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MC C20礦用漏電保護裝置說明書一、裝置簡介 1.1 適用范圍 MC C20系列礦用漏電保護裝置，是本公司針對礦井電網(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產(chǎn)品，主要應(yīng)用于非煤礦山井下380V～ 1140V、6kV/10kV電壓等級、中性點不接地或帶電抗補償接地的電壓系統(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)測到支路發(fā)生漏電故障后，會發(fā)送漏電線路告警信息至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。 2）漏電預(yù)警：支路發(fā)生故障前往往出現(xiàn)多次瞬時漏電現(xiàn)象，裝置設(shè)計了靈敏的啟動 元件和可靠識別算法，能夠快速捕捉這類故障，為運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)錄波軟件進行數(shù)據(jù)分析，了解每次故障時零序電壓和零序電流大小，持續(xù)時間，評估漏電嚴(yán)重程度。 4）后臺通訊：可同時配置計算機后臺監(jiān)測系統(tǒng)和手機微信監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測電網(wǎng)漏電情況，接收微信告警，實現(xiàn)快速響應(yīng)。 1.3 技術(shù)特點 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)時間短、信號強、不受電抗補償影響的特點，實現(xiàn)可靠監(jiān)測和定位。 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、不失真地采集故障過程零序電流暫態(tài)信號。 3) 錄波數(shù)據(jù)自動收集：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，裝置都會將錄波數(shù)據(jù)自動傳輸至監(jiān)控后臺。 4) 漏電狀態(tài)評估系統(tǒng)： 可定期統(tǒng)計分析電網(wǎng)各支路漏電次數(shù)、漏電程度，評估電網(wǎng)絕緣狀態(tài)，總體把握系統(tǒng)運行情況，統(tǒng)籌檢修和運維。 二、技術(shù)原理 2.1 應(yīng)用背景 根據(jù)我國《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直接接地。嚴(yán)禁由地面中性點直接接地的變壓器或者發(fā)電機直接向井下供電。 因此，目前我國礦井 380V~1140V、6kV/10kV低壓電網(wǎng)都采用了中性點不接地方 式。這類電網(wǎng)在發(fā)生漏電故障時，無法形成短路回路，漏電點流過的是整個電網(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、電纜長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)對地電容范圍在0.22~1.0uF，支路相對地電容在 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，在實際運行中，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)^漏電故障電流， 導(dǎo)致大多數(shù)傳統(tǒng)漏電保護產(chǎn)品檢測失效，保護可靠性降低，難以滿足運行要求。 針對漏電故障檢測難題，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)張保會教授團隊提出的暫態(tài)信號理論，該理論技術(shù)在實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（圖2-1(a)中A相，S打開表示中性點不接地系統(tǒng)，S合上表示中性點帶補償電抗），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相對地電壓均為零，A相對地電容電流也為零，同時B相和C相的對地電壓和電容電流都升高 3 倍。這時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 IBI ICI 其有效值為 3I 0I 3UC0I ( 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為母線流向線路系統(tǒng)側(cè)的零序電流為 3I0F IBF ICF 其有效值為 3I0F 3UC0F ( 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為母線流向線路，此特點與非故障線路一致。 對于故障線路J，B相和C相與非故障線路一樣，流過本身對地電容電流 IBJ 和 ICJ ，而不同之處是在接地點要流回全系統(tǒng)B相和C相對地電容電流之和，其值為 Id (IBI ICI ) (IBJ ICJ ) (IBF ICF ) 其有效值為 Id 3U(C0I＋C0J＋C0F) 3UC0 ( 1 - 3 ) 其中：C0 ——全系統(tǒng)對地電容的總和。 