一、裝置簡(jiǎn)介

1.1 適用范圍 

MC C20系列礦用漏電保護(hù)裝置，是本公司針對(duì)礦井電網(wǎng)漏電頻繁、漏電定位困難、漏電放電無法預(yù)警等問題，自主創(chuàng)新研發(fā)的全新一代漏電保護(hù)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于非煤礦山井下380V～ 1140V、6kV/10kV電壓等級(jí)、中性點(diǎn)不接地或帶電抗補(bǔ)償接地的電壓系統(tǒng)，有效解決礦井電網(wǎng)漏電故障問題。 

1.2 產(chǎn)品功能 

1）選擇性漏電定位告警：裝置監(jiān)測(cè)到支路發(fā)生漏電故障后，會(huì)發(fā)送漏電線路告警信息至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。

2）漏電預(yù)警：支路發(fā)生故障前往往出現(xiàn)多次瞬時(shí)漏電現(xiàn)象，裝置設(shè)計(jì)了靈敏的啟動(dòng) 元件和可靠識(shí)別算法，能夠快速捕捉這類故障，為運(yùn)維檢修提供重要依據(jù)。

3）故障錄波：裝置記錄漏電故障波形，可利用專業(yè)錄波軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，了解每次故障時(shí)零序電壓和零序電流大小，持續(xù)時(shí)間，評(píng)估漏電嚴(yán)重程度。

4）后臺(tái)通訊：可同時(shí)配置計(jì)算機(jī)后臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和手機(jī)微信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)漏電情況，接收微信告警，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1) 暫態(tài)理論定位原理：裝置采用自適應(yīng)捕捉暫態(tài)零序電流特征頻帶原理，利用暫態(tài)電流持續(xù)時(shí)間短、信號(hào)強(qiáng)、不受電抗補(bǔ)償影響的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可靠監(jiān)測(cè)和定位。 

2) 暫態(tài)高頻采樣技術(shù)：裝置配置專用暫態(tài)高頻電流互感器和硬件高速采樣系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)、不失真地采集故障過程零序電流暫態(tài)信號(hào)。

3) 錄波數(shù)據(jù)自動(dòng)收集：礦井電網(wǎng)漏電故障頻繁，故障錄波文件是分析電網(wǎng)漏電故障的重要數(shù)據(jù)。每次故障結(jié)束后，裝置都會(huì)將錄波數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至監(jiān)控后臺(tái)。

4) 漏電狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)： 可定期統(tǒng)計(jì)分析電網(wǎng)各支路漏電次數(shù)、漏電程度，評(píng)估電網(wǎng)絕緣狀態(tài)，總體把握系統(tǒng)運(yùn)行情況，統(tǒng)籌檢修和運(yùn)維。 

二、技術(shù)原理 

2.1 應(yīng)用背景 

根據(jù)我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》第四百四十條規(guī)定，嚴(yán)禁井下配電變壓器中性點(diǎn)直接接地。嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器或者發(fā)電機(jī)直接向井下供電。

因此，目前我國(guó)礦井 380V~1140V、6kV/10kV低壓電網(wǎng)都采用了中性點(diǎn)不接地方 式。這類電網(wǎng)在發(fā)生漏電故障時(shí)，無法形成短路回路，漏電點(diǎn)流過的是整個(gè)電網(wǎng)的電容電流（也稱零序電流），電容電流大小跟電網(wǎng)電壓等級(jí)、電纜長(zhǎng)度和漏電電阻等參數(shù)有關(guān)。以380V系統(tǒng)為例，礦井電網(wǎng)對(duì)地電容范圍在0.22~1.0uF，支路相對(duì)地電容在 0.1~0.33uF，系統(tǒng)電容電流一般在數(shù)十毫安到幾安倍不等，數(shù)值較小。另外，在實(shí)際運(yùn)行中，礦井電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡，產(chǎn)生的零序電流甚至?xí)�超過漏電故障電流， 導(dǎo)致大多數(shù)傳統(tǒng)漏電保護(hù)產(chǎn)品檢測(cè)失效，保護(hù)可靠性降低，難以滿足運(yùn)行要求。 

針對(duì)漏電故障檢測(cè)難題，人們開展了各種理論研究，提出了多種解決方法，其中最具代表性的是西安交通大學(xué)張保會(huì)教授團(tuán)隊(duì)提出的暫態(tài)信號(hào)理論，該理論技術(shù)在實(shí)踐中也得到了最廣泛應(yīng)用。

