蔡昌伟CAIChang-wei
（华能云南滇东能源有限责任公司矿业分公司白龙山煤矿一井，曲靖655000）
（HuanengYunnanDiandongEnergyCo.,Ltd.MiningBranchBailongshanCoalMineNo.1Mine，Qujing655000，China）
摘要：近年来，我国煤矿的机电装备得到了较大程度的发展。但在煤矿掘进工作面掘进的过程中，经常会出现供电系统选择性漏电保护的问题，并因此对实际工作的开展造成了一定的影响。在本文中，将就煤矿掘进工作面供电系统选择性漏电保护的实现进行一定的研究。
Abstract:Inrecentyears,thecoalminemechanicalandelectricalequipmenthasgotgreatdevelopmentinChina.Butinthetunnelingprocessofcoalmineheadingface,thereisusuallypowersupplysystemselectiveleakageprotectionproblem,whichhasaffectedtheactualworktosomeextent.Thisarticlestudiestheimplementationoftheselectiveleakageprotectionofcoalmineheadingface.
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关键词 ：煤矿掘进工作面；供电系统；选择性漏电保护；实现
Keywords:coalmineheadingface；powersupplysystem；selectiveleakageprotection；implementation
中图分类号：TD611文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）21-0151-03
0引言
漏电故障是矿井掘进作业中供电系统常见故障类型。漏电故障出现时，一般会形成单相接地，若不及时处理，就可能引发相间短路或漏电长时间存在，严重的有可能造成煤尘爆炸或瓦斯爆炸事故。掘进工作面常常采用移动变电站的方式进行供电，并使用了低压馈电开关作为掘进以及通风设备的供电电源。该开关系统的漏电保护一般带有附加直流电源检测的特点，在实际应用中会频繁出现无选择性的漏电保护问题。
为了降低无选择性漏电保护故障率，本文在传统漏电保护系统设计的基础上，提出一种基于零序电流与直流电源方向检测的漏电保护系统，以此对传统附加直流电源式漏电保护装置进行技术改造，提高矿用供电系统选择性漏电保护效率，从而很好地规避电力事故。
1矿用供电系统漏电保护技术原理
1.1选择性漏电保护综述选择性漏电保护是指：当供电系统某一支路发生漏电故障时，漏电保护系统仅使开关切断漏电故障所在的支路，并保证非漏电故障支路正常供电。选择性漏电保护系统是现代供电保护系统的一个先进的发展方向，是有效保护人体、防止人体触电的重要屏障。发生漏电故障后，选择性保护系统能够在保证全线正常供电的条件下，只将存在漏电故障的线路和设备切除进行整修，停电面积非常小，而且能快速锁定故障点，加快检修速度，从而在一定程度上减少了停电时间，保证了供电系统的可靠性。
漏电保护装置一般安装在高压和低压电网馈出线上，漏电保护结构有横向选择性与纵向选择性之分。它可以区分故障支路与正常支路，针对故障情况进行选择性保护。如果装有选择性漏电保护装置的供电系统同时装配了漏电闭锁装置，就拥有了一套完整的漏电保护系统，并且具有非选择性来漏电保护系统无以比拟的技术优势。图1为选择性漏电保护装置的技术原理。
1.2选择性漏电保护开关选择性漏电保护涉及横向保护与纵向保护两套子系统。从漏电保护原理来看，它包括零序电流保护和零序功率方向保护两种方式。其电路原理如图2和图3所示。
在图3中，ZCT1、ZCT2、ZCT3为F1、F2、F3零序电流互感器，Id1、Id2、Id3、为不同分支线路的接地电流。在实际系统运行的过程中，如果F1线路中的A相出现了接地故障问题，电网A相对地电位的值则为0，且线路B、C相对地漏电流则会从接地点再次流回到电源之中作为电容电流，而对于该电流来说，则可以通过不同支路的零序电流互感器对其实施测控。在这一过程中，流向母线的故障支路接地电流恰好等于整个电网接地电流中所有电流之和同本线路接地电流之差，而并不是故障支路接地电流的流向，其所具有的流动方向同故障支路恰好相反。
1.3总馈电开关原理在移动变电站低压馈电开关中，其所具有的保护是以附加直流电源检测作为主要工作原理，能够对系统漏电信号进行检测的同时使用桥式比较电路进行检测，具体结构如图4所示。
