矿井供电系统选择性漏电保护理论及其应用研究ebhd.docx

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1、目录摘要41. 绪绪论61.1我我矿井供供电系统统的基本本状况661.1.1矿井井供电系系统电压压等级661.1.2矿井井供电系系统基本本结构771.2矿矿井供电电系统选选择性漏漏电保护护的重要要性81.3本本设计的的主要工工作1002 选选择性漏漏电保护护装置1102.1 产生生漏电的的原因分分析1002.2 中性性点不接接地系统统单相接接地故障障选线方方法分析析102.2.1 零序电电流比幅幅法1112.2.2 零序电电流相对对相位法法112.2.3 附加直直流电源源检测法法152.2.4 群体比比幅比相相法2002.2.5 零序功功率方向向法2002.2.6 五次谐谐波分量量法2002.

2、2.7 各次谐谐波平方方和法2212.2.8 首半波波法2112.2.9 小波分分析法2212.2.10 拉路路法2112.2.11 注入入信号寻寻迹法2212.2.12 注入入变频信信号法2222.2.13 基于于模式识识别的选选线方法法222.2.14 零序序有功功功率法2232.3 选择择性漏电电保护装装置的基基本要求求233 漏漏电保护护机理分分析2553.1漏漏电电流流的产生生253.2漏漏电保护护系统的的原理及及组成2264 系统硬硬件设计计284.1 ATT89CC52单单片机的的性能及及特点2284.2 主主体硬件件结构电电路2994.3 零序电电压和零零序电流流变送器器的设计

3、计304.3.1零序序电压互互感器的的选择3304.3.2零序序电流互互感器的的选择3304.3.3低通通滤波器器设计3304.3.4信号号调理电电路设计计314.4复复式电源源设计3314.5功功率驱动动电路设设计3334.6漏漏电电流流检测电电路3445 系系统的软软件设计计356 系系统抗干干扰设计计386.1硬硬件抗干干扰3886.1.1电源源系统抗抗干扰设设计3996.1.2信号号处理通通道抗干干扰3996.1.3电磁磁辐射抗抗干扰3396.1.4电路路板抗干干扰4006.2软软件抗干干扰4007 结结论411致谢433参考文献献44摘要我国对漏漏电保护护的研究究是从煤煤矿井下下低压

4、电电网的漏漏电保护护开始的的，至今今已有440余年年的历史史。四十十余年的的实践证证明，它它对我国国矿井安安全供电电发挥了了巨大的的作用，它它已成为为我国矿矿井电网网安全供供电的不不可缺少少的组成成部分。正正因为它它在安全全供电方方面的作作用重大大，因此此，漏电电保护已已陆续在在各行各各业的供供电网中中安家落落户。 选择性性漏电保保护是指指当电网网发生漏漏电故障障时，能能够有选选择性地地发出故故障信号号或切断断故障支支路电源源，而非非故障部部分继续续工作，从从而减小小故障停停电范围围，便于于寻找漏漏电故障障点，缩缩短漏电电停电时时间，提提高了供供电的可可靠性。 传统统保护采采用中性性点经消消弧

5、线圈圈接地的的谐振电电网运行行方式，这这种方法法给系统统带来重重大利益益的同时时，也减减小了故故障线路路与非故故障线路路零序电电流的差差别，特特别是自自动跟踪踪补偿消消弧线圈圈的使用用，使得得传统的的漏电保保护方法法很难达达到选择择性保护护的目的的。 本设设计提出出了一种种基于零零序电流流特征量量的选择择性漏电电保护，供供电线路路通过检检测零序序电流信信号来实实现有选选择性的的关断发发生漏电电的线路路，而不不切断整整个的供供电网络络，实现现供电的的最优化化。关键词:矿井供供电;零序电电流;单片机机;信号号;AbsttracctChinna lleakkagee prroteectiion le

6、aakagge pprottecttionn loow-vvolttagee grrid froom ccoall miine, haas bbeenn moore thaan 440 yyearrs oof hhisttoryy. 440 yyearrs oof PPraccticce hhas proovedd thhat it is Chiinas mminee saafetty ssuppply plaayedd a hugge rrolee, iit hhas beccomee ann innteggrall paart of thee miine griid ssecuuritty

