隔爆移动变电站（精选3篇）
隔爆移动变电站 篇1
矿用隔爆型移动变电站由天地 (常州) 自动化股份有限公司研制推出, 适用于有甲烷混合气体、煤尘且有爆炸危险的矿井。该变电站主要由矿用隔爆型干式变压器、矿用隔爆型高压真空开关、矿用隔爆型低压保护箱等部分组成, 具有短路、过载、过压、欠压、断相、漏电、漏电闭锁、超温保护、急停上级电源等保护功能;可将6、10kV电源转换成400 (380) 、693 (660) 、1 200 (1 140) 、3 450 (3 300) V煤矿井下所需的低压电源。
隔爆移动变电站 篇2
我国是世界上第一产煤大国, 根据中国煤炭工业协会公布数据, 2012年我国煤炭产量为36.6亿吨。随着煤矿生产机械化水平的不断提高, 国产矿用隔爆型移动变电站等电气设备也蓬勃地发展起来。
矿用隔爆型移动变电站的发展也经历了从依赖进口到合作仿制, 进而到国内独立研发制造等阶段。从另一个方面来说, 矿用隔爆型移动变电站也伴随着供电电压等级的变化而发展。
1972年以前, 我国煤矿井下采煤区供电电压660V, 移动变电站容量主要在630k VA以下, 且依赖进口。从1973年开始, 我国开始从国外引进一部综合机械化采煤设备, 煤矿井下采煤区的供电电压也从660V提升到了1140V。也在同一年, 我国开始对315k VA、500k VA和630k VA三种规格容量的移动变电站进行研制, 至1979年试制成功, 1980年投入煤矿井下试运行, 并通过全面鉴定, 国内开始小批量生产。1980年至1985年, 800k VA和1 000k VA这两个较大容量的移动变电站在国内研制成功, 但产量较少, 基本以进口为主, 国产为辅。
1990年左右, 我国国内变压器厂家已经能够大批量生产1 000k VA及以下容量的整个系列产品的移动变电站。国内厂家通过消化吸收国外技术, 并对隔爆壳体结构进行改进, 提升了产品性能, 达到了国际80年初的技术水平。此时中小容量移动变电站已经形成了国内生产为主, 并逐渐取代国外产品的趋势。
自1989年起, 我国煤炭行业开始发展日产7 000吨高产高效综合机械化采掘工作面, 采煤机的单机功率达到500k W以上, 整台采煤机装机容量达1 000k W以上。1992年国家经贸委将“日产万吨综采设备”列为国家“八五”重大引进消化吸收项目[1]。这些都促使煤矿井下采煤区供电电压由1.2k V电压等级向3.45k V电压等级发展。
随着煤矿井下采煤区3.45k V电压等级的应用[2,3], 1 250k VA及以上大容量移动变电站开始使用。国内煤矿企业主要从比利时、英国、瑞士、南非、澳大利亚以及德国引进2 000k VA及以上大容量移动变电站, 采购产品价格昂贵, 维护不便且不及时。
随着综采工作面的普遍使用, 大容量移动变电站具有巨大的市场潜力, 国内变压器厂家开始陆续投入研制大容量移动变电站。
2 关键技术发展概况
2.1 移动变电站的干式变压器绝缘
干式变压器是移动变电站的主体, 干式变压器绕组导体外包绝缘大多为玻璃纤维, 然后浸渍耐高温绝缘漆。高低压间的绝缘筒采用浸渍硅漆玻璃纤维和成块云母制造, 部分绕组分接引线板采用三聚氰酰胺树脂层压板制造, 绕组饼间以及压块等采用陶瓷制造。其耐温等级为H级, 国外比较有代表性的厂家为比利时ACEC公司。