由图4可知，其两端都同直流电源保持连接，而在AB两点之间所具有的压降则为漏电监测的信号。在此种情况下，通过对Rw的调整则能够对系统漏电保护电阻值进行改变，而当绝缘电阻Re降低到低于门坎电压时，执行回路则能够得到启动、且馈电开关出现跳闸现象，进而使整个电网出现了停电的情况。从这里我们则可以认识到，对于这种类型的保护装置来说，其并不能够对漏电的是分支还是干线进行判断，而如果是分支漏电，也不能够具体判断是那一条线路出现了漏电现象。而为了能够在此情况下对两级选择漏电保护进行实现，则需要在该装置中加入中断信号产生电路以及延时电路，以此则能够在对系统选择性漏电保护进行实现的基础上保证动作值能够具有更为一致的特点。同时，通过该延时电路的安装也能够保证分支线路在出现漏电情况时，馈电开关能够实现后备保护，而此时分支馈电开关的信号分析以及处理系统也能够得到及时的响应，并在30ms以内对漏点故障进行切除。
由上文得知，根据零序电流方向的观察，则能够对故障支路进行判断。而我们将接地故障中的零序电压作为基准进行比较时，则能够获得故障支路与故障支路所具有的零序电流判别原理如图5所示。
在图6中，S为两者间波形比较的结果，而从该波形图我们则可以看到，系统发生故障线路电流在经过波形变换之后，其同该线路的零序电压则具有着一致的相位。而对于没有发生故障的零序电流来说，其所具有的相位同零序电压相比则要相反，且并没有输出任何波形信号。从该种情况我们则可以通过较为简单的方式对真正发生故障的支路进行判断，并在通过全波形方式应用的基础上进一步提升信号检测速度，能够在提升保护系统所具有灵敏度、可靠性的同时使保护动作时间得到了缩短。
1.4保护系统工作原理在分支馈电保护系统中，其在中央处理单元方面选择了MCS_51单片机，对于漏电信号的判断、分析以及动作响应来说都能够通过该处理器对其进行执行，具有着处理速度快、灵敏度高以及可靠性强等特点。在实际运行过程中，如果系统的某一个部分出现了漏电问题，如果经过判断发现漏电电阻同总开关动作电阻相比较小，开关的漏电检测单元会迅速响应，并向分支馈电开关发出中断信号时同步启动延时单元。开关处理器接收中断信号后，也能够及时对零序电流方式进行检测，如果经过检测发现为本支路出现漏电情况，则会立即采取跳闸操作，而如果非本支路出现漏电情况，则会延时并关闭中断。而当总馈电开关达到其延时时间后复测漏电故障，若发现漏电情况仍未消除，则表明分开关拒动或者漏电情况处于分开关同移动变电站的电缆位置，总馈电开关即移动变电站低压馈电开关跳闸,实现纵向选择性漏电保护。
2掘进工作面供电系统选择性漏电保护技术改造
2.1改造前掘进工作面供电系统改造前结构如图7所示。
如图7所示，在该供电系统中，总馈电开关以附加直流电源作为该系统的主要漏电保护，且其两个启动器对掘进设备以及风机起到供电的作用。而当图7中d1以及d2点在运行过程中发生漏电故障时，就会使BKD1跳闸，导致工作面停风、低压停电，对于井下工作人员造成了较大的安全威胁。
2.2改造后根据我们本次改造原理，我们对该系统进行了一定的改进，改造后系统如图8所示。
在改造后，可以看到该系统中依然对启动器A1以及A2进行了保留，并以基于零序电流方向的方式进行了检测，且BJD3作为系统分支的馈线开关。在此种情况下，如果d1出现了漏电问题，F1开关则会及时跳闸；而当d2点出现漏电问题时，F2开关则会及时跳闸，而在此过程中，系统的风机与其他支路却不会受到影响，依然能够得到正常运行，以此对停电范围起到了良好的缩小作用。
3实验以及运用
下面是经过该方式改进后所形成的移动变电站低压馈电开关与分支馈电开关所组成的漏电保护系统进行的模拟实验，两台分支开关、电网电压为1140V，保护系统漏电动作时间如表1所示。
在表1中，所显示的数据为5次测量所获得的平均值，其中，C0为干线路对地电容、C1为故障支路馈电线路对地电容、C2为非故障支路馈电线路对地电容。从表1中相关数据我们则可以了解到，本次改造所具有的保护动作指标能够较好的满足设计要求。而在投入使用之后，在经过多次因导线破损或电机绕组烧毁导致分支馈电开关动作时，也表现出了较为可靠的开关动作，能够在缩小停电范围的同时减少了停风次数，且能够在出现跳闸问题之后在系统中显示故障类型，便于对故障进行及时的排查，对于供电工作起到了较为积极的保障作用。
4结论
通过对煤矿掘进工作面供电系统选择性漏电保护原理的研究与分析，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技术改造方案,有效解决了以往频繁出现的无选择性漏电保护故障，使得因电力故障导致的煤尘爆炸和瓦斯爆炸等安全事故的发生率大大降低。在此基础上配以基于零序电流方向判断漏电保护的分支馈电开关,实现了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，经过测验运行获得了良好的运行效果，具有一定的应用价值与意义。
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