CN114280499A - 煤矿井下供电系统漏电检测方法和煤矿井下供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种煤矿井下供电系统漏电检测方法和煤矿井下供电系统，方法包括：对三相电压和三相电流采样得到电压采样数据和电流采样数据；根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值；根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻；根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障。本发明采用虚拟阻抗法及算法，取消传统方案中等效中性点接地部件，解决现有技术抗干扰能力差、无法根据系统参数变化而实时调节控制阈值的问题。

Description

煤矿井下供电系统漏电检测方法和煤矿井下供电系统

技术领域

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种煤矿井下供电系统漏电检测方法和煤矿井下供电系统。

背景技术

我国井下低压电网漏电保护规定是根据人身安全来确定的，人身触电电流越小、触电时间越短则越安全。因此，漏电检测要求人身触电电流小于安全电流值30mA，漏电检测系统的动作电阻值就是依据这一安全电流值进行确定的。并且，在井下由于长距离供电、大容量感应电动机集中使用和频繁启动，变频器、整流电源等变流设备普遍应用，造成井下供电系统电压波动大，功率因数低，线路损耗大；大量采用变频器、整流电源等非线性负载,使得煤矿电网受到严重的谐波污染，造成电网保护设备误动作，最为典型的便是漏电保护系统的误动作，给煤矿电网供电安全带来了重大隐患，影响安全生产。

发明内容

基于以上问题，本发明提出一种煤矿井下供电系统漏电检测方法和煤矿井下供电系统，采用虚拟阻抗法及算法，取消传统方案中等效中性点接地部件，解决现有技术抗干扰能力差、无法根据系统参数变化而实时调节控制阈值的问题。

本发明提出一种煤矿井下供电系统漏电检测方法，包括：

对三相电压和三相电流采样得到电压采样数据和电流采样数据；

根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值；

根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻；

根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障。

此外，根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值包括：

漏电故障电流特征值计算公式为：

其中，

为漏电故障电流特征值，I_sa、I_sb、I_sc为实时三相电流值。

此外，实时三相电流值根据如下电流方程获取：

I_Lg为等效电流，r_lg为等效漏电电阻，I_la为支路电流,U_a为支路电压。

此外，根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻包括：

根据漏电故障电流特征值计算公式和电流方程计算得到等效漏电电阻计算公式：

根据等效漏电电阻计算公式计算等效漏电电阻r_lg的值：

此外，根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障包括：

当等效漏电电阻大于等效漏电电阻保护阈值时，判断发生漏电故障。

此外，当煤矿井下供电系统的系统参数变化时，调整等效漏电电阻保护阈值的取值，以使等效漏电电阻保护阈值的取值依据系统参数而变化。

此外，当煤矿井下供电系统的系统参数变化时，判断若r_lg0<R_lg0，则系统正常，使R_lg＝R_lg0+r_lg0；

R_lg为等效漏电电阻保护阈值，r_lg0为系统静态分布参数的等效校正电阻，R_lg0为记录的上一次等效漏电电阻保护阈值。

此外，若r_lg0≥R_lg0，则先判断是否发生漏电，再对等效漏电电阻保护阈值进行调整。

此外，对等效漏电电阻的阻值变化进行分析，若等效漏电电阻的阻值在预设时间段内继续保持变化后的值，则使等效漏电电阻保护阈值与等效漏电电阻之和作为新的等效漏电电阻保护阈值。

本发明还提出一种煤矿井下供电系统，采用上述任一项所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法。

本发明采用虚拟阻抗法及算法，取消传统方案中等效中性点接地部件，解决现有技术抗干扰能力差、无法根据系统参数变化而实时调节控制阈值的问题。本发明在不引入接地点，不改变电气连接拓扑情况下，通过采样三相电压和三相电流，进行数值计算，提取漏电故障电流特征值，采用算法计算等效漏电电阻，最后判定漏电故障，并且数值计算方法原理本身具有避开谐波干扰，可以提高系统抗干扰性能。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的煤矿井下供电系统漏电检测方法的流程图；

图2为现有技术中煤矿井下供电系统接地方式示意图；

图3为本发明一个实施例提供的理想状态下单相漏电故障等效图；

图4为本发明一个实施例提供的综采工作面等效电网示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

参照图1和图4，本发明提出一种煤矿井下供电系统漏电检测方法，包括：

步骤S001，对三相电压和三相电流采样得到电压采样数据和电流采样数据；

步骤S002，根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值；

步骤S003，根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻；

步骤S004，根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障。

现有技术中煤矿井下的漏电保护装置常采用的漏电检测方法有：

1)附加直流电源检测法，通过附加直流电源和电阻欧姆表测量发生漏电故障时，三相供电网络中性点对地电阻，根据电阻值判定漏电故障。同时通过各支路检测装置配合确定各支路零序电流方向，从而确定发生漏电故障支路，实现具有选择性的漏电保护。

