煤矿高低压电网选择性漏电保护技术研究

曹伟

摘 要：煤矿开采是国民经济建设中的重要项目，随着社会不断发展，对煤炭资源的需求也越来越大，煤矿资源开采力度加大。煤矿井下高压供电系统普遍都存在漏电越级跳闸问题，本文对煤矿高低压电网选择性漏电保护技术进行分析，旨在实现漏电保护，为煤矿开采提供安全保障。

关键词：煤矿开采 高低压电网 选择性漏电 保护技术

中图分类号：TD611.5标识码：A文章编号：1003-9082（2019）05-0-01

引言

随着煤矿开采项目不断增多，煤矿开采过程中的安全隐患也逐渐增大，《煤矿安全生产规程》中规定，矿井的变电所高压馈电线路上必须要配备选择性单相接地保护装置，高压馈电线路上需要安装具有选择性动作与跳闸的单相接地保护装置。当前煤矿生产过程中最常见的问题就是漏电保护没有选择性，所以故障选线不准确，容易出现误判，从而引发漏电越级跳闸。因为误判严重，所以当几条支路同时出现漏电跳闸事故的时候，现场人员不容易确定到底是哪一条线路出现了漏电问题。而且当下级变电所发生漏电的时候，支路也不能及时、准确地判断出漏电故障，所以故障会直接延伸到上级变电所，造成上级变电做漏电跳闸，大面积停电。为了解决这一问题，必须要对煤矿的高低压电网进行选择性漏电保护，减少煤矿开采过程中的安全隐患。

一、煤矿井下高压漏电保护方法

煤矿高低压电网中出现漏电现象的原因有以下几个方面：

第一，当某一条之路发生漏电故障时，整个高压电网变压器下的所有支路都会出现零序电压和零序电流。

第二，电路中的故障信息杂乱无章，没有一定规律可循。

第三，电路中故障暂态过程时间比较短，而且故障信息中也包含一些低频与高频成分，难以确认。

为了解决这些问题，当前煤矿的高压漏电保护方法主要有三种，分别是防爆破开关的综合保护器，选择性漏电保护装置，电力监控防越级跳闸系统。

第一，高爆开关中的综合保护器。高爆开关中的综合保护器也可以实现漏电保护，其基本原理是通过对支路中的零序电压、零序电流进行采样，再采用零序功率方向原理，判断这一支路是否出现了漏电现象。当支路中的零序电压和零序电流都超过整定值时，就可以判断支路出现了漏电故障。这一方法也存在一定的问题，例如当发生接地故障的时候，消弧线圈会抵消故障支路中的基波含量，则基于零序功率方向原理的漏电保护方案就会失效。

第二，选择性漏电保护装置。选择性漏电保护装置可以达到漏电保护效果，目前煤矿中安装有高压选择性漏电保护装置，但是现场使用过程中依旧出现严重的误判问题。其主要原因有三个方面，首先，当采用基于50Hz的常规零序电流互感器时，故障信息就会被漏电保护装置的消弧线圈补偿，没有被补偿的故障信息就比较微弱。其次，系统的硬件部缺乏实时同步采样功能，一般来讲，系统会采用AD+CPU的硬件结构，没有光纤接口，也不能和电力监控供电系统保持融合。最后，漏电选线原理比较简单，一般都只是依靠某一种原理来判断漏电故障，依据不够充分。

第三，电力监控防越级跳闸系统。电力监控防越级跳闸系统可以实现对煤矿生产过程的实时监控，一旦发现任何故障，可以立即动作，防止因为短路造成的越级跳闸。这一系统也带有漏电保护功能，但是也不能很好地解决高压选择性漏电保护问题，时常会出现误跳。电力监控系统可以通过更换高爆中的综合保护器来实现漏电保护。

二、漏电选线原理

1.注入信号法

注入信号法又叫做附加直流电源法，该方法可以为漏电选线提供支持，注入信号法首先需要判断零序电压的大小，当这一电压值超过规定的数值时，通过电压互感器注入某一个特定频率的电流信号，并且通过接地点返回注入系统，形成回路，再利用信号电流探测器进行探测。这种方法的原理比较简单，但是在实际应用过程中也有一定的难度，比如注入的信號可能会因为变压器的功率较小而变得微弱，同时还可能会需要额外增加信号附加装置，成本会不断上升。

2.模式识别法

模式识别法需要将电网中的同级线路假设为非故障支路，然后列出每一条支路的微分方程，求解出未知参数。如果求解得到的参数符合模型中的设定值，则可以判断这个支路是非故障支路，如果求解出的参数与设定值不相符，则可以确定为故障支路。这一方法必须要建立方程，而且解方程的过程也比较复杂，在方程的处理上也主要使用差分方程代替微分方程，选线的正确率较低。

3.零序导纳法

零序导纳法主要利用中性点的位移电压来检测出线路的对地导纳系数，从而确定线路是否有故障。当电网处于一种故障状态时，线路的导纳系数会发生较大变化，由此可以判断出支路是否出现故障。这种方法对于高阻接地故障检测有效，但是信号处理技术响度比较复杂，对灵敏度和精确度的要求也比较高。

三、电网选择性漏电保护技术

煤矿中高低压电网选择性漏电保护的关键在于能够同步、实时地采集到电网中的所有支路的零序电压、零序电流，而且要确保所有的采样信息都真实、完整。具体来讲，高低压电网选择性漏电保护技术主要有以下几个方面：

1.衰减直流分量法

如果支路的故障出现在相电压过零点附近，则支路的暂态信息中的高频分量不够明显，但是衰减的直流分量比较大，没有发生故障的支路中基本是不含有衰减直流分量的，而且没有发生故障的支路零序电流也都是负的。

2.首半波法

如果故障出现在相电压的最大值附近，则在发生故障的0-5毫秒之间，出现故障的支路与没有出现故障的支路的脉冲方向正好相反。

3.暂态脉冲法

如果支路的故障出现在相电压的最大值附近，则在出现故障的0-5ms之间，发生故障的支路的暂态脉冲幅值会比非故障支路大很多。

4.小波包分频法

如果支路出现单相接地故障，故障中会包含大量高频成分，通过FPGA高速同步采样零序电流，并且利用小波包进行多重分解，可以将非故障电路中的零序电流高频分量投影到小波包频段上，然后呈现出相同的波形变化特征，发生故障的支路就会出现相反的波形特征，由此可以断定故障线路。

结语

综上所述，煤矿开采过程中，高低压电网选择性漏电保护十分重要，可以实时监控煤矿开采过程中所发生的各种漏电故障，要结合电路系统安全要求，对电网漏电保护技术进行更新，确保高低压电网得到有效保护。

参考文献

[1]张玲玲，郭凤仪.矿井低压电网选择性漏电保护的研究[J].煤矿机电，2005（06）：1-3.

[2]靳造造.煤矿井下低压电网选择性漏电保护研究[J].中国煤炭工业，2012（05）：58-59.