矿井高压供电系统选择性漏电保护探究

　　摘要：在矿井作业中，高压供电系统是保证各项采掘设备正常运转的关键。本文对矿井高压供电系统选择性漏电保护基本设计原理做了简单介绍，探讨了其硬件设计和软件设计两个方面的基本内容，以期对相关工作起到一定参考作用。

　　关键词：矿井；高压供电系统；漏电保护

　　在当前矿井下的高压供电系统中，存在选择性接地保护无法正常运行的问题，给供电网和生产安全造成了不小影响。因此，需对高压供电系统选择性漏电保护进行全面深入的研究分析。以提升矿井供电的安全性和稳定性。

　　一、矿井高压供电系统选择性漏电保护设计原理

　　就井下实际情况而言，综保装置是最为常用的保护装置，其可以在过载、漏电、短路等多种情况下发挥出可靠的保护作用。对综保装置而言，选择性漏电保护仅仅是其中的一个构成部分，也是一个功能单元，其不仅和综保装置的其他部分高度兼容，也可以独立发挥作用。相较于继电保护而言，继电保护常用电流、距离和差动等保护，无法实现漏电保护，其功能较为单一，具有不同分类，综保装置的功能更加丰富，保护功能全面性更强。

　　根据系统构成而言，其可以划分为人机通道、后向通道、前向通道以及微机模块四大部分。其中系统核心是微机模块，与数据相关的分析、计算、检测和处理等环节都是由该模块进行。开关量输入和模拟量输入是构成前向通道的两个主要部分，其包含了过载保护、短路保护、电流监测、电压监测等多个功能单元。值得注意的是，选择性漏电保护功能单元也在前向通道中。后向通道的主要作用时对微机模块产生的控制信号进行传送，从本质上看，其属于开关量接口。

　　二、矿井高压供电系统选择性漏电保护硬件设计

　　（一）设计概述

　　设设计矿井高压供电系统选择性漏电保护的硬件时，首先需要明确基本的硬件电路图。就结构而言，相位比较、零序电流和零序电压这三条回路是硬件设计的基础与核心。其中，零序电压回路又可以被分拆为两个回路，一个回路是由VTI隔离变压、整流电路、中断电路、V/F转换电路等组成的。该回路的主要作用是产生可供微机系统检测的频率信号以及漏电中断信号。另一个回路主要是由VT2隔离变压、移相电路、五次谐波电路等组成的，其主要作用是提取零序电压产生时的五次谐波，将相位移动和零序电流回路的信号作出比较。

　　（二）整流回路、滤波回路以及中断回路

　　零序电压的变化比较灵敏，为了确保可以对其进行精准灵敏地检测，需要设计精密的全波有源整流电路。该电路主要是由QI三极管、放大器和电阻共同组成的，其中放大器有OP1和OP2两个。该电路可以对电压进行十分精密的整流，电压级别可以达到毫伏级。在经过整流和滤波两个处理环节之后，零序电压U0可以进入到集成比较器中，和预先设定的参考电平进行比较，进而发出中断信号。该中断信号经由光电耦合器被传送到CPU出进行命令执行。

　　（三）V/F转换电路

　　在硬件设计当中，V/F转换电路是构成零序电压一条回路的重要部分，和微机系统相比，V/F转换电路相当于A/D电路，其主要是将直流模拟电流在前向通道中转换为微机系统就可以检测到的频率信号。在本次设计中，主要是利用LM331转换芯片构建V/F转换电路。

　　（四）五次谐波电路

　　在选择性漏电保护中，零序电压回路的分支电路需要实现五次谐波提取的功能。基于此，需要对五次谐波电路进行完整设计。在设计之初，需要明确两个基本设计原则。第一是确保谐波信号增益量足够大，能够被进行五次提取。第二是彻底衰减其他频率，弱化其在提取谐波信号时产生的干扰。根据实际组成而言吗，五次谐波电路主要可以分为三个部分，即带阻滤波器、带通滤波器和选频放大器。

　　带阻滤波器的主要作用是对谐波信号中的基波成分进行抑制，而基波频率为50Hz，所以带阻滤波器的中心频率也是50Hz。

　　对带通滤波器而言，其主要的作用是对五次谐波之外的其他频率进行抑制，避免这些成分被提取。根据其他频率信号的性质，带通滤波器的中心频率确定为250Hz，在这一限制下，就可以实现五次谐波通行，而其他成分抑制的效果。

　　选频放大器的主要作用是对五次谐波进行放大，其和带通滤波器一样，中心频率也为250Hz。为了符合保护系统处理谐波的基本要求，选频放大器的品质因素必须大于16，而且可调。其电感特性应当通过有源网络进行模拟，谐振增益需达到40dB。

　　三、矿井高压供电系统选择性漏电保护软件设计

　　软件设计的流程一般可以分为七步，第一是对Ue值是否超过硬件整定值进行检测。第二是向微机系统发出中断申请。第三是微机系统对Ue选择检测通道。第四对Ue值是否超过软件的整定值进行判定，如果没有超过，直接跳转确认为未漏电，如果超过，则继续执行下一步程序。第五，在Ue超过软件整定值的基础上，检测谐波比相信号。第六，对检测结果进行分析，如果判定没漏电，则跳转确认未漏电，如果超过则执行下一步。第七，在Ue值超过软件整定值的基础上，执行对应的漏电保护程序。

　　通过上述步骤不难看出，进行选择性漏电保护时，软件系统需要对Ue值进行两次判定。第一次是和硬件整定值进行对比判定，第二次是和软件整定值进行对比判定，只有在两次判定都超标的情况下，漏电保护程序才会执行对应的保护程序。需要注意的是，漏电保护程序的执行是通过中断触发的形式启动的。在通常情况下，综保主程序以及对应子程序是由CPU执行的，在检测和显示各个功能模块的输入信号的基础上，明确来自零序电压分支电路的中断申请之后，CPU才能展开漏电判定和中断服务。

　　此外，还需注意保护动作的灵敏度以及上下级配合。动作灵敏度直接关系到漏电保护的及时性，灵敏度越高，保护动作越迅速。而上下级配合需要遵循逐级原则，协调灵敏度和动作时间，并按照阶段原则选择短路功率以及整定值的方向对选择性进行保护。

　　结束语：

　　在矿井生产中，供电系统的安全是十分重要的，一旦发生漏电问题，不仅会对相关设备造成重大毁损，还可能导致人员出现伤亡。因此，需要对高压供电系统的选择性漏电保护进行深入研究。由于综保装置融合了多种功能，漏电保护作为其中的一个构成部分，需要从其独立性出发，加强硬件设计和软件设计，切实实现选择性漏电保护的功能。

　　参考文献：

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