随着绝缘材料的发展, 有国外公司开始采用芳香烃聚酰胺耐高温复合纤维纸作为绕组导体外包绝缘, 这种高温复合纤维纸也就是美国杜邦公司生产的NOMEX纸。比较有代表性的国外企业为德国TU公司, 他们采用NOMEX纸包线材绕制绕组, 然后浸渍特种瓷漆进行固化, 部分绝缘耐温等级可以达到C级。
此外, 英国布鲁施 (Brush) 公司设计的矿用干式变压器, 其绕组导体外包绝缘为浸渍硅漆玻璃或石棉纤维带, 整体温升可以达到H级。
2.2 干式变压器的铁心
干式变压器的铁心发展, 主要体现是随着硅钢片技术的发展而发展, 此外叠装工艺也随着技术的发展有所进步。铁心一般设计成三相三柱式或三相五柱式, 铁心和夹件表面都喷涂耐高温防潮覆盖漆, 进行防锈和耐腐蚀处理。在材料上, 铁心一般采用冷轧晶粒取向, 厚度一般为0.2至0.3mm, 两面涂有绝缘膜的硅钢片。随着国内钢铁厂家能够逐步生产性能良好的硅钢片, 国内变压器厂家也逐渐替换国外进口的硅钢片以降低成本。在叠装工艺上, 一般都采用全斜接缝、阶梯步进的方式叠装。在结构型式上, 部分厂家采用经典的穿心螺杆和夹件夹紧的固定结构, 这样可以增强铁心强度, 减少铁心振动和噪声, 以适应井下感性负荷频繁启停和操作冲击的工况。也有部分厂家采用无穿心螺杆结构, 采用钢拉带等进行绑扎固定, 这主要是从减少空载损耗和空载电流等方面考虑。
2.3 移动变电站的隔爆壳体
移动变电站的隔爆壳体的设计在近几十年也随着隔爆理论的深入研究而有所变化。我们知道隔爆壳体应同时具有耐爆性和隔爆性, 同时也要体现以下原则:机械强度高, 散热性能好, 检修装配方便, 外形美观大方, 机加工方便。通过总结国内外壳体外形结构, 主要分为两大类:一类是圆形或类圆形的两端开盖或一端开盖一端封闭的波纹筒式结构;另一类是方形壳体, 壳体厚重, 采用上部开盖的箱式结构。
对于波纹筒式结构, 图1为其典型的外形照片, 其横断面为圆形或类椭圆形, 在壳内底部焊接纵向轨道用以安装变压器本体。壳体高压端盖带有接线腔, 与箱体法兰焊接在一起, 低压端盖配有厚钢板加工的法兰, 与箱体法兰面通过螺栓连接紧固。法兰面配合的间隙以及接线腔内接线柱套管与端盖的配合间隙均为隔爆接合面。壳体内部喷涂防潮耐弧漆, 以提高波纹箱体的吸热性能。波纹箱体采用2.5mm至4mm左右的高延展性钢材压制成波纹状, 其展开散热面积较大, 受力均匀, 机械强度较高, 且与同容量其他型式的壳体相比, 重量较轻, 体积小。
对于箱式结构, 如图2所示, 以澳大利亚安控 (AMPCONTROL) 公司制造的上盖开启式壳体为代表。这种壳体整体形状为长方体, 壳体箱壁采用4mm厚的板材制成瓦楞状, 壳体上部为可开启端盖, 上端盖采用厚钢板制成, 局部焊接有散热片。上端盖法兰与箱体法兰通过螺栓紧固连接, 法兰面之间为隔爆接合面。壳体的高压端和低压端焊接有接线腔, 分别与高压开关和低压开关通过法兰进行连接。箱体底部焊接有能够排出壳体内部冷凝水的排水装置。
这种箱式结构的壳体, 采用上开盖方式, 便于在变压器器身进行装配和检修时, 从壳体内部吊出变压器器身。但是这种结构壳体较重, 上盖法兰面尺寸较大, 不便于加工, 对机加工设备要求较高, 需要大型龙门车床等相关设备。
2.4 隔爆型高压开关和低压开关[4]
隔爆型高压开关和低压开关是矿用隔爆型移动变电站重要组成部分, 移动变电站的智能化发展主要体现在隔爆开关的智能化发展上。
