試論煤礦６ｋＶ高壓選擇性接地保護(hù)原理及應(yīng)用

田　剛

摘要：該文通過介紹煤礦6kV電網(wǎng)單相接地電容電流分布規(guī)律和特點(diǎn)，以及高壓選擇性接地保護(hù)技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)煤礦電網(wǎng)形成比較可靠的選擇性接地保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：煤礦 高壓 選擇性 接地保護(hù)

0 引言

煤礦井下生產(chǎn)條件特殊，電氣設(shè)備和電纜易受外力砸壓而使絕緣破壞，從而導(dǎo)致人身觸電、漏電故障，漏電電流會(huì)使雷管超前引爆、引起瓦斯煤塵爆炸。因此，煤礦地面變電所和井下中央變電所、采區(qū)變電所的高壓饋電線上必須裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù)裝置。其作用是在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，保證電網(wǎng)的安全與設(shè)備安全，迅速準(zhǔn)確地選出發(fā)生單相接地故障的線路，并能發(fā)出信號(hào)或切除故障線路。

1 煤礦6kV電網(wǎng)分析

1.1 中性點(diǎn)接地方式 中性點(diǎn)接地方式對(duì)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)及安全有重大的關(guān)系。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，接地線上無電流。當(dāng)發(fā)生一相接地時(shí)，隨著接地方式不同，電壓和電流差別很大。煤礦6kV電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式，其單相接地電流由電網(wǎng)對(duì)地電容決定。由于供電距離較短、分布電容較小，故障電流很小，不易發(fā)生接地點(diǎn)電弧燃燒，但一相接地時(shí)，另兩相對(duì)地電壓升高3倍，易使絕緣薄弱擊穿，造成二相接地短路。

1.2 單相接地電容電流分析 單相接地電流的數(shù)值等于三相對(duì)地電容電流之和，相位落后于接地相電壓90°，超前零序電壓90°。當(dāng)6kV電網(wǎng)支路多，電纜線路長(zhǎng)時(shí)，每相分布電容通常達(dá)10μF以上，單相接地電流較大?？紤]到煤礦安全生產(chǎn)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容電流應(yīng)小于20A，否則，必須采取限制措施。

1.3 6kV電網(wǎng)單相接地電容電流分布特點(diǎn) 電網(wǎng)單相接地電容電流分布特點(diǎn)為：①非故障支路流過的電流為本支路的電容電流，其方向?yàn)閺哪妇€流向支路，超前零序電壓90°。②故障支路電流是其他所有非故障支路電容電流之和，方向?yàn)閺闹妨飨蚰妇€，滯后零序電壓90°。③流過故障支路的電容電流可能比任一條支路自身的電容電流均大。

2 高壓選擇性接地保護(hù)裝置類型及應(yīng)用

2.1 裝置原理、類型

2.1.1 零序電流型 原理是電網(wǎng)故障支路流過的零序電流大于任一支路自身的零序電流，接地故障出現(xiàn)時(shí)，比較各支路零序電流，輸出最大的支路即為故障支路。實(shí)際應(yīng)用中，為防止誤動(dòng)或拒動(dòng)，零序電流要大到一定值時(shí)才能動(dòng)作，既要大于本支路自身電容電流，防止誤動(dòng)，又要保證本支路接地時(shí)一定要?jiǎng)幼?。此類保護(hù)裝置適用于井下采區(qū)變電所，不宜在地面變電所應(yīng)用。

2.1.2 零序功率方向型 原理是在電網(wǎng)發(fā)生接地故障后產(chǎn)生零序電壓和零序電流，當(dāng)零序電壓和零序電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)保護(hù)裝置，相敏電路利用非故障支路零序電流超前零序電壓90°，故障支路零序電流滯后零序電壓90°特點(diǎn)，比較各支路零序電流和零序電壓的相位關(guān)系，確定故障支路，使保護(hù)裝置動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)選擇性。

2.1.3 諧波電流方向型 采用比較諧波大小及其相位關(guān)系的原理實(shí)現(xiàn)選擇性。在電網(wǎng)發(fā)生接地故障后，零序電壓和零序電流中均含有一定量的諧波，各次諧波在大小和相位關(guān)系上仍遵循前述特點(diǎn)。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)諧波進(jìn)行分析、對(duì)比，即可選出故障支路。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.2.1 地面變電所、井下中央變電所多數(shù)采用零序功率方向型裝置，形成從地面到井下中央變電所的二級(jí)接地保護(hù)系統(tǒng)。應(yīng)用效果較好的有獲國(guó)家專利新型GLJ—B型高壓漏電檢測(cè)裝置，用于6 kV中性點(diǎn)不接地供電系統(tǒng)，配置專用高靈敏零序電流互感器，零序電壓信號(hào)取自母線段電壓互感器開口三角aD端子，采用零序電壓、電流相位比較電路及零序電流幅值比較電路鑒別接地線路。當(dāng)供電線路發(fā)生單相接地時(shí)，即迅速準(zhǔn)確地自動(dòng)顯示出故障線路，同時(shí)發(fā)出聲、光信號(hào)。

2.2.2 采區(qū)變電所高壓隔爆開關(guān)型號(hào)、類型較多，尚未形成系統(tǒng)配套的選擇性接地保護(hù)裝置。PB2、PB3改進(jìn)型開關(guān)采用零序電流型接地保護(hù)裝置，BGP36、BPZ型等高爆開關(guān)采用功率方向型保護(hù)裝置。

3 選擇性接地保護(hù)裝置的裝設(shè)與配套建議

3.1 對(duì)于不同接地方式的煤礦高壓電網(wǎng)，選擇性高壓接地保護(hù)裝置的選擇性功能必須與接地方式相適應(yīng)。

3.2 電網(wǎng)采用消弧線圈進(jìn)行完全補(bǔ)償、過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償后，地面變電所、井下變電所的選擇性接地保護(hù)應(yīng)采用諧波電流方向型接地保護(hù)裝置。理論分析證明經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后零序電流型、功率方向型選擇接地保護(hù)裝置無法實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。

3.3 選擇性高壓接地保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取地面變電所、井下中央變電所、采區(qū)變電所三級(jí)保護(hù)系統(tǒng)，便于發(fā)現(xiàn)故障線路并及時(shí)切除故障線路。

3.4 地面變電所選擇接地保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)，井下中央變電所動(dòng)作于信號(hào)，采區(qū)變電所應(yīng)動(dòng)作于瞬時(shí)掉閘。

3.5 為保證保護(hù)裝置穩(wěn)定的性能，與保護(hù)裝置配套的零序電流互感器，應(yīng)保證保護(hù)裝置對(duì)其特性質(zhì)量和穩(wěn)定性的要求，并應(yīng)注意改善零序電流互感器的工作條件，防止誤動(dòng)和拒動(dòng)。

4 結(jié)語

隨著電壓選擇性接地保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，與煤礦電網(wǎng)配套的新型接地保護(hù)裝置會(huì)得到廣泛應(yīng)用，將從井上到井下采區(qū)形成比較可靠的高壓選擇性接地保護(hù)系統(tǒng)，確保煤礦供電安全、可靠。