關(guān)鍵字：饋電開(kāi)關(guān)，漏電保護(hù)，智能保護(hù)器RPC2701，礦用電器，高可靠保護(hù)器

摘要：根據(jù)礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用需求和電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本文介紹了基于智能保護(hù)器RPC2701的礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的技術(shù)方案?，F(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況表明，智能保護(hù)器RPC2701能夠很好地滿足饋電開(kāi)關(guān)對(duì)漏電保護(hù)快速性和穩(wěn)定性的要求。

資料提供：本文涉及方案已在用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，技術(shù)方案先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍(lán)普鋒深入探討、交流。

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1 引言

為了保證煤礦井下安全供電，礦井供電系統(tǒng)普遍采用過(guò)流保護(hù)、漏電保護(hù)和接地保護(hù)等多種保護(hù)措施，其中漏電保護(hù)是防止人身觸電的重要措施。從安全的角度來(lái)考慮，無(wú)論采用哪種接地方式，高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)都必須安裝漏電保護(hù)裝置。漏電保護(hù)的目的是通過(guò)切斷電源來(lái)防止人身觸電危害和漏電電流引發(fā)的電氣事故。我國(guó)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，礦井變電所高壓饋電線上應(yīng)裝設(shè)選擇性的檢測(cè)漏電保護(hù)裝置，井下低壓饋電線上應(yīng)裝設(shè)帶有漏電閉鎖的檢測(cè)漏電保護(hù)裝置。

2 智能保護(hù)器RPC2701性能介紹

針對(duì)煤礦井下工作環(huán)境惡劣而且電磁干擾較大的實(shí)際情況，北京藍(lán)普鋒科技有限公司專門為煤礦井下低壓電力設(shè)備研制開(kāi)發(fā)了智能保護(hù)器RPC2701?；赑LC技術(shù)的智能保護(hù)器RPC2701是集成繼電保護(hù)、綜合測(cè)控和數(shù)據(jù)通信等多種功能于一體的高可靠PLC保護(hù)器，安裝在電力設(shè)備的防爆柜中，適用于380V、660V、1140V和3300V等各種電壓等級(jí)，滿足各種額定電流的饋電開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)器、移動(dòng)變壓器低壓頭、雙機(jī)雙速開(kāi)關(guān)等礦用電力設(shè)備的需要。智能保護(hù)器RPC2701的控制和保護(hù)信號(hào)可以直接采樣進(jìn)入保護(hù)器，具有保護(hù)精度高、反應(yīng)速度快和可靠性高的特點(diǎn)，能夠完成過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、漏電、超溫和三相不平衡等保護(hù)功能，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有模擬漏電和短路試驗(yàn)功能，可以進(jìn)行零序方向角、總有功功率和功率因數(shù)的計(jì)算，并且還可以進(jìn)行組網(wǎng)通訊。智能保護(hù)器RPC2701的輸入和輸出通道包括8路DI、6路DO和1路電壓型AI，不需要通道擴(kuò)展，就可以滿足饋電開(kāi)關(guān)的保護(hù)功能，不僅成本低，而且穩(wěn)定性高。智能保護(hù)器RPC2701的正面外觀如圖1所示。

圖1 智能保護(hù)器RPC2701的外觀

智能保護(hù)器RPC2701可以直接采集三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、系統(tǒng)電壓和絕緣電阻等信號(hào)。在使用時(shí)，不需要將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行采樣，而是直接對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行交流采樣，即直接將交流信號(hào)送入智能保護(hù)器RPC2701的模擬量輸入通道，從而實(shí)現(xiàn)交流采樣。智能保護(hù)器RPC2701根據(jù)采集到的交流信號(hào)來(lái)控制斷路器的合閘與分閘。智能保護(hù)器RPC2701的內(nèi)部采用DSP芯片，漏電保護(hù)動(dòng)作和短路保護(hù)動(dòng)作通過(guò)功能塊進(jìn)行立即輸出，在信號(hào)采集和故障發(fā)生時(shí)，大大縮短了執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間，分支開(kāi)關(guān)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間小于30ms，總開(kāi)關(guān)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間小于200ms。系統(tǒng)還增加了根據(jù)電網(wǎng)分布電容的大小和電網(wǎng)電壓的高低來(lái)自動(dòng)整定選擇性漏電的保護(hù)特性和動(dòng)作參數(shù)的功能，提高了保護(hù)系統(tǒng)的智能性。此外，在保護(hù)系統(tǒng)中，還采用了工業(yè)觸摸屏技術(shù)，建立了良好的人機(jī)界面，提高了開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性。在工業(yè)觸摸屏上，可以顯示開(kāi)關(guān)的合閘與分閘、電網(wǎng)的絕緣狀態(tài)、動(dòng)作整定值和開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。在故障發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)記錄并跳閘，并顯示故障參數(shù)和故障狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人或設(shè)備的保護(hù)，大大提高了判斷故障和排除故障的效率。

