自然直流选择性漏电保护原理分析.pdf

2 2 工矿 自动化 2 0 0 2年 第 3期 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 2 0 3 0 0 2 2 0 2 自然直流选择性漏电保护原理分析 唐翔 ， 张文海 。 ， 宋连启 1中国矿业大学信电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 中国矿业大学机电学院研 9 9 ， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 中图分类 号 T I ll 1 ． 5 文献 标识码 B 摘要 分析 了自然直流选择性漏电保护的工作原理， 提 出了全新的选择性漏电保护 系统， 井通过试验数 据 予 以 了验 证 。 主 题词 漏电保护 ； 选择性 ； 自然直 流 1 概 述 选择性漏电保护是煤矿井下 电网的三大保护之 一 ，是防止人身触 电的重要保护措施。从保护原理 上可分为附加直流源检测保 护原理 、 零序 电压保护 原理 、 零序电流大小及零序电流方向保护原理。前 两种保护原理为非选择性漏 电保护， 电 网一旦 出现 漏电故障， 保护装置动作并切除整个工作面电网 ， 且 无法确定故障支路。后两种保护原理为选择性漏电 保护， 可以判断出故障支路， 有选择地将故障支路切 除 ， 但其工作可靠性受电网系统变化的影响。为了 保证保护装置的选择性功能， 在 电网中需增加一个 附加电容， 该电容提高 了保护装置的动作可靠性 ， 但 同时也增加了故 障点漏 电电流 ， 增加了人身触 电危 险 ， 不 利于煤矿 井下安 全。 为此 ， 本 文提 出 了一 种基 于直 流方 式 的选择 性 保护原理， 并在试验室进行了模拟试验。 2 自然直 流选 择 性漏 电保护 原理 自然直流选择性漏电保护原理基于井下保护接 地网络。直流检测源为由3个二极管组成的一个半 波整 流桥 ， 如图 1 所 示 。三相 电源半 渡 整流 电压 输 出波形见图 2 ， 其输出为一个脉动直流 ， 输出平均电 压 为 U d 1． 7 6U 式中 u 为电网相电压的有效值。 实际接线图如图 3所示 ， 将电网中每条电缆的 地线用一个 取 样 电 阻 R 及 与 电 网 的总接 地 网 联在 一 起 ， 检测 电流通过接 地网 、 取样 电阻及 电网绝缘 电 阻流回电网， 构成直流检测网络 ， 其中 尺1 、 尺 为限 流电阻， 尺 为直流信号取样电阻 在正常状态时 ， 围 】 直 流检测源 图 2 直流检测源输出波形 图 3 6 6 0 V 耍 验线 路 U 6 6 o v ；R l 3 9 k；R 】 0k ；R 3 1 k； r l 2 3 0 0 k； C 2 0 3 流过 R 的检测 电流 ， U Lj o i 式中 ∑ R R ； R ∥ r ∥r I ； L 2 R 2 r a 2 ∥r b 2 ∥r c 2 。 维普资讯 自然直流 选择性 漏电保护原理 分析 唐翔 张文海 宋连启 2 3 即 在正常情况下 ， 电网的三相绝缘电阻基本平衡 ⋯。 兰 Ud 、、 _ l _、 直流检测源的系统 电阻 r 、 为定值 ， 检测 电流 j 的大小取 决于 电网的 总绝缘 电阻 ， 随着 绝缘 电阻 值的降低 ， I 不断增加 ， 当其达到设计动作值时 ， 直 流电压检测单元启动， 漏电保护装置动作， 自动馈电 开关跳闸， 可切除漏 电故 障， 构成电网的总漏 电保 护 。 对于分支线路 ， 取样电阻 R R．2 上的直流检测 电流 的大小取 受 于各支 路对 地 绝缘 电阻 的大 小 ， 不 管是三相绝缘电阻均匀下降还是单相漏电、 人触电， 支 路取样 电阻上 的电流均增 加。 1 Rj 2 【 】 r 】 2 一 I r L I ～ d 2一 Rl _ R 2 r L l r L 2 直流电压取样信号分别为 Uj r兰 U 兰 等 电网绝缘水 平正常 时 ， 直流 检测 电流很 小 ， 电阻 上的直流电压也较小， 当某一支路绝缘水平下降到 动作 值时 ， 故 障支路上 的直流检 测 电压 信号 增大 ， 而 非故障支路上的直流电压信号基本保持不变， 从而 使漏电检测装 置准确地区分故 障支路和非故障支 路 ， 通过断路器将故障切除。 对于电网系统 的纵 向漏电保护配合 ， 可 以通过 时限级差原理实现。总漏电保护装置动作时间比支 路漏电保护装置动作时间延时 △ f ， 该延时大于保护 装置 自身动作时间和断路器跳闸动作时间之和。若 前级漏 电保护装置出现拒动情况， 经过 △f 延时后 ， 总保护装置动作， 将整个供电网络切除。 3模拟 实验 为 了检测 该保 护原理 的可行 性 ， 在 实验室 6 6 0 V 电网中做了模拟试验 ， 考虑到煤矿井下接地 网的要 求， 在地线中串接的取样 电阻 R． 。 和 R，2 等于 3 n， 具 体 6 6 0 V实验线路如图 3所示。为避免一相整流管 被反向击穿 ， 其余两相的整流管会因电流过大而烧 坏 ， 在整流管中串接 了限流 电阻 R ， 正常和发生漏 电故障时电网中的直流检测 电流都很小， 不会对煤 矿的安全造成任何影响。具体试验数据见表 1 。 表 1 漏电系统试验数据 从表 1 可知 ， 对于故障 支路 来说 ， 取样 电阻上 的 直流检测信号随着绝缘水平的变化而变化， 而非故 障支路直流信号基本保持不变， 并且电网的分布电 容对直流信号几乎没有影响， 所以利于保护 ， 并可准 确地区分故障支路和非故障支路 ， 与前述的理论分 析结果 完全一致 。 4结 语 通过理论分析和模拟实验数据可知 ， 自然直流 选 择性 漏 电保 护 装 置 不仅 可 以准 确 地 确定 故 障支 路 ， 而且动作电阻值水平较稳定 ； 它不受电网系统运 行变化的影响， 只监测电网的缘绝电阻水平， 与电网 的分布电容和运行方式没有关系， 且不需要电网中 附加电容； 保护装置设计简单 ， 若再加上下级之间的 时间配合 ， 便可构成一个完善的选择性漏 电保 护系 统， 可大大提高漏 电保护的安全性和动作可靠性。 因此， 该保护装置具有较高的实用价值， 目前正在实 验室设 计样机 ， 准 备进行 工业性试验 。 收辐 日期 2 0 0 2 0 32 5 作者筒彳 r { 唐翔 1 9 6 3 ， 男 ， 副教 授 1 9 8 7年毕 业于 中国矿 业大 学 ， 获硕 士学位 现在 中国矿业大学攻读博士学位， 主要从事矿井供 电安和微机保护方 面的研究， 已发表论 文 1 0 亲篇 。 一 乃 以R r R r 以 于 所 由 一 ～ 一 一～ ； 维普资讯