矿井供电系统选择性漏电保护理论及其应用研究

目录摘要.....................................错误!未定义书签。1.绪论..................................................61.1我矿井供电系统的基本状况...........................61.1.1矿井供电系统电压等级..........................61.1.2矿井供电系统基本结构..........................61.2矿井供电系统选择性漏电保护的重要性.................71.3本设计的主要工作...................................92选择性漏电保护装置....................................92.1产生漏电的原因分析...............................92.2中性点不接地系统单相接地故障选线方法分析........102.2.1零序电流比幅法.............................102.2.2零序电流相对相位法.........................102.2.3附加直流电源检测法.........................142.2.4群体比幅比相法.............................192.2.5零序功率方向法.............................202.2.6五次谐波分量法.............................202.2.7各次谐波平方和法...........................202.2.8首半波法...................................202.2.9小波分析法.................................202.2.10拉路法....................................212.2.11注入信号寻迹法............................212.2.12注入变频信号法............................212.2.13基于模式识别的选线方法....................222.2.14零序有功功率法............................222.3选择性漏电保护装置的基本要求....................233漏电保护机理分析.....................................253.1漏电电流的产生....................................253.2漏电保护系统的原理及组成..........................264系统硬件设计........................................284.1AT89C52单片机的性能及特点.......................284.2主体硬件结构电路...............................294.3零序电压和零序电流变送器的设计................304.3.1零序电压互感器的选择.........................304.3.2零序电流互感器的选择.........................304.3.3低通滤波器设计...............................304.3.4信号调理电路设计.............................314.4复式电源设计......................................314.5功率驱动电路设计..................................334.6漏电电流检测电路..................................345系统的软件设计.......................................356系统抗干扰设计.......................................386.1硬件抗干扰.......................................386.1.1电源系统抗干扰设计...........................386.1.2信号处理通道抗干扰...........................386.1.3电磁辐射抗干扰...............................396.1.4电路板抗干扰.................................396.2软件抗干扰.......................................407结论.................................................41致谢..................................................42参考文献................................................43摘要我国对漏电保护的研究是从煤矿井下低压电网的漏电保护开始的，至今已有40余年的历史。四十余年的实践证明，它对我国矿井安全供电发挥了巨大的作用，它已成为我国矿井电网安全供电的不可缺少的组成部分。正因为它在安全供电方面的作用重大，因此，漏电保护已陆续在各行各业的供电网中安家落户。选择性漏电保护是指当电网发生漏电故障时，能够有选择性地发出故障信号或切断故障支路电源，而非故障部分继续工作，从而减小故障停电范围，便于寻找漏电故障点，缩短漏电停电时间，提高了供电的可靠性。传统保护采用中性点经消弧线圈接地的谐振电网运行方式，这种方法给系统带来重大利益的同时，也减小了故障线路与非故障线路零序电流的差别，特别是自动跟踪补偿消弧线圈的使用，使得传统的漏电保护方法很难达到选择性保护的目的。本设计提出了一种基于零序电流特征量的选择性漏电保护，供电线路通过检测零序电流信号来实现有选择性的关断发生漏电的线路，而不切断整个的供电网络，实现供电的最优化。关键词:矿井供电;零序电流;单片机;信号;AbstractChinaleakageprotectionleakageprotectionlow-voltagegridfromcoalmine,hasbeenmorethan40yearsofhistory.40yearsofPracticehasprovedthatitisChina'sminesafetysupplyplayedahugerole,ithasbecomeanintegralpartoftheminegridsecuritypowered.Playanimportantroleinthesecurityofelectricitysupplyand,therefore,leakageprotectionhasstartedtosettleinforthegridinallwalksoflife.Selectiveleakageprotectiongridleakagefaultoccurs,thereisafaultsignalorcutoffthefaultslippower,ratherthanthefaultparttocontinueworking,therebyreducingthescopeoffailurepowerfailure,easytofindtheleakagepointoffailure,shortenleakageoutagetimeandimprovereliabilityofpowersupply.Traditionalprotectionwiththeneutralpointbythearcsuppressioncoilgroundingresonantoperationmode,thismethodistobringsignificantbenefitstothesystematthesametime,reducesthedifferencebetweenfailureandnon-faultlinezero-sequencecurrent,inparticular,auto-trackingcompensationtheuseofthearcsuppressioncoil,makingthetraditionalleakageprotectiondifficulttoachievethepurposeofselectiveprotection.Thisdesignofaselectiveleakageprotectionbasedonthecharacteristicquantitiesofthezero-sequencecurrent,powerlinesbydetectingthezero-sequencecurrentsignalstoachieveselectiveshutdownleakagelinewithoutcuttingofftheentiresupplynetwork,toachievesupplyisoptimal.Keywords:minesupply;zerosequencecurrent;microcontroller;signal;1.绪论1.1我矿井供电系统的基本状况1.1.1矿井供电系统电压等级从矿井供电系统电压等级上划分，我国供电系统经历了由380V到3300V的四个发展阶段。20世纪60年代以前，由于我国煤矿主采用炮采方式生产，井下采煤电气设备简单，装机容量小，供电电压为380V。随着80机组的使用，380V的供电电压就已经难以满足80机组的供电需求。1964年原煤炭工业部组织人员成立了煤矿工作面升压工作组。经过多次试验，确定将煤矿工作面供电电压提高到660V。70年代，以液压支架和滚筒式采煤机为主体的综合采煤机械化设备引进并投入煤矿生产。这样一来，进一步提高采煤工作面供电电压，以适应煤矿生产需要的问题又被提上议事日程。我国煤炭行业的科研人员和煤机生产企业经过近十年的努力，研制出了千伏级的采煤工作面供电系统的全部装备，80年代以来，我国煤矿向提高采煤工作面单产、实现集中化生产和减人减面的目标迈进，不断地更新采煤工作面的装备，使综采工作面设备的装机容量不断增大，出现了一批总装机容量已达1500kw—2000kw的新型高产的综采工作面。1991年11月原煤炭工业部确定将我国煤矿综采工作面供电电压由1140V提高为3300V。由此可见，随着采煤工艺的不断进步，生产规模和生产能力的不断提高，矿用生产设备对电网供电能力不断提出的新要求是促使煤矿供电系统电压等级提高的原动力。1.1.2矿井供电系统基本结构当我国矿井绝大多数采用6kv或10kv双回路直接下井，连接到不同容量的井下动力变压器，将高压降压为380v、660v、1140v、3300v动力电压等级再由不同型号的矿用电缆连接大容量移动变电站，多控制智能化组合开关、馈电开关或磁力启动器等配电用电设备组成井下配电网络，配合以各种综合保护设备，向井下通风器、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和带式输送机等生产设备供电。（1）普遍采用中性点不接地方式煤矿供电之所以采用这种中性点绝缘的低压系统，是因为煤矿的生产条件和工作环境都十分恶劣，空气潮湿，空间狭小，很容易发生由于设备受潮而绝缘老化或电缆由于受到外力挤压破损而造成单相接地或人身触电现象。对于中性点不接地系统，发生单相接地故障时，由于大地不像中性点接地系统那样是同电位，所以不会造成相间短路那样的大电流，这样不仅减小了人身触电电流，而且避免了在发生短路接地故障时产生