【正文】 V 煤電鉆綜合保護中得到了成功的應(yīng)用，但它要增加保護裝置電路的復(fù)雜程度。 ○ 2 上級開關(guān)正常操作時下級開關(guān)不應(yīng)自動復(fù)電的問題 這一要求主要是為了避免在正常操作時的無準(zhǔn)備合閘事故，具休地說，就是上級開關(guān)正常拉閘后，經(jīng)過一段時間 (＞ 10s)的又重新人工合閘送電，此時不允許下級開關(guān)自動合閘，整個供電單元因高壓故障停電后又重新來電也屬于這種情況。二是原 DW80 型饋電開關(guān)的附加重合改造 。例如 :在各分組饋電開關(guān)內(nèi)增設(shè)方向保護單元，就可以做到各分組的橫向選擇性跳閘，相當(dāng)于將供電單元分成幾個小部分，在哪一部分發(fā)生漏電，就使相應(yīng)的分組開關(guān)蹂閘，然后在該組中實 施自動復(fù)電，其他各組并不停 電。 目前的礦井低壓電網(wǎng)漏電保護系統(tǒng)如圖 1 所示，在線路的分開關(guān)處安裝了采用零序電流方向原理的漏電保護裝置，有選擇地切除故障支路的電源，滿足漏電保護的橫向選擇性要求。當(dāng)某支路 (如支路 I)發(fā)生漏電故障時，流經(jīng)各支路饋電開關(guān)的零序電流具有不同的特點，故障支路 I 上的零序電流由線路流向母線 ，大小等于支路 II .III 的零序電流之和，非故障支路上的零序電流由母線流向線路，大小等于支路自身的電容電流。由于 0I′ 與 01I 、 02I 、 03I 的相位相反，可抵消人身觸電的電容電流成分，減小了人身觸電的危險。漏電閉鎖只監(jiān)視斷電狀態(tài)下的供電線路 ,當(dāng)主回路帶電工作時 ,它便退出工作。由零序電流互感器輸出的零序電流信號 0I 經(jīng)過零比較器后，經(jīng)積分、移相、微分電路，送到相位比較疊加環(huán)節(jié)，與 Uo 信號進行相位比較。 23 圖 33 智能漏電保護裝置原理圖 信號的采集 圖 34信號的采集和直流穩(wěn)壓電源 系統(tǒng)中由于漏電故障產(chǎn)生的零序電流和零序電壓通過零序電流互感器和零序電壓互感器獲得。當(dāng) ?=0 時，L? =0，此時電感相當(dāng)于開路。 直流穩(wěn)壓電源由單向橋式整流電路和單片集成穩(wěn)壓電源得到。 圖 36 漏電信號采集、處理電路 變壓器 變壓器是 由繞在同一鐵芯上的兩個或兩個以上的線圈繞組組成，繞組之間是通過交變磁場而聯(lián)系著并按電磁感應(yīng)原理工作 ， 利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。 變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為 N1 和 N2 ， N1 為初級， N2 為次級。 1122uNn?? 式中 n 稱為電壓比 (圈數(shù)比 ) 。 當(dāng)變壓器的輸出功率 P2 等于輸入功率 P1 時，效率 η 等于 100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗。當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時。 變壓器的鐵損包括兩個方面。變壓器傳輸電能時總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損。反之則為升壓變壓器 。當(dāng) N2N1 時，其感應(yīng)電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng) N2N1 時，其感應(yīng)電動勢低于初級電壓，這種變壓器稱為降變壓器。