專利名稱：It分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電網(wǎng)故障檢測、安全保護領(lǐng)域，具體涉及中性點不直接接地的IT分組 電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工礦低壓電網(wǎng)通常是由變壓器低壓側(cè)的一組出線接一臺總開關(guān)，然后接并列的多 臺分開關(guān)引出多路并聯(lián)的饋出線，形成兩級至三級樹狀配電網(wǎng)。但隨著煤礦井下綜合機械 化和大型機組的應(yīng)用與發(fā)展，井下干式變壓器(KBSG和KBSGZY)不但容量大增(達500KVA、 630KVA)，而且變壓器低壓側(cè)不再是一組弓l出線，而是同時引出2組至4組出線，需接2臺至 4臺總開關(guān)，再由這些并列的總開關(guān)接到各自的并列分開關(guān)，形成各自的母線和饋出干線， 并且每條干線的沿線或終端又接多個支路開關(guān)，引出許多支線電纜，從而直觀上形成支線、 干線和母線三級供配電系統(tǒng)；但從繼電保護上說，這種特殊低壓電網(wǎng)縱向應(yīng)分為四級，因為 這里的"母線"并非唯一，而是有2條至4條，它們都直聯(lián)變壓器二次低壓繞組，相互并聯(lián)， 顯然這2條至4條并列"母線總開關(guān)"的電源側(cè)還需設(shè)置總后備繼電保護，由于低壓側(cè)無法 設(shè)置"總后備保護總開關(guān)"，所以這種"總后備保護"只能通過變壓器高壓側(cè)的電源開關(guān)來切 除故障。因此，從礦井低壓電網(wǎng)選擇性漏電保護的研究領(lǐng)域上說，這里將這種電網(wǎng)選漏保護 叫做"IT分組電網(wǎng)四級選漏系統(tǒng)"。 申請人:曾于2009年8月29日，在自己所取得的先期研究成果與三項發(fā)明專 利ZL02110176. 7， ZL200510042067. 2和ZL200510044820. 1的基礎(chǔ)上，提出申請?zhí)枮?200910018328. 5的發(fā)明專利申請"工礦低壓電網(wǎng)縱橫向時序鑒別綜合選漏模塊"，此發(fā)明專 利申請已于2010年2月10日公布。此項研究成果已作為核心器件用于"礦井低壓漏電零 序基波時序鑒別保護裝置的研究與應(yīng)用"項目，該保護裝置已投入實際應(yīng)用，并于2009年 12月23日通過專家鑒定。 該專利申請旨在研究解決礦井低壓縱向兩級橫向6路選擇性漏電保護中多個技 術(shù)難題，主要創(chuàng)新點是"不僅能把漏電故障按性質(zhì)區(qū)分為單相集中性漏電和三相對稱分散 性漏電，而且能把單相集中性漏電再分解為各饋出線上發(fā)生的和母線上發(fā)生的，并在有零 序電抗器補償?shù)牡蛪弘娋W(wǎng)實現(xiàn)人體觸及低壓母線時總開關(guān)跳閘不超過30mA S安全值，觸 及分路饋出線時能在30ms內(nèi)發(fā)跳閘命令"。 然而，該專利申請200910018328. 5只適用于總開關(guān)和分開關(guān)都設(shè)置在同一變電 峒室的兩級保護的低壓電網(wǎng)，而無法解決本申請?zhí)岢龅?IT分組電網(wǎng)四級選漏系統(tǒng)"功能要 求和技術(shù)指標。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明在上述ZL02110276. 7、 ZL200510042067. 2和 ZL200510044820. 1三項發(fā)明專利及已公開的申請?zhí)枮?00910018328. 5發(fā)明專利申請基礎(chǔ) 上，提供一種IT分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)，包括三級綜合選漏保護裝置和支路選漏保護器，不僅保證離散的各支路饋電開關(guān)內(nèi)的支路選漏保護器在有零序電抗器補償?shù)牡蛪?