【正文】 護是保證煤礦井下安全供電的三大保護 (保護接地漏電保護和過流保護 )之一，是防止人身觸電的重要措 施。電纜與其他井下電氣設備相比更易受損。因此， 及時有效的漏電保護裝置可降低漏電流引燃瓦斯、煤塵的可能性。對低壓電 路，由于漏電流小，一般漏電流不能直接燒毀電氣設備。漏電保護的原理和裝置的種類較多，但從適用于井下低壓電網(wǎng)的漏電保護原理來看，目前主要有以下幾種：附加直源檢測保護原理、零序電壓保護原理、旁路接地式保護原理 、零序電流大小及零 3 序電流方向保護原理。因此，研究選擇性漏電保護理論與技術(shù)應用對礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。 (1)電纜或電氣設備本身的原因 敷設在井下巷道內(nèi)的電纜，由于井下環(huán)境潮濕，且運行多年，其絕緣老化或潮氣人侵，引起絕緣電阻下降，使正常運行時系統(tǒng)對地的絕緣阻抗偏低而發(fā)生漏電。自動饋電開關中的過流繼電器，當調(diào)整螺桿擰 得過低時也會因相對地放電而造成漏電。橡套電纜接頭違反施工工藝要求，如采用了“雞爪子”、“羊尾巴”和明接頭等，這些接法都破壞了橡套的絕緣，在井下潮氣的侵蝕 下易發(fā)生漏電，此外，這些接法的機械強度都較低，容易被拉斷而造成漏電。但是在實際敷設時人們很少注意這一要求，或是現(xiàn)場情況無法滿足這一要求，因而使電纜的絕緣層受損，運行時間一長，就可能發(fā)生漏電。電纜浸泡于水中，由于受井下水的酸性侵蝕及滲透作用，也會使絕緣因受潮而漏電。 (4)因維修操作不當引起漏電 井下巷道狹窄，環(huán)境較暗，工人工作時勞動工具 (鍬、鎬、釬等 )易將電纜割傷或碰傷，造成漏電。 修理電氣設備時，由于停送電操作錯誤、帶電操作或施工不慎，可能造成人身觸及一相而漏電。 井下電纜因短路故障造成局部對地絕緣損壞，當處理短路故障后未經(jīng)對地絕緣電阻側(cè)定而恢復送電時，就會發(fā)生漏電。工 作人員觸及刺破橡套電纜外護套而暴露在空氣中的芯線是一種更加嚴重的人身觸電，此時，入地電流絕大部分流經(jīng)人體，因而對工作人員的危險性更大。在井下，“雞爪子鉀接頭處所用的絕緣膠布就容易著火燃燒。漏電故障的處理少則數(shù)小時， 長則達幾個班次，有的工作面幾乎每班都發(fā)生漏電停電事故。四十年的實踐證明，它對我國礦井安全供電發(fā) 揮了巨大的作用 。由于變壓器中性點 直接接地供電系統(tǒng)在供電安全方面顯示出它的一些弱點，這種供電系統(tǒng)后來在 礦井電網(wǎng)中被逐漸淘汰。同時進行了仿制，形成 JY82 型隔爆檢漏繼電器產(chǎn)品，一直延用到 80 年代末，甚至有的礦井現(xiàn)在還在使用。 選擇性的漏電保護是指當電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時，能夠有選擇地發(fā)出故障信號 或切斷故障支路電源。 漏電保護的要求 井下的空氣潮濕，空間狹窄，盡管在選擇電氣設備和電纜時對其絕緣性能及等級做了嚴格要求，運行的電氣設備及其供電電纜漏電和單相接地的可能性仍然很大 。從漏電保護種類、性能及相關因素對磁力啟動器的要求出發(fā)，對現(xiàn)有漏電保護方式進行詳細分析。即按規(guī)定的時限僅切斷漏電設備或故障線路，并且在故障狀態(tài)及故障狀態(tài)以后，不向非損壞接線開關發(fā)出切斷指令。對于反映中性點絕緣的架空網(wǎng)絡為 。針對網(wǎng)絡可能發(fā)生的狀態(tài)，保護裝置的靈敏度以大于 2 為宜，因為在這種條件下，保護裝置所處的狀態(tài)不僅能反映金屬性接地故障，而且還能反映接觸電阻接地故障，其中單相接地電流的數(shù)值比 金屬性接地電流的數(shù)值要小，而且與網(wǎng)絡的電容值有關 . (4)快速性：快速切除短路故障可以減輕電流對電氣設備的破壞程度，加速恢復供電系統(tǒng)正常運行的過程，減小對用戶的影響。