【導(dǎo)讀】以零序電流和電壓相位的關(guān)系作為漏電選線的直接依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電。網(wǎng)漏電的選擇性保護(hù)。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)。障支路電源申范圍，不便于尋找漏電故障而非故障部分繼續(xù)土作。圍，便于尋找漏電故障，縮短漏電停電時(shí)間，提高了供電的可靠性。

　　

【正文】 護(hù)有如下缺點(diǎn) : ○ 1 漏電發(fā)生必先造成全部停電，數(shù)秒后才能自動(dòng)復(fù)電，因此對(duì)一些不允許自起動(dòng)的設(shè)備不能采用， ○ 2 必須采用帶重合閘的饋電開(kāi)關(guān)，總開(kāi)關(guān)必須用價(jià)格較貴的真空饋電開(kāi)關(guān)，若要應(yīng)用于老 設(shè)備，原來(lái)的空氣式饋電開(kāi)關(guān)必須進(jìn)行附加重合閘機(jī)構(gòu)的改造工作，因而要增加一定的投資。 (3)技術(shù)關(guān)鍵及解決途徑 19 《煤礦安全規(guī)程》 (20xx 年版 )458 條規(guī)定 :“178。178。178。178。178。178。井下低壓饋電線上有可靠的漏電、短路檢測(cè)閉鎖裝置時(shí)，可采用瞬間 1 次自動(dòng)復(fù)電系統(tǒng)?！备鶕?jù)規(guī)程規(guī)定及井下低壓電網(wǎng)的實(shí)際情況，對(duì)自動(dòng)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(jí)正常操作時(shí)下級(jí)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。 ○ 1 短路閉鎖問(wèn)題 自動(dòng)復(fù)電所必需的 短路閉鎖與傳統(tǒng)的井下過(guò)流保護(hù)中的短路閉鎖有很大區(qū)別。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(kāi)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)。自動(dòng)復(fù)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(kāi)關(guān)或起動(dòng)器分閘后短路閉鎖電路投人，對(duì)三相電網(wǎng)的相間絕緣進(jìn)行檢測(cè)，若電網(wǎng)中存在或發(fā)生相間短路，則其出口電路將斷開(kāi)開(kāi)關(guān)或起動(dòng)器的控制回路，使之不能合閘，這就是所要求的短路閉鎖。 欲在系統(tǒng)中設(shè)置短路閉鎖，有兩種方案可供選擇。一種是整個(gè)供電單元全部采用礦用屏蔽電纜供電，利用屏 蔽電纜在將要發(fā)生相間短路之前必先產(chǎn)生接地故障的特點(diǎn)，可以由漏電閉鎖插件同時(shí)完成對(duì)漏電和短路的檢測(cè)與閉鎖。這樣，在絲毫不增加保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜程度的前提下滿足了《煤礦安全規(guī)程》的要求，但有增加電網(wǎng)投資的缺點(diǎn)，第二種方案是采用載頻檢測(cè)技術(shù)，由電網(wǎng)相間的絕緣阻抗決定電子振蕩器的振蕩與停振，從而能在發(fā)生短路故障時(shí)可靠地閉鎖開(kāi)關(guān)、起動(dòng)器，既能防止正常合閘在有短路故障的線路中，又能防止自動(dòng)重合在短路故障線路上，這種保護(hù)方式已在 127 V 煤電鉆綜合保護(hù)中得到了成功的應(yīng)用，但它要增加保護(hù)裝置電路的復(fù)雜程度。 對(duì)于選擇性自動(dòng)復(fù)電漏 電保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求有可靠的漏電閉鎖是無(wú)可非議的，目前我國(guó)的漏電閉鎖技術(shù)也比較成熟，但如果同時(shí)還要求有可靠的短路閉鎖則不能不說(shuō)是一種較高的要求，設(shè)置短路閉鎖后，受益最大的將是電網(wǎng)的過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，而自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)系統(tǒng)則受益甚微，主要是因?yàn)樽詣?dòng)復(fù)電是漏電跳閘發(fā)生后在其他支路上進(jìn)行，延時(shí)數(shù)秒鐘，而在這數(shù)秒鐘的時(shí)間里，其他正常支路恰好發(fā)生短路故障的幾率無(wú)疑是極低的，尤其是在線路已斷電的情況下。另一方面，即使役有采用自動(dòng)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(shí)間較長(zhǎng)，這種幾率反 而更高。但是，從全局看，考慮井下供電單元的綜合保護(hù)，短路閉鎖的設(shè)置還是非常有必要的。 ○ 2 上級(jí)開(kāi)關(guān)正常操作時(shí)下級(jí)開(kāi)關(guān)不應(yīng)自動(dòng)復(fù)電的問(wèn)題 這一要求主要是為了避免在正常操作時(shí)的無(wú)準(zhǔn)備合閘事故，具休地說(shuō)，就是上級(jí)開(kāi)關(guān)正常拉閘后，經(jīng)過(guò)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(kāi)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(lái)電也屬于這種情況。該要求可由特地設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能延時(shí)電路來(lái)滿足，當(dāng)停電時(shí)間較長(zhǎng) (＞ 10s)時(shí)，儲(chǔ)能延時(shí)電路因能量耗盡而失效，從而閉鎖了重合閘的起動(dòng)電 路，因此，當(dāng)上級(jí)停電后再送電時(shí)，各下級(jí)開(kāi)關(guān)就不會(huì)自動(dòng)合閘。 ○3開(kāi)關(guān)設(shè)備的改造與研制問(wèn)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(kāi)關(guān)有不同的要求。