一种在IT系统中保障供电安全的装置及方法与流程

一种在it系统中保障供电安全的装置及方法
技术领域
1.本发明涉及工程设备技术领域，特别涉及一种在it系统中保障供电安全的装置及方法。


背景技术：

2.矿井的生产用电主要以低压供电系统为主。由于矿井低压供电系统普遍采用中性点非有效接地的供电方式以及整个系统运行在潮湿、多尘等恶劣环境中，使得整个低压系统极易发生单相漏电。如不及时处理，单相漏电就会发展为相间短路故障，不仅扩大了停电范围同时会严重影响人身安全、设备安全以及矿井生产。
3.根据统计，在单相漏电中人或者接地体偶尔碰触带电体又迅速离开的这种瞬时性漏电故障的占比约在85％以上。由于瞬时性故障而引发矿井低压供电系统频繁跳闸，使得供电系统供电极不连续，严重影响矿山的生产效益；同时如果对瞬时性故障不采取有效的处理措施则会给运行人员造成了极大的触电风险，严重影响矿井生产安全。
4.基于此我们公开了一种在it系统中保障供电安全的装置及方法，在有人身触电的工况下在30mas的安全阈值范围内保证触电者安全脱离触电点同时能滤除瞬时性故障保证供电的连续性。实现了安全效益和生产效益的双重保证。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述现有技术中存在问题，提供一种在it系统中保障供电安全的装置及方法，以解决现在的技术问题。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明提供了一种在it系统中保障供电安全的装置及方法，包括：
8.step1：识别是否出现触电，获取运行线路的电气量信息，根据所获取的电气量信息进行识别是否有人身触电发生，若出现触电，则执行step2；
9.step2：判别触电相，通过采集的电气量信息，计算分析触电相；
10.step3：降低触电点能量，分析系统发生触电事故时，触电相电压以及非触电相电压的向量关系以确定降低触电点能量的方法，从而能够使得触电者从触电点安全脱离。
11.优选的，所述step1：识别是否出现触电步骤中，电气量信息通过信息融合的方式获得。
12.优选的，所述step2：判别触电相步骤中，包括：通过采集的电气量信息，对系统的零序电压和故障发生时各相电压进行计算，将计算结果进行实时矢量分析，根据分析结果确定发生人身触电事故时候的触电相。
13.优选的，所述step3：降低触电点能量步骤中，降低触电点能量至30mas的安全能量范围内。
14.本发明的有益效果是：本技术通过信息融合的方式获取运行线路的电气量信息，根据所获取的电气量信息进行识别是否有人身触电发生；如果发生人身触电则快速准确识
别触电相并进行相应的处理，使得触电点的能量降至30mas的安全能量范围内，使触电者能够从触电点脱离并保证生命安全；同时利用电力系统的固有特性在保证触电者生命安全的前提下维持系统供电的连续性实现生命安全和生产连续。
附图说明
15.本发明的上述的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
16.图1是本发明实施例的在it系统中保障供电安全的装置及方法的中性点不接地系统正常运行时的电力系统图；
17.图2是本发明实施例的在it系统中保障供电安全的装置及方法的中性点不接地系统正常运行时的向量图；
18.图3是本发明实施例的在it系统中保障供电安全的装置及方法的中性点不接地系统a相触电时的电力系统图；
19.图4是本发明实施例的在it系统中保障供电安全的装置及方法的中性点不接地系统a相触电时的向量图；
20.图5是本发明实施例的在it系统中保障供电安全的装置及方法的中性点不接地系统经防触电处理后的系统向量图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明提供了一种在it系统中保障供电安全的装置及方法，包括：
23.step1：识别是否出现触电，获取运行线路的电气量信息，根据所获取的电气量信息进行识别是否有人身触电发生，若出现触电，则执行step2；
24.step2：判别触电相，通过采集的电气量信息，计算分析触电相；
25.step3：降低触电点能量，分析系统发生触电事故时，触电相电压以及非触电相电压的向量关系以确定降低触电点能量的方法，从而能够使得触电者从触电点安全脱离。
26.其中，step1：识别是否出现触电步骤中，电气量信息通过信息融合的方式获得。
27.其中，step2：判别触电相步骤中，包括：通过采集的电气量信息，对系统的零序电压和故障发生时各相电压进行计算，将计算结果进行实时矢量分析，根据分析结果确定发生人身触电事故时候的触电相。
28.其中，step3：降低触电点能量步骤中，降低触电点能量至30mas的安全能量范围内。
29.实施例1：
30.一、识别触电发生
