直流检测式选择性漏电保护系统设计

国网辽宁省电力有限公司辽阳供电公司 张雯泰 李萌露

随着现代科技进步，单向多回路的矿用直流馈电电源开关已不能完全满足现场工业生产中的需要。基于此，针对多回路产品馈电保护回路设计进行多种选择性产品漏电导线保护回路设计，能够有效实现各种产品对不同漏电保护回路更好的准确甄别，确保产品人身安全的重要同时，提高了产品生产工作效率。用电器的过程中，总会发现存在一些安全隐患，比如漏电。

1 漏电保护误动原因分析

高压配电系统本身是一个庞大的高压配电网络子系统，不管电源是位于地面还是井下，任一点单相接地，高压配电系统的所有导线电缆容性接地电流都从不同方向变电所两端汇集后送到单相接地时的线路，这个容性电流值的大小主要取决于系统单相接地时的实际运行供电方式和单相接地线路电阻值的大小。因上级漏电电流引起的大量小面积线路停电，一方面主要是由于上级漏电电流保护器在原理上的一些缺陷问题引起的，另一方面它也是由于同时连接上下级的输变电所用的联络控制开关的上级漏电电流保护器的定值系数无法得到确定性而造成的。

2 漏电保护装置的应用目的

2.1 保护人体安全目的

额定电流时间值的不同数值及其大小和人体触碰大脑时间值的长短，造成的对人体大脑损伤的巨大程度也是不同的。假设稳流电阻器不是固定的并且稳流电压器也是固定的，那么稳定电流和稳压电阻器就成了正反比。电阻器的存在这很多不稳定的物理现象，会直接遭受各种环境因素及其它客观因素的直接影响，比如存在外界中的环境因素比如空气的温湿度、皮肤粗糙老化程度等。所以，电力管理单位需要通过采用电力漏电故障保护装置等来限制动力电流的额定大小，假设限制电流值的限制值大小超过了30mA，那么电力漏电故障保护装置就可能会自动的强制启动漏电保护装置，并及时的强制切断动力电源，对电力设备和漏电故障点之间实施漏电保护性的作用。

2.2 低压馈电开关的保护技术

常见的开关采用的是中低压电源馈电过流保护器的开关形式有三种，分别用来完成过流、短路、漏电三种保护开关工作。本文中重点介绍讨论的井下漏电爆炸保护，其主要工作基本原理其实就是通过切断井下电源，防止井下漏电元件电流过大引起瓦斯漏电爆炸，从而大大减少部分煤矿井下安全工作人员的生命伤亡。而常见的就是漏电短路保护，有两种漏电保护层的类型。即各种集中式线路漏电故障保护和各种分散式线路漏电故障保护。集中式线路漏电故障保护，采用线路单相接地的保护方式，在线路漏电时直接完成故障保护线路行为;然而分散式线路漏电故障保护则是采用三相接地对敌线路绝缘的保护方式，不断大大降低线路绝缘电阻水平以利于实现对线路漏电发生故障的有效保护。

3 漏电保护技术和漏电保护设计

3.1 漏电保护装置原理

选择性适当漏电支路保护装置就是对于具有漏电保护装置部件加以进行选择性适当地漏电保护，安装在漏电变压器上的低压侧或由总馈电路与开关连接控制的漏电支路上与开关连接处。当通过支路电源开关系统控制的中断线路电源发生出现漏电线路故障时，有效或选择性暂时切断发生故障电源线路中断电源，而非通过故障中断线路电源继续中断供电，起到暂时有效或选择性地暂时切断发生漏电线路故障电源线路的保护作用。这种漏电保护装置大大缩小了电源停电保护范围，提高了电源供电的安全可靠性;电源漏电闭锁保护装置一般需要采用直接附加真空直流电源式的的保护电路原理，主要用于安装在大型煤矿井下的煤气照明电源信号电路综合漏电保护装置、电动机信号综合漏电保护装置及电源低压侧的真空直流磁力保护起动器中；非可可选择性电源漏电闭锁保护装置的应用漏电闭锁装置一般需要直接附带一定的保护电流根据保护电路原理，安装在电源变压器侧和低压侧的电流路径漏电闭环之中。

3.2 零序电流漏电保护

如果矿井漏电故障事故直接发生在矿井电网之中，零序单位电流电网漏电故障保护就可能会直接导致整个矿井电网暂时停电，因此可能会严重影响正常矿井生产，加之现在矿井中由于地形复杂，突然发生断电事故还有很多可能直接引发其他的漏电事故。