所以首先使用變壓器，在其初線圈兩端接上 220V 的交流電壓 1u ，由于互感的作用，次級線圈的兩端就會感 25 應(yīng)出一個合適的交流電壓 2u ，再對 2u 進行整流，就能得到符合要求的直流電源了 （ 1）變壓器的 技術(shù)參數(shù)： 對不同類型的變壓器都有相應(yīng)的技術(shù)要求，可用相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)表示。而非故障支路，零序電流與零序電壓相位相反，負(fù)脈沖輸出。漏電故障時支路零 序電流的方向是由線路流向母線，當(dāng)電網(wǎng)對地電阻 r 為無限大時發(fā)生單相直接接地故障，零序電流前者滯后零序電壓 90176。由于電路中串有電感元件，所以當(dāng)有正弦電流 LI 如圖 3— 5（ 1）流過電感 L時，有 LL diL dtU? ? 其向量形式為 LL jLU I? ??? （或 LL jLUI??? ? =j 1 LLU?? ） 所以 LL LU I?? （或 LL LUI ??） （ 1） 圖 3— 5電感中的正弦 電流 （ 2） 比較器 比較器 積分移相相 微分 相位比較疊加 光電隔離 單片機 處理 U0 I0 24 正弦電流 LI 滯后正弦電壓 LU 的相位為2?。反之，若保護裝置處于非接地支路上，雖有零序電壓和零序電流輸人，但因零序電流的方向與故障線路的相反，不輸出一個脈沖。 一般智能漏電保護裝置原理框圖如圖 33 所示。當(dāng) 0 01 02 03I I I I? ? ?′ 時，故障支路流過很小的感性電流，方向由母線流向線路，使零序電流方向保護裝置完全不能工作，更談不上保護的橫向選擇性。 三相電抗器 SK 是把直流檢測回路和三相交流電網(wǎng)連接起來的元件，零序電抗器 LK具有較大的電抗值 ( 510? )，保證三相電網(wǎng)對地的絕緣水平，是電網(wǎng)各相對地的分布電容。 圖 32 漏電保護系統(tǒng)原理圖 總開關(guān)處的附加電源直流檢測漏電保護主要由三相電抗器 SK、零序電抗器 LK、直流 22 電源等組成。 21 第三章 漏電保護的硬件設(shè)計 漏電保護原理的分析 漏電保護屬繼電保護的范圍，應(yīng)滿足全面、安全、可靠及具有選擇性等基本要求。 A),短路電流較小的情況下，采用磁力起動器作饋電開關(guān)，對于控制保護電動機的磁力起動器無特殊要求，真空型和空氣型的均可，但要在其內(nèi)加裝閉鎖與重合起動電路插件。 ○3開關(guān)設(shè)備的改造與研制問題 在漏電保護系統(tǒng)中采用自動復(fù)電技術(shù)，對各級饋電開關(guān)有不同的要求。另一方面，即使役有采用自動復(fù)電技術(shù)，漏電跳閘后采用人工復(fù)電同樣有可能合閘在短路故障線路處，而且人工復(fù)電時間較長，這種幾率反 而更高。 欲在系統(tǒng)中設(shè)置短路閉鎖，有兩種方案可供選擇?！备鶕?jù)規(guī)程規(guī)定及井下低壓電網(wǎng)的實際情況，對自動復(fù)電技術(shù)在井下低壓電網(wǎng)的使用有嚴(yán)格的前提要求，如可靠的漏電、短路閉鎖、上級正常操作時下級不應(yīng)重合，只允許重合一次等，此外，配套設(shè)備的研制也是非常必要的。178。 自動復(fù)電式漏電保護有如下缺點 : ○ 1 漏電發(fā)生必先造成全部停電，數(shù)秒后才能自動復(fù)電，因此對一些不允許自起動的設(shè)備不能采用， ○ 2 必須采用帶重合閘的饋電開關(guān)，總開關(guān)必須用價格較貴的真空饋電開關(guān)，若要應(yīng)用于老 設(shè)備，原來的空氣式饋電開關(guān)必須進行附加重合閘機構(gòu)的改造工作，因而要增加一定的投資。選擇性自動復(fù)電漏電保護恰如其分地處理了這一矛盾，并使之在漏電保護領(lǐng)域里達(dá)到較理想的統(tǒng)一。 ○ 2 顯著減少因漏電故降而停電的時間和范圍 生產(chǎn)與安全在很多情況下是矛盾的。一有漏電，總開關(guān)就快速 C}3D ms)跳閘，故 障處的漏電安秒值容易控制得較小，因而其安全性將優(yōu)于不帶旁路接地的選擇性延時跳閘漏電保護系統(tǒng)。