井下供電系統(tǒng)漏電保護(hù)方案
井下供電系統(tǒng)漏電保護(hù)方案分析
井下供電系統(tǒng)漏電保護(hù)方案分析
前言
漏電保護(hù)是煤礦井下三大基本電氣保護(hù)之一，其目的主要是通過切斷電源的操作來防止人身觸電傷亡、避免漏電電流引爆瓦斯煤塵，確保礦井生產(chǎn)和人身安全。因此，煤礦井下采用完善的漏電保護(hù)方案是確保煤礦供電系統(tǒng)安全工作的重要措施。
1、漏電保護(hù)的基本要求
作為繼電保護(hù)范疇的漏電保護(hù)，也應(yīng)象其它繼電保護(hù)裝置一樣，應(yīng)當(dāng)滿足安全性、可靠性、選擇性和可靠性要求。
所謂安全性，是指漏電保護(hù)從最嚴(yán)重的人身觸電事故發(fā)生到電源被切除的時間乘以流過人體的電流應(yīng)小于30MA.S；對于單相接地以及其它漏電故障，應(yīng)保證在切斷電源或發(fā)生間歇性漏電時，接地點的漏電火花能量小于0.28MJ。
所謂可靠性，是指漏電保護(hù)裝置，自身具有一定的可靠性，對于保護(hù)單元內(nèi)發(fā)生漏電故障時，不能拒動；而當(dāng)保護(hù)單元外發(fā)生任何故障時，不能誤動。
所謂靈敏性，是指漏電保護(hù)裝置對臨界漏電故障具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力。
所謂選擇性，是指漏電保護(hù)裝置只切除供電單元中漏電部分的電源，而
保留非漏電部分的電源。無論是放射式供電還是干線式供電，都能將故障時的停電范圍盡可能減小。
2、目前漏電保護(hù)裝置原理分析
分析漏電保護(hù)原理是完善漏電保護(hù)裝置的基本前提。我礦自建礦生產(chǎn)以來，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，我礦現(xiàn)場先后使用過各種各樣的漏電保護(hù)裝置，全面地對這些漏電保護(hù)裝置進(jìn)行綜合分析，無外乎有以下幾種類型：
2.1附加電源直流檢測式漏電保護(hù)
2.2無附加電源直流檢測式漏電保護(hù)
2.3零序電壓式漏電保護(hù)
2.4零序電流式漏電保護(hù)
2.5零序功率方向式漏電保護(hù)
2.6旁路接地式漏電保護(hù)
附加電源直流檢測式漏電保護(hù)（圖1）中，三相電抗器、零序電抗器、KΩ表和KD繼電器電阻為定值，電網(wǎng)對地絕緣電阻值r為可變值。當(dāng)直流電壓V一定時，直流繼電器KD中電流值將隨r值而變。當(dāng)r下降到一定程度時，直流繼電器KD動作，其常開接點接通自動饋電開關(guān)的分勵脫扣線圈，或常閉接點斷開無壓釋放線圈，自動饋電開關(guān)跳閘，實現(xiàn)漏電保護(hù)。
優(yōu)點：附加電源直流檢測式漏電保護(hù)具有保護(hù)全面、動作無死區(qū)，保護(hù)不受故障類型（對稱或不對稱）、發(fā)生地點以及電網(wǎng)狀態(tài)的影響，對整個供電單元具有電容電流補(bǔ)償效果等優(yōu)點，但其也具有保護(hù)無選擇性、電容電流補(bǔ)償具有靜態(tài)性以及保護(hù)裝置動作時間長等缺點。
無附加電源直流檢測式漏電保護(hù)（圖2）中，利用三個整流管構(gòu)成漏電保護(hù)裝置，三個整流管分別接到電網(wǎng)三相，另一端星接經(jīng)電阻接地。由于電網(wǎng)中性點不接地，經(jīng)三個整流管的直流電流，必須流經(jīng)電阻R、大地和電網(wǎng)對地絕緣電阻r才能返回電源，因此電流的大小就直接反應(yīng)了電網(wǎng)對地的絕緣狀況，檢測直流電流的大小，就可形成漏電保護(hù)。
優(yōu)缺點：實質(zhì)上，無附加電源直流檢測式漏電保護(hù)同附加電源直流檢測式漏電保護(hù)基本原理一致，此種漏電保護(hù)結(jié)構(gòu)簡單，具有較高直流電壓，能夠真實地反應(yīng)電網(wǎng)的絕緣水平，但也有保護(hù)無選擇性、漏電保護(hù)值受電源電壓波動影響較大等缺點。
零序電壓式漏電保護(hù)（圖3）中，當(dāng)電網(wǎng)非對稱性漏電時，三相對地電壓不平衡，事必出現(xiàn)零序電壓。零序電壓通過電壓互感器二次側(cè)開口三角形取出（當(dāng)然也可由變壓器與地之間取出），利用零序電壓的大小，來反應(yīng)電網(wǎng)對地的絕緣程度。當(dāng)零序電壓大到一定程度時，執(zhí)行回路動作，使饋電開關(guān)跳閘，實現(xiàn)漏電保護(hù)。
優(yōu)缺點：零序電壓式漏電保護(hù)能夠檢測電網(wǎng)漏電時的零序電壓，不失為一種較好的漏電保護(hù)手段，但其具有保護(hù)無選擇性、不能保護(hù)對稱性漏電故障、動作電阻值不固定、只能用在變壓器中性點非直接接地的電網(wǎng)中等缺點。
