煤礦井下高壓電網(wǎng)選擇性漏電保護(hù)研究

劉文兵

摘 要：文章針對(duì)大寧煤礦6KV高壓電網(wǎng)出現(xiàn)的地面高壓線路單相接地，引起井下高開(kāi)選擇性漏電保護(hù)跳閘的問(wèn)題，簡(jiǎn)要分析了在煤礦6KV高壓電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)電網(wǎng)的電路特征，結(jié)合大寧煤礦6KV高壓電網(wǎng)的實(shí)際情況，提出了初步解決方法。

關(guān)鍵詞：煤礦；高壓電網(wǎng)；單相接地；選擇性漏電保護(hù)

1 問(wèn)題的產(chǎn)生

山西華潤(rùn)大寧能源有限公司是由華潤(rùn)煤業(yè)全資控股的現(xiàn)代化高產(chǎn)高效井工礦井（以下簡(jiǎn)稱大寧煤礦），礦井生產(chǎn)能力為4.0Mt/a，采用混合式開(kāi)拓方式。

礦井建有地面35KV變電所一座，安裝有型號(hào)為SZ9-20000KVA—35/6.3KV的主變壓器2臺(tái)，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)熱備，礦井供電電壓等級(jí)6KV，井下使用的高壓開(kāi)關(guān)為PBG系列高壓真空配電裝置，保護(hù)器為ZLZB系列智能高壓綜合保護(hù)裝置。

礦井于2008年元月份在地面35KV變電所安裝投運(yùn)了兩組XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置，消弧線圈工作于全補(bǔ)償狀態(tài)。但供電系統(tǒng)由此產(chǎn)生了一個(gè)的問(wèn)題：當(dāng)?shù)V井地面的6KV高壓電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，井下高開(kāi)頻頻出現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)跳閘的誤動(dòng)事件，為井下安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大隱患。

2 中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)分析

下面為對(duì)6KV電網(wǎng)發(fā)生單相接地（包括直接接地和經(jīng)一過(guò)渡電阻接地）故障時(shí)，電網(wǎng)零序電壓及零序電流的分布情況進(jìn)行分析。

對(duì)于中性點(diǎn)不接地的6KV電網(wǎng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障支路零序電流互感器的零序電流是所有非故障支路零序電流之和，故障支路零序電流不流過(guò)本支路零序電流互感器，方向是由支路指向母線，流過(guò)非故障支路零序電流互感器的零序電流就是本支路的零序電流，方向是母線指向支路。

前面的分析是針對(duì)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)的，顯然，通過(guò)零序電流的大小和方向是很容易區(qū)分故障支路和非故障支路的。很明顯，對(duì)于中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)的漏電保護(hù)比較容易實(shí)現(xiàn)，且保護(hù)也不容易發(fā)生誤動(dòng)。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，就相當(dāng)于流過(guò)故障支路零序電流中增加了一電感性電流，方向由支路指向母線。

可以得出，由于消弧線圈電感電流的加入，有可能使流過(guò)故障支路零序電流互感器的電流由原來(lái)的電容性電流變成具有電感性電流的特點(diǎn)，又由于流過(guò)故障支路零序電流互感器的電流與流過(guò)非故障支路零序電流互感器的電流矢量同相，而且流過(guò)故障支路零序電流互感器的電流不一定大于流過(guò)非故障支路零序電流互感器的電流。顯然，用前面比較零序電流大小和方向的原理來(lái)區(qū)別故障支路與非故障支路是不行的，這就給接地保護(hù)帶來(lái)困難。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并（串）電阻接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，就相當(dāng)于在流過(guò)故障支路零序電流互感器的零序電流中增加了一電感性電流和一電阻性電流，方向由支路指向母線。由于電阻電流的加入，使流過(guò)故障支路零序電流互感器的電流同流過(guò)非故障支路零序電流互感器的電流拉開(kāi)一定的角度。特別需要注意的是：在忽略了各支路對(duì)地絕緣電阻的影響時(shí)，流過(guò)非故障支路零序電流互感器的電流在在零序電壓上的投影等于零，而流過(guò)故障支路零序電流互感器的電流在零序電壓上的投影等于與消弧線圈并聯(lián)的電阻中的電流，但是，方向是零序電流的負(fù)方向。這樣就可以很方便地計(jì)算出這一電阻電流，也可以很方便地區(qū)分故障支路與非故障支路，實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)。