早期的隔爆型高压开关为高压负荷开关, 开关为空气式, 且不带保护功能;后来发展为带有弹簧操作机构的负荷开关, 采用熔断器作为保护方式, 具有过流保护功能;后来又出现高压真空开关, 分为永磁机构真空开关和非永磁机构真空开关两种, 并且由只能手动合闸发展到手动和电动双重合闸。在保护功能上也越来越智能化, 故障保护功能完备, 具有性能优良的电压保护系统、电流保护系统以及漏电保护等多种保护功能, 并具有完备的通讯功能。保护器的发展由采用单片机逐渐发展为使用PLC可编程控制器, 可以方便地进行功能扩展。
低压开关也伴随着高压开关的发展而发展, 早期低压开关为简单的空气开关, 只有过流、短路等简单保护功能。随后逐渐发展为低压馈电开关, 并采用真空断路器, 保护功能也逐步完善, 具有漏电、短路、断路过流、过压、欠压等保护功能, 与高压负荷开关配套使用。随着高压真空开关的普及使用, 出现了低压保护箱这种开关, 这种开关没有断路器, 只能与高压真空开关配套使用。它通过PLC保护器将分闸等信号传递给高压开关, 通过高压断路器分断高压电源实现保护功能, 也就是业内常说的“低压侧故障分断高压侧电源”的保护模式。这种保护模式特别适用于大容量移动变电站, 因为大容量移动变电站低压侧额定电流较大, 不能通过低压断路器直接分断, 但可以通过分断高压电流的方式实现。
2.5 标准的制定和发展[5]
我国矿用隔爆型移动变电站的相关标准目前已经与国际标准接轨。但在1983年以前, 我国没有矿用隔爆型移动变电站的相关标准, 只能参考和套用国外的一些标准。经过几年的发展, 在1987年我国首次发布了GB8286《矿用隔爆型移动变电站》标准。当时由于煤矿井下只有6k V高压电源, 没有10k V电源, 所以标准中只有6k V高压的相关规定。随着“七五”国家科技攻关项目《10k V直接下井供电的研究》获得成功, 以及1992年中国的《煤矿安全规程》的修订, 煤矿井下开始使用10k V高压电源。于是1996年开始对GB8286《矿用隔爆型移动变电站》进行第一次修订, 将10k V电压列入标准, 将移动变电站系列产品的损耗等技术参数进行规定。但限于当时的研究, 容量只规定了50k VA至1 250k VA, 低压侧电压等级只规定了1140V、660V和380V。
随着井下综采等电气设备的发展以及“八五”期间国家重大项目《日产万吨综采设备》的研制, 低压侧为3.45k V电压以及容量为1600k VA及以上的大容量矿用隔爆型移动变电站开始应用, GB8286-1996已经不再适应。2002年开始, 国家组织相关部门对GB8286进行第二次修订, 并于2005年10月9日由国家质量监督检验检疫总局批准发布, 于次年8月1日正式实施。新标准GB8286-2005将矿用隔爆型移动变电站的容量扩展至4000k VA, 增加了二次电压3.45k V, 并修改了相关隔爆法兰尺寸等, 在隔爆开关方面, 增加了低压保护箱等内容。
3 结语
经过将近40年的发展, 矿用隔爆型移动变电站在我国已经可以取代进口产品, 其性能得到不断提升, 生产工艺流程逐渐标准化, 其提高了煤矿的供电质量, 降低了供电成本, 给煤矿带来了可观的经济效益和社会效益, 并向着高电压、大容量、智能化和环保节能等方向健康有序发展。本文通过对矿用隔爆型移动变电站关键技术发展状况进行总结, 希望对同行业的技术发展有所帮助。
参考文献
[1]彭延龄, 祝从容.3.3kV供用电系统用矿用隔爆型移动变电站[J].变压器, 2000, 37 (12) :16~19.
