饋電系統的漏電保護技術

摘要 針對當前井下低壓電網環境下，使用饋電保護裝置不足的問題，提出一種新型的綜合性饋電保護裝置，重點討論該系統的工作原理、硬件結構、軟件流程以及抗干擾技術，測試結果和使用情況表明，系統保護裝置既保證了準確的動作電阻值和選擇性。又提高了饋電系統的可靠性、穩定性且滿足了實際應用。
關鍵詞 漏電保護；附加直流；零序電壓；零序電流；硬件結構；軟件流程；抗干擾技術

目前我國井下使用的漏電保護技術有：基于附加直流電源漏電保護原理構成的漏電保護；基于檢測零序電壓大小構成的漏電保護和由檢測零序電流大小構成的漏電保護等。這些技術都存在一定的缺陷：
(1)通過檢測附加直流電源實現漏電保護，動作無選擇性。(2)通過檢測零序電壓大小實現漏電保護，動作電阻值不穩定。(3)通過檢測零序電流大小實現漏電保護，單相漏電時動作有選擇性，但動作電阻值不穩定，當電網支路較少時，易產生誤動作。(4)通過測量零序電流方向實現漏電保護，可以利用故障和非故障支路零序電流的大小和方向的不同加以區分，達到選擇性保護的目的，但其存在動作電阻值不穩定，并且需要有足夠大的零序電流才能使能保護動作。
針對當前井下低壓電網的環境和技術上的缺陷，系統采用附加直流和零序功率方向檢測兩種技術，提出在電網的主支路選擇基于附加直流源保護原理的漏電裝置；而在電網的分支路選擇基于零序功率方向保護原理的選擇漏電保護裝置。既保證了準確的動作電阻值，又保證了動作的選擇性。提高了饋電系統的可靠性和穩定性，可以滿足工業現場的應用需求。

1 漏電保護原理
1．1 附加直流源漏電保護原理
電網若發生漏電故障，最容易檢測到的是電網各相對地絕緣電阻值的下降。可在三相電網與地之間附加一個獨立的直流電源，則在三相對地的絕緣電阻上將有一直流電流流過，該電流的大小變化直接反應了電網對地絕緣電阻的變化，有效地檢測和利用該電流就可以構成附加直流電源，進行檢測漏電保護。
如圖1所示，直流電流I由獨立直流電源的正極經電阻R1流入三相電抗器的人為中性點，經三相電抗器進入三相線路，再經電網對地絕緣電阻r1，r2，r3流入地，最終返回負極。由于三相電抗器的電阻非常小，當取樣電阻阻值一定時，直流電流主要由電網對地絕緣電阻決定。因此只需檢測取樣電阻R1上的直流電壓大小即可分析電網對地的絕緣情況。

1．2 選擇性漏電原理
在多支路的輻射式電網中，當任意支路發生漏電故障時，各分支線路中都會有零序電流通過。通過故障支路的零序電流的大小和方向都與非故障支路不同。故障支路的零序電流是所有非故障支路零序電流之和。根據零序電流大小的不同可以區分故障支路和非故障支路。這就是用零序電流幅值比較法進行選擇漏電故障支路的理論依據。此外，故障支路的零序電流方向是流向母線的，而非故障支路則由母線流向支路。它們的方向不同，這就是零序電流功率方向的保護原理。零序電流和零序電壓的相位采用硬件處理判斷，零序電流采用硬件整流，微處理器只須進行直流采樣，使得軟件算法簡潔，判斷迅速。