煤矿电力系统中漏电检测技术研究.pdf

108/矿业装备 MINING EQUIPMENT管 理0 引言我国煤矿井下电力系统普遍采用三相变压器中性点不接地系统保护电气设备的安全。在用电线路发生单相接地故障时，非故障相线路可以继续运行一段时间，避免装置在短时间立即跳闸的风险，提高了电网运行的可靠性。变压器中性点接地保护体系在我国工业领域具有广泛应用，特别是煤矿井下低压用电系统，其涉及用电场所多、用电设备型号多、用电场所工况复杂，能够保障煤矿井下用电的安全。但是，中性点不接地保护对电网线路绝缘性能要求较高，特别是发生单相接地时其他两相电压相应增高，供电线路对地长期存在分布电容，导致电路非故障相电缆的绝缘能力下降，甚至发生绝缘击穿。为此，需要深入了解煤矿漏电检测技术发展概况，掌握煤矿电力系统漏电检测的原理，从中找到解决煤矿漏电检测及漏电保护的合理策略。1 煤矿漏电检测技术概况1.1 煤矿漏电检测发展现状根据煤矿安全规程的相关规定，煤矿井下馈电线路应该安装漏电闭锁的漏电检测装置或其他选择性漏电检测装置，如果没有此类安全装置必须安装能自动切断漏电故障的检漏装置。当煤矿电网设备发生漏电现象或接地故障时，漏电保护装置能够检测到异常电流或电压信号，在响应时间内迅速启动保护指令，自动断开故障来源线路，保护当前用电网和用电设备的安全。根据漏电保护作用信号不同，可以将漏电检测分为电流型漏电保护和电压型漏电保护。其中，后者由于存在结构复杂、易受外界干扰、系统稳定性差等缺点，目前逐渐被电流型漏电保护装置取代。为了规范煤矿电力系统漏电检测的相关操作，我国制定了漏电电流动作保护器 煤矿井下捡漏器安装、维护与检修细则等规范，从漏电保护器的种类、特点、选用、安装、维护等多角度进行详细说明，为煤矿漏电检测提供科学指导。经过多年煤矿电网运行经验表明，漏电保护器能够很好检测到电路漏电故障，减少因漏电导致的安全生产、人员伤亡事故，对于保障煤矿低压电网和用电设备安全具有重要意义。1.2 漏电保护器的组成煤矿漏电保护装置作用于煤矿低压电网，当检测到短路电流或接地故障时，触发继电保护设置的动作电流值，从而使漏电保护装置启动即时或延时保护动作，切断故障来源电路的开关，保障整条用电线路的安全。在漏电保护过程中，涉及三个保护执行单元，即漏电流检测元件、中间放大元件和自动保护执行环节。漏电检测元件主要通过互感线圈识别漏电电流，其作用原理是在交流电源的相线中放置高导磁率的初级线圈，当发生漏电或短路故障时次级线圈可以检测到初级线圈的煤矿电力系统中漏电检测技术研究刘路琴（山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）摘要：随着人们对煤矿电力系统安全性的高度重视，井下低压供电系统漏电检测技术成为维护煤矿电网安全、高效运行的有效技术手段。其原理是通过检测异常信号，自动断开故障线路，保障煤矿井下电网安全。通常井下电网采用三种漏电检测技术，来提高电网漏电检测工作，稳定煤矿生产运行。关键词：煤矿电力系统；漏电检测；优化策略2023.7 矿业装备/109微量漏电电流，并将漏电电流信号向外输出。中间放大元件是将电流信号转成数字信号，并依据不同装置按要求得到相应的放大信号。自动保护执行环节是在收到漏电数字信号后，启动附近的断路器，及时阻断短路电流的传播，保护电网和电气设备的安全。1.3 漏电保护器的分类煤矿电力系统漏电保护器种类很多，根据应用场合的不同，可以分为漏电保护继电器、漏电保护插座和漏电保护开关三种。漏电保护继电器包括零序互感器、检测单元、脱扣结构等组成，其中零序互感器通过感应电势来检测线路是否发生漏电现象，脱扣装置的作用是引发触头紧急跳闸。