為了保證煤礦井下源源不斷地有電流輸入，煤礦工人往往會(huì)在井下布置電網(wǎng)。在整個(gè)電網(wǎng)中，動(dòng)力電纜承擔(dān)著輸送電能的作用。但是，由于礦井下往往有各種不利的環(huán)境因素，這些因素極可能導(dǎo)致動(dòng)力電纜發(fā)生漏電的情況。而電纜的漏電會(huì)在短時(shí)間導(dǎo)致電纜短路，甚至產(chǎn)生煤塵爆炸或者瓦斯爆炸的嚴(yán)重后果。因此，本文將研究一套檢測(cè)電纜是否漏電的有效方法。
現(xiàn)實(shí)中，礦井下時(shí)常出現(xiàn)電纜漏電的情況。由于電纜漏電最終可能引發(fā)煤塵或者瓦斯爆炸的嚴(yán)重后果，所以煤礦工人往往很重視漏電的保護(hù)。目前，漏電保護(hù)工程是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工程。因此，本文將針對(duì)電纜漏電的不良現(xiàn)狀，提出一套自適應(yīng)的保護(hù)方案。同時(shí)，本文將搭建一套完善的仿真系統(tǒng)來實(shí)際檢測(cè)電纜是否有漏電情況的發(fā)生。
1、當(dāng)下電纜漏電檢測(cè)方法存在的缺陷
目前，各家煤礦企業(yè)都會(huì)在煤礦井下布置一套供電系統(tǒng)。在這套供電系統(tǒng)中，接地的方法無非有以下三種：一是高阻接地的方法；二是完全不接地的方法；三是經(jīng)消弧線圈的方法。尤其是經(jīng)消弧線圈這種接地方法更是被廣大煤礦企業(yè)所采用。當(dāng)前，煤礦企業(yè)在對(duì)煤礦井下做漏電保護(hù)的時(shí)候，通常會(huì)利用功率保護(hù)或者電流保護(hù)這兩種方法中的一種。但是，無論是哪一種保護(hù)方法都不大適應(yīng)經(jīng)消弧線圈這種接地方法。因此，本文將針對(duì)漏電保護(hù)的缺陷，提出一套自適應(yīng)的保護(hù)方案，并搭建一套完善的仿真系統(tǒng)來實(shí)際檢測(cè)漏電的情況[1]。
2、自適應(yīng)的漏電保護(hù)方案
2.1消弧線圈金屬性單相接地分析
根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況得知，目前我國(guó)的煤礦井下的供電方式絕大多數(shù)采用的是中性點(diǎn)消弧線圈接地方式，其中最為典型的是10kv放射式動(dòng)力電纜供電系統(tǒng)，
我們不妨假設(shè)如果系統(tǒng)中的第3條支路出現(xiàn)單相接地的情況，那么我們可得知系統(tǒng)中的非故障支路的零序電流都會(huì)朝著故障點(diǎn)流向，則第2條故障支路零序電流就等于其他沒有出現(xiàn)故障支路的電流之和，那么進(jìn)一步的得到故障電流Id=I0+I1+I2+I3+IL=jU0（3wC∑-1/（wL）），其中w為角頻率，C∑為電容和，U0線路相電壓[2]。
如果當(dāng)3wC∑和1/（wL）相等時(shí)，即IL和I C∑是相同的，即就是我們所說的完全補(bǔ)償，處于完全補(bǔ)償時(shí)如果直接熄滅電弧則有利于整個(gè)供電系統(tǒng)，但是在該時(shí)如果出現(xiàn)一相斷線或者是電容不全部相同則極有可能引起串聯(lián)諧振，那么就會(huì)直接導(dǎo)致中性點(diǎn)出現(xiàn)高電位，這對(duì)系統(tǒng)將帶來極大的危險(xiǎn)，所以通常都不采取完全補(bǔ)償。除了上述情況還有當(dāng)3wC∑大于1/（wL）和當(dāng)3wC∑小于1/（wL），前者為過補(bǔ)償，后者為欠補(bǔ)償，過補(bǔ)償?shù)娜毕菰谟谖覀儫o法利用功率方向來判斷故障電路，并且過補(bǔ)償不大時(shí)，我們也很難利用電流大小來查找故障線路，后者的故障線路和非故障線路零序電流的方向正好相反，所以在此時(shí)我們就可以利用零序功率方向保護(hù)原理來進(jìn)行漏電保護(hù)，讓消弧線圈處于欠補(bǔ)償狀態(tài)并隨著系統(tǒng)電容的變化而變化，那么能夠保證供電系統(tǒng)能夠保持一個(gè)較好的狀態(tài)，能夠有效的提高漏電保護(hù)的可靠性與靈敏性[3]。
2.2確定消弧線圈補(bǔ)償抽頭
