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【摘要】在矿用低压馈电开关中采用PLC装置，实现对煤矿井下低压电网的漏电保护，是目前矿用低压馈电开关中应用较为广泛的漏电保护装置，需要对此进行详细的了解和认真的研究，以确保矿用低压馈电开关选择性漏电保护的功能。本文根据矿用低压馈电开关PLC设计和电路设置的实际工作，提出矿用低压馈电开关装设PLC时应该注意的要点，以便能够实现矿用低压馈电开关对漏电更好地甄别，实现对电路的有效保护，确保人身和矿井的安全。
【关键词】矿用低压馈电开关；PLC；硬件电路；软件设计；零序电流
前言
矿井低压电器漏电是常见的矿井的电力故障，这不但会直接引起触电事故，而且还会造成单项接地，引发相间短路，出现电弧而形成粉尘和瓦斯爆炸，进而引起巨大的损失和事故。当前漏电保护系统已经普遍安装在矿井低压电力网络之中，起到了确保人身安全，防治漏电发生，预防粉尘和瓦斯爆炸等一系列作用和功能。由于保护系统的种类很多，各项系统工作原理也大不相同，因此产生的效果也存在很大差别，因此，必须在确保供电连续性和可靠性的基础上，缩小供电范围，提高漏电保护的灵敏性。PLC是一种编制程序的存储器和控制器，在矿用低压馈电开关中PLC通过逻辑运算、顺序运算和数学运算，控制矿用低压馈电开关的动作，实现对煤矿井下低压电网的漏电保护，是目前矿用低压馈电开关中应用较为广泛的漏电保护装置。PLC的工作原理、程序设计和接线方式是矿用低压馈电开关实现漏电保护的重要基础，需要对此进行详细的了解和认真的研究，以确保矿用低压馈电开关选择性漏电保护的功能。矿用低压馈电开关PLC装置的应用和安装应该适合矿井的实际和供电体系特点，应该根据矿用低压馈电开关PLC设计和电路设置的原则和理论，做好矿用低压馈电开关装设PLC时应该注意的要点，更好地实现矿用低压馈电开关对漏电更好地甄别，实现对矿井低压电路的有效保护，进而确保人身和矿井的安全。
1、矿用低压馈电开关PLC的工作原理
矿用低压馈电开关中选择性漏电保护的原理是利用零序电压也与零序电流的相位判别进行保护动作，当矿井低压电网某一相发生漏电时，故障支路零序电流与非故障支路零序电流相位相反，相对零序电压而言，故障支路零序电流滞后90°，而非故障之路零序电流超前90°。根据零序电流的方向即可判断出故障支路。由于煤矿井下电网采用电缆线路，电缆绝缘电阻并不是无穷大，会随着运行时间及环境的变化而逐渐降低，相对零序电压而言，此时故障支路零序电流滞后角度大于90°而非故障之路零序电流超前角度小于90°，零序電流是采用零序电流互感器获得的，互感器初、次级之间总存在一定的角度差，对于电阻性负载而言，其二次侧电流相位超前超前一次侧电流相位，且超前的角度随一次侧电流的变化而变化。
2、矿用低压馈电开关PLC硬件电路的设计
2.1零序电流调理电路
为了提高比相范围，使零序电流的相位在一定范围内变化时保持比相结果的正确性，可以将零序电流变换成窄脉冲信号，比相电路输入端反映零序电流相位的矩形波信号愈窄则其在时间轴上的可变动范围愈宽，这时就可以放宽对零序电流信号相位的要求。
2.2零序电压调理电路
采用有源移相电路对零序电压进行移相，该移相电路与RC移相电路相比移相范围宽，移相范围0°一180°，输出电压幅值不随其相位的变化而变化。通过电力移相后的零序电压信号分别对正、负半周信号进行过零比较。
2.3比相电路
