漏電保護系統分析的論文

2021-04-27 論文

　　摘要：闡述了二總線在井下漏電保護裝置中的應用，通過總保護的微機對井下絕緣電阻的實時監控及總保護和分支出口保護之間的總線通信，快速判斷出故障線路并及時隔離故障，從而全面提高了井下工作的安全。

　　關鍵詞：漏電保護二總線零序電流

　　1井下漏電保護現狀

　　我國大多數礦井電網一直沿用中性點不接地方式，隨著井下供電線路的加長、電容電流的增大，發生故障時會造成單相接地電流大于20A，有的甚至超過70A，而《煤礦安全規程》中規定超過20A就應采取措施降低到20A以下，因而廣泛采用中性點經消弧線圈并電阻接地系統。

　　系統保護中，根據我國井下低壓電網的運行情況，一般認為對低壓配電網實行兩級保護，級數再增加將沒有使用意義。實行分級保護的目的是從人身、設備安全和正常用電的角度出發，既要保證能可靠動作，切斷電源，又要把這種動作跳閘造成的停電限制在最小范圍內。常用的漏電保護裝置多為附加直流電源式保護和零序電流保護裝置。總保護處安裝附加直流電源保護，無論系統發生對稱性漏電還是非對稱性漏電，保護均能可靠性動作。分支出口處安裝零序電流保護作為橫向選擇性保護的主保護。

　　漏電系統一般建立兩級后備保護，附加直流電源保護和漏電閉鎖分別作為分支漏電保護單元的一級和二級后備［1］。在實行分級保護的低壓電網中，決定分級的條件是下一級保護器的額定動作時間（包括主開關斷開電路的跳閘時間）必須小于上一級保護器的極限不動作時間。對于下級保護，要求其額定動作時間達到最快，從而快速切除故障。對于上一級保護，為保證選擇性就需一定的時間延時，以躲過下級保護在動作跳閘時所需時間。據現場調查，零序電流漏電保護動作使分支開關動作跳閘總時間達到200ms，則附加直流電源保護的動作時間需加上200ms的固定延時，才能保證選擇性。因此當發生對稱性漏電（分支無法檢測）、分支保護失效或開關拒動時，總保護動作時間高達400ms。此時將會使人身觸電電流增大，不但不能保證人身安全，更不能防止沼氣、煤塵爆炸。

　　隨著真空斷路器的推廣，雖然由于保護動作時間級差Δt的減小，將短路造成的損失降低到最低限度，但沒有從根本上解決由于時差而帶來的問題。

　　2改良方案

　　改良方案中，在總的漏電保護單元與分支單元之間建立在線通信，以確保在最短的時間內切斷故障點，消除現有漏電保護系統存在的死區。

　　2.1二總線技術

　　本文通信總線采用二總線技術，二總線是一種高可靠性、自動同步編碼解碼通信，可以將現場節點的多個模擬量轉換成數字量并進行遠距離串行傳輸。其特點如下：

　　a.智能跟蹤自動編碼；

　　b.遠距離監測，監測距離2km；

　　c.同時傳輸信號和功率，節點無需單獨供電；

　　d.回路節點數目可根據規模增減，最多64個。

　　二總線非常適宜于井下配電饋線出口多及饋線線路逐漸增長的現狀，可抵制井下各種干擾的影響。二總線進行通信，2條總線之間的電壓為24V，發送端的二總線通信芯片將需要傳輸的數字量以電流形式串行輸出到二總線上；接收端從總線獲得功率的同時接收信號，實現了功率和信號公用總線的要求［2］。

　　2.2通信實現

　　常用的總線接口有QA840159等，提供單片機和總線的接口，通過握手電路和數據總線與CPU進行數據交換。總線接口從CPU中取得編碼地址、控制碼等信息后向總線回路發出標準串行碼，包括地址段、地址校驗段、控制段和模擬量返回段。地址段和地址校驗段完全相同，以保證通信的可靠性。二總線通信編解碼芯片位于分支出口處，可以自動同步編解碼和片內A/D轉換，它不需進行頻率和同步調整，可對總保護的編碼數據進行智能化分析并自動跟蹤對位，片內高速A/D轉換電路僅在地址符合時加電，大大降低了系統總電流，可很方便地實現模擬量采集并實現二總線通信。

　　3智能漏電保護的設計

　　系統由總保護、分支保護、二總線通信接口三大部分組成。各分支保護檢測到的實時井下數據可通過二總線進行通信，設井下饋線分支出口數為n，其結構圖如圖1所示。

　　總保護處為性價比較高的單片機8051系統，系統有A/D轉換器、輸入/輸出接口、閃存、輸出執行電路等組成。總保護處裝有附加直流電源式漏電保護，可以檢測出電網總的絕緣情況，同時通過漏電直流檢測電路的取樣，監測井下電網A，B，C三相的絕緣電阻的變化，并由電路顯示，所以容易查找和處理故障相。正常工作時循環顯示電網的工作參數和對地的絕緣水平，故障跳閘后循環顯示故障時的參數和狀態，從而大大提高了判斷故障的效率。若設有不同的給定值存儲在微機內，微機就可以判斷出故障是接地故障、人身觸電事故還是絕緣電阻下降故障。

　　總保護處通過總線接口和二總線相連，進行通信。在總保護處和分出口處檢測各支路的零序電流，分支保護處編解碼芯片接收總保護處的地址、控制信息，當和本身地址相同時，啟動A/D轉換，進行零序電流檢測，并通過二總線將電流值上傳給總保護，通過總保護進行集中式選線判斷故障相，由總保護發出口跳閘指令以切斷故障線路。

　　漏電保護原理中指出，當發生接地故障時，流過故障相的故障電流是所有非故障相電流之和，故障項的零序電流為所有出口處零序電流數值中的最大者。集中式選線綜合比較所有零序電流的數值，考慮到零序電流互感器會產生不平衡電流，而不同的互感器的.不平衡電流值不同，所以僅比較零序電流值大小將會有一定的誤差。現采用簡單的差值比較方法，即將各電路所測出時間間隔相同的故障前后2次零序電流值相減，比較各零序電流的算術差值。故障線路零序電流的增量是所有線路零序電流增量之和。判定差值最大與其他線路有很大差距的線路為故障線路，從而完成保護的橫向選擇性，并有效地避免了由互感器不平衡電流帶來的誤差。

　　總保護通過電流差值集中判斷，找到最大值及分支故障線路，然后發跳閘指令，由分支開關動作；若各分支的零序電流之差相差不大時，判定為母線故障，由總保護處開關動作。判定為分支故障發跳閘指令后，總保護處繼續監視電網的運行，若故障仍然存在，說明跳閘失敗或判斷失誤，為保證安全，由作為后備保護的總保護跳閘切斷故障，無長時間的延時。

　　4結論

　　二總線系統結構簡單，可靠性非常高，基于二總線的漏電保護系統，全面提高了礦用檢漏裝置的性能，縮短了總保護初跳閘時間，保證了井下的供電安全。

　　參考文獻：

　　［1］劉桂同，于風全，初忠全，等-礦井低壓電網漏電保護技術的新發展［I］.煤礦開采，2000（增刊）：92-93.

　　［2］聶子玲，史賢俊，周紹磊-基于二總線通信的監測系統設計［I］.自動化儀表，2002，23(6)：41-42.

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