自适应式矿井高压选线保护装置设计.pdf

第1 期 2 0 0 5 年2 月 工矿自动化 I n d u s t r ya n dM i n eA u t o m a t i o n N O ．1 F e b ．2 0 0 5 文章编号1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 5 0 1 0 0 3 9 0 2 自适应式矿井高压选线保护装置设计 王其军 山东科技大学资源与环境学院，山东青岛2 6 6 5 1 0 摘要设计采用软件算法先行记忆下各线路零序电流互感器初相角，而后通过相敏整流的软件算法，逐 个对算法进行修正，得到理想的相敏特性。从而消除了零序电流互感器角特性存在分散性和利用硬件电路 实现相敏整流调试麻烦的不足。 关键词矿井；漏电保护；高压；全数字化；自适应 中图分类号T D 6 1 1 ．5文献标识码B 0引言 高压接地保护是煤矿的重点保护之一，也是煤 矿安全规程明确规定的保护之一。其功能的有无和 性能优劣对煤矿井下安全生产至关重要。 关于选择性漏电保护问题，国内从5 0 年代就开 始了对漏电保护原理和装置的研究。7 0 年代后，先 后推出了几代产品，选线装置主要基于下列几种原 理故障线路零序电流最大原理，零序功率方向原 理，首半波原理，谐波电流方向原理。在选线方案 上，除常规的绝对定值保护方案外，还有群体比幅比 相方案和群体比幅方案。 由于煤矿井下使用的大功率变流装置多，其高 压电网在正常运行时谐波干扰严重，且中央变电所 处于井下电网的首端，零序电流原理难以适合此电 网；而对于谐波电流方向原理，由于大功率设备启、 停频繁，电网中谐波成分波动较大，采用此原理必然 影响漏电保护的动作灵敏度；首半波原理由于其本 身存在的局限性，也不适合井下电网。 基于零序电流有功分量方向原理的接地选线保 护装置，经现场运行证明具有很高的选线性能，但其 对接地持续时间很短的间歇性电弧接地故障却无能 为力。近几年对现场运行装置的跟踪调查，对中性 收稿日期2 0 0 4 1 0 2 2 作者简介王其军 1 9 6 2 一 ，男，淮南职业技术学院工程技术系 副教授，山东科技大学在职博士，研究方向为安全技术与信息系统。 点不接地系统装置未发生过误动拒动现象，但对中 性点经消弧线圈接地系统，拒动现象偶有发生。分 析知，主要为间歇电弧接地所致。针对这种现象，笔 者设计了基于自适应式零序电流有功分量方向原理 的接地选线保护装置，由全数字电路实现。 1 装置工作原理 基于自适应式零序电流有功分量方向原理的接 地选线保护装置原理框图如图1 所示。 f 0 1 1 0 2 f 0 3 2 U O I I ／0 2 蓁 盥 片 粥’斤金 机 接 J j 口 煎攥 电 路 一 图1 装置原理框图 装置所需的零序电流i 。。～i 。。、零序电压U 。。、 U 。z 信号仍取自各条出线上的零序电流互感器二次 侧、各母线零序电压互感器的开口三角。输入信号 经输入电路、滤波与保护电路、多路开关、采样保持 电路处理后，其输出送入模数转换器A ／D ，将模拟 量转换为数字量后送给装置的C P U 进行处理。模 数转换器A ／D 选用M A X l 9 7 ，为1 2 位分辨率，带 8 个模拟信号输入通道，转换时间为7 ．5 “s 。 装置C P U 采用8 0 3 1 单片机，并外接E P R O M 、 出版社，2 0 0 1 ． 参考文献 [ 2 ]张子江．D 。1 p h i 高级开发范例[ M ] ．北京电子工业出 [ 1 ]黄军．D e l p h i6 串口通信教程[ M ] ．