关键字：馈电开关，漏电保护，智能保护器RPC2701，矿用电器，高可靠保护器

摘要：根据矿用隔爆型真空馈电开关的应用需求和电气自动化控制技术的发展趋势，本文介绍了基于智能保护器RPC2701的矿用隔爆型真空馈电开关的技术方案。现场的应用情况表明，智能保护器RPC2701能够很好地满足馈电开关对漏电保护快速性和稳定性的要求。

资料提供：本文涉及方案已在用户现场实施，技术方案先进，运行稳定。欢迎联系蓝普锋深入探讨、交流。

_______________________________________________________________________________________

1 引言

为了保证煤矿井下安全供电，矿井供电系统普遍采用过流保护、漏电保护和接地保护等多种保护措施，其中漏电保护是防止人身触电的重要措施。从安全的角度来考虑，无论采用哪种接地方式，高压电网和低压电网都必须安装漏电保护装置。漏电保护的目的是通过切断电源来防止人身触电危害和漏电电流引发的电气事故。我国煤矿安全规程规定，矿井变电所高压馈电线上应装设选择性的检测漏电保护装置，井下低压馈电线上应装设带有漏电闭锁的检测漏电保护装置。

2 智能保护器RPC2701性能介绍

针对煤矿井下工作环境恶劣而且电磁干扰较大的实际情况，北京蓝普锋科技有限公司专门为煤矿井下低压电力设备研制开发了智能保护器RPC2701。基于PLC技术的智能保护器RPC2701是集成继电保护、综合测控和数据通信等多种功能于一体的高可靠PLC保护器，安装在电力设备的防爆柜中，适用于380V、660V、1140V和3300V等各种电压等级，满足各种额定电流的馈电开关、启动器、移动变压器低压头、双机双速开关等矿用电力设备的需要。智能保护器RPC2701的控制和保护信号可以直接采样进入保护器，具有保护精度高、反应速度快和可靠性高的特点，能够完成过压、欠压、过载、短路、漏电、超温和三相不平衡等保护功能，能够对电网绝缘电阻进行监测，具有模拟漏电和短路试验功能，可以进行零序方向角、总有功功率和功率因数的计算，并且还可以进行组网通讯。智能保护器RPC2701的输入和输出通道包括8路DI、6路DO和1路电压型AI，不需要通道扩展，就可以满足馈电开关的保护功能，不仅成本低，而且稳定性高。智能保护器RPC2701的正面外观如图1所示。

图1 智能保护器RPC2701的外观

智能保护器RPC2701可以直接采集三相电压、三相电流、零序电压、零序电流、系统电压和绝缘电阻等信号。在使用时，不需要将交流信号转换为直流标准信号进行采样，而是直接对交流信号进行交流采样，即直接将交流信号送入智能保护器RPC2701的模拟量输入通道，从而实现交流采样。智能保护器RPC2701根据采集到的交流信号来控制断路器的合闸与分闸。智能保护器RPC2701的内部采用DSP芯片，漏电保护动作和短路保护动作通过功能块进行立即输出，在信号采集和故障发生时，大大缩短了执行保护动作的时间，分支开关保护的动作时间小于30ms，总开关保护的动作时间小于200ms。系统还增加了根据电网分布电容的大小和电网电压的高低来自动整定选择性漏电的保护特性和动作参数的功能，提高了保护系统的智能性。此外，在保护系统中，还采用了工业触摸屏技术，建立了良好的人机界面，提高了开关的稳定性。在工业触摸屏上，可以显示开关的合闸与分闸、电网的绝缘状态、动作整定值和开关工作状态。在故障发生时，可以及时记录并跳闸，并显示故障参数和故障状态，进而实现人或设备的保护，大大提高了判断故障和排除故障的效率。

漏电保护装置是智能保护器RPC2701的核心部分，由硬件和软件两个部分组成。硬件主要包括各种监测与控制电路，即开关状态检测、三相电压检测、三相电流检测、附加直流电源电压检测、回路绝缘电阻检测、断路器输出控制功能等。此外，控制电路在软件的配合下，还可以完成触摸屏画面切换显示实时信息、按键处理、故障记忆和查询等功能。

为了解决漏电保护装置对响应的快速性和稳定性要求，按照用户的需要，北京蓝普锋科技有限公司能够为用户提供软件和硬件的订制服务。在软件方面，开放了智能保护器RPC2701程序的源代码，将漏电保护和短路保护等功能制作成库文件，直接方便用户使用。在硬件方面，省去了信号的变送装置，智能保护器RPC2701可以直接进行交流采样，提高了采样速度，实现了保护动作的快速性和稳定性。智能保护器RPC2701能够在规定的时间内实现对信号的采集和处理，能够满足井下漏电保护装置保护人身安全的要求，从而达到保护人身安全的目的。

