井下漏电保护装置选线方法的综述

林伟通莫兴洋李代军黄燕飞陈全艺陈焕兰

（1.广西百色美联能源科技有限责任公司，广西 百色 533000；2.广西区域地质调查研究院，广西 桂林 541003；3.蒙山县黄村中学，广西 梧州 546700）

井下漏电保护装置选线方法的综述

林伟通1莫兴洋2李代军2黄燕飞2陈全艺2陈焕兰3

（1.广西百色美联能源科技有限责任公司，广西 百色 533000；2.广西区域地质调查研究院，广西 桂林 541003；3.蒙山县黄村中学，广西 梧州 546700）

对目前井下常用的选线原理和方法进行归纳总结和比较，得出几点结论，并提出今后发展方向。

漏电保护；选线；单相漏电；故障

1 引言

漏电是煤矿井下配电网中最常见的故障之一，尤其是单相漏电，已成为影响井下安全的主要因素。漏电可导致触电事故或导致因单相故障进而造成两相或三相短路，最后引发煤与瓦斯爆炸[1]。选择性漏电保护装置可在堤供电网发生漏电故障时，可以有效并有选择地发出故障信号、迅速切断故障支路，而常态部分正常工作[2]。故有选择性的漏电保护在下井配电安全中占有举足轻重的地位。

2 常见的井下供电网选线方法及评价

采集的电气量主要有：零序暂态分量、零序稳态基波及谐波分量、负序分量和注入信号等[3]。根据所采集的电气量及电气量的特性差异来选取来不同的方法，从中可看出有不同的条件下各方法的的优势和缺点。

2.1 比幅比相原理

本方法的基本原理是先对幅值进行比较，筛选出幅值较大者作为候选，在此基础上再对候选线路进行相位比较，得到与其它零序电流方向不一致者即为故障线路[4]。该原理利用了各线路间的故障信号信息，并将其进行融合，再进行比较。如此，可以在很大程度上避开由互感器不平衡带来的影响，使得装置选线的正确性得到提高[5]。群体比幅比相法将零序电压作为参考正方向，而零序电压幅值大并且波形比较稳定，使参考正方向的稳定性得到保证。此算法适合在类似于井下中性点不接地的供电系统中使用。

虽然群体比幅比相算法在原理上利用支路间的故障信息关系，通过相互比较幅值、相位的关系来选出故障之路，不存在某一固定的动作值，从而克服了固定值整定的缺点，但因为消弧线圈对故障支路电流存在补偿作用，所以此算法不适于经消弧线圈接地的系统。

2.2 无功功率方法

无功功率算法主要是利用各支路中的容性无功功率来判断是故障支路[6]。在进行判断时，与比幅比相算法类似，也是根据容性电流的方向与幅值之间的关系进行判断，故存在着比幅比相算法的优缺点。

2.3 有功分量法

在供电系统中，故障支路的零序有功分量在数值上为常态线路以及消弧线圈的零序有功分量之，它的方向为支路流向母线；而常态线路的零序有功分量为其线路本身的损耗电流值，其方向则与故障相反，即为母线流向支路[7]。若供电线路中的母线出现故障时，则所有支路的零序有功分量的数值都为支路本身的有功损耗电流值，方向与常态线路相同。所以当供电线路出现漏电故障时，只要提取各供电线路的零序有功分量，再结合其分量的数值和方向关系就可以判断出故障线路。

一般情况下，线路中的有功损耗现象并不明显，所以故障信息不够突出，从而影响到选线的精度和准确性。

2.4 零序电流比幅法

当井下供电系统发生单相接地故障时，故障支路上的零序电流为常态各支路的电容电流数值的总和，所以，此时故障支路零序电流值为所有线路中最大值[8]。通过采集各支路零序电流的数值并通过相互比较即可知道故障的支路。在实现的原理上，则是采用零序电流与系统事先一整定的固定值相对比。若此值大于整定值，则继电保护器动作，并显示出具体线路编号；反之，则系统正常运行[9]。将此方法用于中性点不接地的配电网中更能体现出其优势。