電網(wǎng)人身觸及支路時能在30ms內(nèi)發(fā)跳閘命令，而且保證人身觸及包括該組母線及所屬各 路干線在內(nèi)的低壓母線開關(guān)負荷側(cè)的任何地方，三級綜合選漏保護裝置都能在100ms內(nèi)給 干線開關(guān)或母線開關(guān)有選擇性地發(fā)出跳閘命令，實現(xiàn)有選擇性的快速漏電保護，從而對于 帶零序電抗器補償?shù)?60V及以下電壓級電網(wǎng)，可以保證30mA *S安全值內(nèi)就近切斷故障線 路與電源的聯(lián)系；而作為四級選漏的總后備保護，對于人身觸電或單相經(jīng)1KQ接地漏電的 保護動作發(fā)跳閘命令的時間不超過400ms，該總后備保護還同時擔(dān)負單相高阻接地和三相 對稱性漏電的保護，但動作時間相對長些，與阻值對應(yīng)；還有分母線后備保護，作為所屬干 線和支線上人身觸電或單相經(jīng)1KQ接地的后備保護，動作時間在300ms內(nèi)。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種IT分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)，包含有三級綜合選漏保護裝置和支路 選漏保護器，所述三級綜合選漏保護裝置包含有三級綜合選漏保護模塊及外圍接線電路， 設(shè)置于變電峒室內(nèi)用以實現(xiàn)對包括干線、分母線和總后備三級的選擇性漏電保護，每組分 母線及所屬干線配置一個；所述支路選漏保護器包含有支路選漏保護模塊及外圍接線電 路，設(shè)置于各支路饋電開關(guān)內(nèi)用以實現(xiàn)對各支路的選擇性漏電保護，每個支路饋電開關(guān)內(nèi) 配置一個。 所述三級綜合選漏保護模塊包含有零序電壓u。、各干線零序電流iQ1 i吣絕緣 電阻動作值直流檢測信號U『分組母線零序電流i。fm和三級綜合選漏時序鑒別器，將上述 電流信號分別分解為正負半波再經(jīng)過濾波、鑒幅、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到1。 +、 1。 -、 1。1+、 Im-…I。n+、 I。n-，將零序電壓u。分為兩組，每組分別分解為正負半波再經(jīng)過濾波、移 相、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到U。jl+、 UQjl—、 U。j2+、 U。j2—，將上述得到的電流信號、電壓 信號及絕緣電阻動作值直流檢測信號UM輸入三級綜合選漏時序鑒別器，所述三級綜合選 漏時序鑒別器內(nèi)部設(shè)置有總后備保護"ZHBTZ"、分母線接地保護"FMXJD"、分母線后備保護 "FMXHB"和各干線選漏保護"GXLB"，分別用于驅(qū)動跳閘TZ、驅(qū)動LED和驅(qū)動計算機接口 。
所述支路選漏保護模塊包含有零序電壓u。、零序電流i。、絕緣電阻動作值直流檢 測信號UDZ和支路選漏時序鑒別器，零序電壓u。分為三組，每組再分正負半波，分別經(jīng)濾波、 移相、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到U,、U, 、UW2+、UW2—、U,、U,，零序電流i。分解為 正負半波再經(jīng)濾波、鑒幅、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到1。+、 1?！^緣電阻動作值直流 檢測信號UDZ經(jīng)濾波、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到UDZ，將上述得到的U。jl+、 UQjl—、 UW2+、 U。J2—、 UW3+、UW3—、I。+、I?！癠。z輸入支路選漏時序鑒別器，支路選漏時序鑒別器設(shè)有三個輸出信號， 分別用于驅(qū)動跳閘TZ、驅(qū)動LED及備用BY。