3 基于智能保护器RPC2701的矿用隔爆型真空馈电开关

在煤矿井下三相中性点不接地的供电系统中，矿用隔爆型真空馈电开关可以作为井下配电系统的总开关或分支开关来使用，也可以作为大容量电动机在不频繁起动时的控制装置来使用。煤矿井下三相交流电的工作频率为50Hz，额定电压为660V或1140V，额定电流为50A至1000A。本文采用馈电开关专用智能保护器RPC2701作为矿用隔爆型真空馈电开关的保护器，满足漏电保护装置对快速性和稳定性的要求，可以完成矿井低压电网的二级选择性漏电保护、对称短路保护、不对称短路保护、断相保护、过载保护和过电压保护等功能。

3.1 矿用隔爆型真空馈电开关的操作界面

专用智能保护器RPC2701通过RS-232串行通讯口与触摸屏HMI进行通讯，并预留RS-485串行通讯口与上一级通讯分站进行通讯。矿用隔爆型真空馈电开关的操作界面如图2所示。

图2 矿用隔爆型真空馈电开关的操作界面

3.2 矿用隔爆型真空馈电开关的电路设计

矿用隔爆型真空馈电开关的漏电保护系统由两部分组成，其中一部分是基于附加直流检测的总漏电保护系统，另外一部分是基于零序电流方向判断的分支漏电保护系统。该漏电保护系统既可以完成井下低压电网单相漏电时横向选择性和纵向选择性功能，又能够保证电网对称漏电时保护动作的稳定性，使馈电开关既可靠又安全。矿用隔爆型真空馈电开关的电气原理图如图3所示。

3.2.1 基于附加直流检测的总漏电保护系统

附加直流电源检测式漏电保护原理示意图如图3所示，主要由三相电抗器及同步变压器T3、零序电抗器及零序变压器T2、电阻电容组成的滤波回路、直流电源组成。通过模块RL通道附加的直流电源检测电网对地绝缘电阻的变化。当直流电压一定时，检测的电阻值变化。当绝缘电阻下降到表1规定的动作值时，PLC程序调用中断进行立即输出，使继电器动作，其常开触点接通馈电开关的分励脱扣线圈，使开关跳闸，实现漏电保护，并通过液晶显示屏将对地电阻值直观地显示出来。附加直流电源检测式漏电保护系统具有保护全面和动作无死区等优点，但也具有动作无选择性和动作时间长等缺点。对于1140V等级，1K的漏电动作时间不大于30ms。
表1 动作电阻值

图3 矿用隔爆型真空馈电开关的电气原理图

3.2.2 零序功率方向式选择性漏电保护

矿用低压防爆馈电开关的选择性漏电保护是指当矿井低压电网某条支路的某一相发生人身触电、或单相对地放电、或单相对地泄漏电流时，能及时检测出漏电故障并作用于跳闸，有选择性地只切断故障线路，保证非故障线路安全运行的保护设施。当电网非对称性漏电时，由取样电路分别从电网中取出零序电压U0和各支路的零序电流I0信号，如图3所示，经放大整形后，由相位比较电路来判断故障支路，再判断是否达到门槛值，最后启动执行电路，切断故障支路的电源，实现有选择性的漏电保护。零序功率方向式选择性漏电保护具有很强的横向选择性，即有选择性地进行漏电保护，不会像检漏继电器那样，一旦电网某处发生漏电就引起整个电网总停电、采区全停产。但也有缺点或局限性，它对三相同时漏电是无法检测与保护的，不能对三相对称性漏电故障进行保护。零序功率方向式选择性漏电保护的缺点是原理性和先天性的，选择性漏电保护设备本身无法克服。所以低压馈电开关的选择性漏电保护都必须与附加直流电源检测式漏电保护配合使用。目前，煤矿井下支路开关所使用的智能型馈电开关，例如KBZ12-400，就是利用了零序功率方向式漏电保护原理。

图4所示为1台总开关和4台分开关的配置。总开关漏电保护采用附加直流电源检测式漏电保护原理，使分开关可以实现选择性漏电保护，而总开关又可以作为分开关的后备保护。如果某台分开关对地电阻值低于漏电动作值时，则该台分开关瞬时跳闸动作，而其它分开关和总开关仍然能够正常工作。

图4 总开关和分开关的配置

4 结语

基于智能保护器RPC2701的矿用隔爆型真空馈电开关在现场使用至今，达到了漏电保护的快速性和稳定性的要求，没有出现系统死机或断路器误动作等故障，得到了用户的好评。智能保护器RPC2701完成了馈电开关的过载保护、短路保护、漏电闭锁、漏电保护、选择性漏电保护、欠压保护、过压保护、三相不平衡保护、瓦斯闭锁、风电闭锁、功率计量、通讯组网等多种功能。在故障发生时，能够及时记录故障状态并切断电源，保护了人或设备的安全。

参考文献
[1] 胡天禄．矿井电网的漏电保护．北京：煤炭工业出版社．1987
[2] 朱安宏．程淑莲．煤矿井下电网选择性漏电保护原理．煤矿机电．2001
[3] 北京蓝普锋科技有限公司网站www.runpower.cn．2014