通過實(shí)踐得知，當(dāng)供電系統(tǒng)的電容出現(xiàn)變化時(shí)，調(diào)節(jié)消弧線圈抽頭來改變電感值，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電流變化較大的情況，即非故障支路零序電流變化比較小，而接地故障線路零序電流變化較大。如果這時(shí)消弧線圈處于了欠補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)，一旦出現(xiàn)單相接地故障，上述也提到故障線路和非故障線路零序電流的方向正好相反，這時(shí)利用零序功率方向保護(hù)原理來進(jìn)行漏電保護(hù)對(duì)系統(tǒng)創(chuàng)造出一個(gè)有利的環(huán)境。根據(jù)這一特點(diǎn)，我國(guó)對(duì)于煤礦井下供電也做出了一定的規(guī)定，即井下供電系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地并且電流超過了20A，則必須要采取針對(duì)的措施將電流控制在20A以下，所以我們調(diào)節(jié)消弧線圈抽頭用以改變電感值，從而將電流控制在20A以下，并將消弧線圈補(bǔ)償電流分成了5個(gè)檔位，即我們常見的6、16、26、36、46A補(bǔ)償檔位[4]。
2.3環(huán)境自適應(yīng)修正方法
眾所周知，環(huán)境因素對(duì)于電流的影響極大，如線路運(yùn)行的溫度和濕度，而煤礦井下的線路運(yùn)行環(huán)境極差，導(dǎo)致線路中的一些參數(shù)會(huì)出現(xiàn)較大的變化，如分布電容、對(duì)地電阻等，這些不確定的參數(shù)變化對(duì)漏電保護(hù)產(chǎn)出了極大的影響，如果能夠根據(jù)井下的環(huán)境進(jìn)行漏電保護(hù)調(diào)整，則對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行有極大的幫助，如表1是某煤礦井下的溫度和濕度的修正系數(shù)。
3、Matlab仿真檢測(cè)
以下就簡(jiǎn)單的說明一下Matlab 7對(duì)煤礦井下的電網(wǎng)漏電保護(hù)方案進(jìn)行仿真，在Matlab和Simulink的環(huán)境下利用電力系統(tǒng)工具建立起仿真的模型。
3.1仿真系統(tǒng)模型搭建
利用上述的工具建立起仿真系統(tǒng)模型，其中的電源采用的是Three-phase source模型，設(shè)置輸出的電壓為10.5kv，模型中的內(nèi)部接線方式選擇Y形聯(lián)結(jié)，線路選擇的Line1-Line3，所有線路都為Three-phase PI Section Line，線路的負(fù)荷采用的是Three-phase Series RLC Load模型，負(fù)荷的選擇為2、1、0.2MW，模型中的所有線路開始端都設(shè)置起Three-phase V-I Measurement三相電流與電壓測(cè)量模塊。由于本文主要采用的是欠補(bǔ)償?shù)姆绞?，如果是完全補(bǔ)償方式，我們可以計(jì)算出完全補(bǔ)償時(shí)的電感，然后對(duì)仿真模型進(jìn)行調(diào)試，最終選擇出消弧線圈電感設(shè)置的值[5]。
3.2漏電保護(hù)系統(tǒng)仿真
當(dāng)仿真系統(tǒng)的模型建立好后，對(duì)模型中的各參數(shù)先設(shè)置好，再選擇出仿真時(shí)間0.4s，最后啟動(dòng)仿真模型即可，通過仿真模型的仿真，利用示波器觀察仿真模型在不同條件下得到的零序電壓和零序電流波形，并采用正確格式進(jìn)行記錄，以方便對(duì)線路的檢測(cè)和判斷。
我們將仿真系統(tǒng)中的第3條條線路的A相短路接地，將故障設(shè)置的時(shí)間為0.04s開始，再點(diǎn)擊仿真按鈕，則會(huì)在示波器中得到以下的波形圖：
從上可以看出，我們選擇的第三條故障線路的波形出現(xiàn)了較大的改變，并且其相位也和沒有故障的線路有較為明顯的差異[6]。我們將仿真得到的零序電流和零序電壓載入到漏電保護(hù)分析程序當(dāng)中，漏電保護(hù)分析程度經(jīng)過判斷后，得出了以下的結(jié)論：
通過仿真結(jié)果得知，采用的欠補(bǔ)償方式對(duì)于線路的檢測(cè)能夠較為準(zhǔn)確的分析出發(fā)生故障的線路，并且判斷的時(shí)間較短，能夠快速的給人員提供檢測(cè)的數(shù)據(jù)和依據(jù)，所以選擇欠補(bǔ)償漏電保護(hù)方式是較為科學(xué)的方式?！?
對(duì)于煤礦井下的供電來說，由于線路運(yùn)行的環(huán)境極為惡劣，一旦出現(xiàn)漏電事故，后果不堪設(shè)想，所以漏電保護(hù)對(duì)于煤礦井下供電來說就顯得極為重要。本文就主要就分析了一種欠補(bǔ)償?shù)穆╇姳Ｗo(hù)方式，用以及時(shí)的檢測(cè)出煤礦井下出現(xiàn)故障的線路，從而確保煤礦井下活動(dòng)正常的開展。
