CN101645594A

CN101645594A - 工矿低压电网纵横向时序鉴别综合选漏模块

Info

Publication number: CN101645594A
Application number: CN200910018328A
Authority: CN
Inventors: 傅桂兴; 付英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-29
Filing date: 2009-08-29
Publication date: 2010-02-10

Abstract

本发明在ZL02110276.7、ZL200510042067.2和ZL200510044820.1三项发明专利成果的基础上，针对矿井低压电网漏电保护系统的特殊情况和实际需求，提供一种工矿低压电网纵横向时序鉴别综合选漏模块，既能保证馈出线选漏迅速、准确，又能把三相对称漏电和单相漏电加以区别，还能把母线上的单相漏电和总检后备保护分开显示，且不论低压电网是否具有零序电抗器补偿，也不论零序电抗器是处于欠补偿还是过补偿状态。

Description

工矿低压电网纵横向时序鉴别综合选漏模块

技术领域

本发明属于电网故障检测、继电保护与电气安全领域，具体涉及中性点不直接接地的工矿企业380V、660V、1140V低压电网纵横向时序鉴别综合选漏模块。

背景技术

工矿企业低压电网通常呈放射式，或称树状。电力变压器低压侧出线先经一个总开关到母线，然后经各个分开关形成多个分支馈出线。20世纪80年代之前，我国矿井低压电网只在总开关处设置一台无选择性的漏电保护装置，如JY-82型检漏继电器，低压电网任何一处发生漏电故障，都由该检漏继电器检测故障并作用于总开关跳闸，使整个低压电网全停电；为避免引发瓦斯爆炸，有关《规程》规定，在没有寻找到漏电故障点并将它切除之前，不准再送电。因此，井下一旦发生漏电跳闸，常常引起长时间停产。为此1986年我国将“井下电网选择性漏电保护系统及装置的研究”列为国家“七五”科技攻关任务，1980年代末以后，国内先后研制出多种型号的矿井低压选择性漏电保护设备，简称选漏保护器，用以担负各分路开关馈出线路的横向选漏保护，总开关处仍设置传统的附加直流电源式检漏保护器，称总检漏保护器，而为了避免分支线单相漏电引起总检漏保护越级动作，通常将总检漏保护器的纵向后备保护动作时间延长一个时间段(300～500ms)。

这种两级选漏保护系统已有近20年历史，比20年前的单一无选择性漏电保护，技术上有显著进步。目前它存在的主要问题有两点：一是分支路的选漏保护器基本上都采用传统的零序功率方向原理，不仅无法与零序电抗器补偿功能并存，而且选漏准确率普遍较低，平均不到60％；其二是总检漏保护装置缺乏故障分析能力，只适于做简单的后备保护，不能把漏电故障进一步分类、分区，所以一旦总检漏保护动作使总开关跳闸，人们常常沿整个低压电网寻找漏电故障点，非常艰难！

申请人依据自己发明的“零序基波时序鉴别方法”于2002年4月申请了专利号为ZL02110276.7的发明专利“小电流接地系统单相接地选线方法和装置”，该专利成果主要用来实现中压(6KV～35KV)电网各馈出线单相接地故障的集中选线保护；申请人又于2005年1月申请了另一项专利号为ZL200510042067.2的发明专利“矿井低压电网时序鉴别选漏方法及保护器”(单路)，该专利成果也已投入实际应用。申请人还于2005年9月申请了又一项专利号为ZL200510044820.1的发明专利“矿井低压电网选漏保护系统的接地补偿方法”，该专利也已实施。依据上述三项发明专利，申请人能够开发出矿井低压电网各馈出线的横向“集中选漏模块”及“集中选漏装置”，但这里也存在两个缺点；一个是馈出线漏电保护动作时间只做到小于80ms，还没有做到小于30ms，另一个缺点是居于电源进线端的总检漏保护器，仍只能做简单的纵向后备保护，而不能将漏电故障按故障类别和故障区域进一步细分。

发明内容

为解决上述问题，本发明在上述ZL02110276.7、ZL200510042067.2和ZL200510044820.1三项发明专利成果的基础上，针对矿井低压电网漏电保护系统的特殊情况和实际需求，提供一种“工矿低压电网纵横向时序鉴别综合选漏模块”，不仅保证馈出线选漏迅速、准确，而且能把三相对称漏电和单相漏电加以区别，还能把母线上的单相漏电和总检后备保护分开显示，并且不论低压电网是否具有零序电抗器补偿功能，是欠补偿或是过补偿。

本发明采用的技术方案如下：

零序电压u₀和零序电流i₀的提取方法与ZL200510042067.2类同，略有改进；单相漏电的检选方法采用ZL02110276.7提出的“零序基波时序鉴别法”；为了限制单相接地漏电电流，还采用ZL200510044820.1提出的零序电抗器分散补偿方法。

