煤礦井下高壓電網(wǎng)過電壓研究

師軍田

【摘 要】 影響煤礦安全生產(chǎn)的因素很多，其中之一是煤礦井下高壓電網(wǎng)過電壓，煤礦井下一旦發(fā)生高壓電網(wǎng)過電壓，就會(huì)嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)。本文重點(diǎn)分析煤礦井下高壓電網(wǎng)過電壓產(chǎn)生的原因和過電壓產(chǎn)生的危害，并介紹了煤礦井下高壓電網(wǎng)過電壓的防治措施。

【關(guān)鍵詞】 煤礦 井下 高壓電網(wǎng) 過電壓 研究 分析 原因

由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜多變，煤礦井下作業(yè)的事故相對(duì)較多，在煤礦的供電系統(tǒng)中由于供電系統(tǒng)的復(fù)雜性，地壓真空開關(guān)的大量使用，使得單相接地出現(xiàn)高電壓的幾率變得很高，這樣就造成了嚴(yán)重的過電壓現(xiàn)象，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來了較大的危害，并且也影響了煤礦供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，真空開關(guān)和斷路器憑借自身的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于煤礦井下的供電系統(tǒng)中，但是真空設(shè)備的應(yīng)用也給煤礦井下電網(wǎng)帶來很多的問題，真空設(shè)備的使用使得煤礦井下高壓電網(wǎng)過電壓的危害變得更為嚴(yán)重，為了確保煤礦的安全生產(chǎn)，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右砸种?，從而保證煤礦供電的安全性和可靠性。

1 產(chǎn)生過電壓的原因分析

過電壓對(duì)煤礦井下高壓電網(wǎng)可靠性有著重要影響。高壓電網(wǎng)產(chǎn)生過電壓時(shí)，有可能損壞主設(shè)備和電壓互感器爆炸，導(dǎo)致井下大面積停電事故，對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成了不良影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，35kV及以下的配電網(wǎng)發(fā)生過電壓的概率較大。過電壓可分為截流過電壓、多次重燃過電壓、預(yù)擊穿過電壓、電弧接地過電壓，下面對(duì)這些過電壓產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。

1.1 截流過電壓

真空開關(guān)或其他類型的開關(guān)在電流接近自然零點(diǎn)之前斷路時(shí)，由于電弧不穩(wěn)定造成電弧提前熄滅的現(xiàn)象稱為截流，電流突然截止的瞬間，電路的電流值成為截值，而把這種在感性負(fù)荷上產(chǎn)生異常電壓的現(xiàn)象稱為截流過電壓。

電流被截?cái)鄷r(shí)，電流負(fù)載上產(chǎn)生截流過電壓U=L×di/dt，截流過電壓為單位時(shí)間內(nèi)電流變化率與過電壓的高低正比于負(fù)載的電感量的乘積。過電壓的震蕩頻率可達(dá)數(shù)千Hz，頻率越高，過電壓越高。開斷時(shí)間越短，截?cái)嚯娏鞯淖兓试酱?，過電壓越高。開關(guān)分閘速度、滅弧室的真空度、開斷次數(shù)、開關(guān)觸頭的材料、開斷電極的初始相位以及、開斷電極的負(fù)荷特性及開關(guān)的幾何形狀與尺寸等都是影響截流過電壓的因素。滅弧介質(zhì)的開關(guān)都有發(fā)生過電壓的可能性，其中真空開關(guān)發(fā)生截流過電壓的概率較高。

1.2 多次重燃過電壓

由于弧隙發(fā)生多次重燃，電源多次向電機(jī)電容充放電，就會(huì)產(chǎn)生多次重燃過電壓。真空開關(guān)切斷高頻電流時(shí)，電弧熄滅，而此時(shí)觸頭間隙比上次切斷時(shí)增大，觸頭間的電壓上升到更高值時(shí)，再次引起電弧重燃。這種過程可能重復(fù)若干次，持續(xù)幾毫米，導(dǎo)致電壓多次重疊，過電壓的幅值可以達(dá)到很高的數(shù)值，一般發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)切斷電源可達(dá)10至15倍相電壓。