7、 ppoweeredd. PPlayy ann immporrtannt rrolee inn thhe ssecuuritty oof eelecctriicitty ssuppply andd, ttherrefoore, leeakaage prootecctioon hhas staarteed tto ssetttle in forr thhe ggridd inn alll wwalkks oof llifee.Seleectiive leaakagge pprottecttionn grrid leaakagge ffaullt ooccuurs, thheree iss a f

8、auult siggnall orr cuut ooff thee faaultt sllip powwer, raatheer tthann thhe ffaullt ppartt too coontiinuee woorkiing, thhereeby redduciing thee sccopee off faailuure powwer faiilurre, eassy tto ffindd thhe lleakkagee poointt off faailuure, shhortten leaakagge ooutaage timme aand impprovve rreliiabi

9、ilitty oof ppoweer ssuppply.Traadittionnal prootecctioon wwithh thhe nneuttrall poointt byy thhe aarc supppreessiion coiil ggrouundiing ressonaant opeerattionn moode, thhis metthodd iss too brringg siigniificcantt beeneffitss too thhe ssysttem at thee saame timme, redducees tthe diffferrencce bbetww

10、eenn faailuure andd noon-ffaullt llinee zeero-seqquennce currrennt, in parrticculaar, autto-ttracckinng ccomppenssatiion thee usse oof tthe arcc suupprresssionn cooil, maakinng tthe traadittionnal leaakagge pprottecttionn diiffiicullt tto aachiievee thhe ppurpposee off seelecctivve pprottecttionn.Th

11、iis ddesiign of a sseleectiive leaakagge pprottecttionn baasedd onn thhe ccharractteriistiic qquanntittiess off thhe zzeroo-seequeencee cuurreent, poowerr liiness byy deetecctinng tthe zerro-ssequuencce ccurrrentt siignaals to achhievve sseleectiive shuutdoown leaakagge llinee wiithoout cutttinng oo

12、ff thee enntirre ssuppply nettworrk, to achhievve ssuppply is opttimaal.Key worrds: miine suppplyy; zzeroo seequeencee cuurreent; miicrooconntroolleer; siggnall;1. 绪绪论1.1我我矿井供供电系统统的基本本状况1.1.1矿井井供电系系统电压压等级 从矿矿井供电电系统电电压等级级上划分分，我国国供电系系统经历历了由3380VV到33300VV的四个个发展阶阶段。220世纪纪60年年代以前前，由于于我国煤煤矿主采采用炮采采方式生生产，井井

13、下采煤煤电气设设备简单单，装机机容量小小，供电电电压为为3800V。随随着800机组的的使用，3380VV的供电电电压就就已经难难以满足足80机机组的供供电需求求。19964年年原煤炭炭工业部部组织人人员成立立了煤矿矿工作面面升压工工作组。经经过多次次试验，确定将煤矿工作面供电电压提高到660V。70年代，以液压支架和滚筒式采煤机为主体的综合采煤机械化设备引进并投入煤矿生产。这样一来，进一步提高采煤工作面供电电压，以适应煤矿生产需要的问题又被提上议事日程。我国煤炭行业的科研人员和煤机生产企业经过近十年的努力，研制出了千伏级的采煤工作面供电系统的全部装备，80年代以来，我国煤矿向提高采煤工作面单

14、产、实现集中化生产和减人减面的目标迈进，不断地更新采煤工作面的装备，使综采工作面设备的装机容量不断增大，出现了一批总装机容量已达1500kw2000kw的新型高产的综采工作面。1991年11月原煤炭工业部确定将我国煤矿综采工作面供电电压由1140V提高为3300V。由此可见，随着采煤工艺的不断进步，生产规模和生产能力的不断提高，矿用生产设备对电网供电能力不断提出的新要求是促使煤矿供电系统电压等级提高的原动力。1.1.2矿井井供电系系统基本本结构当我国矿矿井绝大大多数采采用6kkv或110kvv双回路路直接下下井，连连接到不不同容量量的井下下动力变变压器，将将高压降降压为3380vv、6660v

