【正文】 間1次自動(dòng)復(fù)電系統(tǒng)。(3)技術(shù)關(guān)鍵及解決途徑《煤礦安全規(guī)程》(2001年版)458條規(guī)定:“易于與過(guò)流保護(hù)組合成電網(wǎng)緣合保護(hù)系統(tǒng)隨著井下過(guò)流保護(hù)技術(shù)的發(fā)展與礦用屏蔽電纜的推廣普及使用，過(guò)流保護(hù)與漏電保護(hù)等組合在一起是井下低壓供電單元保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而這種自動(dòng)復(fù)電式漏電保護(hù)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配合方便，再加上屏蔽電纜的輔佐，將率先與過(guò)流保護(hù)組合成新的綜合保護(hù)系統(tǒng)，使井下的供電安全提高到一個(gè)新的水平。黑龍江雞西礦務(wù)局恒山礦數(shù)年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明:類似的漏電保護(hù)系統(tǒng)在具有4個(gè)支路的采區(qū)變電所內(nèi)，從整體上說(shuō)，可縮小事故停電范圍314，節(jié)約查找故障的時(shí)何約84 %o，大幅度減少了因漏電而停產(chǎn)的時(shí)間，其經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。另一方面，停電使局部通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，瓦斯積聚，反過(guò)來(lái)又嚴(yán)重地威脅了礦井的安全。井下若不顧安全，盲目生產(chǎn)可能釀成重大惡性事故。選擇性復(fù)電，故對(duì)電路設(shè)計(jì)和級(jí)差的要求大大降低，電路簡(jiǎn)單可靠。更難得的是，由于總開(kāi)關(guān)的快速跳閘，使得保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其他開(kāi)關(guān)、起動(dòng)器的跳閘速度無(wú)過(guò)高要求，這特別適用于老設(shè)備的改造利用，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，將比其他方式的漏電保護(hù)系統(tǒng)更具有吸引力。 由于總開(kāi)關(guān)采用帶重合閘的真空饋電開(kāi)關(guān)，故可滿足對(duì)保護(hù)系統(tǒng)快速性的要求?？梢?jiàn)，這種保護(hù)方式的實(shí)質(zhì)是斷電后的選擇，即漏電跳閘、選擇性復(fù)電。延時(shí)，各處漏電閉鎖電路投人運(yùn)行，選擇性尋找故障支路，并將故障支路的開(kāi)關(guān)閉鎖。 (1)工作原理 在一個(gè)低壓供電單元中，這種選擇性自動(dòng)復(fù)電漏電保護(hù)系統(tǒng)由帶重合閘的饋電開(kāi)關(guān)(總開(kāi)關(guān)應(yīng)用真空型)，磁力起動(dòng)器與直流檢測(cè)式漏電保護(hù)、閉鎖、延時(shí)插件等構(gòu)成。 所謂自動(dòng)復(fù)電，實(shí)際上就是地面供電系統(tǒng)的自動(dòng)重合閘技術(shù)在井下的運(yùn)用。目前利用零序電流的大小和方向所構(gòu)成的選擇性漏電保護(hù)裝置，已成功地用于煤礦660kV電網(wǎng)的漏電保護(hù)。 利用各支路零序電流的方向不同，可以實(shí)現(xiàn)放射式電網(wǎng)的橫向選擇性漏電保護(hù)。 如果電網(wǎng)中發(fā)生了非對(duì)稱性漏電故障，就必然會(huì)產(chǎn)生零序電壓，此時(shí)如果存在零序回路，則在回路將出現(xiàn)零序電流。動(dòng)作值受電源電壓波動(dòng)的影響較大和對(duì)整流管的反向電壓要求較高(﹥)是這種保護(hù)方式的缺點(diǎn)，因此它只在電壓較低的地方使用，如在127V煤電鉆綜合保護(hù)中采用構(gòu)成. 利用漏電時(shí)零序電壓的大小來(lái)反應(yīng)電網(wǎng)對(duì)地的絕緣程度，當(dāng)零序電壓大到一定程度，就使饋電開(kāi)關(guān)跳閘，這就是零序電壓式漏電保護(hù)的原理。 (2)特點(diǎn)及應(yīng)用這種保護(hù)方式構(gòu)成漏電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要另設(shè)直流電源，即可獲得直流檢測(cè)式漏電保護(hù)所具有的保護(hù)特性。圖24利用3個(gè)整流管的漏電保護(hù)的原理 (1)3個(gè)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(fù)載電阻接地。移相疊加選相法效果較好，但電路較復(fù)雜。(2)保護(hù)無(wú)選擇性。 旁路接地式漏電保護(hù)的缺點(diǎn)如下:(1)對(duì)故障種類的反應(yīng)能力不全面，只能保護(hù)人身觸及一相和=定范圍內(nèi)的單相漏電，對(duì)其他種類的漏電故障不起保護(hù)作用。 (2)在一定條件下能有效地削弱斷電后電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)和電網(wǎng)電容儲(chǔ)能對(duì)觸電人員的危害:對(duì)反電勢(shì)和電容向漏電點(diǎn)的饋送能量，也有同樣的削弱作用。 