1.3 預(yù)擊穿過電壓

在真空開關(guān)合閘過程中，由于動(dòng)觸頭的間隙介質(zhì)不能承受回路電壓，間隙中流過高頻振蕩電流，導(dǎo)致在觸頭閉合前被擊穿產(chǎn)生電弧，電弧在第一個(gè)高頻電流零點(diǎn)時(shí)熄滅。由于觸頭間隙縮小，從而產(chǎn)生多次的擊穿。真空開關(guān)切斷高頻電流的能力較強(qiáng)，可能出現(xiàn)多次預(yù)擊穿，并產(chǎn)生過電壓，預(yù)擊穿電壓峰值較低，但具有很高的頻率，可能對(duì)電機(jī)繞組產(chǎn)生巨大危害。

1.4 電弧接地過電壓

煤礦中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障處的電弧不穩(wěn)定但是很難自動(dòng)熄滅，把這種電弧稱為間歇性電弧。間歇性電弧會(huì)引起電網(wǎng)中的電容、電感回路產(chǎn)生電磁振蕩，是整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生電弧接地過電壓。

電弧接地時(shí)電壓倍數(shù)較低，一般小于3倍的相電壓，雖然不會(huì)對(duì)線路及電氣設(shè)備的正常絕緣產(chǎn)生危害，但是電弧接地過電壓產(chǎn)生后分布于整個(gè)電網(wǎng)中，電網(wǎng)中的絕緣薄弱處很容易被擊穿，造成異向接地短路故障。因此，必須安裝可靠的接地保護(hù)裝置，消除電弧接地過電壓。

2 電網(wǎng)過電壓的危害

（1）電網(wǎng)過電壓可能造成絕緣瓷瓶炸裂及使避雷針、電壓保護(hù)器引起跳閘斷電，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。

（2）過電壓產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷變壓器、變電所母線、接頭、穿墻套管等。

（3）過電壓產(chǎn)生的熱效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重縮短照明設(shè)備及電壓器的使用壽命，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）過電壓會(huì)嚴(yán)重消弱電氣設(shè)備的絕緣作用，降低電氣設(shè)備的絕緣水平，使產(chǎn)生輕微損壞的絕緣層失去絕緣作用。

3 過電壓的防治措施

在供電設(shè)備運(yùn)行過程中，很難從根本上消除過電壓現(xiàn)象，通過采取合理的防治措施，盡量降低過電壓產(chǎn)生的次數(shù)和破壞作用。

（1）采用優(yōu)質(zhì)的供電設(shè)備，設(shè)計(jì)合理的供電系統(tǒng)。

（2）在供電設(shè)備中安裝必要的過電保護(hù)裝置。

（3）加強(qiáng)操作人員的技術(shù)水平和安全意識(shí)。

（4）改進(jìn)避雷針的工作環(huán)境，將電壓限制在允許的范圍內(nèi)。

（5）為了吸收過電壓的能量，在真空斷路器負(fù)載端裝設(shè)阻容電壓吸收裝置或氧化鋅避雷針。

（6）對(duì)于井下不接地的供電系統(tǒng)，使用單相接地絕緣監(jiān)視保護(hù)，并采用壓敏電阻。為了確保壓敏電阻的有效使用，采用兩組壓敏電阻并聯(lián)安裝。

（7）為了消除弧光接地過電壓，應(yīng)加強(qiáng)接地監(jiān)視保護(hù)的維修。針對(duì)電弧接地產(chǎn)生的過電壓，電纜線路總長(zhǎng)度是起主要作用的，其原因是電纜每相對(duì)地電容遠(yuǎn)大于架空線。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在線路較短時(shí)，接地電流很小，單相接地電弧會(huì)迅速地自動(dòng)熄滅，因而幾乎不產(chǎn)生過電壓。所以，減少線路長(zhǎng)度、多采用架空線路、采用多臺(tái)變壓器單獨(dú)供電以減少接地電流的數(shù)值，是消除電弧接地過電壓的主要措施。煤礦6kV電網(wǎng)，當(dāng)單相接地電流超過煤礦安全規(guī)程的規(guī)定（20A）時(shí)，廣泛采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，利用電容電流補(bǔ)償原理，將單相接地電流減小到不能建弧的程度，從而消除了電弧接地過電壓的發(fā)生。

4 結(jié)語

總之，煤礦井下高壓電網(wǎng)一旦發(fā)生過電壓，將會(huì)嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)，因此要重點(diǎn)研究煤礦井下高壓電網(wǎng)過電壓發(fā)生的原因，并采取適當(dāng)?shù)摹⒖茖W(xué)有效的防范措施，才能保證煤礦各項(xiàng)設(shè)備的正常運(yùn)行，才能保證煤礦的安全生產(chǎn)，和諧發(fā)展。

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