经在矿井下试用一年之久，其报警准确率高，报警数据精确，误动作少，得到了井下员工的认可。

目前有以下几个方面需要进一步的探讨和展望，将人工智能运用到选择性漏电保护当中，计算机分析井下漏电保护的所有数据，不断地完善自身的算法，不断地完善内部动作值，结合自动控制理论，实现矿井下设备漏电保护的自动控制，当对设备不产生危害和对人员不产生危害的时候，只是发出报警信号，这样对一些特定的设备或者不能立即断电的设备可以采取预防措施，在采取一定措施后可以完成选择性断电，在故障处理完成后自动回复生产，并将本次故障所有过程记录在内部分析计算，更加人性化地处理选择性漏电。将人工智能和人工神经网络相结合，组建一个大型的智能神经网络系统覆盖煤矿供电网络，比如人体一个血管出血人的大脑可以准确地判断出来什么地方疼痛，在发生漏电时，设备不仅可以判断出来哪个支路发生漏电，并且可以判断该回路的漏电流是不是可以造成危害，需不需要更换电缆，这样不仅能及时准确地判断出漏电支路，还能提供处理意见，不让工人盲目地更换所有电缆，造成资源浪费。

4 结语

为了提高该矿井下供电的稳定性以及漏电保护的准确性，我们会调研市场最新的漏电保护产品，综合自身的条件因素，选择适合自己的选择性漏电保护装置，并且在条件允许的情况下，及时更新设备，达到最优的选择性漏电保护，提高矿井完全。