而后約 } 12 s，從總開關(guān)開始逐級自動恢復(fù) 其 18 正常部分的供電。具有自動復(fù)電功能的保護系統(tǒng)，可以減少故障停電時間，提高電網(wǎng)的供電可靠性，并具 有選擇性。零序電流式漏電保護既可以在中性點不接地系統(tǒng)中使用，也可以在中性點接地系統(tǒng)中使用。 這種方式的漏電保護有很多缺點，如動作電阻值不固定，無選擇性，不能保護對稱性漏電故瘴，只能在變壓器中性點非直接接地的電網(wǎng)中等，因而一般只用于 6kV 及以上電網(wǎng)的絕緣監(jiān)視裝置中。由于變壓器的中性點不接地，經(jīng) 3 個整流管整流 17 以后的直流電流，必須流經(jīng) fzR → 大地→電網(wǎng)對地的絕緣電阻 ar 、 br 、 cr 才能返回電源，所以該電流的大小就直接反應(yīng)了電網(wǎng)對地的絕緣狀況，利用檢測該電流的大小 ，可以構(gòu)成這種方式的漏電保護。 (3)準(zhǔn)確地選出故障相在技術(shù)上有一定的難度，最低幅值選相法不能適應(yīng)電網(wǎng)參數(shù)和故障程度的變化，只能在一定的條件下采用 。 (3)保護范圍全面，只要單相漏電或人身觸電發(fā)生在供電單元內(nèi)，保護就會動作，旁路分流能作用于供電單元的任何處所。另一種是移相疊加選相法。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相漏電或人身觸及一相時，由選相電路選出故障相并由執(zhí)行電路使故障相直接接地 (通過預(yù)設(shè)的接地極 )，此時人地電流絕大部分經(jīng)旁路接地極人地，而漏電處的電流或人身觸電電流則變得很小 。這兩種因素得即使有檢漏繼電器也并不能完全確保人身及并下的安全。 運行中的電動機突然被切斷電源后，由于機械慣性，電機轉(zhuǎn)子在短時內(nèi)將繼續(xù)轉(zhuǎn)動，其鐵芯剩磁切割定子線圈而產(chǎn)生反電勢，即電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)，向電網(wǎng)饋送電能，但因本身得不到能源供應(yīng)，故一般在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)衰減為零。 (4)動作電阻值不固定 ，雖然保護裝置的真實動作值固定為 20 mA，但隨著電網(wǎng)參數(shù)的變化和故障點的不同，相應(yīng)的動作電阻值將有較大的變化范圍，這使得設(shè)計和調(diào)試保護電路都比直流檢測式漏電保護復(fù)雜。 (3)這種保護方式既可在變壓器中性點不接地的供電系統(tǒng)中使用，又可以在中性點接地的供電系 統(tǒng)中使用。如何縮小 動作電阻值的范圍，很值得作進一步的研討。 顯然，當(dāng)發(fā)生單相接地或人身觸電時，通過故障支路的零序電流將遠(yuǎn)超過 20mA，保護裝置必然可靠動作。隨著生產(chǎn)過程的變化，供電單元為一動態(tài)電網(wǎng)，其電網(wǎng)長度經(jīng)常發(fā)生變化， 從而使電網(wǎng)的 r, C 值也發(fā)生變化，嚴(yán)重影響真實整定值的確定，尤其是 C 的變化對總的零序電流影響更大。但在工程實際上，裝于各支路上的零序電流互感器只能反應(yīng)流經(jīng)本支路的零序電流，具體地說，流過故障支路的零序電流是總的零序電流與故障支路本身零序電流之差，因而當(dāng)保護裝置動作時，實 際流過零序電流互感器的零序電流必小于前面所確定的 35mA 動作值。但實際上對保護裝置來說是一虛值。 附加接地電容器組的每相取值原則是 :應(yīng)不小于供電單元中最長一條線路的每相對地電容值，因而根據(jù)大多數(shù)實際供電單元的情況可取為 ～ 。 (3)對于不設(shè)附加接地電容而設(shè)電容電流補償電路的方案，則會使以下兩種動作死區(qū)的范圍擴大。