北京人民邮电 版社，2 0 0 2 ． 万方数据 4 0 工矿自动化2 0 0 5 年2 月 R A M 等电路。装置输出主要由声光报警、日历时 钟、打印、复位、看门狗、自检、方式键等电路组成。 其中方式键为电网中性点运行方式的选择按钮。 为了保证接地选线的准确性，要求模拟输入通 道抗干扰能力强、精度高、线性度好。当电网发生接 地故障时，为了对同一母线上的零序电压和零序电 流进行同时采样，要求A ／D 电路有较高的采样速 率，若在半个工频周期 1 0m s 内对3 2 路信号进行 3 0 。同时采样，则要求的最高采样频率为 1 厂s 一百斋6 3 2 1 9 ．2 k H z 即要求每个零序电流输入通道的整个转换、处 1 理时间为两南一5 2 1p s ，可见，所选A ／D 能 满足采样速度要求。 根据电网中性点运行方式，装置采用自检电流、 电压的方法，除可获取零序电流互感器的初相角外， 还可校验零序电流互感器的灵敏度及安装方向是否 正确，以克服实际使用中由于零序电流互感器安装 不当而引起装置误判现象。 本装置采用目前在微机保护中应用最多的傅氏 算法。装置的故障启动元件采用零序电压的突变量 实现，即 A u o 一I “o 1 一lU O 卜N 1 式中“。。为零序电压在某一时刻k 的采样值； “。。一Ⅳ为比U 。；早1 0m s 的采样值；N 为半个工频周 期内的采样点数，对3 0 。采样，N 一6 ；A u 。。为k 时刻 零序电压的突变量。 电网正常时，U 。。与“。。一～应当接近相等，反映的 是电网的自然不平衡电压；电网一旦发生接地故障 后，必将出现△‰。采用式 1 的启动元件，虽然可 能受到干扰脉冲的影响，但接地选线算法模型的动 作量y 。。中已包含了零序电压、零序电流的整定值， 故即使启动了算法模型，也不会引起装置误动现象。 考虑到不同中性点接地方式下的自然不平衡电压等 因素，本装置的零序电压启动定值取为l oV 。 电网正常时装置仍设计为一个实时时钟，并时 刻监视电网运行状况。一旦零序电压发生突变，即 进行接地选线算法模型的计算与判断，若动作量 y 。。满足定值要求，则装置输出报警信号和故障信 息。否则，封锁装置输出，并返回到起始监测状态。 行采样，一旦发现零序电压发生突变并达到设定值， 即转入接地选线算法模型计算子程序。根据“群体 比幅”原理，找到动作量y 。。最大值后，若y 。。满足定 值要求，则先判为瞬间接地，然后再判是否为稳定性 接地故障。 图2 装置软件流程图 装置在实验室低压模拟电网 11 4 1V 上进行 了模拟接地试验的考核。间歇电弧接地通过接地间 隙实现。零序电流、零序电压波形通过示波器进行 观察。试验结果表明，对持续时间达到半个工频周 期的间歇性电弧接地故障和稳定性接地故障，装置 选线正确率为1 0 0 ％，且装置的反应速度快。 3结语 基于自适应式零序电流有功分量方向原理的微 机选线接地保护装置，为全数字式电路，参数一致性 好；既可反映稳定性接地故障，又可反映间歇性电弧 接地故障，且装置反应速度快；装置对零序电流互感 器初相角依赖性要求降低，并可适用于不同中性点 接地系统。 参考文献 E l i牟龙华．接地保护与故障点定位E M ] ．徐州中国矿业 2 装置软件设计 E 2 ] 此装置简要的软件流程如图2 所示。 [ 3 ] 装置通电后即对各零序电流、零序电压信号进 大学出版社，2 0 0 0 ． 陈德树．计算机继电保护原理与技术r M ] ．北京水利 电力出版社，1 9 9 6 ． 胡天禄．矿井电网的漏电保护E M ] ．北京煤炭工业出 版社，1 9 8 7 ． 万方数据