對(duì)于總開(kāi)關(guān)，除分?jǐn)嚯娏髯銐虼蟮瘸Ｒ?guī)要求外，還要求其分?jǐn)嗨俣瓤旌途哂兄睾祥l機(jī)構(gòu)，因此必須采用帶重合閘機(jī)構(gòu)的真空饋電開(kāi)關(guān)，對(duì)于各分支饋電開(kāi)關(guān)，要求就低多了，只需具有重合閘機(jī)構(gòu)即可，這就有 3種方案可供選擇 :一是研制新型的帶重合閘的空氣式饋電開(kāi)關(guān)〔價(jià) 20 格顯然比真空式低得多 )。二是原 DW80 型饋電開(kāi)關(guān)的附加重合改造 。三是在變 壓器容量較小 (≤ 180 kV178。 A),短路電流較小的情況下，采用磁力起動(dòng)器作饋電開(kāi)關(guān)，對(duì)于控制保護(hù)電動(dòng)機(jī)的磁力起動(dòng)器無(wú)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(dòng)電路插件。 (4)兼有方向保護(hù)的自動(dòng)復(fù)電式漏電保護(hù) 為了使保護(hù)性能更加理想，可以在自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)系統(tǒng)中增加零序功率方向漏電保護(hù)單元。例如 :在各分組饋電開(kāi)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(kāi)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。這種方案減少了故障短時(shí)停電的范圍，但增加了保護(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，因而應(yīng)用有一定的局限性。 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。漏電的保護(hù)范圍應(yīng)覆蓋整個(gè)供電單元，在發(fā)生漏電故障時(shí)只切除漏電支路，其余支路均能正常供電。 目前的礦井低壓電網(wǎng)漏電保護(hù)系統(tǒng)如圖 1 所示，在線路的分開(kāi)關(guān)處安裝了采用零序電流方向原理的漏電保護(hù)裝置，有選擇地切除故障支路的電源，滿足漏電保護(hù)的橫向選擇性要求。同時(shí)在總開(kāi)關(guān)處裝設(shè)采用附加電源直流檢測(cè)原理的 漏電保護(hù)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(hù)的全面 圖 31 井下低壓電網(wǎng)漏電保護(hù)系統(tǒng) 性要求，但它不具備選擇性功能，可做為整個(gè)供電單元的總后備保護(hù)，漏電保護(hù)系統(tǒng)的工作原理如圖 32 所示。 圖 32 漏電保護(hù)系統(tǒng)原理圖 總開(kāi)關(guān)處的附加電源直流檢測(cè)漏電保護(hù)主要由三相電抗器 SK、零序電抗器 LK、直流 22 電源等組成。直流電流大小的變化反映了電網(wǎng)對(duì)地絕緣性能的好壞。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(kāi)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。分開(kāi)關(guān)處的漏電保護(hù)裝置根據(jù)此特點(diǎn)來(lái)區(qū)分故障支路，實(shí)現(xiàn)橫向選擇性。 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(lái)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。當(dāng)電纜絕緣性能下降，發(fā)生人身觸電時(shí)，流過(guò)人身的電流除線路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的電容電流外，還有經(jīng)三相電抗線圈和零序電抗線圈流過(guò)來(lái)的感性電流 : 0 1 0 2 0 3 03 ( )I I I I I? ? ? ? ? ′。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(xiǎn)。與此同時(shí)，由于感性電流 3 0I′ 經(jīng)過(guò)故障點(diǎn) f 在故障線路 I 中流過(guò)，使得流過(guò)故障支路的電流值大大減小，而感性電流 3 0I′ 并不流過(guò)非故障線路Ⅱ、Ⅲ，從而使零序電流方向保護(hù)裝置的靈敏度降低。當(dāng) 0 01 02 03I I I I? ? ?′ 時(shí)，故障支路流過(guò)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(hù)裝置完全不能工作，更談不上保護(hù)的橫向選擇性。 硬件的設(shè)計(jì) 智能磁力啟動(dòng)器的漏電保護(hù)一般用大致有漏電閉鎖保護(hù)，漏電閉鎖主要用在低壓網(wǎng)絡(luò) ,其作用是對(duì)電動(dòng)機(jī)及供電電纜的絕緣水平進(jìn)行合閘前的監(jiān)視 ,當(dāng)絕緣值降到規(guī)定值以下或發(fā)生漏電時(shí) ,漏電閉鎖保護(hù)裝置動(dòng)作 ,將控制開(kāi)關(guān)或磁力啟動(dòng)器閉 鎖 ,使之不能送電。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。由于漏電閉鎖保護(hù)能使故障的供電回路不投入工作 ,從而減少火花外露的機(jī)會(huì) ,并且還可與自動(dòng)重合閘裝置配合組成選擇性漏電保護(hù)系統(tǒng) ,為尋找故障帶來(lái)方便當(dāng)電網(wǎng)橫向開(kāi)出支路的某一支路發(fā)生漏電故障時(shí)，會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生零序 電流 和零序電壓，只需檢測(cè)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。 一般智能漏電保護(hù)裝置原理框圖如圖 33 所示。其工作原理為 :由零序電壓互感器輸出的零序電壓信號(hào) Uo 經(jīng)過(guò)零比較器，送到相位比較疊 加環(huán)節(jié) 。