對配電要求不高的場合應盡量少使用此功能，甚至簡化不用 . (6)閉鎖性：漏電閉鎖環(huán)節(jié)是保護網(wǎng)絡在送電前發(fā)生漏電或運行中發(fā)生接地故障跳閘后均能閉鎖，不允許在故障狀態(tài)下合閘送電，以免故障范圍擴大 . 本文的主要研究內(nèi)容及工作任務 本論文的研究對象是井下中性點不接地的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)，研究重點主要放在發(fā)生單相漏電故障時。 本文通過對漏電保護原理的認識，模擬漏電故障時產(chǎn)生的零序電流和零序電壓，設計選擇性漏電保護裝置的硬件電路。在目前國內(nèi)外技術(shù)水平的條件下，只靠一種保護方式已不能構(gòu)成針對一供電單元的完善的漏電保護系統(tǒng)。直流電源 Uz:通過由三相電抗器 SK 所組成的人為中性點 (也可以通過變壓器中性點 N)加在三相電網(wǎng)與地之間，直流電流 Iz 由電源正極流出人地，經(jīng)絕緣電阻 ar 、 br 、 cr 進人三相線路，再由三相電抗器 LK、千歐表 k? (直流毫安表 )和直流繼電器 ZJ 返回電源負極。 ER 接地電阻， ? 。 10 動作值整定 作為直流檢測型的漏電保護裝置 (或繼電器 )，它的動作值應能直接反映電網(wǎng)對地的絕緣狀態(tài)，所以不能以 ZJ 的動作電流 dzI 來作為動作值，而必須以 r? 為動作值并加以整定。因此，這種保護方式的動作電阻值，不應受電網(wǎng)對地阻抗不平衡的影響，在設計保護電路時 ，應設法不讓交流電流通過直流繼電器 ZJ。 評價 附加電源直流檢測式漏電保護具有以下優(yōu)點 : 保護全面，它的保護范圍幾乎能覆蓋整個低壓供電單元，惟一不能保護的 是一段數(shù)米長的并下動力變壓器低壓側(cè)至總低壓開關的電纜。 這種保護裝置與供電單元中各分組饋電開關、磁力起動器中的漏電閉鎖單元一起，可以構(gòu)成一個簡單易行、可靠性高、成本低廉且易于查找故障支路的漏電保護系統(tǒng)。 (2)電容電流補償是靜態(tài)補償，電感電抗值調(diào)定以后就不能隨電網(wǎng)對地電容的變化而自動變化，因而不能保證在整個生產(chǎn)過程都達到最佳補償狀態(tài)，降低了保護的安全性。 (4)這種保護方式對電動機斷電后加于電網(wǎng)上的反電勢的危害無能為力。maI 。在故障支路中流過的是各非故障支路零序電流之和，而各非故障支路中流過的只是本支路的零序電流，因而必小于前者。前者滯后零序電壓 90176。電網(wǎng)發(fā)生不對稱漏電故障而產(chǎn)生的零序電壓是在故障點出現(xiàn)的 3 個大小相等、相位相同的電壓，它們分別作用到三相電網(wǎng)的每一相上，即分布在整個電網(wǎng)中，在變壓器中性點處則是 3 個電壓的并聯(lián)，所以不論在供電單元的任何地方。這種保護方案就稱為零序功率方向式漏電保護，簡稱方向保護。就是對零序電壓和零序電流進行幅值和相位綜合處理以判斷故障支路，進而切除故障支路電源的原理。 A，低壓電網(wǎng)總長度一般不超出 ，每相對地電容不大于 。 采用方向保護是否需要在電網(wǎng)中設置附加接地電容器組，能否設置零序電感支路來補償對地電容電流，目前還有一些不同的看法 。事實上，如果保護裝置作到能靈敏地反應10mA 及以下的零序電流，則其誤動率將明顯增加而難以使用。所以，在采用方向保護的電網(wǎng)中設 置電容電流補償電路是不可取的。 