煤矿6kV供电系统漏电保护研究

论文摘要

我国煤矿6-35kV供电网中性点主要采用非有效接地方式（又称小电流接地方式）,即中性点不接地或经消弧线圈接地,少数经高电阻接地。其发生单相接地故障的几率最高,可占总故障的80%左右。小电流接地系统发生单相接地故障时,故障电流很小,且三相线电压依然对称,不影响负载的正常供电,系统可以继续运行一段时间。由于电缆线路的分布电容比架空线路大,在发生单相接地故障后当消弧线圈投入不及时,产生的电弧或释放的火花会给煤矿安全生产带来极大的隐患。随着分布电容的增大,接地点电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压,甚至发展成为严重的系统性事故。必须立即选出故障线路并尽快跳闸切除故障,确保井下的安全。在众多的矿井漏电保护接地故障选线与定位的方法中,信号注入法由于利用了信号自身的信息进行选线和定位,其性能与接地电流的大小和方向无关,适合不同结构的小电流接地系统,获得了广泛的应用。信号注入法的可靠性和准确性与注入信号的形式（幅值与频率）以及故障状态密切相关。因此,分析信号的频率、注入方式以及过渡电阻和分布电容对选线准确性的影响是很有必要的。同时由于井下保护单元安装的特殊性,各保护单元和主机之间通信困难,因此必须寻找新的单相接地故障选线解决方案。本文在分析信号注入法基本原理的基础上,提出并开发了一套矿用漏电保护装置,以完成单相接地故障的自动检测并跳闸。结合矿井的实际情况确定了注入信号的选取原则和检测方法,并通过电路的等效、数值分析以及系统仿真分析了分布电容和过渡电阻对信号注入法的影响。为了实现电压检测、信号发生模块启动、注入信号投切的控制一体化,装置融合了以μPSD3334D为核心的管理模块,用于实现故障相的判断、信号的自动和手动投切；专门设计的滤波阻波电路对装置起到了保护作用；针对一次系统注入信号微弱的情况设计了高精度的模拟滤波和数字滤波以得到准确的注入信号信息；根据分散保护的原理分析,设计了远方保护单元,使其与注入控制装置一起共同构成有选择性的煤矿漏电保护系统。为了验证远方保护单元部分对注入信号的检测和提取效果,搭建了实验室模型进行测试。在实验室中,根据实际的情况分别搭建了模拟测试系统和MATLAB编程构造测试数据源,对注入信号的探测效果进行了试验。利用故障时漏电保护装置注入系统中的异频信号进行故障测距以及线路分布电容和绝缘电阻的测算,用于绝缘监察以及消弧线圈补偿度计算。提取供电线路母线处注入信号的电压、电流,采用阻抗法以实现故障测距,针对过渡电阻和分布电容较大的情况进行了修正；并进行了PSCAD的系统仿真实验,此算法计算量小且精度较高。本文所做的内容,密切结合煤矿供电系统的实际需求,具有一定的理论意义和较高的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 现有矿用接地选线方法的原理分析及应用现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 基于信号注入法的漏电保护原理
• 2.1 信号注入法的基本原理
• 2.2 煤矿漏电保护系统的跳闸策略
• 2.3 注入信号的选取原则
• 2.4 注入信号选取的可行性分析
• 2.5 信号的注入方式
• 2.6 注入信号的提取
• 2.7 过渡电阻及分布电容的影响及仿真验证
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于注入法的漏电保护装置开发
• 3.1 漏电保护装置的总体结构
• 3.2 漏电保护装置注入控制装置的总体结构
• 3.2.1 注入控制装置的硬件设计
• 3.2.2 注入装置的软件设计
• 3.3 注入信号的检测和处理算法
• 3.3.1 模拟滤波器设计
• 3.3.2 数字滤波器设计
• 3.4 注入信号控制装置与远方保护之间的配合
• 3.5 本章小结
• 第四章 漏电保护装置的实验室测试
• 4.1 模拟线路故障测试模型
• 4.1.1 模拟线路分布电容的计算
• 4.1.2 模拟实验平台的搭建
• 4.2 信号检测装置的数据源测试方案
• 4.3 注入信号检测结果
• 4.3.1 模拟实验平台方案的检测结果
• 4.3.2 测试数据源方案的检测结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于信号注入法的故障测距
• 5.1 信号注入式测距原理
• 5.2 接地故障测距的方法
• 5.3 数字仿真结果
• 5.4 系统对地分布电容、绝缘电阻的计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表