煤礦井下的漏電保護與分析改進
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引言：
我國的煤炭資源非常豐富，礦井低壓用電設備運行是否正常將直接影響采礦企業的產量與經濟效益。怎樣保證井下供電系統用電設備安全、可靠、連續的運行，是一個值得研究和探討的問題。
1.1煤礦井下漏電產生的原因
現今我國大多數煤礦企業采用的是地下采煤的作業方式。在井下作業面空間相對狹小、潮濕，整體環境相對比較惡劣。在這種工作環境下，供電線路與電氣設備容易受潮，降低了絕緣性能造成漏電。電氣設備長期超負荷運行，設備與線路過熱引發絕緣性能下降造成漏電。在防爆開關內連接頭過多，連接頭絕緣松散，使得線頭與設備外殼接觸引發漏電。井下礦石跌落損傷供電線路外表造成絕緣降低引發漏電。移動設備時過度彎曲電力電纜線路，造成電纜外部裂口破損引發漏電。在陰暗潮濕的環境下，電工操作失誤造成供電線路外表破損引發漏電。管理不到位，供電電纜未按規定掛設，供電電纜浸泡在水中或是埋在煤堆里造成漏電。設備過多，線路太長引發的整體絕緣下降造成的漏電。
1.2煤礦井下漏電造成的危害
井下工作環境陰暗潮濕，空間小，使得井下工作人員的自身阻值下降。不小心接觸到漏電點時流過人體的電流放大，加大了觸電的傷害，甚至會造成觸電人員死亡。井下瓦斯多、煤塵多，當發生漏電故障時有可能發生相間短路引起火花，造成爆炸事故。漏電可能造成單相接地，電網上會產生過電壓，對電動機等電氣設備造成絕緣傷害，從而引起電氣設備的燒毀。漏電也有可能造成相間短路，直接燒毀線路與設備，引發井下斷電，工作設備停止運轉，對企業造成較大的損失。綜上所述，為了保障工作人員的安全、供電線路與電氣設備的安全、企業的正常運行，在煤礦井下進行漏電保護具有十分重要的意義。
2漏電保護的原則
1）全面性。煤礦企業井下供電線路長，電氣設備多，無論在哪個地方發生漏電故障，都能進行漏電保護。對整個供電體系進行全面的漏電保護。2）安全性。這是一條重要的原則。當發生漏電故障時，漏電保護應能保障供電系統安全、電氣設備安全、井下工作人員安全。例如：工作人員接觸漏電設備，導致有漏電電流流過人體乘以從接觸到脫離電源的時間應小于30mAS。3）可靠性。井下發生漏電故障，漏電保護應能及時可靠的動作，減低因漏電而造成的損失。4）選擇性。應有選擇性的切斷發生漏電故障的支路，不能隨意擴大故障范圍，給企業帶來更大的經濟損失。
3漏電保護的現狀分析
我國井下常用漏電保護、保護接地和過電流保護三大保護法來保障供電體系、電氣設備和工作人員的安全。保護接地能在發生漏電時減少流過人體的電流，降低人體發生觸電時產生的危害，但不能解除漏電故障，必需與其它漏電保護裝置一起配合使用。漏電保護裝置保護成功率較高，成本相對較低，在我國井下大多采用這一種裝置進行漏電保護。常見的漏電保護裝置有：
3.1單相漏電保護裝置單相漏電保護原理
如圖1所示。后級負載在沒有發生漏電情況時，流入初級線圈的電流I0與流出初級線圈的電流I1大小相等方向相反，在零序電流互感器的鐵芯上沒有磁場產生，因而在次級線圈上沒有感應電流產生。當發生漏電時，初級線圈上的電流I0與I1不相等，在次級線圈中產生感應電流，這個電流比較小，需要通過電流放大器放大后推動保護裝置動作斷開電源。其特點是在發生單相漏電時，能迅速動作，反應靈敏，結構簡單，但容易受到外界的干擾，動作電阻值不穩定。
3.2檢測附加直流源的漏電保護裝置
圖2中C1、C2、C3是每相對地電容，R1、R2、R3是每相對地絕緣電阻，SK與LK分別是三相電抗器與單相電抗器，K是直流繼電器。檢測附加直流源的漏電保護原理如圖2所示。附加直流回路是：直流電流由正極流出經過可調電阻W1，C4對于直流相當于開路電流不能通過，電流流入大地，經過R1-R3絕緣電阻、SK三相電抗器、LK單相電抗器、千歐表、直流繼電器后到電源負極形成整個回路。井下電網正常運行時每相對地絕緣電阻值很高，在整個直流回路中電流較小，直流繼電器不動作。當發生漏電故障或絕緣水平下降時，R1-R3絕緣電阻值變小，直流回路中電流變大，直流繼電器動作，饋電開關動作切斷電路。其特點是：保護全面無死區，不受電網狀態與故障地點的影響，對供電單元具有電容、電流補償效果，但動作無選擇性，尋找故障點困難，保護裝置動作時間長，安全性低。
3.3檢測零序功率方向的漏電保護裝置
我國煤礦井下供電系統采用的是中性點不接地系統如圖3所示。在正常情況下，各相對地電壓相同，零序電壓U0等于零，各相上電流相同，零序電流等于零。當A相發生因漏電而造成的觸電事故時，A相的對地絕緣電阻值與人體電阻并聯，阻值發生改變與B、C相絕緣阻值不相等。各相對地電壓不對稱產生零序電壓、零序電流，零序電壓與零序電流具有一定的相位差。利用零序電壓、零序電流的大小和零序電壓與零序電流的相位關系來判斷哪一條支路發生了漏電故障。其特點是：漏電保護選擇性強，利用三種方式判斷故障支路誤動作少，但動作電阻值不固定，對稱性漏電不動作，沒有電容、電流補償效果。除了上述三種保護裝置以外，還有檢測零序電壓大小的漏電保護裝置、檢測零序電流大小的漏電保護裝置、檢測零序電流方向的漏電保護裝置等，它們都有共同的缺點：動作電阻值不穩定，功能單一。
4主要的改進措施
1）將附加直流源法和零序功率方向法結合起來，互補兩種方法的缺點。這種保護裝置可對整個電網進行全面保護，對電網不同狀態也可以保護，還可以利用零序電壓、零序電流的大小和零序電壓與零序電流的相位關系選擇性的切斷故障支路。2）采用單片機為控制核心。在保護裝置中單片機只須進行直流采樣和脈寬測量。將檢測參數顯示在液晶屏上。3）動作電阻值進行現場標定。這樣既可以判斷對稱性漏電，又可以判斷非對稱性漏電，同時解決了由于現場情況不同而導致漏電保護裝置無法動作的問題。4）從硬件和軟件兩方面提高漏電保護裝置的抗干擾性能。
5結語
可靠性高反應快的智能選擇型漏電保護裝置對井下電氣設備和生產具有較高的應用價值，其能選擇性切斷故障電源縮小停電范圍、縮短漏電造成的停電時間，提高了井下電氣設備與供電系統的安全性和可靠性。
作者：謝平 單位：婁底職業技術學院