下面分析設(shè)置附加電容器組的必要性。對于移動變電站，目前低壓為 66OV 的最大容量為 500kV178。 13 圖 23零序功率方向式漏電保護原理 動作值整定 利用零序電流的大小來整定方向保護，首先要確定符合實際的電網(wǎng)對地電容數(shù)值范圍，因它對零序電流的大小影響最大 。它之所以稱為“零序功率”，是因為它同時利用了零序電流和零序電壓兩個參量 (不一定是幅值相乘的關(guān)系 )的緣故，實際上是借用了地面功率方向過流保護的稱呼。如變壓器中性點、各支路的人為中性點、負(fù)荷中性點等處測得的零序電壓都是大小相等、相位相同的，這就為利用零序電壓的相位為基準(zhǔn)來判斷零序電流的方向 (相位 )創(chuàng)造了有利的條件。后者超前零序電壓 90176。利用裝設(shè)在各支路的零序電流互感器來反應(yīng)各支路零序電流的大小，可以做到有選擇性的漏電保護，這就是利用零序電流幅值的保護原理。便等于這些零序電流的總和，即等于 3 根據(jù) 實測，井下較大容量的 660V 電動機在斷電后 1S 時的反電勢仍達(dá) 125V 以上，故可能對工作人員造成傷害。此外，若對 電網(wǎng)可能的最大電容調(diào)節(jié)在最佳補償狀態(tài)，一旦運行的變化使電容值降低，便會出現(xiàn)過補償，也并不安全。 動作值整定簡單，數(shù)值固定而且能直接反應(yīng)電網(wǎng)對地的絕緣狀況 .易于為現(xiàn)場維修人員所接受。此外，這種保護方式的動作無死區(qū)，故障跳閘不受故障類型 (對稱的或不對稱的 )和發(fā)生的時間、地點的影響。圖 21 中的 (* ~ * * )NC F F??就是為此而設(shè)置的。由于人身安全電流為 30mA，故 r? 的整定一定要滿足人身觸電電流 maI ≤ 30mA 的條件。 r? ar 、 br 、 cr 并聯(lián)后的總電阻，即 1 1 / 1 / 1 /a b cr r r r? ? ?? 對于直流回路， r? 相當(dāng)于三相電網(wǎng)各相對地的絕緣電阻并聯(lián)。 對于穩(wěn)定的直流，電容 NC 、和電網(wǎng)對地電容 Ca,Cb, Cc 相當(dāng)于開路，不會有電流流過，因而 Iz 可由下式求得，即 9 0/3s k JUzIz R R R R R r? ? ?? ? ? ? ? ? 式中： ZU 附加直流電源電壓， V。 附加電源直流檢測式漏電保護 保護原理 電網(wǎng)若發(fā)生漏電故障，最容易檢側(cè)到的是電網(wǎng)各相對地絕緣電阻的下降。設(shè)計了零序電流和零序電壓采集，處理和比較，對 7 故障情況輸出電平信號，實現(xiàn)對漏電的保護。通過對中性點不接地低壓電網(wǎng)的漏電分析，提出了基于附加直流電源檢測和零序 電流方向的漏電保護判據(jù)。要求對于礦井 lOkV 電壓的配電線路，整個切斷時間不應(yīng)超過 秒，實際上配電設(shè)備開關(guān)實際切斷時間以及保護裝置的動作時間之和可能大于 秒，這樣就達(dá)不到保護效果。電纜網(wǎng)絡(luò)為 :。有了選擇性功能以后，在被保護范圍以內(nèi)的故障就能及時地被發(fā)現(xiàn)，防止了向事故設(shè)備或線路再送電，而在被保護范圍以外或無漏電故障時，保護裝置不動作，從而提高了可靠性和安全性 . (3)靈敏性：保護裝置的靈敏性 (也稱靈敏度 )是指對被保護電氣設(shè)備可能發(fā)生的故障和不正常的運行方式的反應(yīng)能 力。漏電保護裝置必須具備下列性能，保障系統(tǒng)的可靠性、安全。特別是工作面的電纜，由于移動、被砸、碰、擠壓的機會較多，極易損壞，漏電的可能性就更大。選擇性漏電保護系統(tǒng)是漏電保護技術(shù)的發(fā)展趨勢，是防止人身觸電的 重要保護措施。隨著煤炭生產(chǎn)機械化程度的提高，這種產(chǎn)品就逐漸不能 適應(yīng)生產(chǎn)的要求。 1949 年前蘇聯(lián)開始