31.在矿山井下中性点不接地系统(it系统)正常运行时，其三相导线之间和各相导线对地之间都存在着分布电容，各相对地之间存在着分布的泄漏电阻。导线之间的分布电容
较小忽略不计，用集中参数cc和ra、rb、、rc分别表示各相的对地电容和电阻，正常工作时均匀对称。即，ra＝rb＝rc＝r、ca＝cb＝cc＝c。其对应的电力系统图和向量图分别如图1和图2所示。
32.由于正常运行时系统的三相电压是对称的，根据节点电压法列方程，可知此时系统的零序电压为：
[0033][0034]
ya、yb、yc为各相对地的导纳，分别用对应的对地参数表示为：带入式(1)得零序电压为:
[0035][0036]
又因为系统参数ra＝rb＝rc、ca＝cb＝cc，正常运行时候的对称系统有
[0037][0038]
所以化解的正常运行时的系统零序电压为：
[0039][0040]
当a相发生人身触电时，其系统图如图3所示，其对应的向量图如图4所示。此时由于ra＞＞rk，忽略ra对a相对地导纳的影响，同样可以忽略b相c相对地电阻对整个计算结果的影响。此时根据节点法列写方程得到系统的零序电压为：
[0041][0042]yad
、yb、yc分别用对应的对地参数表示为：
[0043][0044]
带入触电状态下的系统参数得系统零序电压为：
[0045][0046]
整理并化简得，
[0047][0048]
化简得a相发生人身触电状态下系统零序电压和a相对地电压分别为：
[0049][0050][0051]
由于ra＞＞rk，所在发生触电的状态下可忽略系统漏电阻的影响，式(9)可化简为
[0052]
[0053]
基于式(10)形成的系统向量关系图如图4所示。由图可知，系统零序电压的大小和方向是在以触电相正常运行时的相电压为直径的半圆上变化。其值的变化范围随着触电点接触电阻的不同而在0到正常运行的相电压值之间变化。
[0054]
基于该技术形成的装置通过电气量采集系统，根据以上分析而得到的系统零序电压计算方法并实时对其进行采集计算，将计算结果交由主控系统进行结果分析以判别是否发生人身触电事故。系统综合考虑采集上来的系统零序电压在环境对设备影响而产生零飘情况下的实时值，经过计算分析确定当系统的零序电压小于根据系统参数和规模设定的门槛值时，此时认为系统是正常的，当系统的零序电压高于其设定的门槛值时人为发生了人身触电事故。
[0055]
二、判别触电相
[0056]
以如图4所示的向量关系图为基础分析系统零序电压和各相电压之间的相位关系，以此确定触电相的判据。用分别表示各相正常运行时的相电压；用分别表示在发生人身触电故障之后的各相电压；表示在发生人身触电故障之后的系统零序电压；为发生人身触电事故时系统零序电压和的夹角。由图4可知：
[0057]
与的夹角为：
[0058][0059]
与的夹角α为：
[0060][0061]
与的夹角θ为：
[0062][0063]
对于一种确定的接地故障发生时其对应的接地参数是确定的，所以是一个确定值。此时，比较式(11)、(12)、(13)可知，与的夹角θ最小。根据相矢量叠加原理可知，两个矢量相加时夹角越小其矢量和的模值越大。所以有：
[0064][0065]
根据式(14)可得出判据为，选出零序电压与各相电压矢量和的模值的最大值，该最大值对应的相必然为触电相逆相电压的相邻相。即如果零序电压和c相电压的矢量和为最大时，必然a相发生触电；同理可知如果零序电压和b相电压的矢量和为最大时，必然c相发生触电；如果零序电压和a相电压的矢量和为最大时，必然b相发生触电。
[0066]
基于该技术形成的装置通过电气量采集系统，根据以上分析对系统的零序电压和故障发生时各相电压进行实时采集计算，将计算结果交由主控系统进行实时的矢量分析，根据分析结果准确确定发生人身触电事故时候的触电相。判断依据为：选出零序电压与各相电压矢量和的模值的最大值，该最大值对应的相必然为触电相逆相电压的相邻相。即如果零序电压和c相电压的矢量和为最大时，必然a相发生触电；同理可知如果零序电压和b相电压的矢量和为最大时，必然c相发生触电；如果零序电压和a相电压的矢量和为最大时，必然b相发生触电。
[0067]
三、降低触电点能量使触电者安全脱离
[0068]
以如图4所示的向量关系图为基础分析系统发生触电事故时，触电相电压以及非触电相电压的向量关系以确定降低触电点能量的方法，从而能够使得触电者从触电点安全脱离，保证触电者的生命安全。用分别表示各相正常运行时的相电压；用分别表示在发生人身触电故障之后的各相电压；表示在发生人身触电故障之后的系统零序电压；为发生人身触电事故时系统零序电压和的夹角。
[0069]
如图3及图4所示在发生人身触电时，在人体电阻rk将会承受的电压，其值的数学表达式如式(15)所示。如果不及时处理，该电压将会对人体造成伤害，甚至引发生命危险。该发明内容就是通过有效的技术手段，在发生人身触电事故时，在30mas的能量范围内将触电点的电压降下来保证触电者安全脱离触电点。为触电体承受的电压，其数学表达式如下所示。