包含有从三相电抗器SK中性点对地经电容隔直、变压器降压取出的零序电压u₀、从各分路馈出线上安装的零序电流互感器CT二次回路取出的零序电流i₀和低压电网综合检漏时序鉴别器，还包含有绝缘电阻动作值直流检测信号U_DZ，零序电压u₀分为2组，每组再分正负半波，分别经滤波、移相、整形、光耦等环节的信号处理，得U_0j1+、U_0j1-、U_0j2+、U_0j2-4个基准电压方波信号，各路零序电流i₀均分解为正负半波，即i_0n+、i_0n-(n为馈出线编号，n＝1、2…8或12)，分别经过滤波、鉴幅、整形、光耦等环节的信号处理，得I_0n+、I_0n-，将上述得到的U_0j1+、U_0j1-、U_0j2+、U_0j2-、I_0n+、I_0n-及U_DZ输入低压电网综合选漏时序鉴别器，低压电网综合选漏时序鉴别器内设置“馈出线单相漏电‘XL’”、“母线单相漏电‘MXLD’”、“三相对称漏电‘SXLD’”及漏电故障的“总检后备保护‘ZJHB’”等输出信号，输出电路分三路，分别用于驱动跳闸、驱动计算机接口和驱动LED灯显。

本发明具有如下积极效果：

(1)、由于将基准电压U_0J增为4个，使每工频周期可进行4次时序鉴别(以前为1次)，从而使馈出线的选漏保护动作时间缩短为小于30ms，保证了井下人员触及低压电网的安全性，且不论该低压电网是否具有零序电抗器补偿网路对地电容电流的功能，也不论零序电抗器是处于欠补偿还是过补偿状态。

(2)、将“母线单相漏电保护”从过去的“总检漏保护”中分解出来，不仅使故障点寻找范围显著缩小，而且将电源母线区域人身触电或单相漏电的保护动作时间从过去的300～500ms左右缩短为100ms以内，这一技术创新对保证30mA·S安全值以保障人身触电安全和减少故障排除时间均具有显著实效。

(3)、把电网三相对地绝缘水平对称均匀下降引起的“三相对称漏电保护”从传统的“总检漏保护”中分解出来，避免了“总检漏”动作于跳闸后，井下人员盲目寻找故障点的无效劳作。因为这种漏电故障没有具体故障点，而需要根据现场工作经验，从使用年限最长的或腐蚀较严重的一条或多条电缆线路中分析、判断。这一技术创新意义更为显著。

(4)、把真正的因馈出线漏电而分馈电开关未提前跳闸所引起的纵向“总后备保护”，从传统的“总检漏保护”中分解出来，有利于追踪“后备保护”的动作原因，进而改善后备保护的性能。例如后备保护的动作原因，可能是分路选漏保护器动作时间太长或失效，或者是故障线路真空断路器动作时间太长或有故障，或者是“总后备保护”整定的动作时间偏短或者是反映太灵敏等，可具体分析、对症治理。这一技术革新也有实际意义。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的实用系统外围器件及原理接线示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

如图1所示：

(1)、将从三相电抗器SK中性点对地经电容C₀隔直、变压器TC₀降压取出的零序电压u₀分为2组，每一组又分为正半波和负半波两部分，分别经过滤波、移相、整形、光耦等“信号处理电路”取得4个基准电压方波信号U_0j1+、U_0j1-、U_0j2+、U_0j2-。

(2)、将从各分路馈出线上安装的零序电流互感器CT二次回路取出的零序电流信号i₀₁、i₀₂、…i_0n分为正半波和负半波两部分，并分别经滤波、鉴幅、整形、光耦等“信号处理电路”取得方波信号I₀₁₊、I_01-、I₀₂₊、I_02-、…I_0n+、I_0n-等。

(3)、U_DZ是藉助传统的附加直流电源法检测得到的，反映电网对地绝缘水平的“绝缘电阻动作值”信号。

(4)、低压电网综合选漏时序鉴别器是本发明的核心，它接受上述U_0j1+、U_0j1-、U_0j2+、U_0j2-、I₀₁₊、I_01-、I₀₂₊、I_02-、…I_0n+、I_0n-以及U_DZ等输入信号，这些输入信号经过时序鉴别器内部的逻辑运算、分析和判断，将故障鉴别结果输出，低压电网综合选漏时序鉴别器内设置“馈出线单相漏电‘XL’”、“母线单相漏电‘MXLD’”、“三相对称漏电‘SXLD’”及漏电故障的“总检后备保护‘ZJHB’”等输出信号，输出信号电路分三路，分别用于故障跳闸“TZ”、故障显示“LED”和计算机接口“JSJ”。

