煤矿掘进工作面供电系统选择性漏电保护的实现

1、煤矿掘进工作面供电系统选择性漏电保护的实现 崔文强 ! , 张星荣 ! , 李安平 ! , 宋建成 ! , 陈瑞强 " , 张家元 "(!#太原理工大学弘科电器厂,山西 太原 $%$"& "#晋城矿务局王台铺煤矿,山西 晋城 $&$(摘要:针对煤矿井下掘进工作面供电系统无选择性漏电保护的问题, 根据实际需要, 提出了基于附加直流电 源和零序电流方向检测的选择性漏电保护方案。在原有保护的基础上, 设计了零序电压检测电路和中断信号 发生器, 配合我厂生产的分支馈电开关, 可有效地完成掘进工作面供电系统两级漏电保护功能。关键词:漏电保护; 选择

2、性; 零序电流; 零序电压中图分类号:*+%文献标识码:, 文章编号:!$%-&.+("$! $(-$"-$%! 引言在矿井供电系统中, 漏电故障在电气故障中所 占比重较大。它不仅直接影响人身安全, 还会形成 单相接地, 进而造成相间短路引发瓦斯和煤尘爆炸, 严重影响煤炭生产。对于掘进工作面供电系统, 由于负荷较大, 一般 采用移动变电站供电, 以使高压深入采区负荷中心, 提高供电效率。掘进、 通风设备电源均取自移动变 电站低压馈电开关。尽管在该开关中设置了漏电保 护, 但其采用附加直流电源检测的工作原理, 漏电保 护动作无选择性, 易造成无计划停风。为此, 煤矿

3、安全规程 要求掘进工作面的局部通风机应实行三 专供电, 即专用变压器、 专用开关、 专用线路。这不 仅造成人力、 设备投入较大, 而且不能从根本上解决 漏电保护的选择性问题。本文在原有漏电保护装置的基础上, 提出了基 于附加直流电源和零序电流方向检测的选择性漏电 保护系统。该系统既利用了现有设备, 又可完成掘 进工作面低压电网单相漏电时的横向和纵向两级选 择性漏电保护功能。在人身触电时, 分支线路横向 选择性漏电保护动作时间小于 %$/0, 总馈电开关纵 向选择性漏电保护动作时间为 "%$1"2$/0, 满足 3, (%!&-."标准的规定。"

4、保护系统的原理"#!掘进工作面供电系统"#!#!改造前的供电系统在大多数煤矿, 掘进工作面低压供电系统如图 ! 所示。在图示供电系统, 装设在总馈电开关 ,45 !中 附加直流电源检测装置作为漏电主保护。磁力起动 器 ,65!$、 ,67,8直接给风机和掘进设备供电。无 论 !还是 !"点发生漏电故障, 都会使 ,45!跳闸, 造成整个低压供电系统停电, 工作面停风, 给井下人 身安全造成严重威胁。图 ! 改造前供电系统"#!#"改造后的供电系统改进 后, 掘 进 工 作 面 低 压 供 电 系 统 仍 保 留 ,67,8系列磁力起动器 9!

5、、 9" 。具体如图 " 所示。图 " 改造后供电系统在此供电系统中, 采用了基于零序电流方向检测, 具有选择性漏电保护功能的 ,45%系列分支馈电开关。当 !点发生漏电故障时, 分支馈电开关 :! 跳闸; ! " 点发生漏电故障时, 分支馈电开关 :" 跳 闸, 其他支路和风机均不受影响, 大大缩小了停电范 围。"#"总馈电开关工作原理移动变电站低压馈电开关 (即总馈电开关 内的 漏电保护采用附加直流电源检测原理, 对整个供电 系统的漏电信号进行检测, 检测回路采用桥式比较 " "$!年 (月 继电器;

6、<=9>第 ". 卷 第 (! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 期电路, 如图 ! 所示。方向与故障支路相反。由此可见, 根据零序电流的 方向即可判断出故障支路。利用接地故障时的零序 电压作为比较基准, 故障支路和非故障支路零序电 流方向判别原理如图 ! 和图 " 所示。%项目 " $(" 9 " %(" 9 &q

7、uot; &(" 9 动作时间 (:; %$%$%$(!&,(!&$%$(!$%$&(6$/$&&$%$(!&"/%($&&$(!$%$&&36,$(!$%$(!&/(6表 %中数据均为五次测量平均值。 " $为干线 线路对地电容, " %为故障支路馈电线路对地电容, " &为非故障支路馈电线路对地电容。由数据可以 看出, 保护动作指标满足设计要求。该系统试验成功后自 %333年 %&月份投入运 行, 多次因导线碰壳或电机绕组漏油导致

