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關鍵字：饋電開關，漏電保護，智能保護器RPC2701，礦用電器，高可靠保護器
摘要：根據礦用隔爆型真空饋電開關的應用需求和電氣自動化控制技術的發展趨勢，本文介紹了基于智能保護器RPC2701的礦用隔爆型真空饋電開關的技術方案�，F場的應用情況表明，智能保護器RPC2701能夠很好地滿足饋電開關對漏電保護快速性和穩定性的要求。
資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進，運行穩定。歡迎聯系藍普鋒深入探討、交流。
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1 引言
為了保證煤礦井下安全供電，礦井供電系統普遍采用過流保護、漏電保護和接地保護等多種保護措施，其中漏電保護是防止人身觸電的重要措施。從安全的角度來考慮，無論采用哪種接地方式，高壓電網和低壓電網都必須安裝漏電保護裝置。漏電保護的目的是通過切斷電源來防止人身觸電危害和漏電電流引發的電氣事故。我國煤礦安全規程規定，礦井變電所高壓饋電線上應裝設選擇性的檢測漏電保護裝置，井下低壓饋電線上應裝設帶有漏電閉鎖的檢測漏電保護裝置。
2 智能保護器RPC2701性能介紹
針對煤礦井下工作環境惡劣而且電磁干擾較大的實際情況，北京藍普鋒科技有限公司專門為煤礦井下低壓電力設備研制開發了智能保護器RPC2701�；赑LC技術的智能保護器RPC2701是集成繼電保護、綜合測控和數據通信等多種功能于一體的高可靠PLC保護器，安裝在電力設備的防爆柜中，適用于380V、660V、1140V和3300V等各種電壓等級，滿足各種額定電流的饋電開關、啟動器、移動變壓器低壓頭、雙機雙速開關等礦用電力設備的需要。智能保護器RPC2701的控制和保護信號可以直接采樣進入保護器，具有保護精度高、反應速度快和可靠性高的特點，能夠完成過壓、欠壓、過載、短路、漏電、超溫和三相不平衡等保護功能，能夠對電網絕緣電阻進行監測，具有模擬漏電和短路試驗功能，可以進行零序方向角、總有功功率和功率因數的計算，并且還可以進行組網通訊。智能保護器RPC2701的輸入和輸出通道包括8路DI、6路DO和1路電壓型AI，不需要通道擴展，就可以滿足饋電開關的保護功能，不僅成本低，而且穩定性高。智能保護器RPC2701的正面外觀如圖1所示。
圖1 智能保護器RPC2701的外觀
智能保護器RPC2701可以直接采集三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、系統電壓和絕緣電阻等信號。在使用時，不需要將交流信號轉換為直流標準信號進行采樣，而是直接對交流信號進行交流采樣，即直接將交流信號送入智能保護器RPC2701的模擬量輸入通道，從而實現交流采樣。智能保護器RPC2701根據采集到的交流信號來控制斷路器的合閘與分閘。智能保護器RPC2701的內部采用DSP芯片，漏電保護動作和短路保護動作通過功能塊進行立即輸出，在信號采集和故障發生時，大大縮短了執行保護動作的時間，分支開關保護的動作時間小于30ms，總開關保護的動作時間小于200ms。系統還增加了根據電網分布電容的大小和電網電壓的高低來自動整定選擇性漏電的保護特性和動作參數的功能，提高了保護系統的智能性。此外，在保護系統中，還采用了工業觸摸屏技術，建立了良好的人機界面，提高了開關的穩定性。在工業觸摸屏上，可以顯示開關的合閘與分閘、電網的絕緣狀態、動作整定值和開關工作狀態。在故障發生時，可以及時記錄并跳閘，并顯示故障參數和故障狀態，進而實現人或設備的保護，大大提高了判斷故障和排除故障的效率。
漏電保護裝置是智能保護器RPC2701的核心部分，由硬件和軟件兩個部分組成。硬件主要包括各種監測與控制電路，即開關狀態檢測、三相電壓檢測、三相電流檢測、附加直流電源電壓檢測、回路絕緣電阻檢測、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面切換顯示實時信息、按鍵處理、故障記憶和查詢等功能。
為了解決漏電保護裝置對響應的快速性和穩定性要求，按照用戶的需要，北京藍普鋒科技有限公司能夠為用戶提供軟件和硬件的訂制服務。在軟件方面，開放了智能保護器RPC2701程序的源代碼，將漏電保護和短路保護等功能制作成庫文件，直接方便用戶使用。在硬件方面，省去了信號的變送裝置，智能保護器RPC2701可以直接進行交流采樣，提高了采樣速度，實現了保護動作的快速性和穩定性。智能保護器RPC2701能夠在規定的時間內實現對信號的采集和處理，能夠滿足井下漏電保護裝置保護人身安全的要求，從而達到保護人身安全的目的。
3 基于智能保護器RPC2701的礦用隔爆型真空饋電開關
在煤礦井下三相中性點不接地的供電系統中，礦用隔爆型真空饋電開關可以作為井下配電系統的總開關或分支開關來使用，也可以作為大容量電動機在不頻繁起動時的控制裝置來使用。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。本文采用饋電開關專用智能保護器RPC2701作為礦用隔爆型真空饋電開關的保護器，滿足漏電保護裝置對快速性和穩定性的要求，可以完成礦井低壓電網的二級選擇性漏電保護、對稱短路保護、不對稱短路保護、斷相保護、過載保護和過電壓保護等功能。
