MA Xing-he1，2 ，ZHANG Qian-qian1 ，SHI Shi-jie2 ，WANG Zhun-tao2 ，YANG Shu-ping2
（1. College of Electrical Engineering and Automation，Henan Polytechnic UnCoal Industry（ Group） Co. ，Ltd. ，Yima 472300，China）
内是否发生漏电，并且结合各支路的零序电流或零
序电压的相位关系来判断故障支路，而后实现有选
择性地进行保护。这种方法不仅实现了良好的选择
性的目的，还利用三重判断很好地防止误动作。
零序方向漏电保护的具体实现需要计算零序有
功导纳的增量值。如图 2 所示情况中，正常支路的
零序导纳为：
Ydjg0
=
1 Z jg0
1 概述
漏电保护是井下三大保护之一，根据漏电故障 的种类不同，可以分为集中性漏电保护和分散性漏 电保护。集中性漏电保护是指单相接地漏电保护， 包括高压电网单相接地选线保护和低压电网选择性 漏电保护；分散性漏电保护是对低压电网三相对地 绝缘水平均匀下降引起的三相对称性漏电故障进行 保护。煤矿井下工作条件恶劣，供电电缆受到岩石 煤块及机械设备的挤压和撞击时容易造成集中性漏 电故障；而井下工作环境潮湿，负荷波动大，则是供 电电缆分散性漏电的诱因。如不能及时发现故障并 采取有效措施，漏电故障有可能发展成短路、接地等 严重故障，将可能出现电弧引燃瓦斯、煤尘等易燃易 爆物而引起爆炸事故，直接危及人身安全和正常生 产活动。当前井下低压配电装置保护器中普遍采用
和。
在电网正常运行的情况下，由于三相之间不会
达到理想的平衡状态，所以会有零序电压和零序电
流产生。求得正常情况下，各支路的零序导纳值为：
Yig0 = gi + jωCi
（4）
由式（1） 、（3） 、（4） ，可以分别求得故障前、后故
障支路和非故障支路的零序导纳变化的绝对值。
| ΔYk | = | Ydkg0 － Ykg0 |
=
1 Rj
－1 jXCj
=
gj
+ jωCj
（1）
流经故障支路 k 的零序电流值为：
∑ ∑ ( ·
·
I k0 = － U0 gN +
n
n
gi + jω
Ci )
i = 1，i≠k
i = 1，i≠k
（2）
·6·
煤矿机电
2010 年第 3 期
图 2 井下低压馈线漏电故障示意图
电抗线圈的阻值很小，可 以 忽 略 不 计，由 式 （ 2 ）
2） 实现步骤。在低压综合保护器中，零序功率
方向保护原理具体实现的步骤是：将检测到的零序
电流、零序电压信号送入到 A / D 转换电路，通过变
换，将模拟信号变换为 CPU 可识别的数字信号，送
入 CPU 来计算零序电压值、零序电流值和功率因
数。首先将测得的零序电压的幅值与整定值进行比
较，超过整定值，则计算零序有功导纳，并与先前设
检测元件，并采用了改进的零序导纳增量法来实现零序功率方向保护。实际应用表明，能较好地
实现漏电保护功能。
关键词： 漏电检测； 霍尔元件； 零序导纳增量
中图分类号：TD611 + . 5
文献标识码：B
文章编号：1001 － 0874（2010）03 － 0004 － 04
Implementation of Low-voltage Integrated Earth Leakage Protection Device
电流保护的动作电阻值是随着绝缘电阻和电容值的
大小而变化。这一原理只适用于分支电容小而总分
布电容相对大的场合，在井下低压电网的条件下，使
用有一定的困难。
2） 判断故障支路中零序电流的方向。当支路
发生故障时，流过它的零序电流与非故障支路的零
序电流的相位基本是反向的，通过判断支路中零序
电流的方向就可以判断出漏电故障是在哪条支路。
2010 年第 3 期
煤矿机电
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压侧有数台自动馈电装置时，不可以通过在每台自 动馈电装置上都装设一台直流式漏电保护来实现漏 电保护的选择性。因为几组检漏电路并联运行，其 动作电阻值会相应降低，不能保证安全的要求，还可 能引起保护器误动作。在同一个低压电网中，保护 器的附加直流电源式漏电检测保护只能在总的自动 馈电装置上起作用。同时，附加直流电源式漏电检 测保护的电容电流补偿是静态补偿以及保护动作时 间长等缺点，所以低压配电装置综合保护器用在分 开关上时，漏电检测通常是通过用零序功率方向式 漏电检测来实现选择性保护的。
n
n
= － ( gN + ∑ gi + jω ∑ Ci ) －
i = 1，i≠k
i = 1，i≠k
（gk + jωCk）
n
n
= gN + ∑gi + jω∑Ci
（5）
i =1
i =1
| ΔYj | = | Ydjg0 － Yjg0 |
