基于PLC的矿用智能低压馈电开关选择性漏电保护系统

　　0 　引言

　　煤矿井下低压电网遍布井下采、掘、装、运各个生产环节,低压漏电故障约占低压电网各种电气故障总概率的70～80 % ,是导致人身触电伤亡、引发瓦斯、煤尘爆炸,或发展为短路事故、电火灾事故的主要原因,所以漏电保护意识是井下“三大保护”之一。为了保证供电的可靠性和连续性,要求采用有选择性的漏电保护系统。选择性漏电保护装置动作具有选择性,对于辐射式电网的多条配出线,只切除有漏电故障线路的电源,从而缩小了停电范围。

　　然而,由于低压选漏技术难度太大,直到现在国内各种防爆开关中所使用的选漏保护器或综合保护中选漏单元的实用效果仍不理想,选漏保护的误选、错选、落选情况严重,经常形成无选择性跳总开关,不仅造成大面积停电停产,而且由于总检漏延时300 ms 左右使总开关断电,且现有选漏系统因采用零序功率方向原理而普遍删除零序电抗器补偿电容电流功能,从而进一步加大了人身触电伤亡和引燃瓦斯爆炸的危险性。因此,研制可靠型的选择性漏电保护装置是十分必要的。

　　由零序电流方向构成的选择性漏电保护,其所需的零序电流和零序电压数值较小,动作仅取决于它们的方向,保护灵敏度高,选择性好。因此,笔者基于零序电流方向构成的选择性漏电保护原理,采用PLC 技术设计了一种矿用智能低压馈电开关选择性漏电保护系统,为井下低压电网的漏电保护提供了一种新的解决方案。

　　1 　系统选择性漏电保护原理

　　矿用低压馈电开关选择性漏电保护系统的漏电保护原理主要是结合了附加直流电源检测原理和零序电流方向性保护原理,不仅利用零序电压和零序电流的幅值大小判断供电系统内部是否发生漏电和哪条支路发生漏电,同时还利用各支路零序电压和零序电流的相位关系来判断漏电支路。这样做既达到了很好的选择性目的,又能利用三重判断防止误动作。系统首先判断零序电压是否超出动作整定值,若超出,则要判断每条支路的零序电流是否超出该支路动作整定值,若还超出,则再判断零序电流和零序电压的相位差是否在动作整定的相位差范围之内,如果相位差在设定的范围之内,则可判断该支路必定发生漏电故障,进而发生漏电保护动作。在相位差的计算中增加对零序电流及电压信号的过零点趋势判断方法,进一步降低了谐波及其它干扰引起的误动作。

　　2 　系统硬件设计

　　目前国内馈电开关综合保护系统一般是由分立元器件或单片机组成控制核心,结构复杂,安装调试困难;抗干扰能力差,故障率高,经常出现误动和拒动现象,漏电动作时间常常满足不了30 ms 的要求,尤其在供电距离短、电压高或供电距离长、电压低的情况下,在1 kΩ 漏电时动作时间更长。另外,由于元器件的限制,开关缺少良好的人机界面,给故障判断和排除带来不便。国外同类产品普遍采用PLC作为控制核心,工艺水平较国内高。但是一旦出现故障,则维修较困难,影响生产。另外,国外产品价格极高,是国内同类产品的十倍以上。