【正文】 .......... 28 雙電壓比較器電路 — LM393 ...................................... 29 第四章 調(diào)試 ................................................................................................................ 31 3 第五章 總結(jié) ................................................................................................................ 32 致謝 .............................................................................................................................. 33 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 34 附錄 1 漏電信號(hào)采集、處理電路 ............................................................................. 36 附錄 2 信號(hào)的采集和直流穩(wěn)壓電源 ......................................................................... 37 附錄 3 英文譯文 ......................................................................................................... 38 譯文 .............................................................................................................................. 38 原文 .............................................................................................................................. 41 1 第一章 緒論 磁力起動(dòng)器（又稱電磁起動(dòng)器），是由交流接觸器和熱繼電器組裝在鐵殼內(nèi)，與控制按鈕配套使用的起動(dòng)器。 該方法不需要快速傅立葉分析、計(jì)算有功功率等復(fù)雜的 設(shè)計(jì)運(yùn)算 ，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單，判斷迅速，靈敏的特點(diǎn) 。如果配的熱繼電器帶有斷相保護(hù) 裝置，則電磁起動(dòng)器還起斷相保護(hù)作用。當(dāng)入地電流增大至數(shù)百安培及以上時(shí)，它又超出了漏電故障的范圍，進(jìn) 人過流 (短路 )故障的范圍。由于電網(wǎng)對(duì)地阻抗很大，故入地電流也常不足 1A，過流保護(hù) 裝置不動(dòng)作，這種情況屬于漏電故障。長(zhǎng)期集中性漏電是指電網(wǎng)中的某一設(shè)備或電纜，由于某種原因使絕緣擊穿或帶電導(dǎo)體碰殼而造成的漏電故障，如果沒有相應(yīng)的保護(hù)裝置，或者 保護(hù)裝置拒動(dòng)，這種漏電故障將長(zhǎng)期存在。當(dāng)電纜受損后，由于絕緣被破壞，便有漏電流。但是由于漏電流長(zhǎng)期存在，電氣設(shè)備局部發(fā)熱使其絕緣局部老化加劇，必將大大縮短電氣設(shè)備的壽命，而漏電保護(hù)則使電網(wǎng)不可能長(zhǎng)時(shí)間地存在漏電流。 本論文的研究對(duì)象是井下中性點(diǎn)不接地的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)，研究重點(diǎn)主要放在 發(fā)生單相漏電故障時(shí)。 長(zhǎng)期使用的電動(dòng)機(jī)，工作時(shí)發(fā)熱膨脹，繞組有一定的范性形 變，停機(jī)后冷縮而形成縫隙，井下潮氣、煤塵容易侵人，久而久之，就會(huì)因絕緣受潮、繞組散熱不良等原因使絕緣材料變質(zhì)、老化而造成漏電。 開關(guān)或其他電氣設(shè)備的內(nèi)部接線錯(cuò)誤，或接線頭松脫碰殼，當(dāng)合閘通電時(shí)便發(fā)生漏電。此外，采掘機(jī)械移動(dòng)時(shí)，由于司機(jī)人員照顧不到，使供電電纜受到拉、擠、壓、絞等作用，也可能造成漏電。 大氣過電壓沿下共電纜人侵，擊穿其對(duì)地絕緣而發(fā)生漏電。 5 (4)引起短路事故 據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有 3a%的單相接地故障發(fā)展為短路的原因是很簡(jiǎn)單的。它已成為我國礦井安全供電的不可缺少的組成部分。隨著煤炭生產(chǎn)機(jī)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。特別是工作面的電纜，由于移動(dòng)、被砸、碰、擠壓的機(jī)會(huì)較多，極易損壞，漏電的可能性就更大。有了選擇性功能以后，在被保護(hù)范圍以內(nèi)的故障就能及時(shí)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(hù)范圍以外或無漏電故障時(shí)，保護(hù)裝置不動(dòng)作，從而提高了可靠性和安全性 . (3)靈敏性：保護(hù)裝置的靈敏性 (也稱靈敏度 )是指對(duì)被保護(hù)電氣設(shè)備可能發(fā)生的故障和不正常的運(yùn)行方式的反應(yīng)能 力。