煤矿漏电保护系统的设计

煤矿漏电保护系统的设计摘要漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护之一，是防止人身触电的重要措施。有选择性的漏电保护是指当电网发生漏电故障时，能够有选择地发出故障信号或切断故障支路电源，而非故障部分继续工作。从而减小故障停电范围，便于寻找漏电故障，缩短漏电停电时间，提高供电的的可靠性。本文主要对矿井漏电保护的五种保护原理进行了比较详细的介绍。并对五种漏电保护原理进行较为深刻的比较、分析和总结。分别阐述了它们各自的优缺点。并且运用五种原理之一的零序电流方向保护原理，设计一套井下有选择性的漏电保护系统，并对其运用MATLAB进行仿真。最后，对仿真出来的波形图也进行了必要的比较和分析。关键词：漏电保护；矿井电网；零序电流方向；LeakageprotectionsystemdesignofthecoalmineABSTRACT：Leakageprotectionistoensurecoalminesafetyofthepowersupplytoprotectoneofthethreeistopreventthepersonbeingelectrocutedimportantmeasures.Selectiveleakageprotectionmeansthatwhenthegridisleakagefailure,tochoosefaultsignalissuedorcutoffthepowersupplyfaultsliproad,ratherthansomefaulttowork.Thusreducinginterruption,easytofindfaultleakage,leakagepoweroutagesshortentimeandimprovethereliabilityofelectricitysupply.Thisarticleofmineleakageprotectionofthefiveprinciplesoftheprotectionofamoredetailedpresentation.Aswellasthefiveprinciplesofleakageprotectionforthemoreprofound,analysisandsummary.Expoundedontheirrespectiveadvantagesanddisadvantages.Anduseofoneofthefivetenetsofthezero-sequencecurrentdirectionoftheprotectionofprinciple,Undergrounddesignaselectiveleakageprotectionsystem,anditsuseofMATLABsimulation.Finally,thesimulationwaveformmapalsothenecessarycomparisonandanalysis.Keywords:LeakageProtectionUndergroundPowerZero-sequencecurrentdirection目录1绪论....................................................................41.1课题研究的背景.....................................................41.3课题研究的目的和意义...............................................51.4本文的主要研究目的和工作任务.......................................52.1井下低压供电系统的基本特点........................................62.1.1变压器的运行方式.............................................62.1.2矿井低压电网电压等级.........................................62.2井下低压电网的漏电分析............................................72.2.1单相漏电分析.................................................73.1对漏电保护的要求.................................................143.2选择性漏电保护原理...............................................153.2.1漏电保护的选择性............................................153.2.2附加直流电源的保护原理.....................................163.2.3零序电压的保护原理..........................................193.2.5零序电流的保护原理.........................................253.2.5.1保护原理..................................................254MATLAB仿真模型的建立及原理应用.......................................304.1.1零流方向保护原理图.............................................304.1.2MATLAB仿真图...................................................304.2选择性漏电保护装置..............................................32参考文献.................................................................371绪论1.1课题研究的背景漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护之一，是防止人身触电的重要措施。