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科技论文

《一种新型的矿井低压电网集中选漏装置的研发与应用》 日期:2012/8/9 2:34:58     作者:李玉领 李猛     关注:

一、国内外矿井低压漏电保护技术发展的状况

我国最新修改版的《煤矿安全规程》 电气部分 第十九条规定:“矿井6000V及以上高压电网,必须采取措施限制单相接地电容电流,生产矿井不超过20A,新建矿井不超过10A。井上、下变电所的高压馈电线上,必须具备有选择性的接地保护;向井下移动变电站和电动机供电的高压馈电线上,必须具有选择性的动作于跳闸的接地保护。井下低压馈电线上,必须具备有选择性的漏电保护。每天必须对低压漏电保护进行1次跳闸试验…”。

我国煤矿井下低压电网均为中性点不接地系统,或是中性点经零序电抗器接地补偿系统,其单相接地漏电故障不仅发生概率大,约占所有电气故障总概率的70%以上,而且是引发人身触电、相间短路、电火灾和瓦斯煤尘爆炸的潜在因素。因此,矿井低压漏电保护一直是“井下三大保护”中最难治理、最重要的一种保护技术。

20世纪30年代,英国率先在矿井低压磁力启动器中装设了漏电保护器,但这种漏电保护只适应于变压器中性点直接接地的供电系统。

20世纪40年代,前苏联研制出适用于中性点不接地供电系统的漏电保护器,同时,西德、波兰、日本等国也先后开发出矿井低压漏电保护器。

20世纪50年代初,我国引进了前苏联的漏电保护器,并在矿井中推广应用;随后进行了仿制,如JY82检漏继电器以及TY-82、JJKB-30等检漏继电器,一直延用到80年代末,不少矿井的低压电网现今还在使用这类无选择性的检漏继电器。这类检漏继电器都具备三项功能:①平时连续监视低压电网的绝缘水平,通过欧姆表显示。②当电网发生人身触电或一相接地故障时,继电器动作,切断全电网电源。③利用零序电抗器提供的感性电流补偿流过人体或接地点的电容电流的功能,有利于减轻人身触电电流和引燃瓦斯爆炸的危险性;检漏继电器的动作电阻值,是根据保证人身触电的安全确定的,可见这类检漏保护器安全性能很好,但缺乏选择性,导致全网总停电,全采区总停产。

随着科学技术的发展、矿井低压电网的展延和电压等级的升高,井下采掘运设备功率的增大和综合机械化水平的提高,井下低压供电电压由380V升到660V,后来又逐步升到1140V、3.3KV,目前井下人员触电危险性、电火花引发瓦斯爆炸的危险性愈来愈大,同时老式无选择性漏电保护造成全采区停电、停产引起的经济损失也越来越显著。因此,1986年,国家把“井下高低压漏电保护系统及装置的研究”列为“七五”科技攻关任务,可见其重要性和艰难性。几十年来,国内相继研制出多种有选择性的矿井低压漏电保护继电器,逐步形成了两种不同类型的低压漏电保护技术装备并存,但只能分开使用的现象,主要特点:①其横向选择性漏电保护采用了零序功率方向原理或零序电流比幅、比相方法的检测原理。②纵向选择性漏电保护广泛采用根据附加直流电源动作原理,自负载到电源各级保护的纵向选择性,一般由动作时限来完成。

上述多种选漏保护装置已获得较广泛的实际应用,但几十年的实际运行情况表明,其保护性能与应用效果普遍不理想,主要缺点与问题 :①在横向漏电故障发生时其错选、漏选、误选机率很大,即选漏保护的选择性、准确性、可靠性普遍存在问题,平均在50%以下。②以JY82为代表的检漏继电器动作的准确性和零序电抗器补偿功能是一大优势,但是该类型的检漏继电器采用单一的附加直流电源的保护原理,选择性靠级间延时200~250ms动作来实现。按照井下供电安全要求,总检漏保护与选漏保护两者应当优势互补,相辅相成,但由于现有漏电保护技术原理没有突破,反而形成两种保护不相兼容。③频繁出现支路发生单相漏电故障,引起总检漏保护越级跳闸的现象。并且选漏保护功能,无法在零序电抗器全补偿、过补偿状态下工作,只能在废除井下低压电网已有的零序电抗器补偿功能的前提下,才能实现选择性漏电保护,所以近十几年来,具有上述选漏保护的井下低压电网都一概取消了长期一直应用的零序电抗器,使低压漏电容性电流得不到补偿与抑制,从而增大了人身触电伤亡和引燃瓦斯爆炸的危险性,使井下安全问题更为突出。这种现象造成了两种保护功能只能取其一的尴尬局面,应当说,这种漏电保护系统是不完善的、不安全的,应该及时妥善解决。④现有检漏继电器的“总检漏保护”动作的故障性质不够明晰,当“总检漏保护”动作后,无法具体指明是某馈出线集中性单相漏电故障,还是母线范围内单相接地漏电故障,或电网三相绝缘均匀下降漏电故障,不利于故障性质的判定和分析。⑤有些选漏产品因保护原理落后,为了提高选漏保护灵敏度有的产品竟然在低压母线上加三相电容负载(Y0接法)或在零序电抗器、零序电阻器旁加并电容器,这种人为的增加电容性电流的做法,是坚决不允许的。