關于動作值整定的幾點討論 (1)虛設整定值的概念 35 mA 零序電流動作整定值，表面上看是比較適宜。在三相對地電容相等的情況，相當于電網(wǎng)發(fā)生經(jīng) 10～11kΩ電阻接地的臨界漏電故障，這與直流檢測式漏電保護的動作電阻值基本吻合。 (2)真實整定值的選擇 根據(jù)上面的分析，似乎只需將整定值改為 ,就可以將虛設整定值變?yōu)檎鎸嵳ㄖ担鋵嵅蝗?，這就是方向保護動作值整定的復雜所在。相應的動作電阻值不固 定而且變動范圍較大是采用零序功率方向式漏電保護的一大缺點。有的情況下雖然 Rg 還遠高于 11kΩ，如 1 18kΩ等，卻因故障支路的零序電流已超出 20mA 而動作。 (2)由于沒有三相電抗器、零序電抗器等大型元件，故保護裝置易于插件化，裝設于開關或起動器的隔爆外殼內(nèi)，不需另加隔爆型電氣設備，有利于構(gòu)成縱、橫向都有選擇性的漏電保護系統(tǒng)。 (3)單純設置延時環(huán)節(jié)來達到縱向的選擇性，將使安全性進一步降低。 旁路接地式漏電保護 保護原理 前面介紹的兩種漏電保護方式有一個共同的缺點，即對發(fā)生人身觸電斷電后電動機反電勢和電網(wǎng)電容儲能對人體的危害無能為力，因此有必要探索新的保護方式。此外，反電勢加到漏電處所產(chǎn)生的電火花也足以引燃瓦斯煤塵，斷電后作用于人體的電 流除電動機反電勢外，還來自電網(wǎng)對地電容所儲存的電荷對人體的放電。它的基本設想是 。 16 故障相的選擇方法 正確地選出故障相是實現(xiàn)旁路接地的技術(shù)關鍵，目前比較可靠的選相方法有兩種 :一種是自然選相法，即利用故障相電壓最低的特點選擇故障相 。 (2)在一定條件下能有效地削弱斷電后電動機反電勢和電網(wǎng)電容儲能對觸電人員的危害 :對反電勢和電容向漏電點的饋送能量，也有同樣的削弱作用。 (2)保護無選擇性。 其他漏電保護方式簡介 利用 3 個整流管的漏電保護 圖 24 利用 3個整流管的漏電保護的原理 (1)3 個整流管 Da、 Db、 Dc 分別接到電網(wǎng)的 a,b,c 三相，另一端聯(lián)接在一起 (星形聯(lián)接 )，并經(jīng)繼電器或負載電阻 fzR 接地。 動作值受電源電壓波動的影響較大和對整流管的反向電壓要求較高 (﹥ 0U )是這種保護方式的缺點，因此它只在電壓較低的地方使用，如在 127V 煤電鉆綜合保護中采用構(gòu)成 . 序零電壓式漏電保護 利用漏電時零序電壓的大小來反應電網(wǎng)對地的 絕緣程度，當零序電壓大到一定程度，就使饋電開關跳閘，這就是零序電壓式漏電保護的原理。 利用各支 路零序電流的方向不同，可以實現(xiàn)放射式電網(wǎng)的橫向選擇性漏電保護。 自動復電式漏電保護 所謂自動復電，實際上就是地面供電系統(tǒng)的自動重合閘技術(shù)在井下的運用。延時，各處漏電閉鎖電路投人運行，選擇性尋找故障支路，并將故障支路的開關閉鎖 。 由于總開關采用帶重合閘的真空饋電開關，故可滿足對保護系統(tǒng)快速性的要求。選擇性復電，故對電路設計和級差的要求大大降低，電路簡單可靠。另一方面，停電使局部通風機停轉(zhuǎn)，瓦斯積聚，反過來又嚴重地威脅了礦井的安全。 ○ 4 易于與過流保護組合成電網(wǎng)緣合保護系統(tǒng) 隨著井下過流保護技術(shù)的發(fā) 展與礦用屏蔽電纜的推廣普及使用，過流保護與漏電保護等組合在一起是井下低壓供電單元保護發(fā)展的必然趨勢，而這種自動復電式漏電保護，由于結(jié)構(gòu)簡單，配合方便，再加上屏蔽電纜的輔佐，將率先與過流保護組合成新的綜合保護系統(tǒng)，使井下的供電安全提高到一個新的水平。178。井下低壓饋電線上有可靠的漏電、短路檢測閉鎖裝置時，可采用瞬間 1 次自動復電系統(tǒng)。