漏電保護(hù)裝置是智能保護(hù)器RPC2701的核心部分，由硬件和軟件兩個(gè)部分組成。硬件主要包括各種監(jiān)測(cè)與控制電路，即開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)、三相電壓檢測(cè)、三相電流檢測(cè)、附加直流電源電壓檢測(cè)、回路絕緣電阻檢測(cè)、斷路器輸出控制功能等。此外，控制電路在軟件的配合下，還可以完成觸摸屏畫(huà)面切換顯示實(shí)時(shí)信息、按鍵處理、故障記憶和查詢等功能。

為了解決漏電保護(hù)裝置對(duì)響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性要求，按照用戶的需要，北京藍(lán)普鋒科技有限公司能夠?yàn)橛脩籼峁┸浖陀布挠喼品?wù)。在軟件方面，開(kāi)放了智能保護(hù)器RPC2701程序的源代碼，將漏電保護(hù)和短路保護(hù)等功能制作成庫(kù)文件，直接方便用戶使用。在硬件方面，省去了信號(hào)的變送裝置，智能保護(hù)器RPC2701可以直接進(jìn)行交流采樣，提高了采樣速度，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)動(dòng)作的快速性和穩(wěn)定性。智能保護(hù)器RPC2701能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集和處理，能夠滿足井下漏電保護(hù)裝置保護(hù)人身安全的要求，從而達(dá)到保護(hù)人身安全的目的。

3 基于智能保護(hù)器RPC2701的礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)

在煤礦井下三相中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)中，礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)可以作為井下配電系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)或分支開(kāi)關(guān)來(lái)使用，也可以作為大容量電動(dòng)機(jī)在不頻繁起動(dòng)時(shí)的控制裝置來(lái)使用。煤礦井下三相交流電的工作頻率為50Hz，額定電壓為660V或1140V，額定電流為50A至1000A。本文采用饋電開(kāi)關(guān)專用智能保護(hù)器RPC2701作為礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的保護(hù)器，滿足漏電保護(hù)裝置對(duì)快速性和穩(wěn)定性的要求，可以完成礦井低壓電網(wǎng)的二級(jí)選擇性漏電保護(hù)、對(duì)稱短路保護(hù)、不對(duì)稱短路保護(hù)、斷相保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)等功能。

3.1 礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的操作界面

專用智能保護(hù)器RPC2701通過(guò)RS-232串行通訊口與觸摸屏HMI進(jìn)行通訊，并預(yù)留RS-485串行通訊口與上一級(jí)通訊分站進(jìn)行通訊。礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的操作界面如圖2所示。

圖2 礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的操作界面

3.2 礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的電路設(shè)計(jì)

礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的漏電保護(hù)系統(tǒng)由兩部分組成，其中一部分是基于附加直流檢測(cè)的總漏電保護(hù)系統(tǒng)，另外一部分是基于零序電流方向判斷的分支漏電保護(hù)系統(tǒng)。該漏電保護(hù)系統(tǒng)既可以完成井下低壓電網(wǎng)單相漏電時(shí)橫向選擇性和縱向選擇性功能，又能夠保證電網(wǎng)對(duì)稱漏電時(shí)保護(hù)動(dòng)作的穩(wěn)定性，使饋電開(kāi)關(guān)既可靠又安全。礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的電氣原理圖如圖3所示。

3.2.1 基于附加直流檢測(cè)的總漏電保護(hù)系統(tǒng)