8、分支馈电 开关动作, 开关动作可靠, 缩小了停电范围, 大大减 少了无计划停风次数。分支馈电开关保护系统配有 数字显示系统, 故障跳闸后显示故障类型, 很大程度 上缩短了排除故障时间, 深受用户好评。(结论本文提出了掘进工作面供电系统原移动变电站 低压馈电开关附加直流电源检测漏电保护的改进方 案, 再配以基于零序电流方向判断漏电保护的分支 馈电开关, 可以实现掘进工作面供电系统横向和纵 向两级选择性漏电保护的功能。其技术指标达到国 内先进水平。现场运行结果表明, 该系统运转正常, 动作可靠, 有很高的性价比, 能给煤矿生产带来较高 的经济效益, 具有广阔的应用前景。 参考文献:%崔景岳, 刘思

9、沛 煤矿供电 北京:北京煤炭工业出版社, %3"" &宋建成 基于零序电流方向的选择性漏电保护系统的 研究 电网技术, %33", &&(3 :,/<,6(下转第 /!页$/&$%年 6月继电器=>4?第 &3卷 第 6! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 期!(上接第 $ 页收稿日期:#:%:#作者简介:

10、崔文强 (%89*; , 男, 本科, 从事电器自动化研 究与应用工作; 张星荣 (%89#; , 男, 本科, 从事电器自动 化研究及应用工作; 陈瑞强 (%89#; , 男, 本科, 从事煤矿 电器应用工作。!52$&&0&"%,3.&+&5%$;&+&<1&(,%&5%$,"./.%&0$"#":&1,#":%#""&+$"135&(,-& .#(+/"&%-,<.S2

11、4>A:Z?FAB%, E+7CDL?AB:OGAB%, H7A:?AB%, "=CDJ?FA:V>AB%, S+_C!I?:Z?FAB#, E+7CDJ?F:QIFA#(%-+GAB6>_>VMO?VF7FOFMIPFVMGOQ , WF?QIFA $#/, S?AF; #-J?AV>AB5?A?AB aIO>FI, J?AV>AB/&1, S?AF !*.%5%:=AM>KFP?P GY FAFQ,?ABM>VFIP>PK>?ABPGOMGY P>>VM?GA>F6FB>OGM>

12、;VM?GA?A IAU>OBOGIAUMIAA>?ABYFV>A>MTGO6P, F P>>VM?GA >F6FB>OGM>VM?N>PV>X>KFP>UGA FUU?M?GAFbS X>FPIO>X>AMFAU ,>OGP>ZI>AV>VIOO>AMU?O>VM?GAcIUB>X>AM?P O>P>AM>U?A M?PF>O-7U>: M>VM?ABV?OVI?M GY ,>OGP>ZI>AV&

13、gt;NGMFB>FAU B>A>OFMGOGY ?AM>OOIMVGAMOGP?BAF?P FPGU>P?BA>UT?MT?VM>FM?MIU?AFFAU GAB?MIU?AFP>>V: M?N>>F6FB>OGM>VM?GAVFA K>>YY>VM?N>QFV?>N>UVGXK?A>UT?MPIK:Y>>U?ABB>FOPPT?MVOGUIV>UKQ +GAB6>_>VMO?VF7FOFMIPFVMGOQ-9&/-,:.:>

14、;F6FB>OGM>VM?GA; P>>VM?N?MQ; ,>OGP>ZI>AV>VIOO>AM; ,>OGP>ZI>AV>NGMFB> 煤矿掘进工作面供电系统选择性漏电保护的实现作者:崔文强 , 张星荣 , 李安平 , 宋建成 , 陈瑞强 , 张家元 作者单位:太原理工大学弘科电器厂, 刊名:继电器 英文刊名:RELAY 年,卷(期:2001,29(6被引用次数:2次参考文献(2条1. 崔景岳 . 刘思沛 煤矿供电 19882. 宋建成 基于零序电流方向的选择性漏电保护系统的研究 期刊论文-电网技术 1998

