（电力系统及其自动化专业论文）煤矿6kv供电系统漏电保护研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：童塑! 盘 e t 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：奎塑! ! b 师签名： 山东大学硕士学位论文 目录 摘要、0 r a b s t r a c t 。v i i 第一章绪论。1 1 1 课题的研究背景及意义：1 1 2 现有矿用接地选线方法的原理分析及应用现状2 1 3 本文的主要工作5 第二章基于信号注入法的漏电保护原理7 2 1 信号注入法的基本原理7 2 2 煤矿漏电保护系统的跳闸策略1 0 2 3 注入信号的选取原则1 4 2 4 注入信号选取的可行性分析1 5 2 5 信号的注入方式2 0 2 6 注入信号的提取2 3 2 7 过渡电阻及分布电容的影响及仿真验证2 5 2 8 本章小结2 9 第三章基于注入法的漏电保护装置开发3 l 3 1 漏电保护装置的总体结构3 1 3 2 漏电保护装置注入控制装置的总体结构3 2 3 2 1 注入控制装置的硬件设计3 3 3 2 2 注入装置的软件设计3 9 3 3 注入信号的检测和处理算法4 4 3 3 1 模拟滤波器设计4 4 3 3 2 数字滤波器设计4 7 3 4 注入信号控制装置与远方保护之间的配合5 1 3 5 本章小结：5 2 第四章漏电保护装置的实验室测试。5 3 4 1 模拟线路故障测试模型5 3 4 1 1 模拟线路分布电容的计算5 3 。p母#毫i矗0 。，。机 r 、 f k ，t ， ；- 矿 蠡 ) 。 0 萝 i j 山东大学硕士学位论叉 c o n t e n t a b s t r a c t v a b s t r a c t ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r 1 p r e f a c e 1 1 1b a c k g r o u da n dm e a n i n g i 1 2p r e s e n ts i t u a t i o no fc u r r e n tl e a k a g ep r o t e c t i o nu n d e r g r o u n dc o a l m i n e 2 1 3m a i nr e s e a r c hc o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o n 5 c h a p t e r2 p r i n c i p l eo fc u r r e n tl e a k a g ep r o t e c t i o n b a s e do ns i g n a li n j e c t i o n m e t h o d 7 2 1s i g n a li n j e c t i o nm e t h o d 7 2 2t r i ps t r a t e g yo ne a r t hl e a k a g ep r o t e c t i o nu n d e r g r o u n dc o a lm i n e 1 0 2 3p r i n c i p l eo ft h ei n j e c t e ds i g n a l 1 4 2 4a n 2 l l y s i so f t h ef e a s i b i l i t yo nt h es e l e c t e ds i g n a l 1 5 2 5i n j e c t i o nm o d eo f t h es i g n a l 2 0 2 6d e t e c t i o nm o d eo ft h es i g n a l 2 3 2 7e f f c c to ft l l e 订a 1 1 s i t i o nr e s i s t a n c ea n dd i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c e 2 5 2 8s l l m m a r y 2 9 c h a p t e r3 d e v e l o p m e n t o fc u r r e n tl e a k a g ep r o t e c t i o nd e v i c eb a s e do ns i g n a l i n j e c t i o nm e t h o d 3 1 3 1g r o s s 姗t u r eo fc u r r e n tl e a k a g ep r o t e c t i o nd e v i c e ”3 1 3 2g r o s ss t n l c t u r eo fi n j e c t i o nc o n t r o ld e v i c e ”3 2 3 2 1t h eh 盯d w a r ed e s i g n ”3 3 3 2 2t 1 1 es o f b 研, r a r ed e s i g n 3 9 3 3d e t e c t i o na n dp r o c e s s i n go f t h ei n j e c t e ds i g n a l 4 4 3 3 1a n a l o gf i l t e rd e s i g n 4 4 3 3 2d