旁路接地式漏電保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)保護(hù)有較高的安全性，當(dāng)發(fā)生人身觸電時(shí)，能在30～50ms內(nèi)將人身觸電電流降至5～10mA及以下。正確地選出故障相是實(shí)現(xiàn)旁路接地的技術(shù)關(guān)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(diǎn)選擇故障相。接著開(kāi)關(guān)跳閘，切除電源，而瞬間產(chǎn)生的電容放電與電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)均被旁路，對(duì)人身無(wú)危害。它的基本設(shè)想是。采用旁路接地式漏電保護(hù)在一定條件下可以解決上述問(wèn)題。此外，反電勢(shì)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(dòng)機(jī)反電勢(shì)外，還來(lái)自電網(wǎng)對(duì)地電容所儲(chǔ)存的電荷對(duì)人體的放電。根據(jù)實(shí)測(cè)105kW電動(dòng)機(jī)在660v和1140v電網(wǎng)中切除時(shí)的反電勢(shì)如表22所示。 前面介紹的兩種漏電保護(hù)方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即對(duì)發(fā)生人身觸電斷電后電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)和電網(wǎng)電容儲(chǔ)能對(duì)人體的危害無(wú)能為力，因此有必要探索新的保護(hù)方式。 (5)保護(hù)裝置對(duì)斷電后電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)對(duì)人身的危害無(wú)能為力。 (3)單純?cè)O(shè)置延時(shí)環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到縱向的選擇性，將使安全性進(jìn)一步降低。 零序功率方向式漏電保護(hù)的缺點(diǎn)如下: (1)只能保護(hù)如單相漏電、人身觸電和兩相漏電等不對(duì)稱漏電故障，對(duì)三相對(duì)地阻抗均勻下降等對(duì)稱性漏電故障不起保護(hù)作用，亦即保護(hù)有死區(qū). (2)由于不能設(shè)置電容電流補(bǔ)償電路，而要設(shè)置附加接地電容器組，故增加了電網(wǎng)的對(duì)地電容值，使得漏電電流和人身觸電電流增大，降低了安全性。 (2)由于沒(méi)有三相電抗器、零序電抗器等大型元件，故保護(hù)裝置易于插件化，裝設(shè)于開(kāi)關(guān)或起動(dòng)器的隔爆外殼內(nèi)，不需另加隔爆型電氣設(shè)備，有利于構(gòu)成縱、橫向都有選擇性的漏電保護(hù)系統(tǒng)。 零序功率方向式漏電保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)保護(hù)有較強(qiáng)的橫向選擇性，當(dāng)支路發(fā)生漏電時(shí)，停電范圍很小。有的情況下雖然Rg還遠(yuǎn)高于11kΩ，如118kΩ等，卻因故障支路的零序電流已超出20mA而動(dòng)作。雖然真實(shí)動(dòng)作值20mA是固定的，即只要該支路零序電流達(dá)到20mA保護(hù)裝置就動(dòng)作，但在不同的參數(shù)組合下，相應(yīng)的動(dòng)作電阻卻各不相同，其范圍為9～19kΩ。相應(yīng)的動(dòng)作電阻值不固定而且變動(dòng)范圍較大是采用零序功率方向式漏電保護(hù)的一大缺點(diǎn)。在另一極端，當(dāng)在一很短的支路上發(fā)生漏電故障時(shí)，,相應(yīng)的單相接地過(guò)渡電阻值已超出20kΩ。(2)真實(shí)整定值的選擇根據(jù)上面的分析，,就可以將虛設(shè)整定值變?yōu)檎鎸?shí)整定值，其實(shí)不然，這就是方向保護(hù)動(dòng)作值整定的復(fù)雜所在。但在工程實(shí)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(shuō)，流過(guò)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(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，實(shí)際流過(guò)零序電流互感器的零序電流必小于前面所確定的35mA動(dòng)作值。上述整定的具體含義是:當(dāng)電網(wǎng)總的零序電流達(dá)到35 mA時(shí)，應(yīng)立即切斷故障支路的電源。但實(shí)際上對(duì)保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)是一虛值。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。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(zhǎng)一條線路的每相對(duì)地電容值，～。