15、、111400v、333000v动力力电压等等级再由由不同型型号的矿矿用电缆缆连接大大容量移移动变电电站，多多控制智智能化组组合开关关、馈电电开关或或磁力启启动器等等配电用用电设备备组成井井下配电电网络，配配合以各各种综合合保护设设备，向向井下通通风器、采采煤机、刮刮板输送送机、转转载机、破破碎机和和带式输输送机等等生产设设备供电电。（1）普普遍采用用中性点点不接地地方式煤矿供电电之所以以采用这这种中性性点绝缘缘的低压压系统，是是因为煤煤矿的生生产条件件和工作作环境都都十分恶恶劣，空空气潮湿湿，空间间狭小，很很容易发发生由于于设备受受潮而绝绝缘老化化或电缆缆由于受受到外力力挤压破破损而造造成单

16、相相接地或或人身触触电现象象。对于于中性点点不接地地系统，发发生单相相接地故故障时，由由于大地地不像中中性点接接地系统统那样是是同电位位，所以以不会造造成相间间短路那那样的大大电流，这这样不仅仅减小了了人身触触电电流流，而且且避免了了在发生生短路接接地故障障时产生生放电火火花所可可能引发发的瓦斯斯爆炸。同同时中性性点绝缘缘系统发发生单相相接地时时，三相相电之间间仍保持持线电压压不变，生生产设备备可短时时继续正正常工作作，不会会造成因因故障停停电而引引发的生生产停顿顿。（2）一一台动力力变压器器即为一一个相对对独立的的供电单单元井下电网网的构成成需要使使用多台台动力变变压器。虽虽然这些些动力变变

17、压器的的高压侧侧是数台台联在一一起，统统一由66KV或或10KKV电缆缆供电，但但它们的的低压侧侧彼此在在电气上上却没有有什么联联系，即即采用的的是所谓谓的分列列运行方方式。每每一台动动力变压压器和若若干低压压馈电开开关、磁磁力启动动器、矿矿用电缆缆、电动动机等用用电设备备一起组组成一个个小的相相对独立立的供电电系统。多多个这样样的小的的供电单单元构成成了整个个井下低低压电网网。这种种供电单单元之间间的电气气上的无无关性，为为分析供供电单元元故障和和保护装装置的运运行提供供了极大大的方便便。这一一点对漏漏电保护护的实现现极为重重要。（3）供供电方式式有放射射式、干干线式和和环式三三种放射式就就

18、是以动动力变压压器为中中心，分分别向各各个用电电设备引引出专线线的供电电方式。各各供电回回路之间间彼此独独立，供供电回路路间出现现了故障障互不影影响，但但这种供供电方式式线路总总长度较较长。干干线式供供电是以以动力变变压器为为起点，用用一条线线路把各各个用电电设备按按从近到到远的原原则串联联起来。这这种方式式可节约约大量电电缆，但但一旦某某段线路路出现了了故障，将将造成以以后各段段被迫停停电。环环式电网网可开环环运行也也可闭环环运行，其其主要特特点是不不易发生生故障，供供电可靠靠性高。由由于这种种供电方方式适应应实际供供电需求求的灵活活性要求求，所以以被广泛泛应用。1.2矿矿井供电电系统选选择

19、性漏漏电保护护的重要要性在矿井中中，大部部分供电电线路为为电缆供供电，井井下空间间狭小，环环境恶劣劣，阴暗暗潮湿，供供电电缆缆的受潮潮和机械械损伤使使电缆经经常发生生单相漏漏电故障障。因单单相漏电电而出现现过电压压的几率率更大，加加上井下下电缆潮潮湿和易易受到挤挤压碰撞撞，电缆缆绝缘情情况较地地面更差差，承受受过电压压的能力力也差。当当煤矿供供电电网网发生单单相漏电电特别是是单相接接地时，在在接地处处极易引引起电弧弧接地过过电压，很很可能击击穿供电电电缆的的绝缘薄薄弱处，造成两相接地短路并且还可能导致瓦斯、煤尘爆炸、甚至使电气雷管提前引爆。装设漏电电保护装装置对矿矿井安全全生产极极为重要要。主