i g i t a lf i l t e rd e s i g n 4 7 3 4c o - o r d i n a t i o nb e t w e e nt h ei n j e c t i o nc o n t r o ld e v i c ea n d r e m o t ep r o t e c t i o n 51 3 5s u m m a r y 5 2 c h a p t e r4 r e s ta n da n a l y s i so fc u r r e n tl e a k a g ep r o t e c t i o n d e v i c e ”5 3 i l l 山东大学硕士学位论文 4 1t h em o d e lo f a n a l o gc i r c u i tf a u l tt e s t 5 3 4 1 1c a l c u l a t i o no f d i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c e 5 3 4 1 2s e tu pa n a l o gt e s tp l a t f o r m 5 4 4 2c o n s t m c tt e s td a t as o u r c ef o rt e s t 5 7 4 3t h er e s u l to f l i n es e l e c t i o ne x p e r i m e n t 5 8 4 3 1t h er e s u l to f a n a l o gt e s tp l a t f o r m 5 8 4 3 2t h er e s u l to f t e s td a t as o u r c e 6 ( ) 4 4s u m m a r y 6 1 c h a p t e r5 f a u l tl o c a t i o nb a s e do ns i g n a li n j e c t i o nm e t h o d 6 3 5 1t h ep r i n c i p l eo f f a u l tl o c a t i o nb a s e do ns i g n a li n j e c t i o nm e t h o d 6 3 5 2d e r i v a t i o no f n u l tl o c a t i o na l g o r i t h m 6 3 5 3t h er e s u l to f d i g i t a ls i m u l a t i o n 6 5 5 4c a l c u l a t ed i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c ea n di n s u l a t i o nr e s i s t a n c e 6 8 5 5s u m m a r y 7 1 c h a p t e r6 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t 7 3 r e f e r e n c e s 7 5 a c k n o w l e d g e m e n t 7 9 i v ； j ： 4 f ： j ， ，0， p； ， 卜，q 山东大学硕士学位论文 摘要 我国煤矿6 3 5 k v 供电网中性点主要采用非有效接地方式( 又称小电流接地 方式) ，即中性点不接地或经消弧线圈接地，少数经高电阻接地。其发生单相接 地故障的几率最高，可占总故障的8 0 左右。小电流接地系统发生单相接地故障 时，故障电流很小，且三相线电压依然对称，不影响负载的正常供电，系统可以 继续运行一段时间。由于电缆线路的分布电容比架空线路大，在发生单相接地故 障后当消弧线圈投入不及时，产生的电弧或释放的火花会给煤矿安全生产带来极 大的隐患。随着分布电容的增大，接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电 压，甚至发展成为严重的系统性事故。必须立即选出故障线路并尽快跳闸切除故 障，确保井下的安全。 在众多的矿井漏电保护接地故障选线与定位的方法中，信号注入法由于利用 了信号自身的信息进行选线和定位，其性能与接地电流的大小和方向无关，适合 不同结构的小电流接地系统，获得了广泛的应用。信号注入法的可靠性和准确性 与注入信号的形式( 幅值与频率) 以及故障状态密切相关。因此，分析信号的频 率、注入方式以及过渡电阻和分布电容对选线准确性的影响是很有必要的。同时 由于井下保护单元安装的特殊性，各保护单元和主机之间通信困难，因此必须寻 找新的单相接地故障选线解决方案。 本文在分析信号注入法基本原理的基础上，提出并开发了一套矿用漏电保护 装置，以完成单相接地故障的自动检测并跳闸。结合矿井的实际情况确定了注入 信号的选取原则和检测方法，并通过电路的等效、数值分析以及系统仿真分析了 分布电容和过渡电阻对信号注入法的影响。为了实现电压检测、信号发生模块启 动、注入信号投切的控制一体化，装置融合了以l a p s d 3 3 3 4 d 为核心的管理模块， 用于实现故障相的判断、信号的自动和手动投切；专门设计的滤波阻波电路对装 置起到了保护作用；针对一次系统注入信号微弱的情况设计了高精度的模拟滤波 和数字滤波以得到准确的注入信号信息：根据分散保护的原理分析，设计了远方 护单元，使其与注入控制装置一起共同构成有选择性的煤矿漏电保护系统。 