[0070][0071]
从图4可见，当a相发生人身触电事故时，由系统零序电压a相正常运行时电压以及触电体承受的接触电压构成的三角形oao’满足余弦定理，其数学表达式如下：
[0072][0073]
当a相发生人身触电事故时，由系统零序电压b相正常运行时电压以及由于触电故障造成中性点偏移形成的b相电压构成的三角形obo’满足余弦定理，其数学表达式如下：
[0074][0075]
当a相发生人身触电事故时，由系统零序电压c相正常运行时电压以及由于触电故障造成中性点偏移形成的c相电压构成的三角形oco’满足余弦定理，其数学表达式如下：
[0076][0077]
分析式(15)、(16)可知，为了保证将承受在触电体上的电压u
ad
安全可靠的降低，最有效的方法为将发生人身触电事故时系统零序电压和的夹角降为0，并且保证ua＝u
0d
，此时分析式(16)可得如下表达式。
[0078]uad2
＝u
0d2
+u
0d2-2u
0du0d
cos0
°ꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0079]
计算可得：u
ad
＝0。
[0080]
基于该技术形成的装置通过电气量采集系统，根据以上分析对系统发生a相触电情况下的各电气量进行计算，将计算结果交由主控系统进行实时的数学分析，根据分析结果启动出口控制逻辑，对触电相进行处理以实现触电体承受电压u
ad
＝0。最有效的方式为将接地相直接接地，从数学上来说相当于在触电相电压上施加一个大小相等方向相反的矢量，使得接地相电压降至预设安全电压以下。其物理意义就是在触电点的电压降为0之后保证触电者能安全可靠的从触电点脱离，保证生命安全。
[0081]
四、保证供电的连续性
[0082]
以如图4所示的向量关系图为基础分析系统发生触电事故时，通过如三所论述的方法将触电点的电压降低使得触电者能从触电点安全脱离保证生命安全。此时形成的系统相量图如图5所示。
[0083]
分析图5中系统经防触电处理后各电气量的关系。各电气量从数值上满足ua＝ub＝uc＝u
0d
，根据余弦定理可知，相间电压u
ab
、u
bc
、u
ac
，并且有u
ab
＝u
bd
、u
ac
＝u
cd
，其值分别为：
[0084][0085]
由于ua＝ub＝uc＝u
0d
，并且化简式(20)可得：同理可得
[0086]
通过以上分析可知，在系统经过防触电处理之后，整个系统的相间电压处于平衡状态，所以不影响系统供电的连续性。
[0087]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种在it系统中保障供电安全的装置及方法，其特征在于：包括：step1：识别是否出现触电，获取运行线路的电气量信息，根据所获取的电气量信息识别是否有人身触电发生，若出现触电，则执行step2；step2：判别触电相，通过采集的电气量信息，计算分析触电相；step3：降低触电点能量，分析系统发生触电事故时，触电相电压以及非触电相电压的向量关系以确定降低触电点能量的方法，从而能够使得触电者从触电点安全脱离。2.根据权利要求1所述的在it系统中保障供电安全的装置及方法，其特征在于：所述step1：识别是否出现触电步骤中，电气量信息通过信息融合的方式获得。3.根据权利要求1所述的在it系统中保障供电安全的装置及方法，其特征在于：所述step2：判别触电相步骤中，包括：通过采集的电气量信息，对系统的零序电压和故障发生时各相电压进行计算，将计算结果进行实时矢量分析，根据分析结果确定发生人身触电事故时候的触电相。4.根据权利要求1所述的在it系统中保障供电安全的装置及方法，其特征在于：所述step3：降低触电点能量步骤中，降低触电点能量至30mas的安全能量范围内。

技术总结
本发明公开了一种保障供电安全的装置及方法，特别涉及一种在IT系统中保障供电安全的装置及方法，包括：Step1：识别是否出现触电，获取运行线路的电气量信息，根据所获取的电气量信息进行识别是否有人身触电发生，若出现触电，则执行Step2；Step2：判别触电相，通过采集的电气量信息，计算分析触电相；Step3：降低触电点能量，分析系统发生触电事故时，触电相电压以及非触电相电压的向量关系以确定降低触电点能量的方法，从而能够使得触电者从触电点安全脱离。本申请利用电力系统的固有特性在保证触电者生命安全的前提下维持系统供电的连续性实现生命安全和生产连续。续性实现生命安全和生产连续。续性实现生命安全和生产连续。


技术研发人员：马德建 宋春晖 付勇 吕正超 尚民 王振 宋羽菲
受保护的技术使用者：山东电安电气有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/14