煤礦供電-接地(漏電)保護(hù)V20110812

1、煤礦供電安全技術(shù)交流-接地(漏電)保護(hù)中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所劉建華 博士 中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所電氣安全與智能電器研究所電氣安全與智能電氣研究所簡介電氣安全與智能電器研究所隸屬于中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院，是國家重點(diǎn)學(xué)科“電力電子與電力傳動”下設(shè)的一個集理論研究、開發(fā)為一體的研究機(jī)構(gòu)。人員：教授1人（博導(dǎo)）、副教授5人（碩導(dǎo)）、講師2人，博士研究生10余人，碩士研究生50余人。研究方向：供電安全、配電自動化、煤礦智能電網(wǎng)、無功及諧波治理、中性點(diǎn)接地方式及漏電保護(hù)。 獲獎：國家科技進(jìn)步三等獎 1項(xiàng)、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)二等獎3項(xiàng)、中國煤炭

2、工業(yè)科學(xué)技術(shù)三等獎4項(xiàng)、教育部科技進(jìn)步三等獎 1項(xiàng)。一、接地保護(hù)原理匯總一、接地保護(hù)原理匯總1、零序電壓原理2、零序過電流原理3、零序無功功率方向原理4、零序有功功率方向原理5、諧波功率方向原理（本質(zhì)是無功原理）6、能量法（無功+有功）7、時序鑒別法（無功+有功）8、注入法9、暫態(tài)信號法10、首半波法（本質(zhì)是無功原理）11、小波分析法2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院57二、零序電壓原理二、零序電壓原理n原理：利用接地時零序電壓的大小，來反應(yīng)電網(wǎng)對地的絕緣程度，當(dāng)零序電壓達(dá)到整定值時即認(rèn)為發(fā)生接地。n整定：零序電壓按躲過系統(tǒng)不平衡電壓整定，一般為5-30V。n適用范圍：中性點(diǎn)非有效接

3、地系統(tǒng)中，一般作為接地報(bào)警。n優(yōu)點(diǎn)：簡單n缺點(diǎn)：q無選擇性q無法區(qū)分接地故障與虛幻接地三、零序過電流原理三、零序過電流原理n原理：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，故障相流過零序電流互感器的電流為非故障相電容電流之和，一般大于零序過電流保護(hù)整定值。n整定：零序電流整定值按躲過本支路電容電流整定。n適用范圍：適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。n優(yōu)點(diǎn)：基波原理、簡單，無需零序電壓n缺點(diǎn)：僅適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)各支路電容電流均勻電網(wǎng)，適應(yīng)面窄。2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院9三、零序過電流原理三、零序過電流原理2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院10)( 2132211CCCC

4、IIIIIII支路定義正方向由母線流向三、零序過電流原理三、零序過電流原理n原理：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，故障相流過零序電流互感器的電流為非故障相電容電流之和，大于零序過電流保護(hù)整定值。n整定：零序電流整定值按躲過本支路電容電流整定。2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院11123.333123A 3A 3A1.2 33.6A6A3.6ACCCZDCCCIIIIKIIII 出線電容電流均勻時：整定值故障支路動作123.333123A 3A 10A1.2 1012A6A12ACCCZDCCCIIIIKIIII出線電容電流不均勻時：整定值故障支路不動作三、零序過電流原理三、

5、零序過電流原理-消弧線圈系統(tǒng)下失效消弧線圈系統(tǒng)下失效2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院1212311223123() ()LCCCCCLCCCIIIIIIIIIIIII 定義正方向由母線流向支路四、零序無功功率方向原理四、零序無功功率方向原理n原理：利用故障線路零序電流方向?yàn)榫€路流向母線，非故障線路零序電流方向?yàn)槟妇€流向線路來實(shí)現(xiàn)。n整定：零序電流按躲過本支路最大不平衡電流整定，零序電壓按躲過系統(tǒng)不平衡電壓整定，注意：整定的是接地保護(hù)啟動值，與接地判別無關(guān)。n適用范圍：適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。n優(yōu)點(diǎn)：基波原理，靈敏度高，準(zhǔn)確率高。n缺點(diǎn)：適應(yīng)面窄，零序電壓與零序電流接線要求嚴(yán)格。20

6、22年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院14四、零序無功功率方向原理四、零序無功功率方向原理2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院15)( 2132211CCCCIIIIIII支路定義正方向由母線流向三、零序無功功率方向原理三、零序無功功率方向原理-消弧線圈系統(tǒng)下失效消弧線圈系統(tǒng)下失效2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院1612311223123() ()LCCCCCLCCCIIIIIIIIIIIII 定義正方向由母線流向支路五、零序有功功率方向原理五、零序有功功率方向原理n原理：利用中性點(diǎn)經(jīng)預(yù)補(bǔ)償消弧線圈并（串）電阻提供的有功電流，該電流僅通過故障支路，且方向由支路指向母線判別