2.2 暫態(tài)原理 

當(dāng)?shù)V井電網(wǎng)某處發(fā)生絕緣破壞產(chǎn)生漏電時(shí)（圖2-1(a)中A相，S打開表示中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，S合上表示中性點(diǎn)帶補(bǔ)償電抗），如果忽略負(fù)荷電流和電容電流在線路阻抗上的電壓降，全系統(tǒng)A相對(duì)地電壓均為零，A相對(duì)地電容電流也為零，同時(shí)B相和C相的對(duì)地電壓和電容電流都升高 3 倍。這時(shí)的電容電流分布如圖2-1 (a)示。 

非故障線路I首端所反應(yīng)的零序電流為

                                                         3I _0I  I_BI  I_CI 

其有效值為               3I _0I  3U_C_0I                                                                             ( 1 - 1 )

即非故障線路零序電流為其本身的電容電流，電容性無功功率的方向?yàn)槟妇�流向線路系統(tǒng)側(cè)的零序電流為

                                                          3I_0F  I_BF  I_CF 

其有效值為               3I_0F  3U_C_0F                                                                             ( 1 - 2 ) 

即系統(tǒng)側(cè)零序電流為其本身的電容電流，電容性無功功率的方向?yàn)槟妇�流向線路，此特點(diǎn)與非故障線路一致。

對(duì)于故障線路J，B相和C相與非故障線路一樣，流過本身對(duì)地電容電流 I_BJ 和 I_CJ ，而不同之處是在接地點(diǎn)要流回全系統(tǒng)B相和C相對(duì)地電容電流之和，其值為 

                                               I_d  (I_BI  I_CI )  (I_BJ  I_CJ )  (I_BF  I_CF ) 

其有效值為           I_d  3U_(C_0I＋C_0J＋C_0F)  3UC_0                                           ( 1 - 3 ) 

其中：C_0 ——全系統(tǒng)對(duì)地電容的總和。

此電流從A相流回，因此從A相流出的電流為 I_AJ  I_d 。

因此，故障線路J始端所反應(yīng)的零序電流為 

                                               3I _0J  I_AJ  I_BJ  I_CJ  (I_BI  I_CI  I_BF  I_CF ) 

其有效值為           3I _0J  3U_（C_0 -C_0J）                 ( 1 - 4 )

即故障線路零序電流，數(shù)值等于全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之總和（不包括故障線路本身），電容性無功功率方向?yàn)橛删�路流向母線，方向與非故障線路相反。該結(jié)論適用于漏電故障的暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。 

如果故障零序電流比較大，就會(huì)在故障點(diǎn)燃起電弧，引起弧光過電壓，容易造成絕緣損壞，形成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地，造成停電事故。為解決此問題，有些電網(wǎng)的中性點(diǎn)對(duì)地之間接入補(bǔ)償電抗器（如圖2-1示，S閉合表示中性點(diǎn)經(jīng)電抗補(bǔ)償系統(tǒng)），一般采用5%～10% 的過補(bǔ)償方式。此時(shí)，從接地點(diǎn)流回的總電流為 

                                                    I _d  I_C  I_L                                                                       ( 1 - 5 )

其中， I_C ——全系統(tǒng)的對(duì)地電容電流； I_L——補(bǔ)償電抗電流，設(shè)L表示它的電感，則 I 。 

漏電故障從發(fā)生到穩(wěn)定經(jīng)過一個(gè)信號(hào)衰減過程，本質(zhì)是系統(tǒng)電容的充放電過程，這個(gè)過程稱之為暫態(tài)。分析表明，在漏電故障瞬間，電網(wǎng)中各線路的故障相（A相）電壓突然降低，其電容迅速放電，而非故障相電壓突然升高，其電容迅速充電。在放電電流經(jīng)過的回路中，電阻和電感都很小，因此放電電流振蕩頻率較高，最大達(dá)到幾千赫茲，衰減很快，如圖2-2a。由于線路中不僅有電容參數(shù)，也存在電感參數(shù)，這些衰減高頻分量隨著頻率升高在不同頻域交替呈現(xiàn)容性特征和感性特征，且出現(xiàn)的第一個(gè)頻帶為容性，即任何線路的首個(gè)頻帶為容性頻帶（也稱特征頻帶，如圖2-2b）。