15、(09相似文献(10条1.期刊论文 袁振海 . 沈祥云 . 王浩 计算机实现基于自然直流选择性漏电保护的研究 -南京工业大学学报(自然科学版 2004,26(3在分析现有井下各种漏电保护原理存在不足的基础上,以目前自然直流选择性漏电保护研究为基础,以中性点不接地的两分支电网为例分析了单相漏电 情况下自然直流选择性漏电保护原理.并介绍了以计算机为核心的直流选择性漏电保护的简单实施方案.2.期刊论文 刘子胥 . 李国顺 . 张长勇 . 黄婷 . LIU Zi-xu. LI Guo-shun. ZHANG Chang-yong. HUANG Ting 基于DSP的矿井 电网选择性漏电保护的研究 -煤

16、矿安全 2008,39(3针对煤矿井下选择性漏电保护的问题,着重围绕零序功率方向性原理对该问题进行了研究,并结合DSP(Digital Signal Processor技术给出了一种基于 TMS320LF2407A芯片的零序电压、电流相位比较方案.这一方案是通过过零触发电路捕捉零序电压、电流的过零点,然后在软件上来比较零序电压、电流之间 的相位关系,根据漏电故障支路与非故障支路中零序电压、电流之间相位的不同,从而实现漏电保护的选择性.同时为了验证过零触发电路的可行性,使用电 子电路仿真软件Multisim 9进行了触发电路的硬件仿真.最后根据选择性漏电保护的实现过程给出了软件设计流程图以及试验

17、数据分析.3.期刊论文 牟龙华 . 孟庆海 . 胡天禄 基于故障分量有功功率的选择性漏电保护 -中国矿业大学学报 2002,31(4在介绍了国内外井下电网漏电保护现状的基础上,分析了目前各种选择性漏电保护原理存在的不足,提出了一种基于故障分量有功功率的井下低压电网 选择性漏电保护新原理,给出了基于此原理的动作判据算法模型,该判据对漏电故障具有很高的选择性能.最后对阻尼电阻的选择问题进行了论述.4.期刊论文 王文华 . 宋建成 . WANG Wen-hua. SONG Jian-cheng 矿用低压馈电开关中选择性漏电保护的研究 -煤矿机 电 2009,""(3从煤矿井下低压

18、电网中装设选择性漏电保护的重要性入手,描述了基于零序电流方向的选择性漏电保护的工作原理,介绍了以PLC为中央控制单元的选择 性漏电保护系统.在分析了误差来源的基础上设计了硬件电路,编写了软件程序.系统抗干扰性能好,实施电路简单,具有较高的实用价值.5.学位论文 沈祥云 自然直流选择性漏电保护原理的研究 2004选择性漏电保护是指当电网发生漏电故障时,能够有选择地发出故障信号或切断故障支路电源,而非故障部分继续工作.从而减小故障停电范围,便于寻 找漏电故障,缩短漏电停电时间,提高了供电的可靠性.本文首先分析了目前适用于井下低压电网的选择性漏电保护原理,主要有零序电流大小及零序电流方 向保护原理,

19、并分别阐明其不足之处.然后在中性点不接地方式下,研究和分析了基于自然直流的选择性漏电保护原理.本文利用中心点不接地电网的绝缘电 阻和分布电容模拟电网电路,分别针对单分支电网和两分支电网单相漏电的状况,对自然直流选择性漏电保护原理进行了研究和分析.论文的主要工作有 :(1分析了单分支电网单相漏电的情况.将一个周期分成三个时段分别讨论了检测电流、漏电流的数学模型的建立过程,并分析了检测电流与漏电流阻的关 系,漏电流与漏电阻的关系.(2分析了两分支电网的单相漏电的情况.将一个周期分成三个时段分别讨论了电网总的检测电流、漏电分支检测电流、非漏电 分支检测电流及漏电流数学模型的建立过程.(3根据Matl

20、ab矩阵运算和图形输出的特点,分别对单分支电网和两分支电网单相漏电时不同漏电状况的检测电 流波形进行了对比分析,并阐明了其选择性.(4通过对实验数据的分析,论证了理论分析的正确性.(5最后描述了用计算机进行数据采集,并用Delphi语言编 程控制的方案.尽管本论文中实验针对的情况有限且存在一定的误差,但从总体的实验数据可以证明:自然直流选择性漏电保护的研究无论是从理论上还是从 应用上都有实际价值.6.期刊论文 董丰春 . DONG Feng-chun 人为接地分流对选择性漏电保护的影响 -徐州建筑职业技术学院学报 2003,3(4人为接地分流技术是解决电网漏电保护的选择性和电气安全性之间矛盾的有效方法,实施这一方法,必须解决好漏电保护的选择性和系统的各