此電流從A相流回，因此從A相流出的電流為 IAJ Id 。 因此，故障線路J始端所反應(yīng)的零序電流為 3I 0J IAJ IBJ ICJ (IBI ICI IBF ICF ) 其有效值為 3I 0J 3U（C0 -C0J） ( 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為由線路流向母線，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，就會在故障點燃起電弧，引起弧光過電壓，容易造成絕緣損壞，形成兩點或多點接地，造成停電事故。為解決此問題，有些電網(wǎng)的中性點對地之間接入補償電抗器（如圖2-1示，S閉合表示中性點經(jīng)電抗補償系統(tǒng)），一般采用5%～10% 的過補償方式。此時，從接地點流回的總電流為 I d IC IL ( 1 - 5 ) 其中， IC ——全系統(tǒng)的對地電容電流； IL——補償電抗電流，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)過一個信號衰減過程，本質(zhì)是系統(tǒng)電容的充放電過程，這個過程稱之為暫態(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)的第一個頻帶為容性，即任何線路的首個頻帶為容性頻帶（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： 信號能量很大；暫態(tài)信號是穩(wěn)態(tài)信號的幾倍到幾十倍不等。 信號衰減很快；暫態(tài)信號持續(xù)時間從幾十微秒到幾個毫秒不等。 信號不受中性點電抗補償影響。 根據(jù)研究成果，西安交通大學(xué)張保會教授團隊提出了自適應(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℃ 存儲溫度： -25℃ ～ ＋70℃ 相對濕度： 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＜10W ；動作時＜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中性點不接地系統(tǒng)。 3.3.2 監(jiān)測范圍 采集信號：1路零序電壓；11路零序電流； 監(jiān)測路數(shù)：8路（標(biāo)配）；最大可擴至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； 時間定值：20ms-2h 3.3.4 接點容量 信號接點容量：允許長期通過電流 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 靜電放電： GB/T 14598.14-1998 標(biāo)準(zhǔn)4級 輻射電磁場：GB/T 14598.09-2002 標(biāo)準(zhǔn)3級 電快速瞬變：GB/T 14598.10-2007 標(biāo)準(zhǔn)A級 浪涌抗擾度：GB/T 14598.18-2007 標(biāo)準(zhǔn)3級 射頻場感應(yīng)：GB/T 14598.17-2005 標(biāo)準(zhǔn)3級 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 信號指示燈 裝置設(shè)計有13個信號指示燈，1個運行燈，1個告警燈，11個漏電定位燈。說明如下 ： 運行燈：裝置正常工作時處于常亮狀態(tài)。 告警燈：裝置正常工作時不亮，裝置出現(xiàn)硬件故障時常亮； 漏電定位燈：裝置檢測并定位出某條支路發(fā)生漏電故障時，對應(yīng)的指示燈常亮；漏電故障 消失后，指示燈自動熄滅。11個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，避免接錯損壞。 4.4 出廠設(shè)置 裝置出廠前，需根據(jù)項目要求修改內(nèi)部定值的“裝置型號”參數(shù)，設(shè)定裝置型號，不同型號應(yīng)用于不同場景，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，其中： 1代表MC C20-L1；2代表MC C20-L2；4代表MC C20-H1型號。 4.5 名稱修改 利用配置軟件，根據(jù)實際情況對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，請在廠方技術(shù)人員指導(dǎo)下完成。
五、模擬試驗 5.1 礦井電網(wǎng) 模擬實驗平臺