= | gN + gj + jωCj － （gN + gj + jωCj） |
3 改进的零序功率方向式漏电保护
（1） 传统的保护方式
传统的选择性漏电保护原理有两种，它们都是
基于零序电流的。
1） 检测支路中的零序电流值的大小。当支路
出现漏电故障时，其零序电流值会明显增大，通过判
断支路中零序电流值的大小就能判断出支路是否有
漏电故障。该零序电流值由零序电压值决定，零序
电压又受电网对地绝缘电阻和电容的影响，其零序
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煤矿机电
2010 年第 3 期
低压综合保护器的漏电保护实现*
马星河1，2 ，张迁迁1 ，史世杰2 ，王准涛2 ，杨淑平2
（1. 河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454001； 2. 义马煤业（ 集团） 有限公司，河南 义马 472300）
摘 要： 对低压综合保护器的漏电检测部分，其附加直流电源漏电检测部分设计以霍尔元件作为
霍尔元件的测量范围、测量精度、体积等较之以 前的测量器件有明显优势。VSM025A 的电气参数 为：
原边额定输入电流：10 mA
原边电流测量范围：0 ～ ± 14 mA 副边额定输出电流：25 mA 匝数比：3 000：1 200 电源电压： ± 12 ～ ± 15（ ± 5% ） V 绝缘电压（ 原边与副边电路之间） ：2. 5 kV 有效 值 /50 Hz /1 min
对于其它的中性点接地方式，故障前、后，支路
的零序导纳变化的绝对值也有相似的形式。正常情
况下，通过接地试验来得到支路的零序导纳，而每发
生一次接地故障零序导纳的值就会变化一次，可以
通过零序导纳的变化及时地跟踪电网参数的变化。
发生漏电故障，故障支路零序导纳的增量绝对值是
本电网的接地导纳值，而非故障支路的零序导纳增
（2） 磁补偿式霍尔元件工作原理 目前在井下低压保护器的附加直流电源漏电检 测 中，已 经 广 泛 应 用 了 霍 尔 元 件。 本 文 介 绍 VSM025A 磁补偿式霍尔元件，其工作原理如图 1 所 示。
图 1 磁补偿式霍尔元件工作原理图
当被测电流 Iin流过原边回路时，在导线周围产 生磁场，并感应给霍尔器件 N，使其有一个信号 Uh 输出，这一信号经过内部处理可以调整补偿电流 I0 的大小，它通过多匝绕组后也产生一个磁场，并且与 原边回路电流 Iin所产生的磁场相反，补偿了原来的 磁场，使霍尔器件的输出电压 Uh 逐渐减小，最后当 I0 产生的磁场与 Iin 所产生的磁场相等时，I0 不再增 加，这时霍尔器件就达到零磁通检测作用。完成这 一平衡所需要的时间在 1 μs 之内，是一个动态平衡 过程。I in 的细微 变 化 即 可 破 坏 磁 场 的 平 衡，当 磁 场 失去平衡后，Uh 产生变化，经放大，立即有相应的电 流流过副边线圈进行补偿。因此，只要测得补偿线 圈的电流 I0 ，即可知道原边电流 Iin，该测量输出信 号为电流形式 I0 ；也可在霍尔电流传感器的输出电 路与电源零点之间串接恰当的电阻，并在该电阻上 取电压，就构成了电压形式的输出。
Abstract： The design of additional DC power supply earth leakage detection part in earth leakage detection part of the low-voltage integrated protection device is to the Hall-Effect sensor as the test components，and uses an improved zero-sequence admittance increment method to achieve zero-sequence power directional protection. Practical application can better implement earth leakage protection. Keywords： earth leakage detection； Hall element； zero sequence admittance increment
这种方法在使用上也有保护动作电阻值不固定的问
题，并且使 用 该 方 法 时，不 能 设 置 电 容 电 流 补 偿 装
置。
（2） 零序功率方向式漏电保护
为了弥补上述方法的缺陷，结合了零序电压保
护、零序电流保护、零序电流方向的保护原理，提出
了零序功率方向漏电保护原理。它是通过分析支路
中零序电流或零序电压的幅值大小来判断供电单元
= 0（j ≠ k）