7、故障支路。n整定：零序電流按躲過本支路最大不平衡電流整定，零序電壓按躲過系統(tǒng)不平衡電壓整定，注意：整定的是接地保護(hù)啟動值，與接地判別無關(guān)。n適用范圍：適用于中性點(diǎn)經(jīng)并或串阻尼的消弧線圈接地系統(tǒng)。n優(yōu)點(diǎn)：基波原理，靈敏度高n缺點(diǎn)：適應(yīng)面窄，對互感器角特性要求嚴(yán)格；零序電壓與零序電流接線要求嚴(yán)格。 2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院18三、零序有功功率方向原理三、零序有功功率方向原理2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院1912311223123() ()LCCCCCLRCCCRIIIIIIIIIIIIIII 定義正方向由母線流向支路五、零序有功功率方向原理五、零序有功功率方向原理

8、2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院20六、諧波功率方向原理六、諧波功率方向原理n原理： 本質(zhì)上是無功功率方向型原理，只是利用5次以上高次諧波實(shí)現(xiàn)。在消弧線圈接地系統(tǒng)中，因?yàn)?次諧波系統(tǒng)下，消弧線圈感抗增大5倍，對地電容容抗縮小5倍，因此可忽略消弧線圈作用，認(rèn)可視為是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。n整定：零序電壓按躲過系統(tǒng)不平衡電壓整定，注意：整定的是接地保護(hù)啟動值，與接地判別無關(guān)n適用范圍：適用于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。n優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)面廣n缺點(diǎn)：由于5次或7次諧波的含量相對基波而言要小得多，且各電網(wǎng)的諧波含量大小不一，因此靈敏度低。2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院22七、其他保護(hù)原理七、

9、其他保護(hù)原理nS注入法：先由 TV三相二次電壓判別故障相別，再從TV副邊向接地相注入信號電流，其頻率一般取各次諧波之間數(shù)值,確保不被工頻分量和高次諧波分量干擾。故障時接地相 TV副邊處于短路狀態(tài)，由副邊感應(yīng)的信號電流沿接地線路接地相流動并經(jīng)接地點(diǎn)入地。用信號電流探測器在開關(guān)柜后對每條出線進(jìn)行探測，探測到注入信號的線路即為故障線路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。n暫態(tài)信號法：故障的突然作用在電路中產(chǎn)生的暫態(tài)電流通常很大。特別是發(fā)生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態(tài)電流含量更豐富，持續(xù)時間更長。在特定頻段（SFB）范圍0內(nèi)，零序電流存在分布規(guī)律：故障線路零序電流幅值最大；所有非故障線路零序電流極性相同，

10、而故障線路與之相反?？衫脮簯B(tài)電流滿足在故障線路上的數(shù)值等于在非故障線路上數(shù)值之和且方向相反的關(guān)系實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)。2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院24七、其他保護(hù)原理七、其他保護(hù)原理n首半波法：小電流接地電網(wǎng)單相接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流在發(fā)生故障的最初半個周波內(nèi)，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點(diǎn)，因此可以通過比較首半波的零序電流極性來實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。n小波分析法：小波分析是一種現(xiàn)代信號處理理論與方法，能有效分析變化規(guī)律不確定和不穩(wěn)定的隨機(jī)信號，從信號中提取局部化的有效成分。小波變換是把一個信號分解成不同尺度和位置的小波之和，利用合適的小波和小波基對暫態(tài)零序電

11、流特征分量進(jìn)行變換，可知故障線路上暫態(tài)零序電流特征分量幅值包絡(luò)線高于非故障線路，而且其特征分量相位也與非故障線路相反，以此實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。2022年5月2日星期一中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院25八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因n煤礦80%以上供電事故均為單相接地故障造成n中性點(diǎn)接地方式較多n接地類型多（穩(wěn)定接地、電弧接地、間歇性接地）n單相接地故障判定原理較多，但均有適用范圍n中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中單線路單相接地故障判定存在技術(shù)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)n單相接地故障危害嚴(yán)重q事故擴(kuò)大為短路，降低供電可靠性q事故引發(fā)過電壓，導(dǎo)致事故擴(kuò)大27劉建華國礦業(yè)大學(xué)

12、信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因1n高壓漏電保護(hù)選擇性原理有效性q零序過電流原理：適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，且各出線電容電流差別不大。q零序無功方向型原理：適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。q零序有功方向型原理：適用于中性點(diǎn)經(jīng)并或串阻尼的消弧線圈接地。q五次諧波原理：適用于中性點(diǎn)各種接地形式，但靈敏度較低，不適合單條線路應(yīng)用。n解決方法q根據(jù)系統(tǒng)中性點(diǎn)運(yùn)行方式，選擇具有正確原理的保護(hù)裝置。中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所28八、八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因2 2n高壓漏電保護(hù)整定方法不合理q橫向：依靠選擇性原理q縱向：依靠時限（同一條線路應(yīng)按時限保證選擇性）q注意：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中應(yīng)用零序過電流原理注意：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中應(yīng)用零序過電流原理應(yīng)按躲過本支路電容電流整定。應(yīng)按躲過本支路電容電流整定。n解決方法q正確原則原理且正確整定q采用新的技術(shù)（例如智能變電站技術(shù)）中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院電氣安全與智能電器研究所29八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因八、煤礦電網(wǎng)漏電保護(hù)誤動或據(jù)動原因3 3n接線不正確q誤以為漏電試驗(yàn)動作即檢驗(yàn)了漏電保護(hù)可靠。q選擇性原理必須依靠電壓與電流方向的判別。q電壓互感器