[2]Xin Xiantong.3.3kV power supply system in high production and efficient coal mining face.Coal Science and Technology.Oct1993.21 (10) :47.
[3]叶湘, 陈守益.3.3kV供用电系统的井下应用[J].中国煤炭, 1998, 24 (11) :11~13.
隔爆移动变电站 篇3
在矿用隔爆移动负荷中心供电系统中,当带电体对大地的绝缘阻抗降低到一定程度时,使经过该阻抗流入大地的电流增大到一定值时,就认为该供电系统发生了漏电故障。煤矿井下供电系统发生漏电,不仅会引起人身触电,而且还可能导致瓦斯、煤尘爆炸,甚至使电气雷管提前引爆。此外,漏电故障若不及时排除,电网绝缘将承受线电压,长时间运行将导致绝缘击穿,造成短路事故,从而可能使绝缘材料发热着火,造成火灾及其它更为严重的事故。因此,采用切实可行的漏电保护方法,对井下作业人员的安全和供电安全具有重要意义。
1 矿用隔爆移动负荷中心漏电故障
1.1 矿用隔爆移动负荷中心漏电故障的原因
矿井井下造成漏电的根本原因是由于电网绝缘电阻降低所造成的。具体有以下几个方面:
(1)对电气设备、电缆的检查维护不细致,操作使用不当造成的漏电。如:带电检修或搬迁电气设备;操作或检修不当造成的弧光接地或是物件遗留在设备内部造成接地;接线工艺差或错误、内部导线绝缘破损及因维修错误导致安全间隙不够等而造成的主回路与外壳相连等。
(2)电缆因受井下巷道内潮湿入侵而使正常运行时系统对地的绝缘电阻降低而产生漏电;或者因电缆在井下被压、砸、穿刺、过分弯曲而使电缆外皮出现裂隙,在运行的过程中电缆盘圆或盘“8”字形等,都会导致电缆发热,绝缘老化,绝缘性能降低而产生漏电。
(3)电缆与设备连接时,由于芯线接头不牢固,封堵不严、压板不紧,运行或移动时造成接头脱落或接头松动,使相线与金属外壳直接搭接,或因接头发热烧坏绝缘而产生漏电。
(4)因管理不当,电缆被埋压或脱落浸泡于水沟中,造成其散热不良或受酸性水的侵蚀,时间一长将使绝缘老化而漏电。
(5)电气设备、电缆因长期过负荷运行造成绝缘老化损坏而产生漏电。
(6)开关或其他电气设备的内部接线错误或接线头松脱碰壳,当合闸通电时便会漏电。
(7)采、掘头面的电气设备离头面太近而受到炮崩,造成设备损坏或绝缘破坏,也是导致漏电的一个原因[1,2,3,4]。
1.2 矿用隔爆移动负荷中心发生漏电故障的危害
煤矿井下环境恶劣,若发生漏电故障,将导致以下危险:
(1)人身触电。当电气设备因绝缘损坏而使外壳带电,当操作人员接触此外壳时,就会导致人身触电事故。此时入地电流一部分将要从人体流过,其数值大到一定程度就会造成人员伤亡,因而对操作人员危害性极大。
(2)引爆瓦斯及煤尘。我国大部分矿井都有瓦斯及煤尘爆炸危险,当电网发生单相接地或设备发生单相碰壳时,在接地点就会产生电火花,若此火花有0.28 mJ以上的能量,就有可能引爆瓦斯和煤尘。
(3)引爆电雷管。漏电电流在其流经的路径上会产生电位差,若电雷管两端引线不慎与漏电回路上具有电位差的两点相接触,就可能发生电雷管爆炸事故。
(4)烧损电气设备,引起火灾。长期存在的漏电电流在通过设备绝缘损坏处时将散发出大量的热量,会使绝缘进一步损坏,甚至引起可燃性材料燃烧。
(5)引起短路事故。据统计,约有30%的单相接地故障可发展为短路故障,从而扩大事故范围。