要求對(duì)于礦井 lOkV 電壓的配電線路，整個(gè)切斷時(shí)間不應(yīng)超過 秒，實(shí)際上配電設(shè)備開關(guān)實(shí)際切斷時(shí)間以及保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間之和可能大于 秒，這樣就達(dá)不到保護(hù)效果。設(shè)計(jì)了零序電流和零序電壓采集，處理和比較，對(duì) 7 故障情況輸出電平信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電的保護(hù)。 對(duì)于穩(wěn)定的直流，電容 NC 、和電網(wǎng)對(duì)地電容 Ca,Cb, Cc 相當(dāng)于開路，不會(huì)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。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。此外，這種保護(hù)方式的動(dòng)作無死區(qū)，故障跳閘不受故障類型 (對(duì)稱的或不對(duì)稱的 )和發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)的影響。此外，若對(duì) 電網(wǎng)可能的最大電容調(diào)節(jié)在最佳補(bǔ)償狀態(tài)，一旦運(yùn)行的變化使電容值降低，便會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，也并不安全。便等于這些零序電流的總和，即等于 3 后者超前零序電壓 90176。它之所以稱為“零序功率”，是因?yàn)樗瑫r(shí)利用了零序電流和零序電壓兩個(gè)參量 (不一定是幅值相乘的關(guān)系 )的緣故，實(shí)際上是借用了地面功率方向過流保護(hù)的稱呼。對(duì)于移動(dòng)變電站，目前低壓為 66OV 的最大容量為 500kV178。 (3)對(duì)于不設(shè)附加接地電容而設(shè)電容電流補(bǔ)償電路的方案，則會(huì)使以下兩種動(dòng)作死區(qū)的范圍擴(kuò)大。但實(shí)際上對(duì)保護(hù)裝置來說是一虛值。隨著生產(chǎn)過程的變化，供電單元為一動(dòng)態(tài)電網(wǎng)，其電網(wǎng)長(zhǎng)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(shí)整定值的確定，尤其是 C 的變化對(duì)總的零序電流影響更大。如何縮小 動(dòng)作電阻值的范圍，很值得作進(jìn)一步的研討。 (4)動(dòng)作電阻值不固定 ，雖然保護(hù)裝置的真實(shí)動(dòng)作值固定為 20 mA，但隨著電網(wǎng)參數(shù)的變化和故障點(diǎn)的不同，相應(yīng)的動(dòng)作電阻值將有較大的變化范圍，這使得設(shè)計(jì)和調(diào)試保護(hù)電路都比直流檢測(cè)式漏電保護(hù)復(fù)雜。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。另一種是移相疊加選相法。 (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 。 這種方式的漏電保護(hù)有很多缺點(diǎn)，如動(dòng)作電阻值不固定，無選擇性，不能保護(hù)對(duì)稱性漏電故瘴，只能在變壓器中性點(diǎn)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。具有自動(dòng)復(fù)電功能的保護(hù)系統(tǒng)，可以減少故障停電時(shí)間，提高電網(wǎng)的供電可靠性，并具 有選擇性。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(shí)跳閘漏電保護(hù)系統(tǒng)。選擇性自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)恰如其分地處理了這一矛盾，并使之在漏電保護(hù)領(lǐng)域里達(dá)到較理想的統(tǒng)一。178。 欲在系統(tǒng)中設(shè)置短路閉鎖，有兩種方案可供選擇。 ○3開關(guān)設(shè)備的改造與研制問題 在漏電保護(hù)系統(tǒng)中采用自動(dòng)復(fù)電技術(shù)，對(duì)各級(jí)饋電開關(guān)有不同的要求。 21 第三章 漏電保護(hù)的硬件設(shè)計(jì) 漏電保護(hù)原理的分析 漏電保護(hù)屬繼電保護(hù)的范圍，應(yīng)滿足全面、安全、可靠及具有選擇性等基本要求。 三相電抗器 SK 是把直流檢測(cè)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(duì)地的絕緣水平，是電網(wǎng)各相對(duì)地的分布電容。 一般智能漏電保護(hù)裝置原理框圖如圖 33 所示。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(shí)，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(jī) 處理 U0 I0 24 正弦電流 LI 滯后正弦電壓 LU 的相位為2?。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。當(dāng) N2N1 時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng) N2N1 時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱為降變壓器。