附加直流電源檢測(cè)式漏電保護(hù)原理示意圖如圖3所示，主要由三相電抗器及同步變壓器T3、零序電抗器及零序變壓器T2、電阻電容組成的濾波回路、直流電源組成。通過(guò)模塊RL通道附加的直流電源檢測(cè)電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻的變化。當(dāng)直流電壓一定時(shí)，檢測(cè)的電阻值變化。當(dāng)絕緣電阻下降到表1規(guī)定的動(dòng)作值時(shí)，PLC程序調(diào)用中斷進(jìn)行立即輸出，使繼電器動(dòng)作，其常開(kāi)觸點(diǎn)接通饋電開(kāi)關(guān)的分勵(lì)脫扣線圈，使開(kāi)關(guān)跳閘，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)，并通過(guò)液晶顯示屏將對(duì)地電阻值直觀地顯示出來(lái)。附加直流電源檢測(cè)式漏電保護(hù)系統(tǒng)具有保護(hù)全面和動(dòng)作無(wú)死區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，但也具有動(dòng)作無(wú)選擇性和動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。對(duì)于1140V等級(jí)，1K的漏電動(dòng)作時(shí)間不大于30ms。
表1 動(dòng)作電阻值

圖3 礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)的電氣原理圖

3.2.2 零序功率方向式選擇性漏電保護(hù)

礦用低壓防爆饋電開(kāi)關(guān)的選擇性漏電保護(hù)是指當(dāng)?shù)V井低壓電網(wǎng)某條支路的某一相發(fā)生人身觸電、或單相對(duì)地放電、或單相對(duì)地泄漏電流時(shí)，能及時(shí)檢測(cè)出漏電故障并作用于跳閘，有選擇性地只切斷故障線路，保證非故障線路安全運(yùn)行的保護(hù)設(shè)施。當(dāng)電網(wǎng)非對(duì)稱性漏電時(shí)，由取樣電路分別從電網(wǎng)中取出零序電壓U0和各支路的零序電流I0信號(hào)，如圖3所示，經(jīng)放大整形后，由相位比較電路來(lái)判斷故障支路，再判斷是否達(dá)到門檻值，最后啟動(dòng)執(zhí)行電路，切斷故障支路的電源，實(shí)現(xiàn)有選擇性的漏電保護(hù)。零序功率方向式選擇性漏電保護(hù)具有很強(qiáng)的橫向選擇性，即有選擇性地進(jìn)行漏電保護(hù)，不會(huì)像檢漏繼電器那樣，一旦電網(wǎng)某處發(fā)生漏電就引起整個(gè)電網(wǎng)總停電、采區(qū)全停產(chǎn)。但也有缺點(diǎn)或局限性，它對(duì)三相同時(shí)漏電是無(wú)法檢測(cè)與保護(hù)的，不能對(duì)三相對(duì)稱性漏電故障進(jìn)行保護(hù)。零序功率方向式選擇性漏電保護(hù)的缺點(diǎn)是原理性和先天性的，選擇性漏電保護(hù)設(shè)備本身無(wú)法克服。所以低壓饋電開(kāi)關(guān)的選擇性漏電保護(hù)都必須與附加直流電源檢測(cè)式漏電保護(hù)配合使用。目前，煤礦井下支路開(kāi)關(guān)所使用的智能型饋電開(kāi)關(guān)，例如KBZ12-400，就是利用了零序功率方向式漏電保護(hù)原理。

圖4所示為1臺(tái)總開(kāi)關(guān)和4臺(tái)分開(kāi)關(guān)的配置?？傞_(kāi)關(guān)漏電保護(hù)采用附加直流電源檢測(cè)式漏電保護(hù)原理，使分開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)，而總開(kāi)關(guān)又可以作為分開(kāi)關(guān)的后備保護(hù)。如果某臺(tái)分開(kāi)關(guān)對(duì)地電阻值低于漏電動(dòng)作值時(shí)，則該臺(tái)分開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘動(dòng)作，而其它分開(kāi)關(guān)和總開(kāi)關(guān)仍然能夠正常工作。

圖4 總開(kāi)關(guān)和分開(kāi)關(guān)的配置

4 結(jié)語(yǔ)

基于智能保護(hù)器RPC2701的礦用隔爆型真空饋電開(kāi)關(guān)在現(xiàn)場(chǎng)使用至今，達(dá)到了漏電保護(hù)的快速性和穩(wěn)定性的要求，沒(méi)有出現(xiàn)系統(tǒng)死機(jī)或斷路器誤動(dòng)作等故障，得到了用戶的好評(píng)。智能保護(hù)器RPC2701完成了饋電開(kāi)關(guān)的過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電閉鎖、漏電保護(hù)、選擇性漏電保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、瓦斯閉鎖、風(fēng)電閉鎖、功率計(jì)量、通訊組網(wǎng)等多種功能。在故障發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)記錄故障狀態(tài)并切斷電源，保護(hù)了人或設(shè)備的安全。

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