2)零序功率方向检测法，具体实施方案为用零序电流电压传感器检测中性点等效高阻接地点零序电流和零序电压，根据零序电流和零序电压方向和相位判定漏电故障，实现有选择性的漏电保护，常用于供电系统支路的漏电故障判定。如图2所示。

现有技术有如下问题：

1)无论是附加直流电源检测法还是零序功率方向检测法，都依赖于采用固定电路检测单一量判定漏电故障，因此易受浪涌、谐波等干扰，在系统受到干扰时，缺少校正手段，造成误动率高；

2)依赖单一检测量的漏电检测方法，需要对系统进行标定，采取固定阈值进行判定，因此无法在线路参数变化(绝缘电阻正常衰减等)时形成有效保护。并且对系统参数的标定往往比较复杂，一般会利用人为漏电保护试验时，对参数进行标定。

3)现有方法需要依赖供电系统等效中性接地点，附加直流电阻法在检测回路一侧需要通过增加中性接地点检测漏电电阻；同样，零序功率方向法需要通过等效中性点来实现零序电流回流。等效中性接地点会增加额外电气部件，同时增加供电系统干扰回路和故障点。

根据煤矿井下电力配电网络规定，综采工作面区域内采用中性点不接地的三相供电系统，移动变电站变压器一般采用Yy0或Dy11联接方式，整个供电系统一般在地面变电所配电室通过中性点接消弧线圈的接地方式，如图2所示。

对煤矿井下区域来讲，移动变电站二次侧为中性点不接地网络，从理论上讲，不接地三相供电网络单相出现接地故障时，由于无法构成回路，单相接地故障点并没有电流流过，如图3所示。

但实际上，现场设备安装时会将设备机壳分别接地，并且电缆在铺设时也会沿地面或者墙壁进行安装，因此，电缆导线与大地之间会存在分布电容和绝缘电阻，所以工程实际中，煤矿井下等效电网如图4所示。

本实施例以图4等效电网为基准进行计算。

本实施例采用虚拟阻抗法及算法，取消传统方案中等效中性点接地部件，解决现有技术抗干扰能力差、无法根据系统参数变化而实时调节控制阈值的问题。

本实施例在不引入接地点，不改变电气连接拓扑情况下，通过采样三相电压和三相电流，进行数值计算，提取漏电故障电流特征值，采用算法计算等效漏电电阻，最后判定漏电故障，并且数值计算方法原理本身具有避开谐波干扰，可以提高系统抗干扰性能。

在其中的一个实施例中，根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值包括：

漏电故障电流特征值计算公式为：

其中，

为漏电故障电流特征值，I_sa、I_sb、I_sc为实时三相电流值。I_sa、I_sb、I_sc的值由支路电流和等效电流计算得到。

在其中的一个实施例中，实时三相电流值根据如下电流方程获取：

I_Lg为等效电流，r_lg为等效漏电电阻，I_la为支路电流,U_a为支路电压。

根据采样得到的等效电流I_Lg，支路电流I_la计算得到了I_sa，I_sb为支路电流I_la的值，I_sc为支路电流I_lc的值。

然后就可以根据I_sa、I_sb、I_sc的值计算漏电故障电流特征值

在其中的一个实施例中，根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻包括：

根据漏电故障电流特征值计算公式和电流方程计算得到等效漏电电阻计算公式：

根据等效漏电电阻计算公式计算等效漏电电阻r_lg的值：

根据如下两个方程计算得到等效漏电电阻计算公式：

得到：

最后得到

在其中的一个实施例中，根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障包括：

当等效漏电电阻大于等效漏电电阻保护阈值时，判断发生漏电故障。

当r_lg<R_lg时，系统正常，当r_lg>R_lg时，判定发生漏电故障，系统跳闸进行保护。

本实施例通过对等效漏电电阻是否大于等效漏电电阻保护阈值的比较，判断出系统是否发生漏电故障，如果发生，则及时跳闸保护，从而避免了对设备的损害。

在其中的一个实施例中，当煤矿井下供电系统的系统参数变化时，调整等效漏电电阻保护阈值的取值，以使等效漏电电阻保护阈值的取值依据系统参数而变化。

由于煤矿井下供电系统的分布电容的存在，系统本身会存在一定的静态漏电电流，即在系统本身没发生漏电故障的情况下，检测系统会检测到一定的漏电电流。所以有必要通过算法调整等效漏电电阻，以匹配系统参数变化。