這樣不僅使保護(hù)裝置有可能取不出零序電流信號(hào)，而且使零序電流的相位又增加了一個(gè)變化的因素，使相位的比較鑒別更加困難。 (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。 (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(guò)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(méi)，因而無(wú)法鑒別。下面分析設(shè)置附加電容器組的必要性。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)再考慮附加三相電容器組的增值，就可以確定每相對(duì)地電容的變化范圍。對(duì)于移動(dòng)變電站，目前低壓為66OV的最大容量為500kV 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320kV零流取樣零壓取樣放大整形相位比較執(zhí)行電路圖23零序功率方向式漏電保護(hù)原理 利用零序電流的大小來(lái)整定方向保護(hù)，首先要確定符合實(shí)際的電網(wǎng)對(duì)地電容數(shù)值范圍，因它對(duì)零序電流的大小影響最大。當(dāng)電網(wǎng)中某支路發(fā)生漏電故障或人身觸電事故時(shí)，由取樣電路分別從電網(wǎng)中取出琴序電壓和各支路的零序電流信號(hào)，經(jīng)放大整形后，由相位比較電路來(lái)判別故障支路，最后啟動(dòng)執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，從而實(shí)現(xiàn)了有選擇性的漏電保護(hù)。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(guò)流保護(hù)的稱呼。利用零序電流或零序電壓的幅值大小來(lái)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(lái)判斷，而后動(dòng)作，有選擇地切除放障支路的電源。如變壓器中性點(diǎn)、各支路的人為中性點(diǎn)、負(fù)荷中性點(diǎn)等處測(cè)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(lái)判斷零序電流的方向(相位)創(chuàng)造了有利的條件。要判明電網(wǎng)中故障時(shí)各支路零序電流的方向(相位)，必須要有一個(gè)相位不隨支路號(hào)數(shù)而變的參量作為參照，或者說(shuō)是基準(zhǔn)，這個(gè)參量就是零序電壓。后者超前零序電壓90176。另一方面，故障支路零序電流的方向是由線路流向母線，而各非故障支路的零序電流方向則由母線流向線路并入地，二者的相位基本上是相反的，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，二者的相位就恰好相差180176。利用裝設(shè)在各支路的零序電流互感器來(lái)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(hù)，這就是利用零序電流幅值的保護(hù)原理。如圖2—2所示，從電源的母線往負(fù)荷端看，流過(guò)故障支路的零序電流，不僅大小而且方向都和非故障支路不同。圖22放射式供電單元單相接地時(shí)的零序電流分布在中性點(diǎn)不接地的放射式電網(wǎng)中，如果某一支路發(fā)生不對(duì)稱漏電故障或人身觸電事故，則所有的支路都將有零序電流(主要是電容電流)流過(guò)，漏電電流或人身觸電電流。(4)這種保護(hù)方式對(duì)電動(dòng)機(jī)斷電后加于電網(wǎng)上的反電勢(shì)的危害無(wú)能為力。 (3)保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)≥1K時(shí)，動(dòng)作時(shí)間大于50ms，再加上自動(dòng)開(kāi)關(guān)的固有分閘時(shí)間100~200 rns，故使人的觸電時(shí)間較長(zhǎng)，以30mA (2)電容電流補(bǔ)償是靜態(tài)補(bǔ)償，電感電抗值調(diào)定以后就不能隨電網(wǎng)對(duì)地電容的變化而自動(dòng)變化，因而不能保證在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都達(dá)到最佳補(bǔ)償狀態(tài)，降低了保護(hù)的安全性。 附加電源直流檢測(cè)式漏電保護(hù)的缺點(diǎn)如下: (1)保護(hù)無(wú)選擇性，即在供電單元內(nèi)無(wú)論何處發(fā)生漏電，都將引起總開(kāi)關(guān)跳閘，停電范圍大。 這種保護(hù)裝置與供電單元中各分組饋電開(kāi)關(guān)、磁力起動(dòng)器中的漏電閉鎖單元一起，可以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)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(hù)系統(tǒng)。 對(duì)整個(gè)供電單元具有電容電流補(bǔ)償，漏電電流和人身觸電電流較小，等于人為地減輕了故障程度。 