在特征頻帶里，暫態(tài)零序電流具有如下特點(diǎn)：

 信號(hào)能量很大；暫態(tài)信號(hào)是穩(wěn)態(tài)信號(hào)的幾倍到幾十倍不等。

 信號(hào)衰減很快；暫態(tài)信號(hào)持續(xù)時(shí)間從幾十微秒到幾個(gè)毫秒不等。

 信號(hào)不受中性點(diǎn)電抗補(bǔ)償影響。 

根據(jù)研究成果，西安交通大學(xué)張保會(huì)教授團(tuán)隊(duì)提出了自適應(yīng)捕捉暫態(tài)零序電流特征頻帶理論，并得到廣泛應(yīng)用。 

三、技術(shù)參數(shù) 

3.1 大氣參數(shù)

正常工作溫度： -5℃ ～ ＋40℃ 

極限工作溫度： -10℃ ～ ＋55℃ 

存儲(chǔ)溫度： -25℃ ～ ＋70℃ 

相對(duì)濕度： 5％ ～ 95％無凝露 

海拔高度： 0 ～ 3000m 

3.2 額定參數(shù) 

工作電壓：AC 220V或DC24V，允許偏差 +15%、-20% 

交流電壓：100V或380V

交流電流：5A 頻 率：50Hz-10kHz 

過載能力：

      電流回路：2 倍額定電流，連續(xù)工作 

                                  10 倍額定電流，允許10s

      電壓回路：1.4Un，連續(xù)工作 

      功  耗：

          交流電流： ＜0.1VA/相 

          交流電壓： ＜0.3VA/相 

          直 流： 正常時(shí)＜10W ；動(dòng)作時(shí)＜15W 

3.3 技術(shù)指標(biāo) 

3.3.1 適用范圍 

礦井電網(wǎng)380V、660V、1140V、6kV/10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。 

3.3.2 監(jiān)測(cè)范圍 

采集信號(hào)：1路零序電壓；11路零序電流； 

監(jiān)測(cè)路數(shù)：8路（標(biāo)配）；最大可擴(kuò)至11路。

3.3.3 定值 

零序電壓：1-100V； 

零序電流：10-1000mA； 

電壓突變量：1-50V； 

時(shí)間定值：20ms-2h 

3.3.4 接點(diǎn)容量 

信號(hào)接點(diǎn)容量：允許長(zhǎng)期通過電流 8A，切斷電流 0.3A。

3.3.5 通訊接口 

1路串口，默認(rèn)RS232，通訊速率為38400；2路以太網(wǎng)口；通訊協(xié)議包括 MODBUS,103、104等。

3.3.6 電磁兼容 

衰減振蕩波：GB/T 14598.13-2008 標(biāo)準(zhǔn)3級(jí) 

靜電放電： GB/T 14598.14-1998 標(biāo)準(zhǔn)4級(jí) 

輻射電磁場(chǎng)：GB/T 14598.09-2002 標(biāo)準(zhǔn)3級(jí) 

電快速瞬變：GB/T 14598.10-2007 標(biāo)準(zhǔn)A級(jí) 

浪涌抗擾度：GB/T 14598.18-2007 標(biāo)準(zhǔn)3級(jí) 

射頻場(chǎng)感應(yīng)：GB/T 14598.17-2005 標(biāo)準(zhǔn)3級(jí) 

傳導(dǎo)發(fā)射限值：GB/T 14598.16-2002 標(biāo)準(zhǔn)

四、操作說明 

4.1 裝置面板

4.2 信號(hào)指示燈 

裝置設(shè)計(jì)有13個(gè)信號(hào)指示燈，1個(gè)運(yùn)行燈，1個(gè)告警燈，11個(gè)漏電定位燈。說明如下 ： 

 運(yùn)行燈：裝置正常工作時(shí)處于常亮狀態(tài)。 

 告警燈：裝置正常工作時(shí)不亮，裝置出現(xiàn)硬件故障時(shí)常亮； 

 漏電定位燈：裝置檢測(cè)并定位出某條支路發(fā)生漏電故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示燈常亮；漏電故障 消失后，指示燈自動(dòng)熄滅。11個(gè)指示燈與裝置背部端子接入的11路零序電流按順序?qū)��?yīng)。 