本發(fā)明具有如下積極效果 (1)、與通常二級選漏系統(tǒng)相比，本方案新增了支路級選漏保護功能，當(dāng)支路上發(fā) 生人身觸電或單相漏電故障時能迅速地由最近的支路開關(guān)跳閘，不僅避免了二級選漏系統(tǒng) 中由遠在變電峒室的饋出線(干線)開關(guān)切斷電源、擴大停電范圍，故障排除后、還要專程 去合閘送電的麻煩；而且在有零序電抗器補償?shù)臈l件下，現(xiàn)在的支路選漏器人身觸電的動 作時間小于30ms，比部標JB6314-1992規(guī)定的"《80ms"快了 50ms，對保證人身觸電安全具 有顯著效益。 (2)、與申請?zhí)?00910018328. 5提供的二級綜合選漏保護相比，本發(fā)明雖增加了支路級選漏保護功能，但干線和分組母線上發(fā)生人身觸電或單相經(jīng)1KQ接地的保護動作
發(fā)跳閘命令的時間仍在100ms以內(nèi)，而若按JB6314-1992之規(guī)定，級間應(yīng)設(shè)200 250ms時
差以免縱向越級誤動，則干線和分母線人身觸電保護動作時間應(yīng)分別設(shè)為300ms和500ms，
可見本發(fā)明對保證人身觸電安全和避免瓦斯煤塵爆炸，具有重大意義。 (3)、本發(fā)明的總后備保護不僅保證了支線、干線和分組母線三級縱、橫向選擇性
漏電保護的實現(xiàn)，而且解決了變壓器二次繞組與這些并聯(lián)母線總開關(guān)之間的選漏保護難
題，同時解決三相對稱性漏電故障的保護，對保障礦井安全生產(chǎn)尤其對大型礦井與特大型
礦井主采區(qū)或高產(chǎn)采煤工作面的供電安全和連續(xù)生產(chǎn)具有重大意義。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖； 圖2為本發(fā)明三級綜合選漏保護模塊原理示意圖；
圖3為為本發(fā)明三級綜合選漏保護模塊外圍接線示意圖；
圖4本發(fā)明支路選漏保護模塊原理示意圖；
圖5為本發(fā)明支路選漏保護模塊外圍接線示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述 如圖1所示，針對"IT分組電網(wǎng)四級選漏系統(tǒng)"中支路開關(guān)離散設(shè)置、各組分母線
開關(guān)和相應(yīng)的干線分路開關(guān)設(shè)置于變電峒室內(nèi)、變壓器低壓線圈及2至4組引出線的總后
備保護需借助變壓器高壓側(cè)電源開關(guān)等具體情況，本發(fā)明包含有三級綜合選漏保護裝置和
支路選漏保護器，所述三級綜合選漏保護裝置包含有三級綜合選漏保護模塊及外圍接線電
路，設(shè)置于變電峒室內(nèi)用以實現(xiàn)對包括干線、分母線和總后備三級的選擇性漏電保護，每組
分母線及所屬干線配置一個；所述支路選漏保護器包含有支路選漏保護模塊及外圍接線電
路，設(shè)置于各支路饋電開關(guān)內(nèi)用以實現(xiàn)對各支路的選擇性漏電保護，每個饋電開關(guān)內(nèi)配置 一個。 本發(fā)明中零序電壓u。和零序電流i。的提取方法與ZL200510042067. 2類同，略有 改進；漏電故障判選原理采用零序基波時序鑒別與附加直流電源檢測相結(jié)合的方法；為了 限制單相接地漏電電流，還采用ZL200510044820. 1提出的零序電抗器分散補償方法。