通常漏电保护继电器能够检测和判断线路漏电情况，采用零序电压采样的漏电电阻如果小于规定的阻值，可能造成实际测得电压超过漏电保护动作区间，引起漏电保护装置误操作；反之，采用的漏电电阻大于规定阻值，则可能引起漏电保护动作拒动，达不到保护效果。漏电保护插座和漏电保护开关都能对漏电电流进行检测，并具备一定的切断故障回路的功能，不同的是：前者依靠漏电电流执行漏电保护动作，灵敏度较高；后者需要熔断装置、过流继电器等保护元件配合，适用性更强。2 煤矿电力系统漏电检测原理2.1 零序电压检测原理煤矿电力系统常采用中性点不接地的电路保护方式，电网正常工作下供电电缆对地绝缘阻抗均匀，没有多余的电荷聚集，此时电网提供没有零序电压产生。当电网中发生单相短路或接地故障时，其他非故障线路的电压升高，原有三相线路对地绝缘阻抗平衡被打破，短路电流经其他非故障电路的对地绝缘电阻和电容器组成电流回路，而系统电网开始出现零序电压，此时由零序电压检测装置通过电磁互感线圈可以检测出零序电压，然后经数字信号整定启动继电保护开关，及时断开故障所在线路。根据矿用隔爆型检漏继电器的设计规定，电网电容 0.11.0uF 范围内的漏电保护响应时间误差不超过20%，而在实际电网运行中漏电阻值对应的零序电压不是标准值，偏离漏电阻值区间会导致继电保护误操作或拒动，导致采用零序电压检测方法在极端漏电电路出现检测精度不高、漏电阻值不能满足实际要求的情况。此外，零序电压检测法易受到电缆长度、对地电容、绝缘状态等因素的干扰，由于此时系统电网不能真实反映漏电情况，在实际漏电检测中应引起足够的重视。2.2 附加直流检测原理附加直流漏电检测方法是在供电线路与大地之间添加一组独立直流电源，通过检测直流电流的变化判断系统电网是否发生漏电事故或绝缘阻值降低。在附加直流检测方法中，三相电抗器分别与供电电网和接地中性点连接，除了附加直流电源外，保护线路还由定值电阻、并联电容、三相电抗器等组成回路。当供电线路中任意线路发生对地绝缘阻值降低时，此时三相线路对地绝缘电阻的并联阻值小于三相线路阻值且均匀下降，借助附加直流电路计算出系统电网绝缘阻值变化，进而对故障线路进行漏电保护。采用附加直流检测方法检测漏电电路，由于交变电流通过三相电抗器、若干定值电阻，电网绝缘材料种类、性能，电缆排布方式等多种因素都可能影响采样电压的准确度。为此，在附加直流电源附近并联一个旁路电容，可以在一定程度上补偿电容分布差异导致的采样电压波动，提高采样电压检测的精确性。采用附加直流检测法进行漏电保护的优点是保护范围覆盖整个供电线路，同时监视系统电网对地绝缘阻值变化，提高了电网漏电保护的效率1。2.3 电网运行中检测原理除了零序电压检测法和附加直流检测法之外，有时在煤矿电网系统中安装若干整流二极管，从而对正在运行的电网进行漏电检测和漏电保护。利用整流二极管的单向导电性，可以将交流电转化成脉冲直流电，提高漏电检测的稳定性。将三个整流二极管连接在电网各相，另一端连接采样电阻，再与电网中三地绝缘电阻末端连接，构成接地中性位点。通过流经采样电阻的电流大小来判断系统电网对地绝缘变化，通过检测电流信号变化判断漏电发生位置，进而采取必要的漏电保护措施。3 煤矿电力系统漏电检测优化策略3.1 采取选择性漏电保护装置为了提高井下工作用电安全性，有必要针对不同用电情况，选择性的采用漏电保护装置，提升漏电保护整体的效果。在系统电网的纵馈电开关、分馈电开关处通常设置磁力启动装置漏电闭锁，并根据漏电事故发生位置与重要电气设备有效距离，设置即时或延时漏电保护110/矿业装备 MINING EQUIPMENT管 理相应动作。在漏电保护类型选择性方面，横向选择性漏电保护装置主要通过零序功率方向保护原理来实现，但是零序功率保护不能准确检测出电网对地绝缘阻值的变化。