在其中的一个实施例中，当煤矿井下供电系统的系统参数变化时，判断若r_lg0<R_lg0，则系统正常，使R_lg＝R_lg0+r_lg0；

R_lg为等效漏电电阻保护阈值，r_lg0为系统静态分布参数的等效校正电阻，R_lg0为记录的上一次等效漏电电阻保护阈值。

在系统重新合闸上电时，对供电线路三相电压、电流进行实时采样，并利用实时电压值，对此时的漏电故障电流特征值

进行计算，计算得到等效漏电电阻r_lg0，即为系统静态分布参数的等效校正电阻。首先对等效校正电阻进行判定，当r_lg0<R_lg0(R_lg0为算法记录的上一次等效漏电电阻保护阈值)时，系统正常，此时令等效漏电电阻保护阈值R_lg＝R_lg0+r_lg0；当r_lg0>R_lg0时，由于系统分布参数引起的等效校正电阻的阻值过大，考虑此时系统是否已经出现漏电故障，先跳闸对系统保护。根据系统分布参数变化改变系统漏电特性判断依据，提高系统漏电检测系统的检测精度。

在其中的一个实施例中，若r_lg0≥R_lg0，则先判断是否发生漏电，再对等效漏电电阻保护阈值进行调整。

在其中的一个实施例中，对等效漏电电阻的阻值变化进行分析，若等效漏电电阻的阻值在预设时间段内继续保持变化后的值，则使等效漏电电阻保护阈值与等效漏电电阻之和作为新的等效漏电电阻保护阈值。

当r_lg<R_lg时，对等效漏电电阻的阻值变化情况进行分析，若r_lg在预设时间段Δt内没有变化为原先值，而是继续保持变化后的值，可能此时的系统分布参数产生了变化，所以将等效漏电电阻保护阈值与等效漏电电阻之和作为新的等效漏电电阻保护阈值，从而保证等效漏电电阻保护阈值跟随系统分布参数变化，提高保护判定的精确性。

可选地，在计算

过程中，需要实时三相电流值，在计算r_lg时，通过三相电压值，根据

计算值，计算出三相漏电电阻矩阵[r_lga r_lgb r_lgc]，根据井下等效漏电电阻保护阈值规定，等效漏电电阻保护阈值与三相漏电电阻矩阵中最大值进行对比，当三相漏电电阻矩阵中最大值大于等效漏电电阻保护阈值时，确定发生漏电故障。具体哪一相发生故障，可以通过三相漏电电阻矩阵[r_lga r_lgb r_lgc]确定。

本发明还提出一种煤矿井下供电系统，采用以上任一个实施例所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法。

本实施例采用虚拟阻抗法及算法，取消传统方案中等效中性点接地部件，解决现有技术抗干扰能力差、无法根据系统参数变化而实时调节控制阈值的问题。

本实施例在不引入接地点，不改变电气连接拓扑情况下，通过采样三相电压和三相电流，进行数值计算，提取漏电故障电流特征值，采用算法计算等效漏电电阻，最后判定漏电故障，并且数值计算方法原理本身具有避开谐波干扰，可以提高系统抗干扰性能。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，包括：

对三相电压和三相电流采样得到电压采样数据和电流采样数据；

根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值；

根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻；

根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

根据电压采样数据和电流采样数据计算漏电故障电流特征值包括：

漏电故障电流特征值计算公式为：

其中，

为漏电故障电流特征值，I_sa、I_sb、I_sc为实时三相电流值。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

实时三相电流值根据如下电流方程获取：

I_Lg为等效电流，r_lg为等效漏电电阻，I_la为支路电流,U_a为支路电压。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，根据漏电故障电流特征值计算等效漏电电阻包括：

根据漏电故障电流特征值计算公式和电流方程计算得到等效漏电电阻计算公式：

根据等效漏电电阻计算公式计算等效漏电电阻r_lg的值：

5.根据权利要求1所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

根据等效漏电电阻和等效漏电电阻保护阈值判断是否发生漏电故障包括：

当等效漏电电阻大于等效漏电电阻保护阈值时，判断发生漏电故障。

6.根据权利要求1所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

当煤矿井下供电系统的系统参数变化时，调整等效漏电电阻保护阈值的取值，以使等效漏电电阻保护阈值的取值依据系统参数而变化。

7.根据权利要求6所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

当煤矿井下供电系统的系统参数变化时，判断若r_lg0＜R_lg0，则系统正常，使R_lg＝R_lg0+r_lg0；

R_lg为等效漏电电阻保护阈值，r_lg0为系统静态分布参数的等效校正电阻，R_lg0为记录的上一次等效漏电电阻保护阈值。

8.根据权利要求7所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

若r_lg0≥R_lg0，则先判断是否发生漏电，再对等效漏电电阻保护阈值进行调整。

9.根据权利要求6所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法，其特征在于，

对等效漏电电阻的阻值变化进行分析，若等效漏电电阻的阻值在预设时间段内继续保持变化后的值，则使等效漏电电阻保护阈值与等效漏电电阻之和作为新的等效漏电电阻保护阈值。

10.一种煤矿井下供电系统，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的煤矿井下供电系统漏电检测方法。

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