20、要要体现在在：（1）防防止漏电电流引燃燃瓦斯和和煤尘当空气中中的瓦斯斯浓度在在5%15%，氧气气浓度适适当，并并遇上点点火源时时，便会会引起爆爆炸。电电缆与其其他井下下电气设设备相比比更易受受损。当当电缆受受损后，由由于绝缘缘被破坏坏，便有有漏电流流。漏电电流就有有可能成成为点火火源。由由于瓦斯斯的可能能点燃能能量很低低，仅为为0.228mjj。因此此，及时时有效的的漏电保保护装置置可降低低漏电电电流引燃燃瓦斯、煤煤尘的可可能性。（2）防防止漏电电流引爆爆电气雷雷管漏电流可可能会造造成电气气雷管的的引爆，并并造成重重大事故故。由于于一般引引爆电气气雷管的的电流大大于人身身触电安安全电流流，因此

21、此，满足足人身触触电无伤伤亡要求求的漏电电保护必必然能防防止漏电电流引爆爆电气雷雷管。（3）防防止漏电电流烧损损电气设设备对于高压压电路，由由于电网网分布电电容大、电电压高、漏漏电流大大。因此此，漏电电流的长长期存在在可烧毁毁电气设设备。尤尤其是橡橡胶电缆缆，如果果单相漏漏电故障障不及时时处理，则则其漏电电流可能能会使电电缆的绝绝缘受损损而发展展成两相相短路，使使故障事事态扩大大。对于于低压电电路，由由于漏电电电流小小，一般般漏电电电流不能能直接烧烧毁电气气设备。但但是由于于漏电设设备长期期存在，电电气设备备局部发发热使其其绝缘局局部老化化严重，必必将大大大缩短电电气设备备使用寿寿命，而而漏电

22、保保护则使使电网不不可能长长时间的的存在漏漏电电流流。因此此可有效效地防止止漏电电电流烧损损电气设设备。而对于漏漏电保护护全世界界通行的的保护方方法有保保护接地地、保护护接零法法、隔离离变压器器法、超超低电压压法、双双重绝缘缘法，位位置绝缘缘法以及及依靠漏漏电保护护电器来来切断漏漏电事故故的漏电电分断法法。漏电电保护电电器法是是以上诸诸多方法法中最行行之有效效的漏电电保护法法。纵观观世界漏漏电保护护器的发发展历史史，经济济发达国国家在220世纪纪6070年年代就基基本普及及漏电保保护器。我我国在990年代代末城市市中也基基本普及及了漏电电保护器器。根据据统计结结果，对对于普及及了的漏漏电保护护

23、器的国国家和地地区，漏漏电事故故明显下下降，漏漏电保护护器的保保护成功功率明显显高于其其他保护护法法，虽虽然略低低于隔离离电压器器法和超超低电压压法，但但后两者者适用面面窄且成成本高，不不宜普及及，大大大限制了了他们的的推广和和使用。因因此，用用漏电保保护器来来降低漏漏电事故故的方法法是我们们的首选选。选择性漏漏电保护护是指当当电网发发生漏电电故障时时，能够够有选择择性发出出故障信信号或切切断故障障支路电电源，而而不是故故障部分分继续工工作。从从而减小小故障停停电范围围，便于于寻找漏漏电故障障，缩短短漏电停停电时间间，提高高供电的的可靠性性。1.3本本设计的的主要工工作此设计的的主要工工作是通

24、通过漏电电线路的的零序电电流进行行检测与与分析，并并对其特特性的分分析来研研究应对对措施及及保护方方法，设设计一个个用单片片机来实实现对漏漏电零序序电流的的检测、处处理、以以及放大大传送，并并执行终终止命令令使漏电电部分终终止供电电。2选择性性漏电保保护装置置2.1 产生漏漏电的原原因分析析井下供电电系统产产生漏电电的原因因，可以以概括为为一下几几个方面面：（1）对对电气设设备、电电缆的检检查不够够细致，操操作使用用不当造造成的漏漏电；（2）电电缆在井井下被压压、砸、穿穿刺；过过分弯曲曲电缆使使电缆外外皮出现现裂隙；运行中中的电缆缆盘圆或或盘“8”字，导导致电缆缆发热，绝绝缘老化化，绝缘缘性能