由以上分析可以看出,一旦发生漏电故障,将对矿井生产安全和工作人员生命安全造成严重威胁,所以除了加强管理,减少因人为原因造成的漏电故障外,供电设备还应该采用快速可靠的漏电保护方法,构成切实可行的漏电保护装置,保证煤矿生产安全和井下作业人员的人身安全。
2 矿用隔爆移动负荷中心漏电保护方法
2.1 附加直流电源检测的保护方法
附加直流电源检测法的漏电保护原理如图1所示。
电网若发生漏电故障,最容易检测到的是电网各相对地绝缘电阻的下降。可以设想在三相电网中附加一个独立的直流电源,使之作用于三相电网与大地之间。这样,在三相对地的绝缘电阻上将有直流电流流通。有效的检测该电流大小的变化就直接的反应了电网对地绝缘电阻的变化。有效的检测和利用该电流,就可以构成附加直流检测式漏电保护图1中附加直流电源的检测通道依次为:直流电源正端、Rs、大地、电网绝缘电阻、三相电网、三相电抗器、R、直流电源负端[5]。
其检测电流I可由下式求得:
式中,RL为三相电抗器每相线圈的直流电阻;RE为接地电阻;r∑为三相电网对地总绝缘电阻r∑=r/3,rA=rB=rC=r。
式(1)中,仅r∑为变量,故检测电流I直接反映了电网的绝缘情况。取样电阻上的电压:
三相电网对地的总绝缘电阻可由下式计算:
电网正常运行时,根据上式可实现对电网绝缘电阻的连续检测;当人身触电或发生漏电故障,使r∑达到装置动作设定值时,迅速将电源切除。另外,即使电网的绝缘电阻均匀下降,仍可将此故障现象检测出来,这是附加直流电源漏电保护原理的一大优点。
2.2 零序电流方向漏电保护方法
人身触电后,三相电网的对地电压UA、UB、UC不再对称,其和不等于零,于是,在故障点出现了零序电压U0,根据对称分量法,零序电压U0为:
因为U'A+U'B+U'C=0,式中U'A、U'B、U'C为三相电源相电压。所以:
RR为人身电阻,r为各相线路对地电阻。则零序电流为:
其中IA、IB、IC分别为三相绝缘电阻中流过的电流,U'0为各相的零序电压[6,7,8,9]。
在一个多支路辐射式电网中,如图2所示。如果某一个支路(L3)发生漏电故障,各个分支线路中都将有零序电流通过,而人身触电电流或漏电电流便等于这些零序电流的总和。从电源的母线端往外看,通过故障支路的零序电流由线路流向母线,而非故障支路的零序电流由母线流向线路,它们方向正好相反,从而通过检测零序电流的方向可以判断出漏电支路,这就是零序电流方向保护原理[10]。
2.3 零序电流幅值保护法
根据供电理论,在中性点不接地的放射式电网中,当某一支路发生不对称漏电故障或人身触电事故时,所有的支路都将有零序电流流过,漏电电流或人身触电电流便等于这些零序电流之和。从电源的母线往负荷端看,流过故障支路的零序电流,大小、方向都和非故障支路不同。从大小来说,故障支路中流入的是各非故障支路零序电流之和,而非故障支路中流过的只是本支路的零序电流,因而必小于前者。利用装设在各支路的零序电流互感器来反映各支路零序电流的大小,可做到有选择的漏电保护,这就是利用零序电流幅值保护的原理[11,12]。
2.4 零序电压保护法
零序电压保护就是利用漏电故障时电网中零序电压大小来反映三相电网对地绝缘阻抗的不对称程度。电网分布电容一定时,漏电电阻越小,零序电压越高。这种保护的优点是可以检测电网中的不对称漏电故障,但不能检测对称漏电故障,原因在于三相电网对地阻抗对称下降时,不会产生零序电压,自然零序电压漏电保护装置就不会动作。另外,不管电网中哪个分支出现漏电故障,该保护装置均能动作,因此这样的漏电保护装置或绝缘监视装置,既不能保护电网的对称漏电故障又不具备动作选择性功能[13,14]。