为了验证远方保护单元部分对注入信号的检测和提取效果，搭建了实验室模 v 山东大学项士学位论文 型进行测试。在实验室中，根据实际的情况分别搭建了模拟测试系统和m a t l a b 编程构造测试数据源，对注入信号的探测效果进行了试验。利用故障时漏电保护 装置注入系统中的异频信号进行故障测距以及线路分布电容和绝缘电阻的测算， 用于绝缘监察以及消弧线圈补偿度计算。提取供电线路母线处注入信号的电压、 电流，采用阻抗法以实现故障测距，针对过渡电阻和分布电容较大的情况进行了 修正；并进行了p s c a d 的系统仿真实验，此算法计算量小且精度较高。本文所 做的内容，密切结合煤矿供电系统的实际需求，具有一定的理论意义和较高的应 用价值。 关键词：矿井小电流接地系统：单相接地故障；信号注入法；选择性漏电保护装 置；故障测距 v i 山东大学项士学位论文 a b s t r a c t i no u rc o u n t r y , t h en o n - e f f e c t i v e l ye a r t h e dn e u t r a lm o d eu s e dm o s t l yi n6 3 5 k vm e d i u m v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k su n d e r g r o u n dm i n ea d o p t st h en e u t r a lp o i n t u n e a r t h e dm o d eo rn e u t r a lp o i n te a r t h e dv i aa r cs u p p r e s s i o nc o i la sw e l la sh i g h r e s i s t a n c e i nd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，t h em a i nf a u l tt y p ei st h es i n g l e p h a s et oe a r t hf a u l t ， w h i c ha c c o u n t sf o rm o r et h a n8 0 o ft h et o t a lf a u l t s w h e nt h es i n g l e - p h a s et oe a r t h f a u l to c c u r si nt h en o n e f f e c t i v e l ye a r t h e dn e u t r a ls y s t e m ，t h ef a u l tc u r r e n ti t sn o tt o o m g l la n dt h et h r e ep h a s el i n et ol i n ev o l t a g e sa r es t i l ls y m m e t r i c ，s ot h el o a dc a nb ei n n o r m a lo p e r a t i o nf o rap e r i o do ft i m e s i n c et h ed i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c eo fc a b l el i n ei s l a r g e rt h a no v e r h e a dl i n e s ，a tt h es a m et i m e ，t h ea r cs u p p r e s s i o nc o i l ( a s c ) i sn o ti n p u t i nt i m ef o l l o w i n gt h ef a u l t ，a sar e s u l t ，a r co rs p a r kr e l e a s i n gw i l lb r i n gg r e a tr i s k st o m i n es a f e t y w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c e ，g r o u n d i n ga r cc a l ln o tb e a b l et og oo u ta u t o m a t i c a l l ya n dc a u s et h ea r co v e r - v o l t a g ef o ral o n gt i m e ，e v e n d e v e l o pi n t oa s e r i o u ss y s t e m i ca c c i d e n t s ow h e nf a u l to c c u r s ，t h ef a u l tl i n ea n df a u l t p o i n ts h o u l db ef o u n do u ta n dc l e a r e di m m e d i a t e l ys o a st oe n s u r et h es a f e t yo f u n d e r g r o u n dm i n e t h e r ea r el o t so ff a u l t yl i n es e l e c t i o nm e t h o d sf