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1、 第1章 绪论 1.1 我国漏电保护的发展1矿井低压漏电保护进程矿井低压电网漏电保护经历了3个发展阶段、2次飞跃。3个阶段是机电式 、半导体式和微机式。第1次飞跃是由机电式到半导体式，主要体现在无触点化、小型化、低功耗方面；第2次飞跃是由半导体式到微机式，主要表现在数字化和智能化方面。显而易见 ，第2次飞跃尤为重要，它为矿井电网漏电保护技术的发展开辟了前所未有的广阔前景。2我国漏电保护器的发展机电式漏电保护是矿井低压电网漏电保护技术发展的基础。前苏联研制成功的后来被我国广泛采用的机电式漏电保护装置，是基于附加直流检测的PYB型防爆漏电继电器，在机电式漏电保护的基础上，我国曾先后研制开发出了6种
2、不同型式的捡漏继电器，如JY82J型、JL80型、JL82型、JL83型、JY80型和JJKB30型。20世纪80年代初期，随着电子技术的发展，大大推动了矿井电网漏电保护技术的发展 。由原山西矿业学院开发研制的BJJ2660(380)X隔爆型选择性捡漏继电器为了提高人身触电时的安全性，解决选择性漏电保护系统的动作选择性和安全性之间的矛盾，中国矿业大学在20世纪80年代末研制开发出BJJ4矿用隔爆型带人为旁路接地的总捡漏继电器和BJJ3矿用隔爆型选择性捡漏继电器。在20世纪90年代初，相继出现了BKD1400Z/660(380)Z(F)矿用隔爆型真空馈电开关、DXL660Q型分支馈电开关选择性漏
3、电保护器等。1.2漏电保护器发展现状漏电保护系统的动作可靠性至关重要。它是衡量保护系统性能优劣的主要标志之一。煤矿井下存在着大量干扰信号，直接威胁着单片机的工作可靠性。因此在漏电保护系统中建立了2级后备保护，即总漏电保护单元作为分支漏电保护单元的一级后备，漏电闭锁作为分支漏电单元的二级后备。虽然这样会扩大停电范围，但提高了人身触电的安全性。另外 ，由于电网的零序电压和零序电流之间的相位随电网参数而变化，所以将零序电压变换成脉冲序列，将零序电流变换成方波信号，可扩大比较范围，提高动作可靠性。除此之外，利用软件的闭锁、记忆和滤波功能，也能使漏电动作的可靠性得到提高。在此综合保护系统中，建立了良好的
4、人机界面。多功能数字显示屏在开关合闸前，循环显示电网的绝缘状态、动作整定值和开关的工作状态。开关合闸后，正常工作时循环显示电网的工作参数和对地的绝缘水平。故障跳闸后循环显示故障参数和故障状态，从而大大提高了判断故障和排除故障的效率。第2章 选择性漏电保护装置2.1 产生漏电的原因分析井下供电系统产生漏电的原因，可以概括为一下几个方面：（1）对电气设备、电缆的检查不够细致，操作使用不当造成的漏电；（2）电缆在井下被压、砸、穿刺；过分弯曲电缆使电缆外皮出现裂隙；运行中的电缆盘圆或盘“8”字，导致电缆发热，绝缘老化，绝缘性能降低。（3）设备、电缆闲置不用时不定期升井检修或干燥，导致设备、电缆受潮，绝
5、缘降低。（4）开关、电机等处在淋水处造成受潮或进水，而使绝缘下降。（5）电气设备、电缆选择不合适，造成长期过载发热，使其绝缘下降。（6）变压器并联运行、电缆线路太长、开关及电机等设备数量太多，而使电网总绝缘水平下降。（7）电缆或开关电器超过额定电压运行，导致绝缘降低或被击穿。（8）电缆与设备在连接时，由于接头不牢、喇叭口封堵不严以及接线嘴压板不紧等原因，使接头在运行中产生松脱而与外壳相连，或因接头发热烧坏绝缘。2.2 中性点不接地系统单相接地故障选线方法分析选择性漏电保护原理通常不外乎有以下几种：零序电流互感器比幅法、零序电流相对相位法、附加直流电源法、群体比幅比相法、零序功率方向法、零序电流
