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。

1.3 技術特點

1) 暫態(tài)理論定位原理：裝置采用自適應捕捉暫態(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：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、技術原理 

2.1 應用背景 

根據(jù)我國《煤礦安全規(guī)程》第四百四十條規(guī)定，嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地。嚴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。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)三相負載不平衡，產(chǎn)生的零序電流甚至會超過漏電故障電流， 導致大多數(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張保會教授團隊提出的暫態(tài)信號理論，該理論技術在實踐中也得到了最廣泛應用。

2.2 暫態(tài)原理 

當?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為母線流向線路系統(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 I_BJ 和 I_CJ ，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 

                                               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  I_C  I_L                                                                       ( 1 - 5 )

其中， I_C ——全系統(tǒng)的對地電容電流； I_L——補償電抗電流，設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，西安交通大學張保會教授團隊提出了自適應捕捉暫態(tài)零序電流特征頻帶理論，并得到廣泛應用。 

三、技術參數(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 技術指標 

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 標準3級 

靜電放電： GB/T 14598.14-1998 標準4級 

輻射電磁場：GB/T 14598.09-2002 標準3級 

電快速瞬變：GB/T 14598.10-2007 標準A級 

浪涌抗擾度：GB/T 14598.18-2007 標準3級 

射頻場感應：GB/T 14598.17-2005 標準3級 

傳導發(fā)射限值：GB/T 14598.16-2002 標準

四、操作說明 

4.1 裝置面板

4.2 信號指示燈 

裝置設計有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)�應�?nbsp;

4.3 裝置上電

 上電前請檢查當前裝置電源要求，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)，設定裝置型號，不同型號應用于不同場景，具體參看5.2裝置選型說明。該參數(shù)設置不同數(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，請在廠方技術人員指導下完成。

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，是由西安科技大學電氣與控制工程學院趙建文教授主導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技術獎。趙建文教授主要研究方向是智能電網(wǎng)技術、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》等專著2部；主編出版21世紀高等學校規(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、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)各種類型復雜漏電故障。

模擬實驗平臺可以根據(jù)要求設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、帶負載時漏電試驗；

8）模擬支路負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)測預警及定位系統(tǒng)，是我公司自主開發(fā)的手機微信端應用軟件。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。如圖6-1所示

6.2系統(tǒng)功能

1）漏電狀態(tài)遠程監(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、負載不平衡情況、漏電嚴重程度和頻繁程度，總體評估各個線路的絕緣狀態(tài)，并給出運行檢修指導意見。

七、工程設計 

7.1 設計配置 

配置原則：每臺變壓器（或每個總開關）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，適用于不同的應用場景。 

7.3 安裝尺寸

7.4 電氣設計 

7.4.1 裝置端子圖  

7.4.2 設計接線

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。當裝置為L1/F型時，接入AC220V；當裝置為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 

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、應用指導 

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）。