4.3 裝置上電

 上電前請(qǐng)檢查當(dāng)前裝置電源要求，是否按規(guī)定接入DC24V或AC220V；

 電源接入端子參看背部端子接線圖及說明，避免接錯(cuò)損壞。 

4.4 出廠設(shè)置 

裝置出廠前，需根據(jù)項(xiàng)目要求修改內(nèi)部定值的“裝置型號(hào)”參數(shù)，設(shè)定裝置型號(hào)，不同型號(hào)應(yīng)用于不同場(chǎng)景，具體參看5.2裝置選型說明。該參數(shù)設(shè)置不同數(shù)值，代表不同型號(hào)，其中： 1代表MC C20-L1；2代表MC C20-L2；4代表MC C20-H1型號(hào)。 

4.5 名稱修改 

利用配置軟件，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各支路名稱重新命名或修改，支持漢字命名，使故障告警信息更加直觀，便于定位查找。用戶如需操作，請(qǐng)?jiān)趶S方技術(shù)人員指導(dǎo)下完成。

五、模擬試驗(yàn)

5.1 礦井電網(wǎng) 模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

礦井電網(wǎng)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，是由西安科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院趙建文教授主導(dǎo)研制的一個(gè)可變拓樸結(jié)構(gòu)礦井低壓電網(wǎng)漏電模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本平臺(tái)項(xiàng)目曾獲陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。趙建文教授主要研究方向是智能電網(wǎng)技術(shù)、電網(wǎng)安全運(yùn)行與保護(hù)、電力工程信號(hào)分析與處理、人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等，對(duì)礦井電網(wǎng)漏電保護(hù)及小電流接地故障識(shí)別有深入研究。曾主持省級(jí)科技攻關(guān)項(xiàng)目10余項(xiàng)；獲科技成果獎(jiǎng)8項(xiàng)；發(fā)表論文30多篇；出版《工礦電網(wǎng)漏電保護(hù)技術(shù)》等專著2部；主編出版21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材《電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)》等教材3部。

5.2 漏電模擬試驗(yàn)

礦井電網(wǎng)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括低壓模擬電網(wǎng)單元、零序電壓檢測(cè)電路、漏電模擬電阻箱和補(bǔ)償電感等。實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上設(shè)置有三相電壓表、三相電流表和故障指示燈,以及供實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行手動(dòng)操作的操作開關(guān)、用于漏電模擬實(shí)驗(yàn)的多個(gè)操作接口和用于擴(kuò)展的備用接口，可模擬礦井380V~1140V低壓電網(wǎng)各種類型復(fù)雜漏電故障。

模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以根據(jù)要求設(shè)定各個(gè)支路不同的電容電感參數(shù)，更加真實(shí)地模擬礦井電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和各種漏電故障，具體包括：

1）模擬380V、660V、1140V礦井電網(wǎng)系統(tǒng)；

2）模擬3-8條支路下漏電試驗(yàn)；支路電容電感參數(shù)可調(diào)整；

3）模擬短支路、長(zhǎng)支路上發(fā)生漏電故障試驗(yàn)；

4）模擬在支路首端、末端發(fā)生漏電試驗(yàn)；

5）模擬A相漏電、B相漏電或C相漏電試驗(yàn)；

6）模擬不同絕緣電阻時(shí)漏電試驗(yàn)；

7）模擬支路空載、帶負(fù)載時(shí)漏電試驗(yàn)；

8）模擬支路負(fù)載三相不平衡時(shí)漏電試驗(yàn)；

9）模擬漏電電弧試驗(yàn)。

5.3 典型漏電波形

六、MC C2000系統(tǒng)

6.1 系統(tǒng)架構(gòu)

MC C2000礦用漏電監(jiān)測(cè)預(yù)警及定位系統(tǒng)，是我公司自主開發(fā)的手機(jī)微信端應(yīng)用軟件。系統(tǒng)由MC C20漏電保護(hù)裝置、光纖交換機(jī)和監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)共同組成，可在手機(jī)微信端實(shí)時(shí)查看漏電狀態(tài)，接收告警，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。如圖6-1所示

