煤礦10KV系統(tǒng)相電壓不平衡分析與處理

董強(qiáng)

(國投新集一礦,安徽鳳臺 232170)

煤礦10KV系統(tǒng)相電壓不平衡分析與處理

董強(qiáng)

(國投新集一礦,安徽鳳臺 232170)

煤礦10KV系統(tǒng)相電壓不平衡現(xiàn)象是系統(tǒng)異常和故障的反映,其產(chǎn)生原因及故障現(xiàn) 象多種多樣,總體來說,造成煤礦相電壓不平衡的原因,主要由接地故障和諧波引起的諧振。文中對煤礦10KV系統(tǒng)相電壓不平衡現(xiàn)象進(jìn)行了分析、判斷和總結(jié),為快速、準(zhǔn)確處理相電壓不平衡故障提供了參考和幫助。

相電壓不平衡 接地故障 諧振

煤礦10KV系統(tǒng)相電壓不平衡現(xiàn)象，主要是地面各場所的用電設(shè)備、供電電纜出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)生諧振、接地和雷擊過電壓等引起的；以及由地面110KV變電所單獨(dú)向井下供電的井下中央變電所、采區(qū)變電所的高防開關(guān)、變壓器、低壓饋電開關(guān)、照明線路及移動(dòng)變電站等設(shè)備發(fā)生單相接地、漏電、相間短路等原因，造成相電壓不平衡。這種不平衡現(xiàn)象最終反映在地面110KV變電所10KV母線上。從110KV變電所主控室后臺主機(jī)屏上，可以清楚地顯示出這種相電壓不平衡現(xiàn)象的差異。

1 相電壓不平衡分析

煤礦110KV變電所10KV系統(tǒng)電壓向地面和井下供電過程中，因多種原因造成10KV相電壓不平衡現(xiàn)象，最常見的有兩種原因：一種是接地(包護(hù)括單相接地，兩相接地，分散性接地)；另一種是諧振(主要是17HZ和基波諧振)。

1.1 接地分析

(1)單相接地：線路正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線對地電容大致相等，線路對地為相電壓。在對地電容中流過三相平衡充電電流沒有零序電流流過。一旦單條線路發(fā)生接地時(shí)，接地相與大地同電位，中性點(diǎn)電位電流發(fā)生偏移，其它兩相對地電壓升高，此時(shí)三相電壓表現(xiàn)為故障相對地電壓降低，金屬性接地時(shí)降為0，非故障障相對地電壓升高。這種單相接地常發(fā)生在井下采區(qū)變電所，移動(dòng)變電站及配電點(diǎn)向采掘工作面供電的線路中。由于環(huán)境陰暗潮濕、掉矸、片邦等原因，砸傷電纜，發(fā)生漏電，以及在采掘過程中，隨著進(jìn)度的推移，電氣設(shè)備，電纜也隨之搬移。電纜在移動(dòng)過程中可能因過度彎折損傷電纜，使絕緣降到危險(xiǎn)值，發(fā)生接地故障。(2)兩相接地：煤礦供電系統(tǒng)中發(fā)生兩相線接地，主要是頻繁移動(dòng)的電纜或電氣設(shè)備，由于受到外力作用，電纜接頭從接線柱中抽出，兩相芯線碰殼，發(fā)生接地。發(fā)生這種現(xiàn)象在井下電氣事故中非常危險(xiǎn)3分散性接地：指接地故障點(diǎn)在線路中的某個(gè)區(qū)段，或幾條線路都可能發(fā)生，但每個(gè)接地漏電電流很小，不足以使饋電開關(guān)跳閘.這些接地故障點(diǎn)如果同時(shí)存在，反映在總的供電系統(tǒng)中，會引起相電壓不平衡。這種不平衡現(xiàn)象如不及時(shí)排除，長期帶病運(yùn)行，易發(fā)生閃絡(luò)放電，造成電纜或電氣設(shè)備絕緣損壞，發(fā)生相間短路，線路出現(xiàn)諧振，系統(tǒng)電壓不穩(wěn)，引起大面積停電事故。