6、有功分量法、五次谐波分量法、各次谐波平方和法、首半波法、小波分析法、拉路法、注入信号寻迹法、注入变频信号法和基于模式识别的选线方法。除了以上14种方法外，还有诸如最大法、静态DESIR选线方法、动态DESIR选线方法、DDA选线方法、零序能量法、基于负序电流的选线方法等。多年运行实践表明，以往的选线装置多依靠某一种保护原理，发生漏电故障时经常会造成选择性无法实践，当发生漏电故障时，断开的不仅仅是故障支路，经常总开关也会伴随断开，造成矿山供电系统的大面积瘫痪。利用故障后的稳态分量进行检测，存在的主要问题是接地稳态分量太小，常导致选线装置不能正常动作，而且该方法对中性点经消弧线圈接地电网失效。咱太
7、分量法的主要问题在于暂态过程非常迅速，信号难以捕捉，且受外界干扰影响大，使得实际应用中遇到许多困难。谐波法的问题是谐波含量较小，且在有间接性电弧现象时不稳定。以下我们对这些选线方法加以分析，来选择合适的选线方法。2.2.1 零序电流比幅法利用故障线路零序电流大于非故障零序电流的特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有现在性保护。这种原理在某一线路远远长于其他线路（即其分布电容与系统总的分布电容相差不大时）的情况下较难满足选择性的要求、同时，当接地点过渡电阻较大时，电容电流较小，装置可能发生拒动现象。该方法不适用于谐振接地电网。2.2.2 零序电流相对相位法零序电流是选择性漏电保护中使用的最重要
8、的参数之一。本节我们研究发生单相接地故障后，零序电流的数学表达式，通过零序电流方向原理实现故障支路的正确选线，并讨论电流随电网参赛、漏电程度的变化规律。需要指出，由于三相电源的中性点不接地，所以无论电网发生什么类型的漏电故障，电网的线电压将不会发生变化。仍是三相对称的。单相漏电和两相漏电均属于不对称故障，故障发生后，电网各相对地电源就不再对称，并且变压器中性点也要发生位移，产生对地电压（零序电压），如果系统中有零序回路，则在回路中就有零序电流流通。中性点不不接地配电网发生单相接地故障零序等效电路如图21所示 ，其中Cn为第n条线路的相对等效电容，R为接地过渡电阻。由于相对等地等效电阻值远大于相
9、对的等效容抗值，在实际设计中不会对工作过程造成重大影响，故可忽略不计。故障相电源电压为U=U Sin（t+）. （21）当发生单相接地故障时，相当于图21的零状态响应。图2-1 中性点不接地配电网单相接地故障零序等效电路克希荷夫电压定律，当t0时，电路中电压和电流的微分方程分别为： (22) (23) (24)其中C=Cn (n=1,2,N),N是线路的条数。解式(22)得：(25)其中：=Sin-1RC/(1+2R2C2)0.5解式(23)得： (26)式（26）中，第一项是流过接地导线中的零序基波电流，即稳态分量；第二项是流过接地导线中的零序暂态电流，即暂态分量；两项之和是流过接地导线中的
10、零序全电流。解式（24）得： (27) 式(2-7)中，第1项是流过第n条线路的零序基波电流，即稳态分量;第2项是流过第n条线路的零序暂态电流，即暂态分量;两项之和是流过第n条线路的零序全电流。发生单相接地故障时零序全电流的特点是当配电网发生单相接地故障时，中、C, Cn, R有确定的数值，式(2-6)和式(2- 7)中的两项都是时间t的函数。在单相接地初期，零序暂态电流的大小与中、R, t有关，在t 4RC时，零序暂态电流衰减到2%以下，可以认为只有零序基波电流当(D-e时，无过渡过程，只有零序基波电流。但是，在接地过程中，接地电阻R不是固定不变的。当R变化时，又开始新的过渡过程cbI。因此