3 解決高壓開(kāi)關(guān)選擇性漏電保護(hù)誤動(dòng)的措施

為解決井下高壓開(kāi)關(guān)選擇性漏電保護(hù)誤動(dòng)跳閘的問(wèn)題，我們聯(lián)系了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資深專(zhuān)家，經(jīng)中國(guó)礦大專(zhuān)家對(duì)我礦的供電系統(tǒng)進(jìn)行分析，認(rèn)為我礦現(xiàn)有的6KV高壓供電系統(tǒng)具備解決此問(wèn)題的條件。分析重點(diǎn)認(rèn)為，大寧煤礦安裝的XBSG系列消弧線圈為“消弧線圈并電阻”裝置，當(dāng)?shù)V井6KV電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障支路與非故障支路所產(chǎn)生的零序電流大小和方向區(qū)別明顯，為實(shí)現(xiàn)高開(kāi)選擇性漏電保護(hù)創(chuàng)造了先決條件。

接下來(lái)我們?cè)趪?guó)內(nèi)查閱到了由徐州和緯信電科技有限公司生產(chǎn)的HW3000礦用保護(hù)及測(cè)控裝置（高壓綜合保護(hù)裝置），在該保護(hù)裝置的“漏電保護(hù)”定值中設(shè)定“零壓與零流”（即零序功率方向保護(hù)），零序功率方向設(shè)定為 “有功”（“有功”對(duì)應(yīng)為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)），零序有功功率方向的動(dòng)作區(qū)間為[2700，900]，恰好滿足高壓6KV電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)的要求而不拒動(dòng)，不誤動(dòng)。

在HW3000礦用保護(hù)及測(cè)控裝置安裝投運(yùn)前，我們對(duì)其選擇性漏電保護(hù)性能進(jìn)行了試驗(yàn)：

（1）選擇性漏電保護(hù)跳閘試驗(yàn)。在地面使用許繼電測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的IRT7A繼電保護(hù)測(cè)試裝置，模擬產(chǎn)生圖5所示故障支路的零序電壓與零序電流，將信號(hào)加載至HW3000礦用保護(hù)及測(cè)控裝置，該保護(hù)裝置能準(zhǔn)確發(fā)出保護(hù)跳閘信號(hào)使得高開(kāi)跳閘。試驗(yàn)共進(jìn)行10次，高開(kāi)均能可靠跳閘。

（2）選擇性漏電保護(hù)不跳閘試驗(yàn)。大寧煤礦井下原安裝有ZLZB系列智能高壓綜合保護(hù)裝置的兩臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)，在6KV高壓電網(wǎng)投入消弧線圈裝置后，頻頻發(fā)生選擇性漏電保護(hù)誤動(dòng)事件。我們就選取此兩臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)，用HW3000礦用保護(hù)及測(cè)控裝置替換了ZLZB系列智能高壓綜合保護(hù)裝置。替換工作完成后，我們?cè)诘孛?KV電網(wǎng)的兩條支路上分別進(jìn)行了單相接地試驗(yàn)，共試驗(yàn)13次，接地電阻分別選用1000歐、800歐、600歐、400歐、37.8歐、35.8歐，接地時(shí)間為15-20秒。試驗(yàn)結(jié)果：未更換保護(hù)器的高壓開(kāi)關(guān)出現(xiàn)了多次誤動(dòng)作跳閘情況，而這2臺(tái)保護(hù)器未發(fā)生一次選擇性漏電保護(hù)誤動(dòng)作跳閘情況。

上述兩臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)在安裝HW3000礦用保護(hù)及測(cè)控裝置運(yùn)行后，地面6KV電網(wǎng)又曾發(fā)生過(guò)幾起單相接地故障，但選擇性漏電保護(hù)未誤動(dòng)過(guò)一次。至此，基本可以說(shuō)明了HW3000礦用保護(hù)及測(cè)控裝置具有良好的選擇性漏電保護(hù)性能。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦高壓電網(wǎng)的選擇性漏電保護(hù)誤動(dòng)會(huì)給煤礦井下的安全生產(chǎn)帶來(lái)極大隱患，切實(shí)解決選擇性漏電保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題是煤礦供電工作的一個(gè)重點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)的分析，得出在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（并（串）電阻）接地的電網(wǎng)中，結(jié)合配置合適的高壓綜合保護(hù)裝置，可以實(shí)現(xiàn)煤礦井下高壓電網(wǎng)的選擇性漏電保護(hù)功能，并通過(guò)在大寧煤礦的實(shí)際初步應(yīng)用進(jìn)行了驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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