矿山电网漏电保护的研究

《电工技术杂志》!""# 年第 $$ 期
矿山电网漏电保护的研究
统参数的影响，主要是系统对地电容的大小、系统 的平衡程度、电网补偿程度、变电所线路的多少以 及线路的长短等。 对于煤矿高压供电系统的选择性漏电保护，必 须根据其自身的特点来确定相应的保护原理。煤矿 高压供电系统具有以下几个特点：!供电线路以电 缆为主，且向井下供电的电缆很长，占整个电网电 缆长度的比例较大。"煤矿供电以电机为主，系统 平衡性较以架空线为主的电网好得多。#由于煤矿 井下供电负荷大，需要井上变电同时采用多个并行 电缆向井下供电的情况。$高压供电系统采用中性 点不接地或中性点经消弧线圈接地方式。针对煤矿 供电的特点和造成选择性漏电保护误选的原因，本 文提出了一种新的保护原理— — —基于导纳增量的选 择性漏电保护原理。 煤矿井 !"# 供电系统单相接地电路如图 $ 所 示：当 % 打 开 时 系 统 为 中 性 点 不 接 地 运 行 方 式， 当 % 闭合时系统为中性点经消弧线圈接地运行方 式。
山电网选择性漏电保护的可靠性，给出了导纳增量 原理和附加直流原理的选线判据。开发出了基于导 纳增量原理变电所微机选线装置和基于附加直流电 源原理或基于有功导纳增量原理的馈电开关微机综 合保护装置。这些装置经现场运行表明准确、可 靠；并且这些装置都具有微机通信功能，对实现矿 井配电自动化提供了可能。 参考文献
图0 变电所漏电保护装置原理框图
通过式（ *）可以连续监测电网的绝缘电阻； 当发生漏电故障，使 " 达到装置设定的动作值时， 迅速切除电源。同时它也可以监测绝缘电阻均匀下 降，以及为实现漏电闭锁提供监测信号。附加直流 电源漏电保护原理本身不具有选择性，其与分支馈 电开关间漏电保护的选择性可通过延时来实现。 !"# 分支线路的漏电保护原理 分支线路的漏电保护原理也可采用有功功率方 向原理、谐波原理、首半波原理、信号注入原理、 能量原理、零序导纳原理和与小波分析、神经网络 相结合的原理等，但考虑到分支线路无法实现变电 所选择性漏电保护的群体比幅、比相，同时相比较 线路较少，线路较短，且电网中性点经电抗补偿接 地，并且补偿程度不确定，因此在分支线路的漏电 保护中对基于导纳增量原理的漏电保护原理进行改 进，即采用有功导纳增量的保护原理，则故障线路 与非故障线路的有功导纳增量绝对值为 ( !)* ( + $ + ( ) , *・- , )*・- ( + " $
都时有选线不准的情况。这主要与以下情况有关。 !接地现象非常复杂：可分为瞬时性接地、稳定性 接地等，其中每种方式又包括直接接地、电阻性接 地、电弧性接地等类型。从而造成故障信号的复杂 性。"零序电流互感器特性不一致以及互感器遇到 极小信号、极大信号和奇异信号时的严重失真，给 信号识别造成困难。#电网中本身含有大量不确定 谐波，对基于谐波原理的保护造成影响。$电网系 ・ )! ・
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图! 附加直流电源漏电保护原理
$ —限流电阻 $" —取样电阻 ! 、 " —各相对地电容、绝缘电阻 # —三相电抗器 !" —隔直电容 % —外加直流电源
选择性漏电保护的实现
传统的选择性漏电保护采用比相、比幅的电路
来设计，采用模拟电路来实现，其抗干扰能力差， 无法实现装置的智能化。而微机技术的发展和微机 保护在电力系统中的成功应用为井下微机保护的应 用以及井下配电自动化的实现提供了一个很好的例 子。因此本文设计出了具有通信功能的微机式选择 性漏电保护。其原理如图 0 和图 ’ 所示。
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图’
馈电开关漏电保护装置原理框图
采用导纳增量原理的漏电保护装置经多个矿山 电网现场使用表明，对于稳态接地具有 "--1 的选 线准确性。对于总馈电开关和分支馈电开关的漏电 保护分别采用附加直流电源漏电保护原理和有功导 纳增量原理，且具有综合保护功能以及通信功能的 馈电开关综合保护装置，经多个矿井使用证明准确 可靠。
— —三相电网对地总绝缘电阻 "!— "! # " & ! $ ! # $# & ! $ $ $ $ " $ $ % 同时通过测量取样电阻 $" 两端的电压 %" 可 计算出电流值 ’# %" $" （&）
由式（’）和式（&）可见只有 " 一个未知量， 所以可得 % " # !（ $ ( ) $ ! ） %" （*）
! # & 要焕年，曹梅月 " 电力系统谐振接地 " 北京：中国电力 出版社，#$$! 曾祥君，尹项根，张哲等 " 零序导纳法馈线接地保护的 研究 " 中国电机工程学报，#$$!，#!（%） ’ ( )*+,-." (,/. 012,2345-1 /06*57,5/ 457 84*93 8,57,5/ 65 3.011 :.421 3.011 ;,01 :6;10 2<231=2" >??? !@@A B55*49 C1DE 3,91， F,+10， 457 F,9= >57*230< C1-.5,-49 G6581015-1" !@@A （H） ：!$ I !H % J433, )1.36515，C4:,6 (4K694" L1*3049 1403.,5/ 457 :6;10 2<2E 31= :0631-3,65" F,59457 M4424：BNN C0452=,3 O< P*+9,-43,65， !@@Q H 胡天禄 " 矿井电网的漏电保护 " 北京：煤炭工业出版
图$
煤矿 !"# 供电系统单相接地电路