6.2系統(tǒng)功能

1）漏電狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

線路發(fā)生漏電故障或故障消除后，裝置會(huì)將相關(guān)信息通過4G無線方式上送后臺(tái)系統(tǒng)，運(yùn)行人員可在手機(jī)端查看相關(guān)信息。

2） 漏電故障短信報(bào)警

漏電故障信息可通過微信消息、短信或電話方式通知指定運(yùn)行人員，方便及時(shí)處理。

3）漏電故障統(tǒng)計(jì)

自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各支路漏電故障次數(shù)，包括瞬時(shí)性放電故障，對(duì)比各支路在某個(gè)時(shí)間內(nèi)的漏電情況，把握線路運(yùn)行狀態(tài)。

4）電網(wǎng)絕緣狀態(tài)評(píng)估

通過后臺(tái)系統(tǒng)收集和統(tǒng)計(jì)MC C20裝置記錄的各次漏電信息和漏電故障錄波，把握漏電電壓電流大小、負(fù)載不平衡情況、漏電嚴(yán)重程度和頻繁程度，總體評(píng)估各個(gè)線路的絕緣狀態(tài)，并給出運(yùn)行檢修指導(dǎo)意見。

七、工程設(shè)計(jì) 

7.1 設(shè)計(jì)配置 

配置原則：每臺(tái)變壓器（或每個(gè)總開關(guān)）配置一套MC C20漏電保護(hù)裝置； 本配置原則適用于380V、660V、1140V、6kV和10kV系統(tǒng)。以380V系統(tǒng)為例，如下圖5-1所示： 

7.2 裝置選型 

MC C20系列礦用漏電保護(hù)裝置，包括MC C20-L1、MC C20-F、MC C20-L2、MC C20-H1共四種規(guī)格型號(hào)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。 

7.3 安裝尺寸

7.4 電氣設(shè)計(jì) 

7.4.1 裝置端子圖  

7.4.2 設(shè)計(jì)接線

1）工作電源接線

裝置工作電源分AC220V和DC24兩種規(guī)格，接入端子位于AC板第23/24端子。當(dāng)裝置為L(zhǎng)1/F型時(shí)，接入AC220V；當(dāng)裝置為L(zhǎng)2/H1型時(shí)，接入DC24V,其中第23端子為24V+,第24端子為24V-。 

2）電壓電流信號(hào)

接線說明： 

 電壓信號(hào)。當(dāng)裝置型號(hào)為L(zhǎng)1時(shí)，AC板的Ua/Ub/Uc接入系統(tǒng)的ABC三相電壓，Un接地；裝置型號(hào)為L(zhǎng)2和H1時(shí)，AC板的Ua/Un接入零序電壓。

 電流信號(hào)。I1～ I11端子接入各支路的零序電流信號(hào)，要求極性一致。

3）通訊網(wǎng)絡(luò) 

①無線4G通訊。

②以太網(wǎng) 

裝置背部有2個(gè)以太網(wǎng)口，可直接接入光纖交換機(jī)，可以同時(shí)跟兩個(gè)后臺(tái)通訊。

八、應(yīng)用指導(dǎo) 

8.1 注意要求 

1) 每臺(tái)裝置配置有統(tǒng)一的專用高頻暫態(tài)零序電流互感器，未經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，不允許更換使用其它常規(guī)互感器； 

2) 電流互感器二次電纜宜采用2.5平方屏蔽電纜，有利于減少阻抗，提高抗干擾性。 

3) 所有接入裝置的支路零序電流均應(yīng)在同一個(gè)變壓器范圍。

8.2 接線要求 

1) 接入裝置的所有零序互感器二次信號(hào)極性須保持一致；

2) 對(duì)于多分支線路，可采用多個(gè)電流互感器并聯(lián)方式接入裝置；

3) 電纜絕緣外皮屏蔽線正確接線方式如圖所示

8.3 極性校驗(yàn)

1）直流法：在一次側(cè)用導(dǎo)線短時(shí)連接電池組，組成回路穿過零序CT線圈，用萬用表（指針式）直流電壓檔測(cè)量二次側(cè)端子，如果為正偏，說明萬用表正端和電池正極是同名端。

2）故障錄波校驗(yàn)：運(yùn)行過程中，利用系統(tǒng)發(fā)生漏電后的故障波形判斷，與實(shí)際接故障線路同向的非接地線路均判為極性接反（參考下圖）。