礦井電網(wǎng)模擬實驗平臺，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)研制的一個可變拓樸結(jié)構(gòu)礦井低壓電網(wǎng)漏電模擬實驗平臺。本平臺項目曾獲陜西省科學(xué)技術(shù)獎。趙建文教授主要研究方向是智能電網(wǎng)技術(shù)、電網(wǎng)安全運行與保護、電力工程信號分析與處理、人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等，對礦井電網(wǎng)漏電保護及小電流接地故障識別有深入研究。曾主持省級科技攻關(guān)項目10余項；獲科技成果獎8項；發(fā)表論文30多篇；出版《工礦電網(wǎng)漏電保護技術(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)微機保護》等教材3部。 5.2 漏電模擬試驗 礦井電網(wǎng)模擬實驗平臺，包括低壓模擬電網(wǎng)單元、零序電壓檢測電路、漏電模擬電阻箱和補償電感等。實驗操作臺上設(shè)置有三相電壓表、三相電流表和故障指示燈,以及供實驗者進行手動操作的操作開關(guān)、用于漏電模擬實驗的多個操作接口和用于擴展的備用接口，可模擬礦井380V~1140V低壓電網(wǎng)各種類型復(fù)雜漏電故障。
模擬實驗平臺可以根據(jù)要求設(shè)定各個支路不同的電容電感參數(shù)，更加真實地模擬礦井電網(wǎng)運行狀態(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；支路電容電感參數(shù)可調(diào)整； 3）模擬短支路、長支路上發(fā)生漏電故障試驗； 4）模擬在支路首端、末端發(fā)生漏電試驗； 5）模擬A相漏電、B相漏電或C相漏電試驗； 6）模擬不同絕緣電阻時漏電試驗； 7）模擬支路空載、帶負(fù)載時漏電試驗； 8）模擬支路負(fù)載三相不平衡時漏電試驗； 9）模擬漏電電弧試驗。 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)測預(yù)警及定位系統(tǒng)，是我公司自主開發(fā)的手機微信端應(yīng)用軟件。系統(tǒng)由MC C20漏電保護裝置、光纖交換機和監(jiān)測后臺系統(tǒng)共同組成，可在手機微信端實時查看漏電狀態(tài)，接收告警，實現(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 線路發(fā)生漏電故障或故障消除后，裝置會將相關(guān)信息通過4G無線方式上送后臺系統(tǒng)，運行人員可在手機端查看相關(guān)信息。
2） 漏電故障短信報警 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行人員，方便及時處理。
3）漏電故障統(tǒng)計 自動統(tǒng)計各支路漏電故障次數(shù)，包括瞬時性放電故障，對比各支路在某個時間內(nèi)的漏電情況，把握線路運行狀態(tài)。
4）電網(wǎng)絕緣狀態(tài)評估 通過后臺系統(tǒng)收集和統(tǒng)計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，總體評估各個線路的絕緣狀態(tài)，并給出運行檢修指導(dǎo)意見。 七、工程設(shè)計 7.1 設(shè)計配置 配置原則：每臺變壓器（或每個總開關(guān)）配置一套MC C20漏電保護裝置； 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系列礦用漏電保護裝置，包括MC C20-L1、MC C20-F、MC C20-L2、MC C20-H1共四種規(guī)格型號，適用于不同的應(yīng)用場景。
7.3 安裝尺寸
7.4 電氣設(shè)計 7.4.1 裝置端子圖
7.4.2 設(shè)計接線 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L1/F型時，接入AC220V；當(dāng)裝置為L2/H1型時，接入DC24V,其中第23端子為24V+,第24端子為24V-。 2）電壓電流信號
接線說明： 電壓信號。當(dāng)裝置型號為L1時，AC板的Ua/Ub/Uc接入系統(tǒng)的ABC三相電壓，Un接地；裝置型號為L2和H1時，AC板的Ua/Un接入零序電壓。 電流信號。I1～ I11端子接入各支路的零序電流信號，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個以太網(wǎng)口，可直接接入光纖交換機，可以同時跟兩個后臺通訊。 八、應(yīng)用指導(dǎo) 8.1 注意要求 1) 每臺裝置配置有統(tǒng)一的專用高頻暫態(tài)零序電流互感器，未經(jīng)測試驗證，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極性須保持一致； 2) 對于多分支線路，可采用多個電流互感器并聯(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 1）直流法：在一次側(cè)用導(dǎo)線短時連接電池組，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：運行過程中，利用系統(tǒng)發(fā)生漏電后的故障波形判斷，與實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）。
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