对于中性点不接地系统由图 $ 可知电网正常情 况下各条线路的零序导纳为 !"・& ’ 式中 #"& (!%"$& ’ ’ (!%" $& $& （)）
— —第 " 条线路的零序导纳 !"・& — — — %" —第 " 条线路的对地电容
假设第 & 条线路发生单相接地故障，则故障 线路和非故障线路的零序导纳分别为 （ % ! + %& ） + #&& + ( $& ! ’ ! * &・& ’ $& $& （ % ! + %& ） ’ + (! ! * "・& ’ 式中 ・ !$ ・ #"& (!%"$ & （ （$） ’ ’ (!% " "" &） $& $& — —第 " 条非故障线路的零序导纳 ! * "・& —
— —故障线路的零序导纳 ! * &・& — — —为系统总接地电容 %!— 由式（$）和式（)）可得 （ % ! + %& ）+ ,%!& , + , ! * &・& + !&・& , ’ , + (! (!%& , ’ (!% ! ,%!" , + , ! * "・& + !"・& , ’ , + (!%" + (!%" , ’ & （ "" &） （-） 式中 — —为第 " 条非故障线路零序导纳差 ,%!" , — 的绝对值
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引言
矿山供电系统为中性点非直接接地的小接地电
流系统，且煤矿生产主要在井下进行，大部分为电 缆供电，供电环境恶劣，电缆线路经常发生漏电故 障。因此设置完善的选择性漏电保护、采取切实可 行的漏电保护措施，可以大大提高井下供电的安全 性和可靠性。国外，一些国家中压电网采用中性点 经电阻接地运行方式，电网发生单相接地故障后零 序电流较大，因此漏电保护方式较为简单。而我国 煤矿井下供电采用中性点不接地或中性点经消弧线 圈接地的运行方式，它可以减小人身触电电流、保
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结束语
本文提出并分析了基于导纳增量原理和和附加
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直流电源原理的漏电保护新原理，可以大大提高矿 ・ &! ・
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矿山电网漏电保护的研究 社，!@RA Q 何奔腾，胡为进 " 能量法小电流接地选线原理 " 浙江大 学学报，!@@R，&#（%）
— —为故障线路零序导纳差的绝对值 ,%!& , — 同理，对于中性点经消弧线圈接地系统可得 ,%!& , ’ , ! * &・& + !&・& , ’ （ % ! + %& ） + (! + (!%& + ) ) + ’ (!(
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（ G.,54 S5,T102,3< 68 J,5,5/UC1-.5696/<） =9#0%$&0 C.1 -.404-310 68 *5710/06*57 7,230,+*3,65 513;60K457 401
矿山电网漏电保护的研究
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（ / " * ） （/） .!)/ . # $ + . ) , /・- ) )/・- . # 式中 "/ — — —第 / 条线路的各相对地电阻 — —分支线路的个数 .— 采用有功导纳增量法可以减少接地电阻对漏电 保护的影响，使漏电保护的动作值更加确定，且不 受运行方式的影响，这是它的一个优点。
图!
矿山供电系统
"
漏电保护原理分析
在小电流接地系统中，准确查找单相接地线路
"#!
基于导纳增量原理的 $%& 变电所选择性漏电 保护 上述所列举的选择性漏电保护原理在应用上，
一直是个难题，在中性点经消弧线圈接地的电网 中，这种困难更大。为此继电保护工作者提出了多 种保护原理，如有功功率方向原理、谐波原理、首 半波原理、信号注入原理、能量原理、零序导纳原 理和与小波分析、神经网络相结合的原理等。这些 原理方法同现代微电子技术结合应用于生产实践， 解决了很多接地选线问题，但选线不准及误报现象 仍时有发生。
・电力系统 ・
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矿山电网漏电保护的研究
陈 奎! 陈士军" 唐 轶!
&’$$("） （!# 中国矿业大学信息与电气工程学院 摘 要 ""!$$% "# 武汉大学电力学院
分析了矿山电网供电的特点，给出了附加直流电源的电流与系统绝缘电阻的关系，
系统正常运行与漏电故障时导纳的变化。提出了基于附加直流电源和导纳（有功导纳）增量原理 的漏电保护新判据。介绍了基于这些原理的微机漏电保护装置，经现场运行表明选线准确、可 靠。 关键词 矿山电网 漏电保护 导纳 证供电的安全性。但这种运行方式在发生漏电故障 时，其零序电流与中性点经电阻接地方式相比要小 的多，因此其保护也困难得多。 我国煤矿供电系统如图 ! 所示，对于矿山地面 变电所和井下中央变电所的 )*+ 供电系统，当发生 漏电故障时因为系统线电压保持不变，允许系统继 续运行 ",，因此选择性漏电保护装置只用来发报警 信号而不跳闸。对于井下低压电网，根据煤矿安全 规程要求，当发生漏电故障时必须迅速切除故障， 以保证人身和设备的安全。图中 -!、-" 分别为总馈 电开关和分支馈电开关需装设瞬时动作的漏电保护 装置，-’ 为磁力启动器一般只装设漏电闭锁保护。