本发明以下简称“综合选漏模块”。

如图2所示，包括“矿井低压供电系统”(供配电网)和成套“低压电网纵横向综合选漏装置”两大部分。

660V或1140V低压供电系统主要包括一台总开关KB₀和多台分路开关如KB₁、KB₂…KB_n。每一台分路开关(以第2台KB₂为例)又包括主电路和辅助电路两部分，主电路以三相粗黑线表示，其中KB₂为真空断路器，KB₂含有一组三相主触点和两个辅助接点；辅助电路主要包括零序电流互感器CT₂，三相电抗器SK₂、零序电抗器LK₂及电容器C₂。

成套“低压电网纵横向综合选漏装置”以“综合选漏模块”为核心，还包括“绝缘监视附加直流电源盒”、“单片机系统”及液晶显示屏、联网通讯接口，“LED灯光指示”，以及SK₀、LK₀、TC₀(变压器)、C₀₁等。

成套“低压电网纵横向综合选漏装置”所需的零序电压信号u₀由三相电抗器SK₀的中性点对地经C₀隔直耦合和变压器TC₀降压后输入；它所需的电网绝缘电阻的检测电流，由附加直流电源LK_DZ端输出经LK₀、SK₀、KB₀辅助接点到三相配电网，再经电网三相对地绝缘电阻到大地，然后再回到“附加直流电源”的接地端，由此构成绝缘电阻检测回路，绝缘电阻动作值信号U_DZ从直流检测回路的分压电阻上取出(分压电阻在直流电源盒内，未画出)，分别送到“综合选漏模块”和“单片机系统”的U_DZ端。

成套“低压电网纵横向综合选漏装置”与各分路开关设备(以KB₂为例)之间通过6芯控制电缆联接。其中2芯线用于传送零序电流互感器CT₂二次电流i₀₂；另2芯线用来把检选出的漏电故障跳闸信号TZ₂传到真空断路器KB₂的跳闸机构，还有2芯线用来将KB₂(辅助接点)的闭合或断开的状态信息传送给单片机。

鉴于附图2所示的原理接线图，目前已有以下4种具体实施方案：

方案1：将“综合选漏模块”用于“矿用隔爆型低压电网纵横向综合选漏装置”，用在煤矿井下。该方案中，将上述成套的“低压电网纵横向综合选漏装置”，安装在特殊的隔爆型外壳内，隔爆型外壳的上部接线箱具有16或12个小喇叭口，用于将各条6芯控制电缆联接到各台“矿用隔爆型低压馈电开关”KB₁、KB₂…KB_n中；同时，用4芯电缆通过小喇叭口联接到隔爆型总馈电开关KB₀(其中2芯用于跳闸，另2芯用于开关状态信息传输)。

方案2：将“综合选漏模块”及“绝缘监视”小模块安装于改进型“矿用隔爆型总馈电开关”中，此方案可利用“总馈电开关”中原有的“综合保护”的单片机系统和液晶屏，以及“附加直流电源”等设施，从而省去图2中的“单片机系统”、“液晶显示屏”和附加直流电源，更重要的是省去了特制的综合选漏装置隔爆型外壳，但该“隔爆型总馈电开关”外壳需作局部改进，主要是其上部隔爆接线箱需适当加大，并增加十几个小喇叭口。

方案3：将成套“低压电网纵横向综合选漏装置”用于化工厂、棉纺厂等空气中具有爆炸性混合物的场所且中性点不接地的660V或380V电网，其用法与方案1大同小异。

方案4：将成套“低压电网纵横向综合选漏装置”用于选煤厂(也称洗煤厂)的660V电网，这里不需隔爆型外壳，配电网中的总开关、分开关都在低压柜中，所以安装接线更为方便。

Claims

1、一种工矿低压电网纵横向时序鉴别综合选漏模块，包含有从三相电抗器SK中性点对地经电容隔直、变压器降压取出的零序电压u₀、从各分路零序电流互感器CT二次回路取出的零序电流i₀和低压电网综合选漏时序鉴别器，其特征在于，还包含有绝缘电阻动作值直流检测信号U_DZ，零序电压u₀分为2组，每组再分正负半波，分别经滤波、移相、整形、光耦等环节的信号处理，得U_0j1+、U_0j1-、U_0j2+、U_0j2-4个基准电压方波信号，各路零序电流i₀均分解为正负半波，即i_0n+、i_0n-(n为馈出线编号，n＝1、2…8或12)，分别经过滤波、鉴幅、整形、光耦等环节的信号处理，得I_0n+、I_0n-，将上述得到的U_0j1+、U_0j1-、U_0j2+、U_0j2-、I_0n+、I_0n-及U_DZ输入低压电网综合选漏时序鉴别器，低压电网综合选漏时序鉴别器内设置“馈出线单相漏电‘XL’”、“母线单相漏电‘MXLD’”、“三相对称漏电‘SXLD’”及漏电故障的“总检后备保护‘ZJHB’”等输出信号，输出电路分三路，分别用于驱动跳闸、驱动计算机接口和驱动LED灯显。