附加電源直流檢測(cè)式漏電保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn): 保護(hù)全面，它的保護(hù)范圍幾乎能覆蓋整個(gè)低壓供電單元，惟一不能保護(hù)的是一段數(shù)米長(zhǎng)的并下動(dòng)力變壓器低壓側(cè)至總低壓開(kāi)關(guān)的電纜。聯(lián)接在零序電抗器LK與大地之間，構(gòu)成電網(wǎng)對(duì)地的交流通路，因電網(wǎng)對(duì)地阻抗不平衡而產(chǎn)生的交流電流(零序電流)被旁路入地，不再通過(guò)ZJ。因此，這種保護(hù)方式的動(dòng)作電阻值，不應(yīng)受電網(wǎng)對(duì)地阻抗不平衡的影響，在設(shè)計(jì)保護(hù)電路時(shí)，應(yīng)設(shè)法不讓交流電流通過(guò)直流繼電器ZJ。我國(guó)井下低壓電網(wǎng)現(xiàn)行的直流檢測(cè)型漏電保護(hù)繼電器的動(dòng)作電阻值如表2一1所示。作為直流檢測(cè)型的漏電保護(hù)裝置(或繼電器)，它的動(dòng)作值應(yīng)能直接反映電網(wǎng)對(duì)地的絕緣狀態(tài)，所以不能以ZJ的動(dòng)作電流來(lái)作為動(dòng)作值，而必須以為動(dòng)作值并加以整定。若一相〔如a相)絕緣電阻降低，其余兩相為正?；驘o(wú)限大，則=，若a, b兩相絕緣電阻同時(shí)降低，且==r，而c相都為正?；驘o(wú)限大，則 =r/2。 接地電阻。 三相電抗器每相線圈的直流電阻，: 零序電抗器的直流電阻。直流電源Uz:通過(guò)由三相電抗器SK所組成的人為中性點(diǎn)(也可以通過(guò)變壓器中性點(diǎn)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、進(jìn)人三相線路，、千歐表k (直流毫安表)和直流繼電器ZJ返回電源負(fù)極?？梢栽O(shè)想在三相電網(wǎng)中附加一獨(dú)立的直流電源，使之作用于三相電網(wǎng)與大地之間，這樣，在三相對(duì)地的絕緣電阻上將有一直流電流流通，該電流大小的變化直接反圖21附加電源直流檢測(cè)式漏電保護(hù)原理應(yīng)了電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻的變化，有效地檢側(cè)和利用該電流，就可以構(gòu)成附加電源直流檢測(cè)式漏電保護(hù)。在目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平的條件下，只靠一種保護(hù)方式已不能構(gòu)成針對(duì)一供電單元的完善的漏電保護(hù)系統(tǒng)。第二章 漏電保護(hù)原理漏電保護(hù)的主要目的是防止人身觸電和漏電電流引爆瓦斯煤塵，對(duì)于中性點(diǎn)不接地的供電單元，漏電保護(hù)有多種方式，如附加電源直流檢測(cè)式、零序功率方向式、人為旁路接地式、自動(dòng)復(fù)電式等等。本文通過(guò)對(duì)漏電保護(hù)原理的認(rèn)識(shí)，模擬漏電故障時(shí)產(chǎn)生的零序電流和零序電壓，設(shè)計(jì)選擇性漏電保護(hù)裝置的硬件電路。將選擇性漏電保護(hù)理論應(yīng)用于漏電保護(hù)裝置之中。對(duì)配電要求不高的場(chǎng)合應(yīng)盡量少使用此功能，甚至簡(jiǎn)化不用.(6)閉鎖性：漏電閉鎖環(huán)節(jié)是保護(hù)網(wǎng)絡(luò)在送電前發(fā)生漏電或運(yùn)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(kuò)大.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)。為減少動(dòng)作時(shí)間，要求保護(hù)裝置不應(yīng)過(guò)于復(fù)雜，必要時(shí)甚至可以通過(guò)犧牲保護(hù)裝置的可靠性達(dá)到這一點(diǎn).(5)自檢性：自檢性功能是指在任何時(shí)間和條件下，保護(hù)裝置都能對(duì)本身的各個(gè)環(huán)節(jié)及單元的完好情況進(jìn)行自檢，以保證漏電保護(hù)裝置能時(shí)刻有效地對(duì)被保護(hù)對(duì)象的漏電故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生的狀態(tài)，保護(hù)裝置的靈敏度以大于2為宜，因?yàn)樵谶@種條件下，保護(hù)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(luò)的電容值有關(guān).(4)快速性：快速切除短路故障可以減輕電流對(duì)電氣設(shè)備的破壞程度，加速恢復(fù)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程，減小對(duì)用戶的影響。電纜網(wǎng)絡(luò)為:。由于靈敏性用靈敏度系數(shù)來(lái)表示，它決定于在被保護(hù)范圍內(nèi)金屬性接地時(shí)接地電流的計(jì)算值與保護(hù)裝置動(dòng)作電流值的比值。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(wú)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。這樣才能提高供電系統(tǒng)的本質(zhì)可靠性，縮短采礦、運(yùn)輸?shù)裙こ?