【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)，實現(xiàn)了對電。網(wǎng)漏電的選擇性保護。該方法不需要快速傅立葉分析、計算有功功率等復(fù)雜的設(shè)計運算，簡化了設(shè)計，使系統(tǒng)具有簡單，判斷迅速，靈敏的特點。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，縮短漏電停電時間，提高了供電的可靠性。

　　

【正文】 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。 (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、短路檢測閉鎖裝置時，可采用瞬間 1 次自動復(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。 ○ 1 短路閉鎖問題 自動復(fù)電所必需的 短路閉鎖與傳統(tǒng)的井下過流保護中的短路閉鎖有很大區(qū)別。后者是當發(fā)生短路跳閘后，保護裝置能自動閉鎖開關(guān)、起動器，只有故障處理完畢再次按動人工復(fù)位按鈕后才能重新合閘起動。自動復(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，即開關(guān)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(guān)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。 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，可以由漏電閉鎖插件同時完成對漏電和短路的檢測與閉鎖。這樣，在絲毫不增加保護系統(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，第二種方案是采用載頻檢測技術(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)生短路故障時可靠地閉鎖開關(guān)、起動器，既能防止正常合閘在有短路故障的線路中，又能防止自動重合在短路故障線路上，這種保護方式已在 127 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。 對于選擇性自動復(fù)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(shè)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(fù)電漏電保護系統(tǒng)則受益甚微，主要是因為自動復(fù)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。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。但是，從全局看，考慮井下供電單元的綜合保護，短路閉鎖的設(shè)置還是非常有必要的。 ○ 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。該要求可由特地設(shè)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(guān)就不會自動合閘。 ○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。對于總開關(guān)，除分斷電流足夠大等常規(guī)要求外，還要求其分斷速度快和具有重合閘機構(gòu)，因此必須采用帶重合閘機構(gòu)的真空饋電開關(guān)，對于各分支饋電開關(guān)，要求就低多了，只需具有重合閘機構(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關(guān)〔價 20 格顯然比真空式低得多 )。二是原 DW80 型饋電開關(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。 (4)兼有方向保護的自動復(fù)電式漏電保護 為了使保護性能更加理想，可以在自動復(fù)電漏電保護系統(tǒng)中增加零序功率方向漏電保護單元。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。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(fù)雜程度，因而應(yīng)用有一定的局限性。 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。漏電的保護范圍應(yīng)覆蓋整個供電單元，在發(fā)生漏電故障時只切除漏電支路，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。同時在總開關(guān)處裝設(shè)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。 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。直流電流大小的變化反映了電網(wǎng)對地絕緣性能的好壞。當某支路 (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。分開關(guān)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。 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。當電纜絕緣性能下降，發(fā)生人身觸電時，流過人身的電流除線路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來的感性電流 : 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。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。當 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。 硬件的設(shè)計 智能磁力啟動器的漏電保護一般用大致有漏電閉鎖保護，漏電閉鎖主要用在低壓網(wǎng)絡(luò) ,其作用是對電動機及供電電纜的絕緣水平進行合閘前的監(jiān)視 ,當絕緣值降到規(guī)定值以下或發(fā)生漏電時 ,漏電閉鎖保護裝置動作 ,將控制開關(guān)或磁力啟動器閉 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 ,當主回路帶電工作時 ,它便退出工作。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。 一般智能漏電保護裝置原理框圖如圖 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 Uo 經(jīng)過零比較器，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 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。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 。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。若有故障，輸出的脈沖經(jīng)光耦送到單片機，經(jīng)一段漏電延時，如果漏電信號仍然存 在，單片機則啟動報警、跳閘信號，提醒值班人員及時處理。 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。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。由于電路中串有電感元件，所以當有正弦電流 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?。式中 L? 具有與電阻相同的量綱。當 ?=0 時，L? =0，此時電感相當于開路。 如圖 3— 5（ 2）是表示正弦電感中電壓和電流向量圖。漏電故障時支路零 序電流的方向是由線路流向母線，當電網(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。設(shè)計電路中的電壓，電流信號模擬出漏電故障時支路零序電壓、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 。而非故障支路，零序電流與零序電壓相位相反，負脈沖輸出。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一定的危害。 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。 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。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。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、溫升、電壓調(diào)整率、絕緣性能和防潮性能，對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， N2 為次級。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(yīng)電動勢。當 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 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。初級次級電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系。 1122uNn?? 式中 n 稱為電壓比 (圈數(shù)比 ) 。當 n1 時，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，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。但實際上這種變壓器是沒有的。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。 銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗。當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。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方面。一是磁滯損耗，當交流電流通過變壓器時，通過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，當變壓器工作時。鐵