11、，在单相接地过程中，零序暂态电流有可能时有时无，也可能一直存在。比较式(2-6)和式(2-7)，数学表达式系数C和Cn不同，因此:（1）两个零序全电流波形相同。（2）两个零序全电流大小相差i/in =C/Cn倍，接地导线中零序全电流最大。（3）若接地导线中零序全电流从线路流向母线，则非接地导线中零序。根据以上特征，可以利用零序全电流的大小和方向进行故障选线。为了提高选线的准确率，微机选线装置在采集电流信号时必须注意以下几点:（1）所有线路必须在同一周期内完成采样。（2）采样点数尽量多。（3）各线路对应采样点的采样时间相同。（4）采用集散式并行处理技术准确测量各采样点的量值。利用零序电流来判断供
12、电单元是否发生了漏电，同时，利用各支路的零序电流与零序电压的相位关系来判断故障支路，而后动作，有选择的切除故障支路的电源，这种保护方案就称为基于零序电流方向原理的漏电保护方案。当电网中某支路发生漏电故障或人身触电事故时，由采样电路从电网中取出零序电流信号，经滤波整形后，由比较处理芯片来判别故障支路，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，从而实现了有选择性的漏电保护。图2-3为发生单相漏电故障零序等效网络。 图2-3单相漏电故障零序等效网络 其中，r和c分别为线路Ll, L2, L3和总馈电开关处线路的每项绝缘电阻和对地电容，用集中参数表示;R。为漏电故障点过渡电阻，设故障发生在电网A相，并设漏
13、电故障时电网的零序电压为U，规定电流从母线指向线路为正方向。则由图可得到流过非故障支路L1, L2、总自动馈电开关处线路首端的零序电流分别为3I01=U0（01）=Ir01+Ic01 （28）3I02=U0（02）=Ir02+Ic02 （29）3I03=U0（03）=Ir03+Ic03 （210）而通过故障支路L3首端的零序电流则为=-U0 (2-11)式中为全电网一相对地电容之和；= = 观察式(2-8)一(2-11)与图2-2可知，流过故障支路L3首端的 零序电流分两部分:非故障支路绝缘电阻产生的有功电流之和-Ir，其相位与零序电压差180；非故障支路零序电容电流之和一(Ic01I + I
14、c02 + Ic04) ,相位滞后于零序电压90。而流过非故障支路首端的零序电流也包括两部分:本支路绝缘电阻产生的有功电流，与零序电压同相位;本支路对地电容产生的容性电流，相位超前零序电压900。由于故障支路和非故障支路的零序无功电流分量相反，因此可利用此特点来实现选择性漏电保护。该方法是基于故障线路零序电流与非故障线路零序电流方向相反的特点，区分出故障和非故障线路，从而构成有选择性的保护。此法在故障点离互感器较远且线路很短时，零序电压、零序电流均较小会产生“时针效应”，使相位判断困难而且受电流互感器不平衡电流、过渡电阻大小、继电器工作死区及系统运行方式的影响，容易发生误判。并且不能适应谐振接地时完全补偿、过补偿运行方式，检测可靠性受接地电弧不稳定的影响。2.2.3 附加直流电源检测法 本设计通过附加直流电源原理检测漏电动作值。附加直流电源检测的保护原理如图2-4所示。漏电闭锁保护单元由直流检测电源、直流检测回路、信号取样回路、控制执行回路等几部分组成。 由于磁力起动器负荷侧线路直接与异步电动机相连，对于直流检测电流来讲，电动机的三相绕组相当于把三相电网连接在一起了。因此，直流检测回路只需要与电网的一相相连接，即可检测三相电网和电动机定子绕组对地的绝缘状况。图2-4