如圖2所示，三級綜合選漏保護模塊與申請?zhí)枮?00910018328. 5的專利說明書 附圖1 "縱橫向時序鑒別綜合選漏模塊"相似，創(chuàng)新點在于在二級系統(tǒng)基礎(chǔ)上，"三級綜合選 漏保護模塊"的特點，一是新增了分母線零序電流信號i。FM輸入與處理電路，然后將信號引 入"三級綜合選漏時序鑒別器"；二是將對應(yīng)于二級系統(tǒng)稱分路饋出線的漏電保護定義為干 線選漏保護"GXLB"，擔(dān)任干線上人身觸電和單相經(jīng)1KQ漏電的主保護，兼干線下屬各支路 人身觸電或單相經(jīng)1KQ漏電的后備保護，該保護"GXLB"動作時間，由二級系統(tǒng)饋出線的 "《30ms"改為GXLB的"《100ms";三是將二級系統(tǒng)的母線接地保護改為分母線接地保護 "FMXJD"，指人身觸及分母線范圍的快速保護，動作時間也是"《100ms";四是將對應(yīng)于分 組母線開關(guān)處的分母線后備保護"FMXHB"定義為所屬干線人身觸電和單相漏電的近后備保 護，兼下屬支路人身觸電或單相漏電的遠后備保護，動作時間《300ms ;五是新增總后備保護"ZHBTZ"，擔(dān)任系統(tǒng)三相對稱漏電故障的主保護和支線、干線、分組母線上人身觸電和單 相漏電的總后備保護，動作時間《400ms。 綜合圖2和圖3，三級綜合選漏保護模塊的結(jié)構(gòu)原理如下 (1)、將從圖3的三相電抗器SKO中性點對地經(jīng)電容CO隔直、變壓器TCO降壓取出 的零序電壓u。接入圖1后分為兩組，每一組又分為正半波和負半波兩部分，分別經(jīng)過濾波、 移相、整形、光耦等"信號處理電路"取得4個基準電壓方波信號U。j,+、U。j卜、U。j2+、U。j2—。
(2)、將從圖3中各干線零序電流互感器CT 二次側(cè)取出的零序電流信號iQ1、i。2、 i。n接入圖1，然后各分為正半波和負半波兩部分，并分別經(jīng)濾波、鑒幅、整形、光耦等"信號 處理電路"取得基準方波信號1。1+、 1。卜、1。2+、 1。2—、…I。n+、 I。n—等。 (3) 、UDZ是藉助傳統(tǒng)的附加直流電源法由圖3中"絕緣監(jiān)視附加直流電源盒"取得 到的，反映電網(wǎng)對地絕緣水平的"絕緣電阻動作值"信號，經(jīng)濾波、光耦等信號處理(圖2中 未畫出)，仍記為U。z。 (4)、從圖3中分組母線上的零序電流互感器二次取出的分母線零序電流1。 接 入圖1后再分解為正負半波再經(jīng)過濾波、鑒幅、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到1。 +和
loFM-o (5)將上述得到的U肌+、U。j卜、U。j2+、U。j2—、I。1+、I01—、1。2+、1。2—、…I。n+、I。n—、I固+、I固—以 及UDz等輸入信號輸入三級綜合選漏時序鑒別器，經(jīng)過該三級綜合選漏時序鑒別器內(nèi)部的 邏輯運算、分析和判斷，將故障鑒別結(jié)果輸出。 (6)三級綜合選漏時序鑒別器將輸出信號分別設(shè)置為干線跳閘信號GXTZp GXTZ2*"GXTZn，分母線跳閘信號FMXTZ，總后備跳閘信號ZHBTZ ;干線選漏保護計算機接口 GXLB1J、 GXLB2J…GXLBnJ，分母線接地漏電計算機接口信號FMXJDJ，三相對稱漏電計算機 接口 SXLDJ，分母線后備保護計算機接口信號FMXHBJ ;干線選漏保護LED燈光指示GXLB1L、 GXLB2L、…GXLBnL，分母線接地漏電LED指示信號FMXJDL，三相對稱漏電保護動作LED指 示信號SXLDJ，分母線后備保護LED指示信號FMXHBL。 如圖4所示，支路選漏保護模塊與ZL200510042067. 2中的選漏保護器類似，創(chuàng)新 點在于在原有"低壓電網(wǎng)時序鑒別選漏保護器"的基礎(chǔ)上將零序電壓基準信號由以前的一 組兩個U。J1+和UW1—，增加到三組六個，新增UW2+和U。J2—、 U。J3+和UW3—，從而使每周期20ms內(nèi) 對漏電故障的檢測次數(shù)由2次增加到6次，使支路上人身觸電或單相經(jīng)1KQ接地的保護動 作發(fā)跳閘命令的時間由以前"《80ms"(對應(yīng)于帶零序電抗補償?shù)牡V井低壓電網(wǎng)的行業(yè)標 準JB6314-1992規(guī)定的時間)縮短為"《30ms"，實現(xiàn)帶零序電抗器補償?shù)牡蛪弘娋W(wǎng)支路饋 出開關(guān)的快速選漏保護。 綜合圖4和圖5，支路選漏保護模塊的結(jié)構(gòu)原理如下 (1)、將從三相電抗器SK中性點對地經(jīng)電容C隔直、變壓器T1 、T2降壓取出的零序