多年来，由于煤矿职工的不懈努力，井下电气事故，特别是人身触电事故，有显著减少。但是不可否认，事故仍然时有发生，应当引起我们的充分注意。我国的煤炭生产，现在主要还是在井下进行。煤矿井下的工作条件特殊，环境比较潮湿，相对湿度往往高达95%以上。为此，对其使用的电气设备和电缆的绝缘，必须提出较高的要求。尽管如此，运行中的电气设备及其供电电缆，仍然有发生漏电的危险。特别是工作的电缆，被砸或被挤压得机会较多，绝缘更容易损坏，漏电的可能性更大。漏电的后果，可能导致人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管的先期爆发，此外，大量的漏电电流如果长期存在，还有可能使电气设备的绝缘进一步恶化，以致损坏，从而造成相间短路，电气火灾及其它危及矿井安全的严重事故。因此，必须采取切实可靠的漏电保护措施，及时将漏电故障切除，方能使上述隐患得以防止，保证供电安全。所以，对于漏电保护原理的研究和应用，显得尤为重要。1.2漏电保护原理的发展历史﹑现状与发展趋势总的看来，矿井漏电保护技术的发展可以概括为3个阶段和2次飞跃。3个阶段是机电式半导体式和微机式。第1次飞跃是由机电式到半导体式，主要体现在无触点化、小型化、低功耗方面；第2次飞跃是由半导体式到微机式，主要表现在数字化和智能化方面。显而易见，第2次飞跃尤为重要，它为矿井电网漏电保护技术的发展开辟了前所未有的广阔前景。从运行角度考虑，自然是要求漏电保护系统有选择性，但从安全考虑，选择性漏电保护系统又存在动作时间长触电的危险性增大的问题，因此，既要考虑漏电保护装置动作的选择性，又要满足人身触电的安全要求，还要适合我国现行的中性点不接地方式的特点。目前选择性漏电保护在我国井下低压电网的使用中误动拒动现象时有发生，严重影响矿井的安全生产。同时由于上级选择性漏电保护装置动作存在延时，使靠近供电电源的选择性漏电保护装置的动作时间较长，在该保护范围内人身触电的危险性就较大。从而出现了漏电保护装置动作的选择性与人身触电的安全线之间的矛盾。随着计算机技术的发展，人们逐渐将计算机技术引入漏电保护系统，从而构成可通信的具有快速选择性漏电保护系统，以实现快速无级差的漏电保护，确保人身安全。根据矿井低压电网情况，其可通信的智能快速选择性漏电保护系统应是目前发展趋势。1.3课题研究的目的和意义漏电保护的主要目的是通过切断电源的操作来防止人身触电伤亡和漏电电流引爆瓦斯煤尘。我国对漏电保护的研究是从煤矿井下低压电网的漏电保护开始的，至今已有四十余年的历史。四十年的实践证明，它对我国矿井安全供电发挥了巨大的作用。它已成为我国矿井安全供电的不可缺少的组成部分。正因为它在安全供电方面作用重大，因此，漏电保护已陆续在各行各业的供电网中安家落户。众所周知，由于近几年来矿难时有发生，党和政府对煤矿的安全生产尤为重视。如何能尽量减少矿井事故的发生。一个是人为因素，我们要规范操作规程，加强安全教育。再一个就是要看我们的技术研究人员，在井下安装的检漏继电器能否迅速跳闸，漏电保护装置能否正常的工作。我们要根据不同的矿井条件，运用不同的漏电保护原理。只有这样才能充分发挥各个漏电保护原理的优点，尽可能的降低煤矿事故的发生率。所以，对于研究技术人员来讲，对于学习、研究和比较它们各个漏电保护原理的优点和缺点，十分重要。煤矿安全生产是十分重要的，在我们解决好这个问题以后。我们也应考虑一下矿井的正常生产，不能由于漏电保护装置的跳闸，影响到整个矿井的正常生产。即我们要考虑，漏电保护的选择性。选用一种漏电保护原理，它既可以保证煤矿井下的安全，又可以有选择的跳闸。在一个支路有故障的情况下，只跳开这一条支路，不会影响到其它支路的正常生产。这样则可以尽可能的为煤矿企业创造经济效益。这也就是我们研究漏电保护真正的目的和意义所在。1.4本文的主要研究目的和工作任务本论文的研究对象是井下中性点不接地的低压电网系统，研究重点主要放在发生单相漏电故障时，通过中性点不接地电网系统的漏电分析，研究不同原理的漏电保护机制，对比选择性，运用通过零序电流方向来作为选择性漏电保护的判据，并使用MATLAB进行仿真，验证其可行性。2井下低压电网的漏电分析在电力系统中，当带点导体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度，使经该阻抗流入大地的电流增大到一定程度，我们就说该导体发生了漏电故障，或者说该供电系统发生了漏电故障。2.1井下低压供电系统的基本特点当电网发生漏电故障时，原来三相对称的运行状态就要发生变化，绝大部分情况下其对地的对称性遭到破坏，因而各相对地电压不再对称，并产生零序电压和零序电流。运用对称分量法、节点电压法及戴维南定理等理论，可以对井下低压660V供电系统发生漏电故障时的状态进行深入的定量分析，分析的结果将为设计完善可靠的漏电保护系统提供理论依据。同样的分析方法，也适用于中性点绝缘的低压380V、1140V和6~10KV高压电网。目前我国煤矿井下广泛使用的低压供电系统有以下特点：2.1.1变压器的运行方式目前应用较广泛的煤矿井下低压电网中性点的接地方式有两种。中国、美国、德国等国家采用变压器中性点绝缘的运行方式，其最大的特点是比较安全，漏电电流小，但对保护装置的灵敏度要求较高；英国、印度和澳大利亚等英联邦成员国，大都采用变压器中性点经高电阻接地的运行方式，其特点是漏电电流较大，不利于安全，但对保护的灵敏度要求不高，因而保护装置的可靠性较高。这种接地方式发生漏电时的理论分析与结果都与中性点绝缘系统类似。一般工矿企业的地面电压，由于环境条件较好和要兼顾照明等原因，都采用中性点直接接地的运行方式。在中性点直接接地的电网中，若发生单相接地，便形成单相接地短路，短路电流很大，短路点将产生一个很大电弧，如果在井下，就足以引起瓦