3.1 礦用隔爆型真空饋電開關的操作界面
專用智能保護器RPC2701通過RS-232串行通訊口與觸摸屏HMI進行通訊，并預留RS-485串行通訊口與上一級通訊分站進行通訊。礦用隔爆型真空饋電開關的操作界面如圖2所示。
圖2 礦用隔爆型真空饋電開關的操作界面
3.2 礦用隔爆型真空饋電開關的電路設計
礦用隔爆型真空饋電開關的漏電保護系統由兩部分組成，其中一部分是基于附加直流檢測的總漏電保護系統，另外一部分是基于零序電流方向判斷的分支漏電保護系統。該漏電保護系統既可以完成井下低壓電網單相漏電時橫向選擇性和縱向選擇性功能，又能夠保證電網對稱漏電時保護動作的穩定性，使饋電開關既可靠又安全。礦用隔爆型真空饋電開關的電氣原理圖如圖3所示。
3.2.1 基于附加直流檢測的總漏電保護系統
附加直流電源檢測式漏電保護原理示意圖如圖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。通過模塊RL通道附加的直流電源檢測電網對地絕緣電阻的變化。當直流電壓一定時，檢測的電阻值變化。當絕緣電阻下降到表1規定的動作值時，PLC程序調用中斷進行立即輸出，使繼電器動作，其常開觸點接通饋電開關的分勵脫扣線圈，使開關跳閘，實現漏電保護，并通過液晶顯示屏將對地電阻值直觀地顯示出來。附加直流電源檢測式漏電保護系統具有保護全面和動作無死區等優點，但也具有動作無選擇性和動作時間長等缺點。對于1140V等級，1K的漏電動作時間不大于30ms。
表1 動作電阻值
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電壓等級
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380V
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660V
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1140V
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動作阻值
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3.5kΩ
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11kΩ
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20kΩ
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圖3 礦用隔爆型真空饋電開關的電氣原理圖
3.2.2 零序功率方向式選擇性漏電保護
礦用低壓防爆饋電開關的選擇性漏電保護是指當礦井低壓電網某條支路的某一相發生人身觸電、或單相對地放電、或單相對地泄漏電流時，能及時檢測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行的保護設施。當電網非對稱性漏電時，由取樣電路分別從電網中取出零序電壓U0和各支路的零序電流I0信號，如圖3所示，經放大整形后，由相位比較電路來判斷故障支路，再判斷是否達到門檻值，最后啟動執行電路，切斷故障支路的電源，實現有選擇性的漏電保護。零序功率方向式選擇性漏電保護具有很強的橫向選擇性，即有選擇性地進行漏電保護，不會像檢漏繼電器那樣，一旦電網某處發生漏電就引起整個電網總停電、采區全停產。但也有缺點或局限性，它對三相同時漏電是無法檢測與保護的，不能對三相對稱性漏電故障進行保護。零序功率方向式選擇性漏電保護的缺點是原理性和先天性的，選擇性漏電保護設備本身無法克服。所以低壓饋電開關的選擇性漏電保護都必須與附加直流電源檢測式漏電保護配合使用。目前，煤礦井下支路開關所使用的智能型饋電開關，例如KBZ12-400，就是利用了零序功率方向式漏電保護原理。
圖4所示為1臺總開關和4臺分開關的配置�？傞_關漏電保護采用附加直流電源檢測式漏電保護原理，使分開關可以實現選擇性漏電保護，而總開關又可以作為分開關的后備保護。如果某臺分開關對地電阻值低于漏電動作值時，則該臺分開關瞬時跳閘動作，而其它分開關和總開關仍然能夠正常工作。
圖4 總開關和分開關的配置
4 結語
基于智能保護器RPC2701的礦用隔爆型真空饋電開關在現場使用至今，達到了漏電保護的快速性和穩定性的要求，沒有出現系統死機或斷路器誤動作等故障，得到了用戶的好評。智能保護器RPC2701完成了饋電開關的過載保護、短路保護、漏電閉鎖、漏電保護、選擇性漏電保護、欠壓保護、過壓保護、三相不平衡保護、瓦斯閉鎖、風電閉鎖、功率計量、通訊組網等多種功能。在故障發生時，能夠及時記錄故障狀態并切斷電源，保護了人或設備的安全。
參考文獻
[1] 胡天祿．礦井電網的漏電保護．北京：煤炭工業出版社．1987
[2] 朱安宏．程淑蓮．煤礦井下電網選擇性漏電保護原理．煤礦機電．2001
[3] 北京藍普鋒科技有限公司網站www.runpower.cn．2014
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