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(shè)備運行是否正常將直接影響采礦企業(yè)的產(chǎn)量與經(jīng)濟效益。怎樣保證井下供電系統(tǒng)用電設(shè)備安全、可靠、連續(xù)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(chǎn)生的原因
現(xiàn)今我國大多數(shù)煤礦企業(yè)采用的是地下采煤的作業(yè)方式。在井下作業(yè)面空間相對狹小、潮濕，整體環(huán)境相對比較惡劣。在這種工作環(huán)境下，供電線路與電氣設(shè)備容易受潮，降低了絕緣性能造成漏電。電氣設(shè)備長期超負荷運行，設(shè)備與線路過熱引發(fā)絕緣性能下降造成漏電。在防爆開關(guān)內(nèi)連接頭過多，連接頭絕緣松散，使得線頭與設(shè)備外殼接觸引發(fā)漏電。井下礦石跌落損傷供電線路外表造成絕緣降低引發(fā)漏電。移動設(shè)備時過度彎曲電力電纜線路，造成電纜外部裂口破損引發(fā)漏電。在陰暗潮濕的環(huán)境下，電工操作失誤造成供電線路外表破損引發(fā)漏電。管理不到位，供電電纜未按規(guī)定掛設(shè)，供電電纜浸泡在水中或是埋在煤堆里造成漏電。設(shè)備過多，線路太長引發(fā)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(huán)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?xí)斐捎|電人員死亡。井下瓦斯多、煤塵多，當(dāng)發(fā)生漏電故障時有可能發(fā)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(wǎng)上會產(chǎn)生過電壓，對電動機等電氣設(shè)備造成絕緣傷害，從而引起電氣設(shè)備的燒毀。漏電也有可能造成相間短路，直接燒毀線路與設(shè)備，引發(fā)井下斷電，工作設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，對企業(yè)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(shè)備的安全、企業(yè)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(yè)井下供電線路長，電氣設(shè)備多，無論在哪個地方發(fā)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(dāng)發(fā)生漏電故障時，漏電保護應(yīng)能保障供電系統(tǒng)安全、電氣設(shè)備安全、井下工作人員安全。例如：工作人員接觸漏電設(shè)備，導(dǎo)致有漏電電流流過人體乘以從接觸到脫離電源的時間應(yīng)小于30mAS。3）可靠性。井下發(fā)生漏電故障，漏電保護應(yīng)能及時可靠的動作，減低因漏電而造成的損失。4）選擇性。應(yīng)有選擇性的切斷發(fā)生漏電故障的支路，不能隨意擴大故障范圍，給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟損失。
3漏電保護的現(xiàn)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(shè)備和工作人員的安全。保護接地能在發(fā)生漏電時減少流過人體的電流，降低人體發(fā)生觸電時產(chǎn)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(fā)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(chǎn)生，因而在次級線圈上沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)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(chǎn)生感應(yīng)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(fā)生單相漏電時，能迅速動作，反應(yīng)靈敏，結(jié)構(gòu)簡單，但容易受到外界的干擾，動作電阻值不穩(wěn)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(jīng)過可調(diào)電阻W1，C4對于直流相當(dāng)于開路電流不能通過，電流流入大地，經(jīng)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(wǎng)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(dāng)發(fā)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(guān)動作切斷電路。其特點是：保護全面無死區(qū)，不受電網(wǎng)狀態(tài)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(tǒng)采用的是中性點不接地系統(tǒng)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(dāng)A相發(fā)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(lián)，阻值發(fā)生改變與B、C相絕緣阻值不相等。各相對地電壓不對稱產(chǎn)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(guān)系來判斷哪一條支路發(fā)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(wěn)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(jié)合起來，互補兩種方法的缺點。這種保護裝置可對整個電網(wǎng)進行全面保護，對電網(wǎng)不同狀態(tài)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(guān)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(shù)顯示在液晶屏上。3）動作電阻值進行現(xiàn)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(xiàn)場情況不同而導(dǎo)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(jié)語
可靠性高反應(yīng)快的智能選擇型漏電保護裝置對井下電氣設(shè)備和生產(chǎn)具有較高的應(yīng)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(shè)備與供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。
作者：謝平 單位：婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院