25、降降低。（3）设设备、电电缆闲置置不用时时不定期期升井检检修或干干燥，导导致设备备、电缆缆受潮，绝绝缘降低低。（4）开开关、电电机等处处在淋水水处造成成受潮或或进水，而而使绝缘缘下降。（5）电电气设备备、电缆缆选择不不合适，造造成长期期过载发发热，使使其绝缘缘下降。（6）变变压器并并联运行行、电缆缆线路太太长、开开关及电电机等设设备数量量太多，而而使电网网总绝缘缘水平下下降。（7）电电缆或开开关电器器超过额额定电压压运行，导导致绝缘缘降低或或被击穿穿。（8）电电缆与设设备在连连接时，由由于接头头不牢、喇喇叭口封封堵不严严以及接接线嘴压压板不紧紧等原因因，使接接头在运运行中产产生松脱脱而与外外壳

26、相连连，或因因接头发发热烧坏坏绝缘。2.2中中性点不不接地系系统单相相接地故故障选线线方法分分析选择性漏漏电保护护原理通通常不外外乎有以以下几种种：零序序电流互互感器比比幅法、零零序电流流相对相相位法、附附加直流流电源法法、群体体比幅比比相法、零零序功率率方向法法、零序序电流有有功分量量法、五五次谐波波分量法法、各次次谐波平平方和法法、首半半波法、小小波分析析法、拉拉路法、注注入信号号寻迹法法、注入入变频信信号法和和基于模模式识别别的选线线方法。除除了以上上14种种方法外外，还有有诸如最最大法、静静态DEESIRR选线方方法、动动态DEESIRR选线方方法、DDDA选选线方法法、零序序能量法法

27、、基于于负序电电流的选选线方法法等。多年运行行实践表表明，以以往的选选线装置置多依靠靠某一种种保护原原理，发发生漏电电故障时时经常会会造成选选择性无无法实践践，当发发生漏电电故障时时，断开开的不仅仅仅是故故障支路路，经常常总开关关也会伴伴随断开开，造成成矿山供供电系统统的大面面积瘫痪痪。利用用故障后后的稳态态分量进进行检测测，存在在的主要要问题是是接地稳稳态分量量太小，常常导致选选线装置置不能正正常动作作，而且且该方法法对中性性点经消消弧线圈圈接地电电网失效效。暂态态分量法法的主要要问题在在于暂态态过程非非常迅速速，信号号难以捕捕捉，且且受外界界干扰影影响大，使使得实际际应用中中遇到许许多困难

28、难。谐波波法的问问题是谐谐波含量量较小，且且在有间间接性电电弧现象象时不稳稳定。以以下我们们对这些些选线方方法加以以分析，来来选择合合适的选选线方法法。2.2.1 零零序电流流比幅法法利用故障障线路零零序电流流大于非非故障零零序电流流的特点点，区分分出故障障和非故故障线路路，从而而构成有有现在性性保护。这这种原理理在某一一线路远远远长于于其他线线路（即即其分布布电容与与系统总总的分布布电容相相差不大大时）的的情况下下较难满满足选择择性的要要求、同同时，当当接地点点过渡电电阻较大大时，电电容电流流较小，装装置可能能发生拒拒动现象象。该方方法不适适用于谐谐振接地地电网。2.2.2 零零序电流流相对

29、相相位法零序电流流是选择择性漏电电保护中中使用的的最重要要的参数数之一。本本节我们们研究发发生单相相接地故故障后，零零序电流流的数学学表达式式，通过过零序电电流方向向原理实实现故障障支路的的正确选选线，并并讨论电电流随电电网参赛赛、漏电电程度的的变化规规律。需需要指出出，由于于三相电电源的中中性点不不接地，所所以无论论电网发发生什么么类型的的漏电故故障，电电网的线线电压将将不会发发生变化化。仍是是三相对对称的。单单相漏电电和两相相漏电均均属于不不对称故故障，故故障发生生后，电电网各相相对地电电源就不不再对称称，并且且变压器器中性点点也要发发生位移移，产生生对地电电压（零零序电压压），如如果系统