而采用附加直流漏电检测方法虽然能够检测出电网系统对地绝缘阻值，但是检测信号易受到旁路电容正补偿或负补偿的干扰，造成对地漏电阻值的测量值与实际值存在较大偏差。而电网运行漏电检测，所用到的整流二极管对电路电流和电压范围有明显的限制，虽然检测线路的电流值较为准确，但是在煤矿电力系统应用范围具有一定的局限性。因此，在煤矿电力系统漏电保护装置的选择上，需要根据电路实际用途选择合适的漏电保护策略。3.2 完善漏电检测硬件配置在明确煤矿电力系统漏电保护策略的基础上，还需要完善低压漏电保护监控系统的建设，依靠计算机庞大的数据运算能力，实现对井下低压远距离输电线路的检测与保护。从煤矿电力系统漏电检测系统组成来看，漏电监控的硬件包括微控制器、数据采集系统、漏电检测单元、保护动作执行模块等。微控制器是漏电检测的核心部件，负责信号采集、信号数字化转换、相关模型分析、显示检测结果等功能，微控制器通常具有芯片运算与存储功能，使得漏电检测系统具有集成度高、安全可靠的优点。数据采集模块通常用到三相交流采样、低通滤波、多通路转换等功能模块，能够实现对系统电网信号的采集，并简单变换处理，为微控制器进行复杂运算提供必要准备工作。漏电检测单元是实现漏电保护检测和漏电闭锁之间无缝转换，当供电线路正式送电前，需要采用整流二极管检测供电线路电压值是否正常；当供电线路正式通电后，需要漏电检测系统实时监控检测回路的电流是否正常；只有当采用电压和采用电流都正常的情况下，漏电保护装置才能将相关电路信号直接送交数据采集模块使用。保护动作执行模块是在达到动作时限时，微控制器驱动继电保护装置，使短路器及时跳闸，从而有效隔离故障线路，保证整个电网系统的安全2。3.3 科学安装漏电保护装置漏电保护装置的安装过程影响着井下漏电保护的实际效果，科学安装电力系统漏电保护装置对于煤矿电网安全运行显得十分重要。在井下漏电保护安装过程中需要注意下列几点：第一，漏电保护器在安装之前一定要注意安装顺序，禁止反接。第二，漏电保护装置作为一种井下电网辅助安全措施，不能完全替代原有的接地安全、过流保护等电网安全防护措施。第三，安装漏电保护器时需要严格区分中性线和保护线，避免混接、错接现象。第四，工作零线不能再用作漏电保护装置的负荷端连接，以免干扰漏电保护装置正常启用。第五，在煤矿井下电力系统漏电保护装置安装完毕后，一定要按照相关技术规范组织验收工作，以确保漏电保护装置的可靠性和稳定性。必要时进行三次带负荷试验，确认漏电保护装置正常保护应答时，才能在电网中正式投用。3.4 加强漏电检测人员的培训为了提高井下电力系统漏电检测工作的质量和效率，煤矿企业应落实对井下供电系统检修人员的培训。煤矿企业可定期组织技术人员参加井下电网漏电检测专题讲座，利用手机 APP、微信、QQ 等多媒体宣传工具开展教学活动，使井下电路检修人员可以方便获取学习资料。除了理论知识学习以外，还要组织电气设备维修技能培训，在煤矿井下电气设备检修作业中不断丰富维修人员的应急事故处置能力。根据漏电检修人员在井下电网抢修工作中处理电网故障的次数、任务完成度等指标考核参训员工，及时表扬优秀的供电检修人员，对于表现不佳的技术人员要提出批评、警示，从而真正提高井下电网漏电检测的实际效果。4 结束语煤矿电力系统漏电检测技术对于煤矿企业用电安全意义重大，不仅关系到煤矿企业安全生产形势，而且影响到员工人身安全和企业财产安全。煤矿企业了解井下电网漏电保护原理，掌握多选择性漏电保护策略，完善企业电网漏电保护硬件配置，科学安装漏电保护装置，加强机电维护人员的漏电检测培训工作，对于提高煤矿电网检测和运行维护水平具有重大意义。参考文献1 王晋阳.浅析煤矿井下低压馈电开关漏电保护技术 J.中国化工贸易,2019(8):83.2 潘超,米俭,蔡国伟,等.交直流混杂环境下变压器漏电感参数分析方法 J.电机与控制学报,2019(5):25-33.