變壓器傳輸電能時(shí)總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損。另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí)。 當(dāng)變壓器的輸出功率 P2 等于輸入功率 P1 時(shí)，效率 η 等于 100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗。 變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為 N1 和 N2 ， N1 為初級(jí)， N2 為次級(jí)。 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。 23 圖 33 智能漏電保護(hù)裝置原理圖 信號(hào)的采集 圖 34信號(hào)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。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(shí) ,它便退出工作。當(dāng)某支路 (如支路 I)發(fā)生漏電故障時(shí)，流經(jīng)各支路饋電開關(guān)的零序電流具有不同的特點(diǎn)，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。例如 :在各分組饋電開關(guān)內(nèi)增設(shè)方向保護(hù)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(gè)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(shí) 施自動(dòng)復(fù)電，其他各組并不停 電。 ○ 2 上級(jí)開關(guān)正常操作時(shí)下級(jí)開關(guān)不應(yīng)自動(dòng)復(fù)電的問題 這一要求主要是為了避免在正常操作時(shí)的無準(zhǔn)備合閘事故，具休地說，就是上級(jí)開關(guān)正常拉閘后，經(jīng)過一段時(shí)間 (＞ 10s)的又重新人工合閘送電，此時(shí)不允許下級(jí)開關(guān)自動(dòng)合閘，整個(gè)供電單元因高壓故障停電后又重新來電也屬于這種情況。后者是當(dāng)發(fā)生短路跳閘后，保護(hù)裝置能自動(dòng)閉鎖開關(guān)、起動(dòng)器，只有故障處理完畢再次按動(dòng)人工復(fù)位按鈕后才能重新合閘起動(dòng)。178。但濫用安全規(guī)定造成頻繁長(zhǎng)時(shí)間的 停電停產(chǎn)，同樣會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失 。 (2)優(yōu)缺點(diǎn) 自動(dòng)復(fù)電式漏電保護(hù)有以下優(yōu)點(diǎn) : ○ 1 保護(hù)性能比較完善 由于采用直流檢惻式漏電保護(hù)而滿足了對(duì)保護(hù)系統(tǒng)全面性的要求，比單純的功率方向選擇性漏電保護(hù)優(yōu)越，不論電網(wǎng)何處發(fā)生什么性質(zhì)的漏電故障，均能可靠的動(dòng)作，即在整個(gè)保護(hù)范圍內(nèi)無死區(qū)。 動(dòng)作電阻值不固定，不能保護(hù)對(duì)稱性漏電故障及不能補(bǔ)償電容電流是這種保護(hù)方式的缺點(diǎn)。此外，由于它具有較高的直流電壓，所以能夠較真實(shí)地反應(yīng)電網(wǎng)的絕緣水平。因此，它不能單獨(dú)構(gòu)成一漏電保護(hù)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的一些旁路接地式漏電繼電器和實(shí)驗(yàn)裝置，能在 30ms 以內(nèi)使故障相可靠接地 (井下接地網(wǎng) )，并使通過人身的電流降到 10mA 甚至 5mA 及以下，因而提高了漏電保護(hù)系統(tǒng)的安全性。 表 2— 2 105kW 電動(dòng)機(jī)斷電后的反電勢(shì) 可見，即使是負(fù)荷率較高，電動(dòng)機(jī)斷電后 1s 時(shí)的反電勢(shì)仍大于 l00V，因而會(huì)對(duì)人身造成危害 。因此，這種保護(hù)方式只能與動(dòng)作速度快的真空型開關(guān)相配合才能保證安全性。而且 ,在有的情況下雖然 Rg 已達(dá) 10kΩ或 ,卻因故障支路的零序電流達(dá)不到20mA 而不動(dòng)作 。此時(shí)流過故障支路的零序電流將等于 35mA 動(dòng)作值實(shí)際上是虛設(shè)整定值。這一整定值相當(dāng)于在 C=～,r→∞情況下，電網(wǎng)單相對(duì)地電阻降至 10～ 11KΩ之間，漏電保護(hù)裝置動(dòng)作。 (2)在混合式供電單元中，若較長(zhǎng)的干線發(fā)生略小于整定值的漏電，而其他短支路的對(duì)地電容又遠(yuǎn)小于該干線時(shí)，則實(shí)際渡過零序電流互感器的零序電流就非常小，只能達(dá)到幾個(gè)毫安，這種數(shù)量級(jí)的電流很容易被電網(wǎng)參數(shù)不對(duì)稱、保護(hù)元件參數(shù)誤差及其 他干擾而引起的零序電流所淹沒，因而無法鑒別。 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 表明，井下 660V 供電單元，對(duì)于固定式礦用變壓器，其容量最大為 320kV178。 利用零序電流或零序電壓的幅值大小來判斷保護(hù)的供電單元內(nèi)是否發(fā)生漏電，同時(shí)利用各支路的零序電流與零序電壓的相位關(guān)系來判斷，而后動(dòng)作，有選擇地切除放障支路的電源。 另一方