30、统中有零零序回路路，则在在回路中中就有零零序电流流流通。中性点不不接地配配电网发发生单相相接地故故障零序序等效电电路如图图21所示示 ，其其中Cnn为第nn条线路路的相对对等效电电容，RR为接地地过渡电电阻。由由于相对对等地等等效电阻阻值远大大于相对对的等效效容抗值值，在实实际设计计中不会会对工作作过程造造成重大大影响，故故可忽略略不计。故障相电电源电压压为U=U SSin（t+）. （21）当发生单单相接地地故障时时，相当当于图221的零零状态响响应。图2-11 中性性点不接接地配电电网单相相接地故故障零序序等效电电路克希荷夫夫电压定定律，当当t0时，电电路中电电压和电电流的微微分方程程分别

31、为为： (22) (23) (224)其中C=Cn (n=11,2,N),N是是线路的的条数。解解式(222)得得：(255)其中：=Siin-11RC/(1+2R2C2)0.55解式式(23)得得： (226)式（26）中中，第一一项是流流过接地地导线中中的零序序基波电电流，即即稳态分分量；第第二项是是流过接接地导线线中的零零序暂态态电流，即即暂态分分量；两两项之和和是流过过接地导导线中的的零序全全电流。解式（224）得得： (27) 式(2-77)中，第第1项是是流过第第n条线线路的零零序基波波电流，即即稳态分分量;第第2项是是流过第第n条线线路的零零序暂态态电流，即即暂态分分量;两两项之

32、和和是流过过第n条条线路的的零序全全电流。发发生单相相接地故故障时零零序全电电流的特特点是当当配电网网发生单单相接地地故障时时，中、CC, CCn, R有确确定的数数值，式式(2-6)和和式(22- 77)中的的两项都都是时间间t的函函数。在在单相接接地初期期，零序序暂态电电流的大大小与中中、R, t有有关，在在t 4RRC时，零零序暂态态电流衰衰减到22%以下下，可以以认为只只有零序序基波电电流当(D-ee时，无无过渡过过程，只只有零序序基波电电流。但但是，在在接地过过程中，接接地电阻阻R不是是固定不不变的。当当R变化化时，又又开始新新的过渡渡过程ccbI。因因此，在在单相接接地过程程中，零

33、零序暂态态电流有有可能时时有时无无，也可可能一直直存在。比较式(2-66)和式式(2-7)，数数学表达达式系数数C和CCn不同同，因此此:（1）两两个零序序全电流流波形相相同。（2）两两个零序序全电流流大小相相差i/in =C/Cn倍倍，接地地导线中中零序全全电流最最大。（3）若若接地导导线中零零序全电电流从线线路流向向母线，则则非接地地导线中中零序。根据以上上特征，可可以利用用零序全全电流的的大小和和方向进进行故障障选线。为了提高高选线的的准确率率，微机机选线装装置在采采集电流流信号时时必须注注意以下下几点:（1）所所有线路路必须在在同一周周期内完完成采样样。（2）采采样点数数尽量多多。（3

34、）各各线路对对应采样样点的采采样时间间相同。（4）采采用集散散式并行行处理技技术准确确测量各各采样点点的量值值。利用零序序电流来来判断供供电单元元是否发发生了漏漏电，同同时，利利用各支支路的零零序电流流与零序序电压的的相位关关系来判判断故障障支路，而而后动作作，有选选择的切切除故障障支路的的电源，这这种保护护方案就就称为基基于零序序电流方方向原理理的漏电电保护方方案。当电网中中某支路路发生漏漏电故障障或人身身触电事事故时，由由采样电电路从电电网中取取出零序序电流信信号，经经滤波整整形后，由由比较处处理芯片片来判别别故障支支路，最最后启动动执行电电路，切切断故障障支路的的电源，从从而实现现了有选

35、选择性的的漏电保保护。图图2-22为发生生单相漏漏电故障障零序等等效网络络。 图2-2单相漏漏电故障障零序等等效网络络 其中中，r和和c分别别为线路路Ll, L22, LL3和总总馈电开开关处线线路的每每项绝缘缘电阻和和对地电电容，用用集中参参数表示示;R。为为漏电故故障点过过渡电阻阻，设故故障发生生在电网网A相，并并设漏电电故障时时电网的的零序电电压为UU，规定定电流从从母线指指向线路路为正方方向。则则由图可可得到流流过非故故障支路路L1, L22、总自自动馈电电开关处处线路首首端的零零序电流流分别为为3I011=U0（01）=Ir001+IIc011 （228）3I022=U0（02）=I