零序電流式漏電保護(hù)（圖4）中，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生非對稱性漏電時，電網(wǎng)在產(chǎn)生零序電壓的同時，回路中也出現(xiàn)零序電流，利用零序電流互感器，取值加以利用，驅(qū)動繼電器，實現(xiàn)漏電保護(hù)。
優(yōu)缺點：零序電流式漏電保護(hù)可以實現(xiàn)放射式電網(wǎng)中橫向選擇性漏電保護(hù)，還可以應(yīng)用于中性點接地及不接地系統(tǒng)中。但也具有動作電阻值不固定、不能保護(hù)對稱性漏電以及不能補(bǔ)償電容電流等缺點。
零序功率方向式漏電保護(hù)（圖5）中，當(dāng)電網(wǎng)非對稱性漏電時，由取樣電路分別從電網(wǎng)中取出零序電壓和各支路的零序電流信號，經(jīng)放大整形后，由相位比較電路來判斷故障支路，最后啟動執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，實現(xiàn)有選擇性的漏電保護(hù)。
優(yōu)缺點：零序功率方向漏電保護(hù)具有很強(qiáng)的橫向選擇性，但也具有動作電阻阻值不固定、不能保護(hù)對稱性漏電以及不能補(bǔ)償電容電流等缺點。
旁路接地式漏電保護(hù)（圖6）中，當(dāng)發(fā)生單相觸電或人身觸及電網(wǎng)的一相時，由檢測選相器確認(rèn)故障并輸出動作指令，然后由執(zhí)行電路強(qiáng)使故障相旁路接地，利用專設(shè)的接地極電阻分流，降低漏電點電流。
優(yōu)缺點：旁路接地式漏電保護(hù)安全性較高，能有效削弱斷電后電動機(jī)反電勢和電網(wǎng)分布電容儲能，減少對觸電人員的危害，但其具有保護(hù)范圍單純、只限單相漏電和人身觸電、電路較為復(fù)雜等缺點。
3、礦井漏電綜合保護(hù)方案
綜上所述，我礦使用的各種漏電保護(hù)各有各的優(yōu)缺點，但是要達(dá)到比較理想的漏電保護(hù)，必須汲取各種漏電保護(hù)方式的優(yōu)點，使之有機(jī)結(jié)合，形成一個完善的綜合保護(hù)方案。因此，我礦經(jīng)過研究，采用了一種綜合漏電保護(hù)方案。
圖7介紹了我礦應(yīng)用的一種旁、直、零式選擇性綜合漏電保護(hù)方案。
該系統(tǒng)共設(shè)置了五種保護(hù)單元或插件：附加三相接地電容器組，用來消除方向型保護(hù)的動作死區(qū)，裝設(shè)于總開關(guān)的負(fù)荷側(cè)，其星形點聯(lián)于接地網(wǎng)，旁路接地式漏電繼電器一臺，設(shè)置在總開關(guān)處。有了旁路接地，保護(hù)系統(tǒng)的安全性大為提高，使得靠延時的縱向（上、下級）選擇性得以實現(xiàn)。直流檢測式漏電保護(hù)插件一塊，裝設(shè)于總開關(guān)內(nèi)，主要用來彌補(bǔ)方向型漏電保護(hù)的動作死區(qū)（對稱性漏電），并作為整個漏電保護(hù)的總后備。零序功率方向式漏電保護(hù)插件若干，在除總開關(guān)以外的所有饋電開關(guān)和磁力起動器中各裝設(shè)一塊，主要完成橫向（放射式各支路）選擇性漏電保護(hù)的功能；根據(jù)縱向選擇性的要求，各自的跳閘延時有一定的區(qū)別。直流檢測式漏電閉鎖插件若干，裝設(shè)地點同方向型插件，亦可與之合為一個插件。
該漏電保護(hù)系統(tǒng)的的保護(hù)過程用支線W9上的發(fā)生的單相漏電來說明如下：
此時在20ms內(nèi)，2QA、4QA、9QC所裝方向插件和1QA處的旁路接地繼電器均起動，同時1QA中的直流檢測式保護(hù)插件也起動，其余插件均不起動。
在50ms以內(nèi)旁路接地繼電器動作，將漏電相在1QA處旁路接地，使實際漏電處的電流小于10mA。經(jīng)0.5s延時，9QC中的方向保護(hù)插件動作，使9QC跳閘，切除故障支路W9的電源。此后，旁路接地繼電器直流檢測式保護(hù)插件和2QA、4QA中的方向保護(hù)插件全部返回，整個供電單元除W9支路外，經(jīng)0.5s的單相旁路接地運(yùn)行后自動轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。
4、結(jié)束語
當(dāng)前，煤礦井下普遍采用單一化的漏電保護(hù)方式，再者廠家制造產(chǎn)品差異性，漏電保護(hù)系統(tǒng)很難做到繼電保護(hù)裝置四大基本特性的要求。因此，研究各種漏電保護(hù)方式的原理，結(jié)合現(xiàn)場供電系統(tǒng)的要求進(jìn)行優(yōu)化組合，尋求綜合性的漏電保護(hù)方案是解決煤礦井下漏電保護(hù)的關(guān)鍵所在。