o re a r t hl e a k a g ep r o t e c t i o n ，t h e s i g n a li n j e c t i o nm e t h o db a s e do nt h ei n f o r m a t i o no ft h es i g n a lt oc h o o s et h ef a u l tl i n e a n dt h ef a u l tl o c a t i o ni s a p p l i c a b l et ot h en o n e f f e c t i v e l ye a r t h e dn e u t r a ls y s t e m s w i d e l y b e c a u s ei t sp e r f o r m a n c ei si n d e p e n d e n to nt h ez e r os e q u e n c ec u r r e n t t h e a c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t yo ft h es i g n a li n j e c t i o nm e t h o da r ed e t e r m i n e db yt h ei n j e c t e d s i g n a l sq u a l i t ya n df a u l ts t a t u s ，i n c l u d i n gf r e q u e n c ya n da m p l i t u d e t h e r e f o r e ， a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n ，i t sn e c e s s a r yt oa n a l y z et h ei n f l u e n c eo ft h ei n j e c t e d s i g n a l sf r e q u e n c y , i n j e c t e dm o d e ，t h et r a n s i t i o nr e s i s t o ra n dd i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c e o nt h ea c c u r a c yo ff a u l tl i n es e l e c t i o n i t sd i f f i c u l tt oc o m m u n i c a t eb e t w e e n p r o t e c t i o nu n i ta n dh o s tb e c a u s eo ft h es p e c i f i c i t yo fp r o t e c t i o nu n i ti n s t a l l a t i o n ，s oi t i sv e r ye s s e n t i a lt os e a r c hf o ran e ws o l u t i o no ns i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l tl i n e i nt h i sp a p e r , an e ws e l e c t i v ee a r t hl e a k a g ep r o t e c t i o nd e v i c ei sp r o p o s e da n d v n d e v e l o p e do nt h eb a s i so ft h et h e o r yo ft h es i g n a li n je c t i o nm e t h o d ，i tc a nc o m p l e t et h e s i n g l e p h a s et o e a r t hf a u l tl i n ea n dt r i pa u t o m a t i c a l l y i ti sm a d eu po fi n je c t e dc o n t r o l d e v i c ea n dd i s t a n c ep r o t e c t i o nu n i t t h ei n je c t e ds i g n a l ss e l e c t i o np r i n c i p l ea n dd e l e t i o n m e t h o da r em a d ea c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fm i n ea n dt h ei n f l u e n c eo ft r a n s i t i o n r e s i s t a n c ea n dd i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c ei sa n a l y z e db yc i r c u i te q u i v a l e n t ，m a t h e m a t i c a lm e t h o d a n ds y s t e ms i m u l m i o n t h ea d m i n i s t r a t i o nm o d