此外，如果三相同时供电出现三相漏电保护情况，零序上和电流上的漏电检测保护就可能无法正常进行检测和同时完成漏电保护开关动作，也就完全失去了三相漏电检测保护的主要功能。因此在实际的使用煤矿漏电井中，大多数是采用附加零序稳压电流表将漏电检测保护和其他附加漏电检测保护开关技术互相结合进行使用，比如常见的智能型附加馈电保护开关，就是直接使用附加零序稳压电流进行漏电检测保护，同时采用附加直流电压检测漏电保护，由此可以使得整个采用电压表的馈电保护开关系统具有了可选择性的附加漏电检测保护，从而可以达到全面实现漏电检测保护的使用目的。

3.3 直流稳压电源电路的设计

设计直流稳压电源控制电路时该模块的基本设计思想主要是对稳压电源中的电压信号进行快速变压、整流、滤波和直流稳压。该新型稳压电源线路由一个基准上的电压、采样、比较以及放大、调整等四个电路部分组成。稳压电源线路主要利用负载的反馈稳压原理作用来稳定各个输出基准电压，即先通过电路采样测量电路把各个输出基准电压及其频率变化的测量信号取出，然后将电路采集取下来的输出电压变化信号与电路给出的各个基准输入电压信号进行比较然后放大，再用比较好的放大器对电路的各个输出电压值信号去调整控制电压调整二极管的导线接通电压程度，从而可以使直流专用稳压电源线路的各个输出基准电压在一定的频率范围内始终保持稳定。

3.4 漏电检测电路

漏电电流检测输出电路控制模块主要由输出放大控制电路和输出电流控制传感器模块组成。用控制电阻和动作电流计量表连接组成一个模拟最大漏电电源支路，调节动作电阻，并将模拟漏电支路动作电流设定为30mA，当模拟电源支路发生较大漏电且电流大于所支路设定的动作电流值时，漏电事件检测控制电路就有机会立即通过自动关断电源保护器使电路自动停止断开所有电源管并使所有电源能够得到安全保护。为了方便使使用漏电电流检测传感电路电流检测时收到电流通过的微弱电流信号，需在两级电流检测传感器后半部加入两级电流运算后的放大整流电路，提高电流检测通过电流的最大灵敏度。

3.5 关断保护电路

关断电源保护控制电路由电源开关、按钮继电k和开关控制电路共同组成，其中，控制电路又由电源继电器、场效应管等主要器件共同组成。当稳压转换器的开关已连接到“2”端，且接到漏电损害保护装置的两个输出端接阻最大值为20W的直流负载时，若直流稳压电源电路发生较大漏电，漏电损害保护装置电路停止动作后，负载两端输出电压将同时变为0V，并且一直保持电流自锁止的状态。

4 新型选择性漏电保护装置特点及应用

加强对各种漏电工况研究，改变附加直流法精度高响应慢和零序电压法响应快但精度低的问题，提出“零序电压修正法”检测漏电保护新思路，完善了漏电支路选择性判据，解决了漏电电阻检测受系统电压波动和系统电容变化影响问题。深化了分散性漏电保护的研究。遵照”零序电流大者优先”原理，根据分散性漏电时各支路漏电程度进行有选择性的漏电保护，寻找判断漏电程度的依据。提出多种算法判断、智能转换的综合检测思想，可以满足低压供电系统下的各种工况的漏电判定，真正实现有选择性漏电保护功能。进一步进行了”长短线悬殊和不平衡电流”对漏电保护影响的探索研究。针对煤矿井下低压供电系统电网小，低电压等级和电容电流的特点，对不平衡电流产生的原因进行研究分析，提出解决不平衡电流对漏电支路判别影响对策。

算法综合分析应用“零序电流突变量法”、零序短路电流和它的零序短路电压绝对相位信号法”和”和和零序短路电流电位相对信号大小比和反相法”三种设计原理，根据它的零序短路电流和它的零序短路电压相位信号，并根据三种设计算法的不同优缺点，结合具体设计系统的实际具体情况即可采用多种设计算法自动准确判断相应选择的一种或二种设计方法进行算法，在系统决策计算过程中可以实现自动进行算法分析转换。系统变化时及时的改变算法。煤矿低压系统经常会发生改变，例如增加出线和减少出线，线路的变长和变短，这些都会适用算法的变化。而原有装置一路选定了一种算法一般不再去改变。装置内在发生高度误判时还可智能方便地自动修改误判算法。一旦发生漏电，该技术装置可以作出漏电判断，如果没正确判断，装置能智能地转换算法。

结束语：随着井下固体材料工业的不断转型改造升级，井下工业机械化、自动化发展程度越来越高，供电保护系统中的输送量越来越大，漏电灾害保护装置的保障作用越来越重要，漏电灾害保护装置主要安装在大型煤矿井下供电保护系统中，可以有效保证煤矿漏电灾害保护装置的可靠安全运行。只有这样，才能有效地及时预防各种自然灾害。