2.5 旁路接地保护法
为了提高人身触电时的安全性,解决选择性漏电保护系统的动作选择性和安全性之间的矛盾,研制开发出BJJ4矿用隔爆型带人为旁路接地的总检漏继电器,其保护原理如图3所示[14]。
由图3可见,带旁路接地漏电保护由漏电检测电路、旁路接地单元、选相电路和驱动电路等组成。当人身触及电网的任何一相(如C相)时,检测电路会向选相电路发出信号,选相电路据此判断故障相别,然后驱动故障相继电器动作,使故障相迅速通过电阻R接地,起到旁路分流作用,使流经人身的电流减小,达到漏电保护的目的。
2.6 零序功率方向保护法
由单相漏电原理可知,发生漏电支路和非漏电支路的零序无功电流分量相反,因此可以利用此特点来实现选择性漏电保护。这种利用零序电压、零序电流的相位关系来选择漏电线路的方法叫做零序功率方向保护法。这种方法在现有的矿用漏电保护设备中非常常见,但在现行的漏电保护行业标准都要求作为第一级的分支开关选择性漏电保护动作时间不小于30 ms,因此对零序电压、零序电流的快速准确的采样时迅速正确判断故障支路的根本保障。判断线路零序电压,零序电流的方向一般有以下几种方法:(1)脉冲比相法;(2)过零触发法;(3)相敏整流法;(4)选线判据法。通过对零序电压、零序电流的快速准确的采样迅速正确判断故障支路来实施保护。这就是零序功率方向保护原理。通过零序功率方向的原理可以准确判断出漏电线路,但显然无法测量出漏电电流值的大小。
2.7 信号注入保护法
信号注入法不是以系统发生单相接地故障时的故障量作为选线依据,而是在发生单相接地故障时通过原边短接且暂时处于不工作状态的接地相电压互感器(PT)注入一个频率介于工频n次谐波和n+l次谐波之间的信号电流,注入信号会沿着故障线路经接地点注入大地,用信号探测器通过检测、跟踪信号实现选线和故障定位,有注入信号流过的线路被选为故障线路[15]。
图4为一典型辐射式配电网系统。系统正常运行时,三相对称,系统中没有零序分量,A、B、C三相电压均为正常相电压,零序电压为零,PT二次侧电压分别为:UAN=UBN=UCN=100/3 V,U0=0 V。
当系统发生单相接地故障时,假设图中n#线路的C相发生单相接地故障,故障相C相对地电压降为零。PT的C相一次绕组被短接,C相的二次绕组中也无感应电压,使PT的故障相在单相接地故障存在期间处于“闲置”状态。正是利用这一特点,可以通过PT的故障相将信号电流注入到故障一次系统中。
根据零序电压的变化可以判断系统是否发生接地故障,然后根据各相电压的变化可以判断出接地故障相,且接地相PT的一次绕组被短接,二次绕组中没有感应电压。因此,在接地相PT的二次绕组和地之间加一信号源,该信号源在PT二次绕组中产生异于工频及其谐波频率的电流信号,如图中虚线1所示。由于故障相PT一次绕组处于短路状态,二次绕组中的信号电流必然会感应到一次系统,其流通回路如虚线2所示,在PT一次的中性接地点,沿故障线路故障相,经接地故障点和大地返回PT一次侧的中性接地点,这就是信号注入法的基本原理。
2.8 自然直流选择性漏电保护法
自然直流漏电保护原理利用整流电路工作特性,在电网三相端线与地之间构成直流检测源,按照三相交流电源波形的特点,将一个周期分三个时段讨论,三相交流电源经整流后与检测电阻、绝缘电阻和漏电阻构成不同的电流回路,从总体上把整流后的检测信号看成为直流,而在每一时段的分析中把检测信号看成瞬态的交流信号来加以讨论[16]。
