矿山电网漏电保护的研究

矿山供电系统为中性点非直接接地的小接地电流系统，且煤矿生产主要在井下进行，大部分为电缆供电，供电环境恶劣，电缆线路经常发生漏电故障。因此设置完善的选择性漏电保护、采取切实可行的漏电保护措施，可以大大提高井下供电的安全性和可靠性。国外，一些国家中压电网采用中性点经电阻接地运行方式，电网发生单相接地故障后零序电流较大，因此漏电保护方式较为简单。而我国煤矿井下供电采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的运行方式，它可以减小人身触电电流、保证供电的安全性。但这种运行方式在发生漏电故障时，其零序电流与中性点经电阻接地方式相比要小的多，因此其保护也困难得多。

我国煤矿供电系统如所示，对于矿山地面变电所和井下中央变电所的6kV供电系统，当发生漏电故障时因为系统线电压保持不变，允许系统继续运行2h，因此选择性漏电保护装置只用来发报警信号而不跳闸。对于井下低压电网，根据煤矿安全规程要求，当发生漏电故障时必须迅速切除故障，以保证人身和设备的安全。图中…、Q2分别为总馈电开关和分支馈电开关需装设瞬时动作的漏电保护装置，Q3为磁力启动器一般只装设漏电闭锁保护。

2漏电保护原理分析在小电流接地系统中，准确查找单相接地线路一直是个难题，在中性点经消弧线圈接地的电网中，这种困难更大。为此继电保护工作者提出了多种保护原理，如有功功率方向原理、谐波原理、首半波原理、信号注入原理、能量原理、零序导纳原理和与小波分析、神经网络相结合的原理等。这些原理方法同现代微电子技术结合应用于生产实践，解决了很多接地选线问题，但选线不准及误报现象仍时有发生。

2.1基于导纳增量原理的6kV变电所选择性漏电保护上述所列举的选择性漏电保护原理在应用上，都时有选线不准的情况。这主要与以下情况有关。接地现象非常复杂：可分为瞬时性接地、稳定性接地等，其中每种方式又包括直接接地、电阻性接地、电弧性接地等类型。从而造成故障信号的复杂性。°零序电流互感器特性不一致以及互感器遇到极小信号、极大信号和奇异信号时的严重失真，给信号识别造成困难。③电网中本身含有大量不确定谐波，对基于谐波原理的保护造成影响。*甩网系统参数的影响，主要是系统对地电容的大小、系统的平衡程度、电网补偿程度、变电所线路的多少以及线路的长短等。

对于煤矿高压供电系统的选择性漏电保护，必须根据其自身的特点来确定相应的保护原理。煤矿高压供电系统具有以下几个特点：①供电线路以电缆为主，且向井下供电的电缆很长，占整个电网电缆长度的比例较大。°煤矿供电以电机为主，系统平衡性较以架空线为主的电网好得多。③由于煤矿井下供电负荷大，需要井上变电同时采用多个并行电缆向井下供电的情况。④高压供电系统采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地方式。针对煤矿供电的特点和造成选择性漏电保护误选的原因，本文提出了一种新的保护原理一基于导纳量的选择性漏电保护原理。

煤矿井6kV供电系统单相接地电路如所示：当K打开时系统为中性点不接地运行方式，当K闭合时系统为中性点经消弧线圈接地运行方式。

对于中性点不接地系统由可知电网正常情况下各条线路的零序导纳为线路和非故障线路的零序导纳分别为*第j条非故障线路的零序导纳一为系统总接地电容由式（2）和式（1）可得同理，对于中性点经消弧线圈接地系统可得IYkl由式（3）和式（4）可见故障线路的零序导纳的量远远大于非故障线路的零序导纳量。其中正常情况下线路的零序导纳可通过一次接地试验得到，并且每发生一次接地故障其数据就更新一次，以便及时跟踪电网参数的变化。同时可见不论故障线路的长短当发生漏电故障时故障线路零序导纳的量绝对值就是本电网的接地导纳，而非故障线路的零序导纳量为零。因此可以准确区分出故障线路与非故障线路。并且故障线路零序导纳量的绝对值的大小与漏电故障时的接地电阻的大小和性质无关，因此可以克服上述造成保护误动的原因。

对于两条并行线路向井下中央变电所供电的情况，可通过两个特性一致的零序电流互感器串联来解决因为电流不平衡造成的误差，此方法经几十个变电所安装的选择性漏电保护证明是可靠有效的。2.2总馈电开关的漏电保护原理总馈电开关处的漏电保护装置是负责总馈电开关至各分支馈电开关间电网的漏电保护、以及各分支馈电开关漏电保护的后备保护作用，可采用附加直流电源的漏电保护原理，如所示。

则附加直流电源所产生的电流如下采用有功导纳增量法可以减少接地电阻对漏电保护的影响，使漏电保护的动作值更加确定，且不受运行方式的影响，这是它的一个优点。

附加直流电源漏电保护原理3选择性漏电保护的实现同时通过测量取样电阻尺：两端的电压可计算出电流值所以可得通过式（7）可以连续监测电网的绝缘电阻；当发生漏电故障，使r达到装置设定的动作值时，迅速切除电源。同时它也可以监测绝缘电阻均匀下降，以及为实现漏电闭锁提供监测信号。附加直流电源漏电保护原理本身不具有选择性，其与分支馈电开关间漏电保护的选择性可通过延时来实现。

2.3分支线路的漏电保护原理分支线路的漏电保护原理也可采用有功功率方向原理、谐波原理、首半波原理、信号注入原理、能量原理、零序导纳原理和与小波分析、神经网络相结合的原理等，但考虑到分支线路无法实现变电所选择性漏电保护的群体比幅、比相，同时相比较线路较少，线路较短，且电网中性点经电抗补偿接地，并且补偿程度不确定，因此在分支线路的漏电保护中对基于导纳增量原理的漏电保护原理进行改进，即采用有功导纳增量的保护原理，则故障线路与非故障线路的有功导纳增量绝对值为传统的选择性漏电保护采用比相、比幅的电路来设计，采用模拟电路来实现，其抗干扰能力差，无法实现装置的智能化。而微机技术的发展和微机保护在电力系统中的成功应用为井下微机保护的应用以及井下配电自动化的实现提供了一个很好的例子。因此本文设计出了具有通信功能的微机式选择性漏电保护。其原理如和所示。

馈电开关漏电保护装置原理框图采用导纳增量原理的漏电保护装置经多个矿山电网现场使用表明，对于稳态接地具有100%的选线准确性。对于总馈电开关和分支馈电开关的漏电保护分别采用附加直流电源漏电保护原理和有功导纳增量原理，且具有综合保护功能以及通信功能的馈电开关综合保护装置，经多个矿井使用证明准确可靠。

4结束语本文提出并分析了基于导纳增量原理和和附加直流电源原理的漏电保护新原理，可以大大提高矿山电网选择性漏电保护的可靠性，给出了导纳量原理和附加直流原理的选线判据。开发出了基于导纳量原理变电所微机选线装置和基于附加直流电源原理或基于有功导纳量原理的馈电开关微机综合保护装置。这些装置经现场运行表明准确、可靠；并且这些装置都具有微机通信功能，对实现矿井配电自动化提供了可能。