電壓u。分為3組，每一組又分為正半波和負半波兩部分，分別經(jīng)過濾波、移相、整形、光耦等
"信號處理電路"取得6個基準電壓方波信號U。J1+、 UW1—、 U。J2+、 U。J2—、 U。J3+、 Uqj3—。 (2)、將從各分路饋出線上安裝的零序電流互感器CT 二次回路取出的零序電流信
號i。分為正半波和負半波兩部分，并分別經(jīng)濾波、鑒幅、整形、光耦等"信號處理電路"取得
方波信號I。+、 I。—。 (3) 、 UDZ是藉助傳統(tǒng)的附加直流電源法檢測得到的，反映電網(wǎng)對地絕緣水平的"絕
6緣電阻動作值"信號，經(jīng)濾波、光耦等信號處理(圖2中未畫出)，仍記為U『 (4)將上述得到的U。J1+、 Uw—、 U。J2+、 U。J2—、 U。J3+、 U。J3—、 I。+、 I?！约癠DZ等輸入信號輸
入支路選漏時序鑒別器，支路選漏時序鑒別器設(shè)有三個輸出信號，分別用于驅(qū)動跳閘TZ、驅(qū)
動LED及備用BY，上述輸入信號經(jīng)過該模塊內(nèi)部的邏輯運算、分析和判斷，將故障鑒別結(jié)果輸出。 下面根據(jù)圖1所示的原理圖提供應(yīng)用本發(fā)明的五個相關(guān)具體實施例 1、用于煤礦井下660V/1140V的IT分組四級供配電系統(tǒng)，實現(xiàn)四級快速選漏保護。 2、用于煤礦井下1140V/3300V負荷中心，負荷中心同時具有1140V/3300V兩種配
電電壓，每種電壓的配出形式與圖l所示IT分組多級電網(wǎng)相似，因此每個負荷中心根據(jù)不
同需要配置不同數(shù)量的"三級綜合選漏保護模塊"和"支路選漏保護模塊"，以實現(xiàn)四級快速
選漏保護。 3、用于煤礦井下具有局部扇風(fēng)機需要專用變壓器、專用饋電開關(guān)和專用電纜以保證不間斷供電的"三專"供電場所，利用本發(fā)明提供的選漏保護系統(tǒng)的特殊功能，將采區(qū)變電所通常的礦用變壓器二次低壓側(cè)的一臺總開關(guān)改為兩臺并聯(lián)總開關(guān)，類似圖1中母線開關(guān)4與母線開關(guān)5，這新增的總開關(guān)及其饋出的電纜就作為"三專"中的"兩專"，由于有兩臺總開關(guān)分別實現(xiàn)多級選漏的總后備保護，專用變壓器可以省去，既保證了供電安全，又節(jié)省了專用變壓器購置費和所占用峒室空間。 4、用于煤礦井下通常的母線、干線、支線"三級"選漏系統(tǒng)，這時只需將本發(fā)明的總后備保護"ZhbTZ"功能合并到"FMXTZ"中即可，以實現(xiàn)三級快速選漏保護。
5、用于選煤廠、化工廠、石化、船舶的IT低壓三級配電網(wǎng)，用法與"4"類似，已實現(xiàn)低壓三級電網(wǎng)快速選漏保護。
權(quán)利要求
一種IT分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)，其特征在于，包含有三級綜合選漏保護裝置和支路選漏保護器，所述三級綜合選漏保護裝置包含有三級綜合選漏保護模塊及外圍接線電路，設(shè)置于變電峒室內(nèi)用以實現(xiàn)對包括干線、分母線和總后備三級的選擇性漏電保護，每組分母線及所屬干線配置一個；所述支路選漏保護器包含有支路選漏保護模塊及外圍接線電路，設(shè)置于各支路饋電開關(guān)內(nèi)用以實現(xiàn)對各支路的選擇性漏電保護，每個支路饋電開關(guān)內(nèi)配置一個。