36、r002+IIc022 （29）3I033=U0（03）=Ir003+IIc033（210）而通过故故障支路路L3首首端的零零序电流流则为=-U00 (22-111)式中为全全电网一一相对地地电容之之和；=观察式(2-88)一(2-111)与与图2-2可知知，流过过故障支支路L33首端的的零序电电流分两两部分:非故障障支路绝绝缘电阻阻产生的的有功电电流之和和-Ir，其其相位与与零序电电压差1180；非故障障支路零零序电容容电流之之和一(Ic001I + IIc022 + Ic044) ,相位滞滞后于零零序电压压90。而流流过非故故障支路路首端的的零序电电流也包包括两部部分:本本支路绝绝缘电阻阻

37、产生的的有功电电流，与与零序电电压同相相位;本本支路对对地电容容产生的的容性电电流，相相位超前前零序电电压9000。由由于故障障支路和和非故障障支路的的零序无无功电流流分量相相反，因因此可利利用此特特点来实实现选择择性漏电电保护。该该方法是是基于故故障线路路零序电电流与非非故障线线路零序序电流方方向相反反的特点点，区分分出故障障和非故故障线路路，从而而构成有有选择性性的保护护。此法法在故障障点离互互感器较较远且线线路很短短时，零零序电压压、零序序电流均均较小会会产生“时针效效应”，使相相位判断断困难而而且受电电流互感感器不平平衡电流流、过渡渡电阻大大小、继继电器工工作死区区及系统统运行方方式的

38、影影响，容容易发生生误判。并并且不能能适应谐谐振接地地时完全全补偿、过过补偿运运行方式式，检测测可靠性性受接地地电弧不不稳定的的影响。2.2.3 附附加直流流电源检检测法 本设计计通过附附加直流流电源原原理检测测漏电动动作值。附附加直流流电源检检测的保保护原理理如图22-4所所示。漏漏电闭锁锁保护单单元由直直流检测测电源、直直流检测测回路、信信号取样样回路、控控制执行行回路等等几部分分组成。 由于磁力力起动器器负荷侧侧线路直直接与异异步电动动机相连连，对于于直流检检测电流流来讲，电电动机的的三相绕绕组相当当于把三三相电网网连接在在一起了了。因此此，直流流检测回回路只需需要与电电网的一一相相连连

39、接，即即可检测测三相电电网和电电动机定定子绕组组对地的的绝缘状状况。图2-33附加直直流源检检测原理理图在PM处处的直流流检测信信号为 （2-12）式中RPPM为电电位器电电阻，KK ;RP为RRARBRC的并联联值，KK 。Ri为为检测回回路除电电网对地地绝缘电电阻之外外的所有有电阻之之和，KKQ。系系统确定定后，除除Ri。为定定值，不不随电网网绝缘电电阻的波波动而变变化。由由此可见见，Uss会随RRp下降线线性增长长，当UUs大于于门槛电电压时，由由中央处处理单元元发出漏漏电闭锁锁信号，断断开电动动机起动动控制回回路，达达到漏电电闭锁目目的。由由此可见见当检测测电压恒恒定时，该该系统的的漏

40、电动动作值是是非常稳稳定的。高压硅堆堆是为防防止电动动机的反反电势串串入检测测电路而而设计的的，主回回路跳闸闸后电动动机转子子由于惯惯性继续续旋转产产生电动动势，高高压硅堆堆可防止止该电动动势窜入入检测回回路损坏坏其它元元器件。控控制回路路由单片片机软件件来闭锁锁磁力起起动器的的起动，当当检测到到发生漏漏电后，置置软件标标志位，断断开磁力力起动器器的起动动回路，使使接触器器无法合合闸L叫叫。从而而完成漏漏电闭锁锁的护功功能。附加直流流电压和和电流的的确定，应应从以下下三方面面考虑。1.电阻阻与外加加测量电电压之间间的关系系电网电压压等级不不同，需需要施加加不同的的直流电电压才能能反映其其真实的