由零序電流互感器輸出的零序電流信號(hào) 0I 經(jīng)過(guò)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(hào)進(jìn)行相位比較。如果保護(hù)裝置裝在發(fā)生單相接地的供電支路時(shí)，則零序電流 0I與零序電壓 Uo 相位相同，輸出一個(gè)脈沖 。反之，若保護(hù)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(gè)脈沖。若有故障，輸出的脈沖經(jīng)光耦送到單片機(jī)，經(jīng)一段漏電延時(shí)，如果漏電信號(hào)仍然存 在，單片機(jī)則啟動(dòng)報(bào)警、跳閘信號(hào)，提醒值班人員及時(shí)處理。 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(guò)零序電流互感器和零序電壓互感器獲得。實(shí)驗(yàn)中由電流互感器和電壓互感器獲的的信號(hào)模擬漏電時(shí)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。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(guò)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?。式中 L? 具有與電阻相同的量綱。當(dāng) ?=0 時(shí)，L? =0，此時(shí)電感相當(dāng)于開(kāi)路。 如圖 3— 5（ 2）是表示正弦電感中電壓和電流向量圖。漏電故障時(shí)支路零 序電流的方向是由線路流向母線，當(dāng)電網(wǎng)對(duì)地電阻 r 為無(wú)限大時(shí)發(fā)生單相直接接地故障，零序電流前者滯后零序電壓 90176。設(shè)計(jì)電路中的電壓，電流信號(hào)模擬出漏電故障時(shí)支路零序電壓、零序電流。 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。 漏電信號(hào)采集、處理單元電路 漏電信號(hào)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(gè)點(diǎn)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(guò)積分、移相、微分后才與 Uo 信號(hào)進(jìn)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 。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。該電路采用的元器件較多、中間環(huán)節(jié)多，因而誤差增大，使裝置靈敏度降低，給煤礦供電安全帶來(lái)一定的危害。 圖 36 漏電信號(hào)采集、處理電路 變壓器 變壓器是 由繞在同一鐵芯上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈繞組組成，繞組之間是通過(guò)交變磁場(chǎng)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。 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(duì) 220V 交流電進(jìn)行整流，所得電 壓并不合適，仍然不能使用。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(jí)線圈的兩端就會(huì)感 25 應(yīng)出一個(gè)合適的交流電壓 2u ，再對(duì) 2u 進(jìn)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(duì)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。如電源變壓器的主要技術(shù)參數(shù)有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定 頻率、工作溫度等級(jí)、溫升、電壓調(diào)整率、絕緣性能和防潮性能，對(duì)于一般低頻變壓器的主要技術(shù)參數(shù)是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等。 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)。在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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。初級(jí)次級(jí)電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系。 1122uNn?? 式中 n 稱為電壓比 (圈數(shù)比 ) 。當(dāng) n1 時(shí)，則 N1N2 ， V1V2 ，該變壓器為降壓變壓器。反之則為升壓變壓器 。 變壓器的效率 ： 在額定功率時(shí)，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，即2 1001PP? ? ? ? 式中 η 為變壓器的效率； P1 為輸入功率， P2 為輸出功率。 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。但實(shí)際上這種變壓器是沒(méi)有的。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。 銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗。當(dāng)電流通過(guò)線圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗。由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損 。 變壓器的鐵損包括兩個(gè)方面。一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過(guò)變壓器時(shí)，通過(guò)變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗。另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí)。鐵