自動復電所必需的短路閉鎖是指正常合閘前的短路故障閉鎖，其含義與漏電閉鎖類似，即開關或起動器分閘后短路閉鎖電路投人，對三相電網(wǎng)的相間絕緣進行檢測，若電網(wǎng)中存在或發(fā)生相間短路，則其出口電路將斷開開關或起動器的控制回路，使之不能合閘，這就是所要求的短路閉鎖。 對于選擇性自動復電漏 電保護系統(tǒng)來說，要求有可靠的漏電閉鎖是無可非議的，目前我國的漏電閉鎖技術(shù)也比較成熟，但如果同時還要求有可靠的短路閉鎖則不能不說是一種較高的要求，設置短路閉鎖后，受益最大的將是電網(wǎng)的過流保護系統(tǒng)，而自動復電漏電保護系統(tǒng)則受益甚微，主要是因為自動復電是漏電跳閘發(fā)生后在其他支路上進行，延時數(shù)秒鐘，而在這數(shù)秒鐘的時間里，其他正常支路恰好發(fā)生短路故障的幾率無疑是極低的，尤其是在線路已斷電的情況下。該要求可由特地設計的儲能延時電路來滿足，當停電時間較長 (＞ 10s)時，儲能延時電路因能量耗盡而失效，從而閉鎖了重合閘的起動電 路，因此，當上級停電后再送電時，各下級開關就不會自動合閘。三是在變 壓器容量較小 (≤ 180 kV178。這種方案減少了故障短時停電的范圍，但增加了保護系統(tǒng)的復雜程度，因而應用有一定的局限性。同時在總開關處裝設采用附加電源直流檢測原理的 漏電保護插件，電網(wǎng)中任一處漏電，該裝置均能反映，很好地滿足了漏電保護的全面 圖 31 井下低壓電網(wǎng)漏電保護系統(tǒng) 性要求，但它不具備選擇性功能，可做為整個供電單元的總后備保護，漏電保護系統(tǒng)的工作原理如圖 32 所示。分開關處的漏電保護裝置根據(jù)此特點來區(qū)分故障支路，實現(xiàn)橫向選擇性。與此同時，由于感性電流 3 0I′ 經(jīng)過故障點 f 在故障線路 I 中流過，使得流過故障支路的電流值大大減小，而感性電流 3 0I′ 并不流過非故障線路Ⅱ、Ⅲ，從而使零序電流方向保護裝置的靈敏度降低。由于漏電閉鎖保護能使故障的供電回路不投入工作 ,從而減少火花外露的機會 ,并且還可與自動重合閘裝置配合組成選擇性漏電保護系統(tǒng) ,為尋找故障帶來方便當電網(wǎng)橫向開出支路的某一支路發(fā)生漏電故障時，會在電網(wǎng)中產(chǎn)生零序 電流 和零序電壓，只需檢測各條支路上的零序電流和零序電壓的相角差，便可判別各支路是否為故障支路。如果保護裝置裝在發(fā)生單相接地的供電支路時，則零序電流 0I與零序電壓 Uo 相位相同，輸出一個脈沖 。實驗中由電流互感器和電壓互感器獲的的信號模擬漏電時的零序電流和零序電壓，如圖 34 從變壓器二次側(cè)獲的 15V 的電壓的電路中獲得。 如圖 3— 5（ 2）是表示正弦電感中電壓和電流向量圖。 漏電信號采集、處理單元電路 漏電信號采集、處理單元電路如圖 35 所示 ,發(fā)生漏電故障的線路零序電流和零序電壓采集、處理電路各個點的波形如下 : 從電路圖和波形中可以看出，零序電流要經(jīng)過積分、移相、微分后才與 Uo 信號進行相位比較疊加，故障支路的零序電流與零序電壓 相位一致，輸出一系列脈沖 。 工頻交流電的電壓是 220V，而電子電路所需要直流一般是幾伏到幾十伏的低壓，如果直接對 220V 交流電進行整流，所得電 壓并不合適，仍然不能使用。在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應電動勢。當 n1 時，則 N1N2 ， V1V2 ，該變壓器為降壓變壓器。但實際上這種變壓器是沒有的。由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損 。鐵芯中