u l e 、析t hi t p s d 3 3 3 4 da tt h ed e v i c ec o r e i sd e s i g n e dt oa c h i e v ev o l t a g ed e t e c t i o n ，g e n e r a t o rs t a r t u pa n ds i g n a ls w i t c h i n g i n t e g r a t i o na u t o m a t i c a l l y t h ef i l t r a t i o na n db l o c kc i r c u i td e s i g n e dp r o v i d e sg o o d p r o t e c t i o nt o t h ed e v i c e t h eh i g h - p r e c i s i o na n a l o gf i l t e r i n ga n dd i g i t a lf i l t e r i n g m o d u l ei sa l s od e s i g n e dt og e ta c c u r a t ei n j e c t e ds i g n a lw h i c hi sw e a ki nt h ep r i m a r y s y s t e ma sw e l la sd e s i g nt h ed i s t a n c ep r o t e c t i o nu n i ta c c o r d i n gt o t h ep r i n c i p l eo f d i s t r i b u t i o np r o t e c t i o n i no r d e rt og e tt h er e s u l to ft h ei n j e c t e ds i g n a l sd e t e c t i o na n de x t r a c t i o n ，s e tu p al a b o r a t o r ym o d e lf o rt e s t i n g a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n ，s e tu pt h es i m u l a t i o n t e s ts y s t e ma n dc o n s t r u c tt e s td a t as o u r c eu s i n gm a t l a b c a r r yo nf a u l tl o c a t i o n ， c a l c u l a t e t h e t r a n s i t i o nr e s i s t o ra n dd i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c ew h i c ha l eu s e dt o i n s u l a t i o nm o n i t o r i n ga n da u t o t u n i n go ft h ea r cs u p p r e s s i o nc o i l ，u s i n gi n je c t e d s i g n a lw h i c hi sc o n t r o l l e dt oi n j e c tb yt h es e l e c t i v e e a r t hl e a k a g ep r o t e c t i o nd e v i c e w h e ns i n g l ep h a s et oe a r t hf a u l to c c u r s e x t r a c tt h ev o l t a g ea n dc u r r e n to fi n j e c t e d s i g n a li nb u s ，u s i n gi m p e d a n c em e t h o dt oa c h i e v ef a u l tl o c a t i o n ，a tt h es a m et i m e ， c o r r e c tt h ei m p e d a n c em e t h o dw h e nt r a n s i t i o nr e s i s t o ra n dd i s t r i b u t e dc a p a c i t a n c ea r e t o ol a r g et oi g n o r e c o m p u t a t i o no ft h i sa l g o r i t h mi sv e r ys m a l lw h i l et h ep r e c i s i o ni s k g hv e r i f i e db ys y s t e ms i m u l a t i o nu s i n gp s c a d t h ec o n t e n tc o m b i n e st h ea c t u a l n e e d so ft h em i n ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sc l o s e l ya n dh a st h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l