自然直流选择性漏电保护原理的直流检测源的构成如图5所示,电网的绝缘电阻分别用rA、rB、rC表示,分布电容分别用C1、C2、C3表示。
直流检测源的产生主要利用三相半波整流电路,再根据整流后各相位的不同形成一个脉动的直流检测信号。如图5所示,三个整流二极管D1、D2、D3的阳极分别接到电网三相正弦交流电源uA、uB、uC上,而阴级连接在一起,并经检测电阻R1接地,R1为二极管的限流电阻。三相正弦交流电经过半波整流后就形成了脉动直流信号。由于变压器的中性点不接地,因此,经三个二极管整流以后的直流电流,不能经过检测电阻R1回到变压器中性点,而必须经过三相电网的绝缘电阻rA、rB、rC才能返回电源,因而对电网的绝缘状况能够进行监视。
假定交流电源为理想工频,电源电压为三相对称的正弦波,交流系统的三相阻抗对称。三相交流电源幅值相等,其初相角依次相差2π/3,设其相序为A-B-C,分别记为uA、uB、uC。当ωt=0～2π/3时段,A相电压总是高于B、C两相,因而A相的整流二极管D1处于导通状态,B、C两相的整流二极管D2、D3则在反向电压下处于截止状态;当ωt=2π/3～4π/3时段,则D2导通,D1、D3处于截止状态;当ωt=4π/3～2π时段,则D3导通,D1、D2处于截止状态。因此,这三个二极管依次处于导通和截止状态。近而求出各相平均电压,然后求得检测电阻R1的电流表达式,由表达式可知,随着绝缘电阻值对称的降低,Id便不断增加,当其达到一定值时,可使漏电保护装置动作,达到保护的目的。
2.9 群体比幅比相法
该方法是先对零序电流进行比较,选出几个幅值较大的作为候选(希望通过选大的电流来避免“时针效应”,但实际上不能完全避免)。然后在此基础上进行相位比较,选出方向与其它不同的,即为故障选线。该方法在一定程度上解决了前两种方法存在的问题,但同样不能排除电流互感器不平衡电流及过渡电阻大小的影响。
2.1 0 五次谐波分量保护法
检测五次谐波大小和方向的方法基于以下理论:由于故障点、线路设备的非线性影响,故障电流中存在着谐波信号,根据谐波在整个系统内的分布和保护的要求,使用五次谐波分量为益。由于消弧线圈是按照基波整定的,即有L≈1/C,所以5L>1/5C,即消弧线圈对五次谐波的补偿作用仅相当于工频时的1/25,可忽略它对五次谐波产生的补偿效果。因此可以根据故障线路的五次谐波电流比非故障线路的都大,且方向相反的特点达到选线目的。该方法的缺点是五次谐波含量较小,小于故障电流的10%,且在有间歇性电弧现象时不稳定。
2.1 1 各次谐波平方和保护法
各次谐波平方和保护法是先将零序故障电流中的3、5、7等谐波分量求和,然后比较各条线路电流幅值的大小,选出幅值最大的即为接地线路。该法虽然能在一定程度上克服单次谐波信号小的缺点,却不能从根本上解决问题,因为负荷中的五次谐波源、电流互感器中不平衡电流和过渡电阻的大小,均会影响选线精度[17]。
2.1 2 首半波保护法
首半波保护法原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设,它利用故障线路暂态零序电流和电压初始阶段极性有一段时间相反的特点实现选线。但故障发生在相电压过零值附近时首半波电流的暂态分量值很小,所以该原理不能反映相电压较低时的接地故障,且受接地过渡电阻影响较大同时也存在工作死区。
2.1 3 小波分析保护法