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IT分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)，其特征在于，所述三級 綜合選漏保護模塊包含有零序電壓u。、各干線零序電流iQ1 i。n、絕緣電阻動作值直流檢測信號U。z、分組母線零序電流i。FM和三級綜合選漏時序鑒別器，將上述電流信號分別分解為 正負半波再經(jīng)過濾波、鑒幅、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到I。FM+、 I。FM-、 1。1+、 1。卜…Ion+、 Ion—，將零序電壓U。分為兩組，每組分別分解為正負半波再經(jīng)過濾波、移相、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到u。jl+、 uQjl—、 u。j2+、 u。j2—，將上述得到的電流信號、電壓信號及絕緣電阻動作值直流檢測信號UM輸入三級綜合選漏時序鑒別器，所述三級綜合選漏時序鑒別器內(nèi)部設(shè)置有總后備保護"ZHBTZ"、分母線接地保護"FMXJD"、分母線后備保護"FMXHB"和各干線 選漏保護"GXLB"，分別用于驅(qū)動跳閘TZ、驅(qū)動LED和驅(qū)動計算機接口 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IT分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)，其特征在于，所述支路 選漏保護模塊包含有零序電壓u。、零序電流i。、絕緣電阻動作值直流檢測信號UDZ和支路選 漏時序鑒別器，零序電壓u。分為三組，每組再分正負半波，分別經(jīng)濾波、移相、整形、光耦等 環(huán)節(jié)的信號處理，得到Uwl+、 UW1—、 UW2+、 UW2—、 UW3+、 UW3—，零序電流i。分解為正負半波再經(jīng)濾 波、鑒幅、整形、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到I。+、 I?！?，絕緣電阻動作值直流檢測信號U^經(jīng) 濾波、光耦等環(huán)節(jié)的信號處理，得到U。z，將上述得到的U。jl+、 UQjl—、 UW2+、 UW2—、 UW3+、 UW3—、 I。+、 I?！癠DZ輸入支路選漏時序鑒別器，支路選漏時序鑒別器設(shè)有三個輸出信號，分別用于驅(qū)動 跳閘TZ、驅(qū)動LED及備用BY。
全文摘要
本發(fā)明在ZL02110276.7、ZL200510042067.2和ZL200510044820.1三項發(fā)明專利及已公開的申請?zhí)枮?00910018328.5發(fā)明專利申請基礎(chǔ)上，公開了一種IT分組電網(wǎng)四級選漏快速保護系統(tǒng)，包含有沒有任何通訊聯(lián)系的三級綜合選漏保護裝置和各支路選漏保護器，在有零序電抗器補償?shù)牡蛪弘娋W(wǎng)，不僅保證離散的各支路開關(guān)內(nèi)的支路選漏保護器在人身觸及支路時能在30ms內(nèi)發(fā)跳閘命令，而且保證人身觸及包括該組母線及所屬各路干線在內(nèi)的低壓母線開關(guān)負荷側(cè)的任何地方，三級綜合選漏保護裝置都能在100ms內(nèi)給干線開關(guān)或母線開關(guān)有選擇性地發(fā)出跳閘命令，實現(xiàn)快速準確的漏電保護，對于660V及以下電壓的低壓電網(wǎng)能保證人身觸電在30mA·S安全值內(nèi)就近切斷故障線路。
文檔編號H02H3/32GK101789581SQ201010140290
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者付英, 傅桂興 申請人:傅桂興