CN202178569U - 基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统，包括零序电压/电流测量模块、接地阻抗计算模块、通讯网络、补偿模块和控制单元模块，本实用新型的设计思想是根据在正常状态下，测量不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流得到接地支路的接地阻抗的大小，通过通讯网络把接地支路的接地阻抗实时发送至相同电压等级的下级各个节点，在接地故障发生时，由于相同电压等级系统的零序电压相同，通过相应的算法把接地电抗支路的电流进行补偿，把经电抗或消弧线圈接地系统的电流分配关系等效为不接地系统，据此实现接地选线或漏电保护，本实用新型避免了现有井下漏电保护方法所存在的缺陷，能够有效提高接地保护、漏电保护的灵敏度和选择性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力保护技术领域，特别涉及一种基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统。
背景技术
漏电保护是煤矿三大保护之一，井下单相接地保护是否可靠，直接影响煤矿安全、可靠运行。目前煤矿井下接地保护问题相当突出，误动、拒动现象严重，相间、接地保护导致的越级跳闸在井下保护系统普遍存在。
由于煤矿以电缆供电线路为主，接地故障时电容电流很大，所以煤矿6KV、10KV系统一般都采用消弧线圈接地方式。而低压配电系统一般在总开关处设置接地电抗器，由于消弧线圈或接地电抗器对接地电流的补偿作用，使得接地电容电流很小；由于可能存在过补偿、欠补偿，导致无法从零序电压、电流的相位关系区分接地支路与非接地支路，这是目前煤矿井下漏电保护无选择性、越级跳闸现象严重的根本原因。所以，接地电抗起到对保证系统运行安全运行很有帮助的同时，也加剧了煤矿井下高压系统接地保护、低压漏电保护动作的不可靠性。
煤矿井下的高压供电网络结构和地面的高压网络有较大的差异，一般采用双回路高压电缆引入井下高压总配电所，总配电所再到分配电所，再到高压供、配电设备，中间经过多级分配。而消弧线圈一般安装于地面变电站。井下电缆发生接地故障后，要求接地保护按照停电范围最小的原则动作，由于消弧线圈的补偿作用，井下的接地保护很难可靠、准确地动作。消弧线圈接地的煤矿地面变电站，可以利用消弧线圈的可调节性，地面变电站本身的接地选线并不难，但这些技术和算法无法应用于井下经过多级分配、扩展后的各级开关处安装的接地保护中。井下配电变压器低压侧设置有补偿作用的接地零序电抗支路，低压配电系统一般也要经过多级分配，按照规程要求需要保证各级漏电保护的选择性，而目前井下很难实现这种选择性配合，导致漏电保护越级跳闸严重，严重地影响了煤矿的安全可靠运行。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统，能够提高接地保护、漏电保护的灵敏度和选择性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
该基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统，包括
零序电压/电流测量模块，用于测量在正常状态下，不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流数值；
接地阻抗计算模块，根据不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流数值，计算得到接地支路的接地阻抗的大小；
通讯网络，用于将接地支路的接地阻抗实时发送至相同电压等级的下级各个节点；
补偿模块，用于在接地故障发生时，对接地电抗支路的电流进行补偿，把经电抗或消弧线圈接地系统的电流分配关系等效为不接地系统，实现接地选线或漏电保护；
控制单元模块，用于与上述模块相联接，发出控制指令控制各模块动作，实现自动控制。
进一步，所述通讯网络采用交换式工业以太网。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型基于补偿接地电抗支路电流原理，通过相应的算法把接地电抗支路的电流进行补偿，把经电抗或消弧线圈接地系统的电流分配关系等效为不接地系统，据此实现接地选线或漏电保护，从而避免了现有井下漏电保护方法所存在的缺陷，能够有效提高接地保护、漏电保护的灵敏度和选择性，通过该保护系统对解决煤矿井下的相间保护的越级跳闸也非常有效。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
图1为补偿接地电抗支路电流原理的说明示意图；
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
基于补偿接地电抗支路电流原理：如图1所示，采取中性点经消弧线圈接地的运行方式，但是造成了采用零序电流原理、零序功率方向原理的接地选线装置的选线正确率急剧下降。其原因是中性点经消弧线圈接地系统单相接地时，电容电流分布的情况与中性点不接地系统存在差别。
由图1可知，中性点接入消弧线圈后，发生单相接地时，非故障线路电容电流的大小和方向与中性点不接地系统是一样的；但对故障线路而言，接地点增加了一个电感分量的电流 
从接地点流回的总电流为：
式中 
------消弧线圈的补偿电流
由于
与
的相位相差，
将随消弧圈的补偿程度而变，因此，故障线路零序电流的大小及方向也随之改变。
（1）全补偿时，wL = 1/
，即
，接地电流
接近于零，正是工频串联谐振的条件，如果由于系统三相对地电容不对称或者断路器三相不同期合闸时出现零序电压，串接于L及
之间，串联谐振将导致电源中性点对地低压升高及系统过电压，因而不采用这种补偿方式。
（2）当欠补偿时，即
分两种情况：
如果补偿以后的接地电流
大于本身线路电容电流，且方向由线路流向母线，故障线路零序电流将减少。
如果补偿以后的接地电流
小于本身线路电容电流，故障线路零序电流不但大小变化，且方向也变为由母线流向线路。
上述情况表明，在欠补偿方式下，故障线路零序电流(功率)的方向是不固定的。同时，考虑到因运行方式变化，系统电容电流IC∑减少时，有可能又出现串联谐振。因此，这种补偿方式很少采用。
（3）当过补偿时，即
，这种补偿方式没有发生过电压的危险，因而得到了广泛的应用，采用过补偿后，通过故障线路保护安装处的电流为补偿以后的感性电流，它与零序电压的相位关系和非故障线路电容电流与零序电压的相位关系相同，数值也和非故障线路的容性电流相差无几，因此不接地系统中常用的零序电流选线原理和零序功率方向选线原理已不能采用。
对经消弧线圈接地系统的接地保护，尽管有多种接地选线方法，实践证明这些方法都是有局限性的。对煤矿井下的漏电保护更是如此。在现有的井下接地保护或漏电保护的多种方法，尽管各种方法原理都是正确的，但无法回避的一个基本事实是，在经消弧线圈或接地电抗接地系统中发生接地故障时，由于接地电抗支路的电流补偿作用，接地支路反映接地特征的信号太弱，不具有各种算法实现的基本条件。