小波分析可对信号进行精确分析,特别是对暂态突变信号和微弱信号的变化较敏感,能可靠地提取故障特征。根据小波变换的模极大值理论可知,出现故障和噪声会导致信号奇异,而小波变换的模极大值点对应着采样数据的奇异点,由于噪声的模极大值随着尺度的增加而衰减,所以经过适当的尺度分解后,即可忽略噪声影响得到较理想的暂态短路信号。小波变换是把一个信号分解成不同尺度和位置的小波之和,利用合适的小波和小波基对暂态零序电流的特征分量进行小波变换后,易看出故障线路上暂态零序电流特征分量的幅值包络线高于非故障线路的,且其特征分量的相位也与非故障线路相反,这样就能构造出利用暂态信号的选线判据。
2.1 4 注入变频信号保护法
注入变频信号保护法的原理是根据发生单相接地故障后位移电压大小的不同,选择是向消弧线圈电压互感器副边注入谐振频率恒流信号,还要向故障相电压互感器副边注入频率为70 Hz的恒流信号,然后监视各出线上注入信号产生的零序电流相角、阻尼率的变化,比较各出线阻尼率的大小,再计及线路受潮及绝缘老化等因素可选出故障线路。但当接地电阻较小时,信号电流大部分都经故障线路流通,导致非故障线路上阻尼率误差较大。
2.1 5 基于模式识别的选线保护法
基于模式识别的选线保护法的原理是将故障后各线路的零序电流看成某类故障的一个模式,通过神经网络对样本的训练与学习判断此故障模式所属类别选线。此方法本质上是对信息的并行处理,具有较强的自适应性和容错性,比传统的群体比幅比相的选线方法更为有效,即有更高的精度。但此种理论仍不成熟,实现困难,有待进一步研究。
2.16小波分析的LMS自适应滤波算法保护法
运用自适应滤波器技术进行去噪处理,然后再进行小波选线的分析。具体实现方案在故障发生前对5条采样支路截取各自线路的零序电流信号和噪声信号并对其进行小波变换,基小波选择Coiflet4小波,分解尺度为4层,进行小波分解;再利用LMS自适应滤波算法对分解后的信号进行滤波去噪处理,设计滤波器长度为10,其中原始信号e(n)为采样零序电流信号,不可避免的噪声和各种干扰信号为x'(n),参考干扰源为x(n),依据自适应滤波器的设置和相关参数处理,得到经滤波去噪后的零序电流信号;通过能量分析,选择频带(4,11)为选线频带,并在该频带上进行能量计算,对采样的5路信号,选择其中3条能量大的作为下级选线的基础,并分析比较该3条出线的小波分析系数,由于信号的奇异点对应的是出现故障和噪声的信号段,而小波变换的模极大值又对应采样数据的奇异点,依据其模值较大点上故障线路与非故障线路的差异,可轻松得出故障支路[18]。
2.17自适应漏电保护法
自适应继电保护能根据电力系统运行情况和故障状态的变化而实时改变保护原理、性能、特性和定值。目前已有多项自适应继电保护的成果面世,如自适应电流速断保护、自适应过电流保护等。自适应漏电保护是自适应继电保护中的一个分支。它根据被保护电网的范围、电压的高低来确定横向和纵向选择性漏电的保护特性和动作参数。自适应漏电保护目前还处于初期发展阶段。
3 结语
通过对矿用隔爆式移动负荷中心发生漏电故障产生的原因、危害进行分析,归纳总结了现阶段所有的矿用隔爆式移动负荷中心漏电保护方法,阐述其原理与优缺点,为矿用隔爆式移动负荷中心漏电保护方法的选择及装置进一步研究奠定了理论基础。
摘要：采用切实可行的漏电保护方法,对于井下安全供电具有重要意义。介绍了矿用隔爆移动负荷中心漏电故障产生的原因及发生漏电故障的危害,对现有的各种漏电保护方法的原理与优缺点进行了分析,为漏电保护方法的选择及装置的进一步深入研究奠定了理论基础。