[发明专利]基于电流变化率的煤矿电网短路故障快速判断方法

说明书

本发明涉及一种基于电流变化率的煤矿电网短路故障快速判断装置及方法，该方法包括四个阶段的判断计算：一，电流一阶导数计算；二，电流一阶导数过零点判断；三，电流一阶导数判断；四，电流二阶导数计算及判断；首先不间断计算煤矿电网线路电流变化率情况；然后判断一阶导数是否过零点，过零则进入第四阶段，启动电流二阶导数计算；否则进入第三阶段，与前一个电流变化率计算结果相比较，如果电流变化一阶导数超出设定的变化范围，则判定发生短路故障，如果未超过设定范围，进行第一阶段继续进行一阶导数计算；电流二阶导数计算，与前一个电流变化二阶导数相比较，如果超出设定范围，则判定为短路故障，并进行相应操作，反之返回第一阶段。本发明提供了一种能在短路发生瞬间快速准确发现故障的基于电流变化率的煤矿电网短路故障快速判断装置及方法。

技术领域

本发明涉及煤矿电网领域，尤其涉及煤矿的继电保护装置及煤矿电网短路故障判断领域，特别涉及一种基于电流变化率的煤矿电网短路故障快速判断装置及方法。

背景技术

随着现代煤矿井下设备容量的不断增大，煤矿电网故障时短路电流值也不断上升，井下电网中部分支路的短路电流已逼近甚至超过井下开关的遮断容量，这在很大程度上限制了井下电网的运行。强大的短路电流产生的热冲击和电动力破坏性很大，因此尽早发现短路故障并且在短路电流还未达到最大值时就将故障点切除，不仅可以避免线路上各设备及控制开关本身长时间承受巨大的热冲击及电动力，而且还可以防止因短路故障点产生的电火花引爆瓦斯或煤尘等易燃易爆气体，对于煤矿井下电力系统安全、稳定的运行有着重大的意义。因此，对煤矿供电系统中短路故障检测判断的要求是准确、快速地判断短路的发生。

根据有关实验和文献，如果电气设备的故障分断时间小于煤矿井下电网形成外露电火的故障形成时间，就可以保证在形成电火花之前有效的将供电电源切断，从而保证不会因电火花引起瓦斯或煤尘爆炸。文献指出，煤矿井下供电系统各个环节的故障形成时间分别为：隔爆外壳10ms；橡套线缆5ms。也就是说，当我们在故障形成时间之前就有效的限制短路电流水平，将短路电流幅值限制在安全范围之内，这样可以保证故障点电火花产生的能量不会引燃瓦斯等气体，极大地提高了煤矿电网运行的安全性。

目前应用于煤矿电网的短路检测判断技术主要有3种方法：(1)基于短路电流瞬时值大小的判断方法。(2)基于相敏原理的短路检测方法。(3)基于载频原理的短路检测技术。研究表明，以线路电流的有效值或是最大值作为检测量的取样方式比较可靠，但是采样时间长，至少需要10ms以上；反映线路电流瞬时值的检测方式，取样时间较短，在10ms以内，但是可靠性差。基于电流瞬时值故障判断方法是预先设定短路电流判断设定值，当线路电流的瞬时值达到预先设定值时，即判断为短路故障，发出动作指令。因此，这种方法必须考虑线路在正常工作时可能出现的电流最大值，使短路判断设定值高于此最大电流值，否则就可能会出现误判误动，且故障判断时间过长，不能满足快速故障判断的要求。同时检测线路电流和阻抗角的相敏短路保护必须在短路电流的稳态下进行，取样时间也较长。基于载频原理的短路检测技术多用于井下煤电钻综保中，检测的电压、电流值较小，应用范围有限。相敏短路保护以电流和相位角两个参数为监测量，提高了故障判断的准确性，尤其在短路电流较小而功率因数较高的情况下，判断更准确。但是，相位角取样的速度受到限制，而且存在一定的“死区”，应用受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种能在短路发生瞬间快速准确发现故障的基于电流变化率的煤矿电网短路故障快速判断装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于电流变化率的煤矿电网短路故障快速判断装置，该装置包括电流信号采集部分、信号转换处理部分、计算判断部分和人机接口部分；

电流信号采集部分由安装在每条线路上的电流互感器CT组成，负责采集线路上电流情况，CT将线路的大电流变换为小电流；