v a l u e k e yw o r d s ：m i n en o n - s o l i d l ye a r t h e dn e t w o r k ；s i n g l e - p h a s et oe a r t hf a u l t ；s i g n a l i n j e c t i o nm e t h o d ；s e l e c t i v ee a r t hl e a k a g ep r o t e c t i o nd e v i c e ；f a u l tl o c a t i o n v i i i 山东大学项士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 我国6 - 3 5 k v 中压配电网主要采用中性点不接地和经消弧线圈接地方式， 少数采用经高电阻接地方式。采用这些接地方式的系统称为非有效接地系统，又 称小电流接地系统。当发生单相接地故障后，由于通过线路的对地分布电容构成 故障回路，各相电流与故障前相比变化不大，零序电流很小，为线路对地的分布 电容电流，故障特征微弱，给故障检测带来了很大困难【1 4 】。 在由架空线路组成的配电系统中，发生接地故障后，由于线电压仍然保持对 称，对负荷的供电没有影响，系统可以带故障继续运行l 到2 个小时，以此提高供 电可靠性和持续性。煤矿井下6 k v 供电系统也普遍采用中性点不接地运行方式。 但在煤矿系统中发生单相接地故障后产生的电弧或释放的火花会给煤矿安全生 产带来极大的隐患，随着分布电容的增大，接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光 接地过电压，甚至发展成为严重的系统性事故，必须立即选出故障线路并尽快跳 闸切除故障，确保井下的安全。 井下供电线路普遍采用电缆，与架空输电线路相比，电缆线路对地分布电容 较大，发生单相接地故障后产生的零序电流也较大，为此很多系统安装了消弧线 圈，补偿较大的单相接地零序电容电流，使电网单相接地故障时所产生的接地电 弧自行熄灭。一般认为，对3 6 6 k v 网络，容性电流超过下列数值时，中性点应 装设消弧线圈：3 6 k v 电网零序电容电流大于3 0 a ；1 0 k v 电网零序电容电流大于 2 0 a ；3 5 6 6 k v 电网零序电容电流大于1 0 a 。在单相接地故障时，消弧线圈与电 网对地电容构成并联谐振回路，消弧线圈运行在谐振点附近，使电感电流与电网 电容电流互相抵消，从而减小故障点电流，保证接地电弧可靠自熄，以提高电网 运行的可靠性并保证供电的连续性。目前矿井供电系统应用的保护基本都是基于 工频零序电流判据的，这就使得传统的保护应用受到很大限制，由于补偿后的零 序电流较微弱，故障选线错误和漏选的概率增大【5 6 j 。此外，目前常用的选线方 案都采用集中比较电气量的方法，选线和定位集中在选线主机中完成；而井下保 东大学硕士学位论文 护单元安装在防爆开关中，不允许随意引线，各分散保护单元之间通信困难，因 此必须寻找新的单相接地故障选线解决方案。 基于信号注入的故障选线方案，发生单相接地故障时，不再采用系统自身产 生的零序电流进行选线，而是另辟蹊径，将外部一个特殊频率的信号注入到系统 中，根据注入信号在系统中的分布和流动进行选线。该方案具有选线准确率高、 选线速度快、不受是否接入了消弧线圈的影响等优点，无需对电气量进行集中比 较，使处于不同出线或同一出线上不同段处的保护单元可以分散判断，非常适合 完成井下供电系统单相接地故障的选线和定位任务。 1 2 现有矿用接地选线方法的原理分析及应用现状 在煤矿供电系统中，小电流接地系统单相接地故障选线和定位装置又称为漏 电保护装置。我国现有的煤矿漏电保护系统大体上可以分为两种：选择性漏电保 护系统和非选择性漏电保护系统。选择性漏电保护系统的优点是很明显的，它可 以只切除漏电故障线路和设备，而让非故障部分继续工作。这样，既可以缩小停 电范围，还有助于寻找漏电故障，便于迅速处理，对生产有利。但在具体工作中， 由于保护原理、硬件方面、保护方式以及上下级配合不合理等原因，现有选择性 漏电保护装置误动作的几率很高。非选择性漏电保护系统则不具有选择性，一般 采用附加直流电源进行工作的检漏继电器，电网中不管哪个地方发生了漏电故 障，直流检测电流都可能形成通路，使检漏继电器跳闸。女h j y 8 2 、j l 8 0 系列， j j k b 3 0 以及b j d 2 3 8 0 6 6 0 检漏继电器。目前，井下供电系统的漏电保护装置常 常采用无选择性的漏电保护装置配合漏电闭锁保护装置工作【7 。1 1 l 。 1 非选择性漏电保护系统 附加直流电源式漏电保护原理是电网若发生漏电故障，最容易检测到的是电 网各相对地绝缘电阻的下降。可以设想在三相电网中附加一个独立的直流电源， 使之作用于三相电网与大地之间。这样，在三相对地绝缘电阻上将有直流电流流 通，该电流大小的变化直接反应了电网对地绝缘电阻的变化，有效地检测和利用 该电流，就构成了附加直流电源式漏电保护。该方法的实质就是根据欧姆定律计 算漏电电阻，动作值整定简单，数值固定而且能反映电网对地的绝缘状况，故障 跳闸不受故障类型( 对称或不对称) 和发生的时间、地点的影响，目前我国井下低 2 山东大学项士学位论文 压电网的漏电保护大多采用这种保护原理。 漏电闭锁保护是矿用空气压缩机的必设保护，其作用在于对电动机定子绕组 对地绝缘水平进行合闸前的监视，当对地绝缘电阻下降到规定值或小于规定值时 将电机闭锁，使之不能送电。 