41、的绝缘状状况。以以6kVV电网为为例，其其绝缘电电阻与附附加直流流电压之之间的测测试数据据如表22-1所所示，用用这种方方法测得得的电网网对地绝绝缘电阻阻称为直直流电阻阻。而采采用交流流方法测测得的绝绝缘电阻阻则称为为交流电电阻。大大量的实实测数据据表明，绝绝缘的直直流电阻阻和交流流电阻差差别很大大，前者者比后者者大许多多倍。由由于人身身触电或或单相接接地的电电流值主主要取决决于电网网对地的的交流阻阻抗大小小，因此此从表中中可看出出随着附附加直流流电压的的升高，所所测的直直流绝缘缘电阻也也越接近近实际值值。表2-11直流绝绝缘电阻阻R与附附加直流流电压UU的变化化关系U(V)203652821

42、20177.5235R()10000800742.8672.1571522489.52.检测测回路的的本安特特性(1)合合闸前，如如电网存存在漏电电或单相相接地故故障，直直流检测测回路所所产生的的电火花不不应引起起瓦斯和和煤尘爆爆炸。(2)由由于附加加直流电电源的存存在，电电网对地地电容总总是充满满电的，在在发生单单相接地地或漏电电故障时时，放电电火花能能量应小小于引起起瓦斯或或煤尘爆爆炸所需需的最小小能量。3.检测测电压与与人身安安全的关关系电网停电电后，工工人可能能进行电电气设备备的维修修工作，如如果直流流检测电电压过高高，一旦旦人身接接触，便便可能发发生触电电危险。因因此，检检测电压压不

43、宜过过高。本着以上上几条原原则，根根据爆炸炸环境电电气设备备“本质安安全性电电路和电电气设备备”规程，有有关矿用用I类电电气设备备对电容容性电路路的规定定，电容容量C和和最小点点燃电压压U曲线线，可得得1.55F电容容量最小小点燃电电压为1100VV，若安安全系数数按2.5折算算，所设设计的直直流工作作电压为为1000/2.5=440V。利用三相相调压器器，测试试75%UN、UN、1115%UUN时的电电压值如如表2-2所示示。表2-22不同电电压下漏漏电信号号的测试试值U/VVUA/VVUB/VVUC/UD/UE/4246.1141.4416.1124.1140.225054.8848.22

44、16.2224.2240.445560.2252.2216.2224.2240.44从上述表表中的数数据分析析可知，当当电网电电压在775%UUN-1115%UUN内波动动时，直直流检测测电压440V比比较稳定定的。此此外，还还要考虑虑到直流流检测电电流也不不宜过大大，当发发生电网网单相接接地时，直直流检测测回路电电流为：I=U/Ri=400V/443.66K=0.91mmA (22-133)式中RRi为附加加直流检检测系统统内部回回路电阻阻由图22-5可可得，Ri=R2+RPM=443.66K所以接地地电流仅仅为0.91mmA，满满足本回回路的要要求。漏电闭锁锁动作电电阻值是是根据漏漏电动作

45、作值确定定的，而而漏电动动作值的的确定是是一保证证人身触触电的安安全性为为前提的的。在如图22-5所所示的电电网中，假假设：rra=rb=rc=r，根根据安全全规程规规定，我我国煤矿矿井下人人身触电电安全电电流值为为30mmA。在在不考虑虑电网电电容的情情况下，流流过的人人体电流流为： （22-144）式中，IIh为流过过人体的的电流，UU为电网网相电压压，r为为电网没没相对地地漏电电电阻(三三相对称称)，RRh为人体体电阻，取取1K。图2-44 人身身触电电电流计算算图在6kVV供电电电压下，流流过人体体电流按按30mmA计算算，便可可确定出出允许的的电网最最低漏电电电阻值值为rminn=3U/IIh=6000k(2-15)考虑到三三相电网网的漏电电阻对直直流而言言为并联联通路，则则漏电动动作电阻阻值Rse=rmiin/33=2000k （22-166） 实际采采用2000k 0，从从而得漏漏电闭锁锁的动作作电阻值值为4000 kk。该系系统适用用于6kkV电压压等级的的电网，它它是通过过在程序序中设置置不同的的比较值值来实现现的。 系统试试验: 依据附附加直流流电源检检测的保保护原理理及所设设计的直直流电源源，当电电网电压压为6kkV时，而而对地电电容分别别为0. 1F和11F时，可可测得