经过调理后的零序电压信号和零序电流信号都是方波信号，对方波信号进行与操作后，经过或门合成周期为10ms的脉冲信号，将信号与它的反向信号转换成±15V的脉冲信号，对待检测脉冲信号进行积分，不同宽窄的脉冲信号积分后对应不同的锯齿波形，脉冲越宽积分后的最高电压越大，即不同脉冲宽窄对应不同的最高电压。积分后的电压与PLC的模拟输出电压通过比较器进行比较，当积分电压大于PLC的模拟输出电压时，即脉冲宽度大于PLC模拟输出电压对应的脉冲宽度时，输出高电平，由保持电路进行保持，比相电路输出OUT为高电平。当给系统供电后触点延时闭合，这样可以防止系统供电瞬间对装置的干扰，避免保持电路输出错误，而且可以作为发生选择性漏电故障后的复位操作开关，当输出高电平，或门输出也为高电平从而或门一直有高电平输入形成闭锁，比相电路输出OUT保持高电平。这样，比相电路通过判断待检测脉冲信号的宽窄，可正确区分故障支路和非故障支路。为满足选择性漏电保护的快速性要求，应该采用硬件电路来实现上述的判断过程，最终驱动执行跳闸部件，PLC仅用来连续输出一个代表脉冲宽窄的模拟电压信号，该电压信号可调。
3、矿用低压馈电开关PLC的软件设计
矿用低压馈电开关PLC软件设计思路是：PLC上电后，其模拟量输出模块连续输出一个可调的模拟电压，电压大小代表着不同的脉冲宽窄信号。输出接点在PLC上电后延时2s闭合，防止上电瞬间对保持电路的干扰，当发生漏电事故后，复位按钮使接点打开，延时2s后再重新闭合。
结语
总而言之，漏电是产生矿井人身触电事故，电弧放电，粉尘和瓦斯爆炸的主要原因，当前应用矿用低压馈电开关装设PLC装置可以有效降低漏电的产生，确保矿井生产的安全和进度。应该对矿用低压馈电开关PLC装置的软件设计、硬件安装进行有效控制，提高矿用低压馈电开关PLC的对漏电保护的灵敏性，更好地实现抗干扰能力和可操作性，使其真正发挥出逻辑运算和自动保护的功能，实现对安全生产的有效支撑和保护。
参考文献
[1]邹有明，周元庆.井下低压电网的漏电分析[J].河南理工大学学报（自然科学版），1990（03）
[2]王彦文，刘文军，高彦，王念彬，邱远军.基于零序电流群体比幅比相的选择性漏电保护新方案[J].煤炭学报，2010（03）
[3]刘忠富，游国栋.新型矿井高压电网选择性漏电保护系统的研制[J].矿山机械，2008（08）
[4]李志正，董爱华.“采区低压电网”的计算机辅助分析[J].河南理工大学学报（自然科学版），1989（02）
[5]崔景岳，岳庆来，邹有明，丁邦发.自动复电选择性漏电保护系统的研究[J].河南理工大学学报（自然科学版），1988（Z1）
【关键词】矿用低压馈电开关；PLC；硬件电路；软件设计；零序电流
前言
矿井低压电器漏电是常见的矿井的电力故障，这不但会直接引起触电事故，而且还会造成单项接地，引发相间短路，出现电弧而形成粉尘和瓦斯爆炸，进而引起巨大的损失和事故。当前漏电保护系统已经普遍安装在矿井低压电力网络之中，起到了确保人身安全，防治漏电发生，预防粉尘和瓦斯爆炸等一系列作用和功能。由于保护系统的种类很多，各项系统工作原理也大不相同，因此产生的效果也存在很大差别，因此，必须在确保供电连续性和可靠性的基础上，缩小供电范围，提高漏电保护的灵敏性。PLC是一种编制程序的存储器和控制器，在矿用低压馈电开关中PLC通过逻辑运算、顺序运算和数学运算，控制矿用低压馈电开关的动作，实现对煤矿井下低压电网的漏电保护，是目前矿用低压馈电开关中应用较为广泛的漏电保护装置。PLC的工作原理、程序设计和接线方式是矿用低压馈电开关实现漏电保护的重要基础，需要对此进行详细的了解和认真的研究，以确保矿用低压馈电开关选择性漏电保护的功能。矿用低压馈电开关PLC装置的应用和安装应该适合矿井的实际和供电体系特点，应该根据矿用低压馈电开关PLC设计和电路设置的原则和理论，做好矿用低压馈电开关装设PLC时应该注意的要点，更好地实现矿用低压馈电开关对漏电更好地甄别，实现对矿井低压电路的有效保护，进而确保人身和矿井的安全。
1、矿用低压馈电开关PLC的工作原理