此外，利用监测系统零序电压的绝缘监察装置也已广泛使用。小电流接地系 统发生单相接地故障时在电压互感器开口三角形上将会出现零序电压。利用二次 侧接成开口三角形的三相五柱式电压互感器，当系统发生单相故障时，开口三角 形端将出现接近l o o v 的零序电压，使过电压继电器动作，启动中央信号回路的 电铃和光字牌，运行人员可依据现象判断出电网上发生了单相接地故障。 2 选择性漏电保护系统 现有选择性漏电保护系统按照利用信号方式不同可分为主动式选线和被动 式选线。主动式选线方法需向电网附加注入信号，目前常用的主动式选线方法主 要包括信号注入法、残留增量法和中电阻法等几种。被动式选线方法利用电网发 生接地故障时其自身产生的电压、电流信号来进行选线，主要包括利用故障稳态 信息选线法和利用故障暂态信息选线法两大类。 目前，煤矿选择性漏电保护的选择，主要以零序电压、零序电流、零序功率 方向保护为判据。由于消弧线圈的接入会补偿电容电流，可能造成各支路中零序 电流的大小无法区分，相位相同，所以频繁出现漏电保护误动作，甚至出现井上 漏电造成井下开关跳闸，严重威胁着煤矿安全供电，限制了选择性漏电保护的广 泛应用。 2 1 零序电流比幅、比相法 零序电流比幅法，利用中性点不接地系统故障线路工频零序电流幅值比健全 线路大的特点，选择工频零序电流幅值超越门槛值的线路或者选择零序电流幅值 最大的线路为故障线路；也可将故障后线路零序电流与故障前自身对地电容电流 做幅值比较，选择变化最大的线路为故障线路。 比相法是利用中性点不接地系统故障线路工频零序电流方向与所有健全线 路均相反的特点进行选线，零序电流在非故障线路上是由母线流向线路，而在故 障线路上是由线路流向母线，两者恰好相反。 零序电流比幅、比相法的致命问题是不适用于谐振接地电网。由于该电网中 山东大学项士学位论文 消弧线圈补偿电流的存在，补偿后的电流是感性的，为流过消弧线圈的零序电流 与非故障元件零序电流之差，往往故障线路电流幅值小于非故障线路；且故障线 路零序电流的方向与非故障线路相同，都由母线流向线路。 2 2 零序功率方向法 零序无功功率方向法利用中性点不接地系统故障线路零序电流相位滞后零 序电压9 0 。，而健全线路超前零序电压9 0 。的特点，选择无功功率小于零的线路 为故障线路。不适用于谐振接地系统。 由于电网线路存在对地电导，特别是消弧线圈串并联的非线性电阻将产生 一定的有功电流且不能被消弧线圈补偿，因此故障电流中含有有功分量，而非故 障线路零序电流中只流过线路对地电容，无有功分量或有功功率。根据这一特征， 可以选出故障线路。有功分量法的优点是不受消弧线圈的影响，但由于故障电流 中有功分量很小并且受线路三相参数不平衡及电流互感器不平衡电流的影响，检 测灵敏度较低，可靠性得不到保障。 2 3 拉线法 原理就是指小电流接地系统发生单相接地故障时在电压互感器开口三角形 上将会出现零序电压，利用电压继电器，发出接地信号，值班人员依次拉合所有 出线，接地信号消失时，即为接地线路。拉线法是在其它原理漏电保护不能正常 工作时使用，自动化程度较低，且会造成非故障线路的停电，影响正常的生产甚 至危害井下安全，还会浪费大量的人力资源。 通过以上原理分析得知，利用稳态信号的选线方法实际应用效果并不理想， 其根本原因在于稳态接地电流微弱，使得检测灵敏度很低：且在谐振电网中由于 消弧线圈采用过补偿方式，因此故障线路中的工频零序电流在幅值及流向上都与 非故障线路没有明显的差异，从而导致基于稳态信号的选线方法失效。而利用故 障后的暂态信号进行检测不受消弧线圈的影响，不受故障点电弧不稳定的影响且 检测灵敏度较高，因此基于暂态信号的选线方法得到研究和发展，已在架空线路 接地选线装置中得到广泛应用，但尚未在矿井漏电保护中得到应用。 4 山东大学项士学位论文 1 3 本文的主要工作 1 ) 研究基于信号注入法的漏电保护方案 以信号注入法为研究对象，讨论了信号注入法的基本原理，分析注入信号在 一次系统的分布特点，研究注入信号频率、幅值的选取原则以及注入信号的注入 方式和检测方法，并对该选线方法的耐受过渡电阻能力进行了分析。结合煤矿井 下供电系统的特点和现有的保护装置配置情况，制定完善合理的漏电保护方案， 包括信号注入方式和注入位置的选择、注入信号检测方式的选择、选线装置的配 置、相关设备的安装、测试方案的制定等。 2 ) 故障检测单元的开发 开发单相接地故障检测单元，当系统发生单相接地故障后，能够及时检测故 障的发生和消失；指示故障相别，同时启动信号源向故障线路注入信号；当单相 接地故障消失后，能够停止信号注入。 3 ) 注入信号检测单元的开发 针对注入信号十分微弱，不利于检测和提取的问题，开发足够灵敏、可靠 的注入信号检测单元。采用设计高精度的模拟滤波和数字滤波相结合的方法，对 注入信号进行精确提取。 4 ) 漏电故障跳闸策略的制定 与漏电保护装置相配合，在选出故障线路的基础上，利用注入信号在配电网 一次系统的分布特点，制定完善合理的跳闸策略。快速、准确的切除故障线路， 消除隐患，保障井下供电系统安全可靠的运行。 5 ) 注入信号故障测距 利用单相接地故障时系统中注入的异频信号进行单端故障测距。采集故障线 路首端的异频电压、电流信号，采用阻抗法实现故障测距，且针对过渡电阻和分 布电容较大的情况进行了测距修正，适用于不同状态下的故障测距。 山东大学硕士学位论文 第二章基于信号注入法的漏电保护原理 小电流接地系统的单相接地故障定位技术