如图2所示，基于以上原因，本实用新型提出的基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统包括
零序电压/电流测量模块1，用于测量在正常状态下，不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流数值；
接地阻抗计算模块2，根据不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流数值，计算得到接地支路的接地阻抗的大小；
通讯网络3，用于将接地支路的接地阻抗实时发送至相同电压等级的下级各个节点；
补偿模块4，用于在接地故障发生时，对接地电抗支路的电流进行补偿，把经电抗或消弧线圈接地系统的电流分配关系等效为不接地系统，实现接地选线或漏电保护；
控制单元模块5，用于与上述模块相联接，发出控制指令控制各模块动作，实现自动控制。
本实用新型的设计思想是基于在正常状态下，根据不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流得到接地支路的接地阻抗的大小，或根据接地电抗器分接头位置、各调节深度状态下对应的接地阻抗的大小，通过通讯网络把接地支路的接地阻抗实时发送至相同电压等级的下级各个节点，在接地故障发生时，由于相同电压等级系统的零序电压相同，通过相应的算法把接地电抗支路的电流进行补偿，把经电抗或消弧线圈接地系统的电流分配关系等效为不接地系统，据此实现接地选线或漏电保护。本实用新型中，所述通讯网络为工业以太网的高速通讯网络，可以保证信息快速高效地传递。考虑成本和方便布线，保护装置可以采用交换式工业以太网。
其中，对消弧线圈支路而言，接地故障发生时，消弧线圈控制装置检测到接地支路的电流变化并发出调节消弧线圈、到消弧线圈调节到位都需要一定的时间，在这段时间内接地电抗无变化的。井下低压系统总开关处的接地电抗一般不作调整，就是需要调整的话，也和消弧线圈的调节过程近似。
中性点经消弧线圈接地一般都采用过补偿运行方式，这样在发生接地故障时，流过故障线路的零序电压、电流与非故障线路的零序电压、电流的方向是一致的。也即说零序电压与接地电抗支路的电流的相位关系与非故障线路的零序电压、电流关系一致。将非故障线路的零序电流加上接地电抗支路的电流，与原来的非故障支路的电流方向相同。
对于非接地支路，补偿包括以下步骤：
１）各个综合保护基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统检测到零序电压、零序电流变化后，对故障后的1、2个周波的零序电压、零序电流实施冻结；
２）根据冻结的电压电流和故障发生前的获得的最新接地电抗值，计算出电抗支路的补偿电流，和本支路实际采集的接地电流进行运算，把接地电抗电流的影响补偿掉，根据补偿后的零序电压、电流判别的相位关系判别接地故障是否发生在本线路及其以下部位；
３）如果判定接地故障发生在本线路及其以下部位，检测到故障存在区域的保护装置和相邻上级的保护装置通讯，相邻上级保护装置将装置内部相应保护模块延迟一个时间段，与下级保护配合。
另外，当同一馈线分为多段供电方式，如井下总开关，分支开关、设备处的综合保护装置，当下级供电区域接地或漏电时，相应区域的保护装置和相邻的上级的保护装置的接地或漏电保护都要动作。由于以太网的高速通讯，采用智能电网中的“GOOSE”命令，相邻下级保护动作就闭锁相邻的上级保护，按照智能电网的要求，“GOOSE”命令的传送时间不超过4ms. 为了可靠起见，按照10ms设置。也即是说除开最下级保护，其余各级保护的动作时间为自身的动作时间+10ms的下级保护保护闭锁信号延迟，保证保护不会越级跳闸。
此种通过下级保护闭锁相邻上级保护的避免越级跳闸的方法同样适用于井下链式配置的各级相间保护。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统，其特征在于：所述系统包括
零序电压/电流测量模块，用于测量在正常状态下，不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流数值；
接地阻抗计算模块，根据不接地系统运行时的零序电压和接地电抗支路的零序电流数值，计算得到接地支路的接地阻抗的大小；
通讯网络，用于将接地支路的接地阻抗实时发送至相同电压等级的下级各个节点；
补偿模块，用于在接地故障发生时，对接地电抗支路的电流进行补偿，把经电抗或消弧线圈接地系统的电流分配关系等效为不接地系统，实现接地选线或漏电保护；
控制单元模块，用于与上述模块相联接，发出控制指令控制各模块动作，实现自动控制。
2.根据权利要求1所述的基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统，其特征在于：所述通讯网络采用交换式工业以太网。
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| CN201120291199XU CN202178569U (zh) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | 基于补偿接地电抗支路电流原理的煤矿漏电保护系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106602509A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-04-26 | 国家电网公司 | 一种漏电保护的方法、系统及剩余电流保护断路器 |
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2011
- 2011-08-11 CN CN201120291199XU patent/CN202178569U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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| CN106602509A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-04-26 | 国家电网公司 | 一种漏电保护的方法、系统及剩余电流保护断路器 |
| CN106602509B (zh) * | 2016-12-21 | 2018-11-27 | 国家电网公司 | 一种漏电保护的方法、系统及剩余电流保护断路器 |
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