井下供電系統(tǒng)漏電保護方案
井下供電系統(tǒng)漏電保護方案分析
井下供電系統(tǒng)漏電保護方案分析
前言
漏電保護是煤礦井下三大基本電氣保護之一，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、漏電保護的基本要求
作為繼電保護范疇的漏電保護，也應象其它繼電保護裝置一樣，應當滿足安全性、可靠性、選擇性和可靠性要求。
所謂安全性，是指漏電保護從最嚴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小于30MA.S；對于單相接地以及其它漏電故障，應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，是指漏電保護裝置，自身具有一定的可靠性，對于保護單元內發(fā)生漏電故障時，不能拒動；而當保護單元外發(fā)生任何故障時，不能誤動。
所謂靈敏性，是指漏電保護裝置對臨界漏電故障具有較強的反應能力。
所謂選擇性，是指漏電保護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、目前漏電保護裝置原理分析
分析漏電保護原理是完善漏電保護裝置的基本前提。我礦自建礦生產(chǎn)以來，隨著科學技術進步，我礦現(xiàn)場先后使用過各種各樣的漏電保護裝置，全面地對這些漏電保護裝置進行綜合分析，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
2.2無附加電源直流檢測式漏電保護
2.3零序電壓式漏電保護
2.4零序電流式漏電保護
2.5零序功率方向式漏電保護
2.6旁路接地式漏電保護
附加電源直流檢測式漏電保護（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，自動饋電開關跳閘，實現(xiàn)漏電保護。
優(yōu)點：附加電源直流檢測式漏電保護具有保護全面、動作無死區(qū)，保護不受故障類型（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償效果等優(yōu)點，但其也具有保護無選擇性、電容電流補償具有靜態(tài)性以及保護裝置動作時間長等缺點。
無附加電源直流檢測式漏電保護（圖2）中，利用三個整流管構成漏電保護裝置，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。
優(yōu)缺點：實質上，無附加電源直流檢測式漏電保護同附加電源直流檢測式漏電保護基本原理一致，此種漏電保護結構簡單，具有較高直流電壓，能夠真實地反應電網(wǎng)的絕緣水平，但也有保護無選擇性、漏電保護值受電源電壓波動影響較大等缺點。
零序電壓式漏電保護（圖3）中，當電網(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開口三角形取出（當然也可由變壓器與地之間取出），利用零序電壓的大小，來反應電網(wǎng)對地的絕緣程度。當零序電壓大到一定程度時，執(zhí)行回路動作，使饋電開關跳閘，實現(xiàn)漏電保護。
優(yōu)缺點：零序電壓式漏電保護能夠檢測電網(wǎng)漏電時的零序電壓，不失為一種較好的漏電保護手段，但其具有保護無選擇性、不能保護對稱性漏電故障、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（圖4）中，當電網(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，驅動繼電器，實現(xiàn)漏電保護。
優(yōu)缺點：零序電流式漏電保護可以實現(xiàn)放射式電網(wǎng)中橫向選擇性漏電保護，還可以應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、不能保護對稱性漏電以及不能補償電容電流等缺點。
零序功率方向式漏電保護（圖5）中，當電網(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。
優(yōu)缺點：零序功率方向漏電保護具有很強的橫向選擇性，但也具有動作電阻阻值不固定、不能保護對稱性漏電以及不能補償電容電流等缺點。
旁路接地式漏電保護（圖6）中，當發(fā)生單相觸電或人身觸及電網(wǎng)的一相時，由檢測選相器確認故障并輸出動作指令，然后由執(zhí)行電路強使故障相旁路接地，利用專設的接地極電阻分流，降低漏電點電流。
優(yōu)缺點：旁路接地式漏電保護安全性較高，能有效削弱斷電后電動機反電勢和電網(wǎng)分布電容儲能，減少對觸電人員的危害，但其具有保護范圍單純、只限單相漏電和人身觸電、電路較為復雜等缺點。
3、礦井漏電綜合保護方案
綜上所述，我礦使用的各種漏電保護各有各的優(yōu)缺點，但是要達到比較理想的漏電保護，必須汲取各種漏電保護方式的優(yōu)點，使之有機結合，形成一個完善的綜合保護方案。因此，我礦經(jīng)過研究，采用了一種綜合漏電保護方案。
圖7介紹了我礦應用的一種旁、直、零式選擇性綜合漏電保護方案。
該系統(tǒng)共設置了五種保護單元或插件：附加三相接地電容器組，用來消除方向型保護的動作死區(qū)，裝設于總開關的負荷側，其星形點聯(lián)于接地網(wǎng)，旁路接地式漏電繼電器一臺，設置在總開關處。有了旁路接地，保護系統(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插件一塊，裝設于總開關內，主要用來彌補方向型漏電保護的動作死區(qū)（對稱性漏電），并作為整個漏電保護的總后備。零序功率方向式漏電保護插件若干，在除總開關以外的所有饋電開關和磁力起動器中各裝設一塊，主要完成橫向（放射式各支路）選擇性漏電保護的功能；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，裝設地點同方向型插件，亦可與之合為一個插件。
該漏電保護系統(tǒng)的的保護過程用支線W9上的發(fā)生的單相漏電來說明如下：
此時在20ms內，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插件也起動，其余插件均不起動。
在50ms以內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插件和2QA、4QA中的方向保護插件全部返回，整個供電單元除W9支路外，經(jīng)0.5s的單相旁路接地運行后自動轉入正常運行。
4、結束語
當前，煤礦井下普遍采用單一化的漏電保護方式，再者廠家制造產(chǎn)品差異性，漏電保護系統(tǒng)很難做到繼電保護裝置四大基本特性的要求。因此，研究各種漏電保護方式的原理，結合現(xiàn)場供電系統(tǒng)的要求進行優(yōu)化組合，尋求綜合性的漏電保護方案是解決煤礦井下漏電保護的關鍵所在。