应当注意的是，供电系统中，有可能存在某条正常支路的电容电流出现类似于零序电流一样的情况，即大于系统其它线路的电容电流之和，通过比较，将被误认为是故障线路，使支路继电器动作，从而出现误差的现象。这样判据单一的算法，无法排除如互感器、过渡电阻大小、系统运行方式的影响，无法保证系统选线的正确性。

2.5 五次谐波分量算法

在采用中性点经消弧线圈接地的供电系统中，由于消弧线圈所采用的参数是按照基波速写完成的的，五次谐波产生的补偿效果对消弧线圈的影响可以忽略，因此它与供电系统中性点不接地的系统的基波无功分量有着类似特点，再根据有功分量的算法来解决选线的问题[10]。故五次谐波分量算法可以在很大程度上解决了中性点经消弧线圈接地的单相接地漏电故障选线存在的问题，但是此算法的含量中基波小，加上其它的影响，将会使得选线结果不够准确。

2.6 小波算法

由于稳态信号的故障信息微弱，在采集上存在一定的难度且精度也难以保证，而暂态信号有着较大突变的特点[11]。对暂态信号的分析主要是运用到小波分析法。小波分析法可对变化规律不确定和不稳定的随机信号进行有效地分析。

供电系统发生单相接地故障时，系统将产生暂态的电压，小波分析法即是利用此暂态电压对故障进行判断[12]。由于系统产生的故障具有瞬时性，所以产生的故障突然作用在供电线路中所产生的暂态电流很大，且暂态电流在数值上也满足故障支路数值与常态线路数值的总和相等，可以进行故障选线。

小波算法的适用范围广，无论供电系统的中性点经消弧线圈接地还是不接地都可以用，而且不受故障复杂情况及波形情况的影响。但若受其它因素影响，从而导致暂态过程不明显的情况，此时此方法的使用将受到限制，与稳态算法相结合效果更明显。

2.7 信号注入法

若向供电系统中注入某特定信号，根据此信号来检测有无漏电故障的情况，称之为信号注入法[13]。信号注入法存在着一些问题：一般所注入信号的功率比较小，再通过变换，测量得到的信号将十分微弱，难以测量。此外，在产生信号源时，需要加装信号产生装置，实际操作存在一定的难度。

3 结束语

通过以上分析可以发现，井下中性点不接地故障的情况复杂，单一的选线判据往往不能覆盖所有的接地工况，而应用效果较好的选线方法，通常是几种选线技术相结合的方法[14]。因此，运用智能控制理论的概念来构造每种对应的选线方法，以实现多种选线方法的综合和判据最优化，即选线技术的融合，是井下配电系统实现智能化发展的必然趋势之一。

其次，井下配电网发生接地故障时，暂态信号的特征蕴含丰富的故障信息。发生单相接地故障时产生的暂态信号的幅值可以达到稳态信号的几倍到十几倍，其幅值远大于稳态信号，所以基于暂态分量的故障选线方法的可靠性及灵敏度较高[15]。故当故障发生后暂态分量进行故障选线比利用稳态信号优越性大，但其主要缺点是暂态过程时间短，受外界干扰影响较大，频率较高也难以检测，受当前技术条件限制，实时检测时存在一定的困难。所以，随着微电子技术及信号处理技术的迅速发展，暂态分量法应用于井下工程现场具有强大的生命力。

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The literature review of line selection method of leakage protective device in mine

The line selection principle and method are summarized and compared in underground.The article put forward some conclusions and the development direction of leakage line selection in the future.

Leakage protection; line selection; single-phase leakage; fault

TM762

A

1008-1151(2015)03-0089-02

2015-02-10

广西科学研究与技术开发计划（桂科能1298019-2）。

林伟通（1965－），男，广西贵港人，广西百色美联能源科技有限责任公司工程师，硕士研究生，从事矿山电力系统的研发。