矿用低压馈电开关中选择性漏电保护的原理是利用零序电压也与零序电流的相位判别进行保护动作，当矿井低压电网某一相发生漏电时，故障支路零序电流与非故障支路零序电流相位相反，相对零序电压而言，故障支路零序电流滞后90°，而非故障之路零序电流超前90°。根据零序电流的方向即可判断出故障支路。由于煤矿井下电网采用电缆线路，电缆绝缘电阻并不是无穷大，会随着运行时间及环境的变化而逐渐降低，相对零序电压而言，此时故障支路零序电流滞后角度大于90°而非故障之路零序电流超前角度小于90°，零序電流是采用零序电流互感器获得的，互感器初、次级之间总存在一定的角度差，对于电阻性负载而言，其二次侧电流相位超前超前一次侧电流相位，且超前的角度随一次侧电流的变化而变化。
2、矿用低压馈电开关PLC硬件电路的设计
2.1零序电流调理电路
为了提高比相范围，使零序电流的相位在一定范围内变化时保持比相结果的正确性，可以将零序电流变换成窄脉冲信号，比相电路输入端反映零序电流相位的矩形波信号愈窄则其在时间轴上的可变动范围愈宽，这时就可以放宽对零序电流信号相位的要求。
2.2零序电压调理电路
采用有源移相电路对零序电压进行移相，该移相电路与RC移相电路相比移相范围宽，移相范围0°一180°，输出电压幅值不随其相位的变化而变化。通过电力移相后的零序电压信号分别对正、负半周信号进行过零比较。
2.3比相电路
经过调理后的零序电压信号和零序电流信号都是方波信号，对方波信号进行与操作后，经过或门合成周期为10ms的脉冲信号，将信号与它的反向信号转换成±15V的脉冲信号，对待检测脉冲信号进行积分，不同宽窄的脉冲信号积分后对应不同的锯齿波形，脉冲越宽积分后的最高电压越大，即不同脉冲宽窄对应不同的最高电压。积分后的电压与PLC的模拟输出电压通过比较器进行比较，当积分电压大于PLC的模拟输出电压时，即脉冲宽度大于PLC模拟输出电压对应的脉冲宽度时，输出高电平，由保持电路进行保持，比相电路输出OUT为高电平。当给系统供电后触点延时闭合，这样可以防止系统供电瞬间对装置的干扰，避免保持电路输出错误，而且可以作为发生选择性漏电故障后的复位操作开关，当输出高电平，或门输出也为高电平从而或门一直有高电平输入形成闭锁，比相电路输出OUT保持高电平。这样，比相电路通过判断待检测脉冲信号的宽窄，可正确区分故障支路和非故障支路。为满足选择性漏电保护的快速性要求，应该采用硬件电路来实现上述的判断过程，最终驱动执行跳闸部件，PLC仅用来连续输出一个代表脉冲宽窄的模拟电压信号，该电压信号可调。
3、矿用低压馈电开关PLC的软件设计
矿用低压馈电开关PLC软件设计思路是：PLC上电后，其模拟量输出模块连续输出一个可调的模拟电压，电压大小代表着不同的脉冲宽窄信号。输出接点在PLC上电后延时2s闭合，防止上电瞬间对保持电路的干扰，当发生漏电事故后，复位按钮使接点打开，延时2s后再重新闭合。
结语
总而言之，漏电是产生矿井人身触电事故，电弧放电，粉尘和瓦斯爆炸的主要原因，当前应用矿用低压馈电开关装设PLC装置可以有效降低漏电的产生，确保矿井生产的安全和进度。应该对矿用低压馈电开关PLC装置的软件设计、硬件安装进行有效控制，提高矿用低压馈电开关PLC的对漏电保护的灵敏性，更好地实现抗干扰能力和可操作性，使其真正发挥出逻辑运算和自动保护的功能，实现对安全生产的有效支撑和保护。
参考文献
[1]邹有明，周元庆.井下低压电网的漏电分析[J].河南理工大学学报（自然科学版），1990（03）
[2]王彦文，刘文军，高彦，王念彬，邱远军.基于零序电流群体比幅比相的选择性漏电保护新方案[J].煤炭学报，2010（03）
[3]刘忠富，游国栋.新型矿井高压电网选择性漏电保护系统的研制[J].矿山机械，2008（08）
[4]李志正，董爱华.“采区低压电网”的计算机辅助分析[J].河南理工大学学报（自然科学版），1989（02）
[5]崔景岳，岳庆来，邹有明，丁邦发.自动复电选择性漏电保护系统的研究[J].河南理工大学学报（自然科学版），1988（Z1）