1.2 諧振分析

(1)諧振在煤礦110KV變電所10KV系統(tǒng)中向地面和井下供電過程中引起的相電壓不平衡現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為17HZ分頻諧振和基波諧振。在地面供電線路中，常發(fā)生在架空線路中，特別是夏季雷雨天氣，裸露架空線、絕緣子、線路避雷器等設(shè)備遭受超強(qiáng)雷擊時(shí)，可能引起絕緣薄弱點(diǎn)閃絡(luò)，放電，甚至接地短路，發(fā)生諧振，使17HZ分頻的電壓分量和基波諧振電壓明顯升高，消諧裝置報(bào)警，相電壓不平衡現(xiàn)象發(fā)生。(2)煤礦井下供電系統(tǒng)中發(fā)生諧振，最易造成諧振原因的有兩個(gè)方面：1)漏電引起的相間短路造成瞬間接地故障。漏電在井下電氣設(shè)備及電纜運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生。最初時(shí)，漏電電流非常小，設(shè)備的絕緣狀態(tài)，還能保證設(shè)備的正常運(yùn)行，不至于使檢漏繼電器動(dòng)作跳閘。如果隱患未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，長期運(yùn)行下去，事故點(diǎn)不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致短路，伴隨強(qiáng)大的短路電流沖擊電網(wǎng)， 使相電壓出現(xiàn)不平衡。2)井下高防開關(guān)、變壓器、低壓開關(guān)、照明綜保等設(shè)備由于人為原因、誤操作等都可能造成短路事故，其產(chǎn)生超強(qiáng)電弧及高溫，燒壞設(shè)備絕緣，引起瞬間接地，發(fā)生諧振。10KV供電系統(tǒng)電網(wǎng)波動(dòng)，出現(xiàn)相電壓不平衡現(xiàn)象，造成大面積停電事故。

2 判斷與處理

當(dāng)煤礦110KV變電所10KV系統(tǒng)中出現(xiàn)相電壓不平衡現(xiàn)象時(shí)，首先判斷是什么原因引起的不平衡，零序電壓變化情況，消諧裝置顯示接地還是諧振。根據(jù)已知的數(shù)據(jù)查找并排除故障。

2.1 接地判斷及處理

(1)單相接地：單項(xiàng)接地發(fā)生在用電系統(tǒng)的低壓側(cè)時(shí)，檢漏繼電器檢測到相對地絕緣值降到危險(xiǎn)程度時(shí)，饋電開關(guān)自動(dòng)跳閘，切斷電源。此時(shí)的接地幾乎影響不到10KV相電壓的不平衡。但當(dāng)接地故障點(diǎn)發(fā)生在高壓側(cè)的電路中時(shí)，110KV變電所的小電流接地保護(hù)裝置就會發(fā)生接地報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)，會使10KV配電室的某開關(guān)柜跳閘。處理時(shí)，從小電流保護(hù)裝置的故障選項(xiàng)中查找到故障線路的接地編號，根據(jù)此編號，可以確定接地故障是發(fā)生在地面還井下。然后對此線路及變電所內(nèi)的相關(guān)開關(guān)，用搖表搖測相對地絕緣、相間絕緣值，確定是哪一部分出現(xiàn)問題。(2)兩相接地：兩相接地主要發(fā)生在煤礦井下低壓用電系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)生兩相接地時(shí)，低壓饋電開關(guān)能立即切斷故障點(diǎn)，避免事故的繼續(xù)擴(kuò)大。發(fā)生兩相接地時(shí)，從饋電保護(hù)裝置的故障狀態(tài)項(xiàng)目中可以初步判斷跳閘原因，為進(jìn)一步排除故障，找到依據(jù)。處理時(shí)，可以按照停電程序打開開關(guān)，用搖表搖測，確定接地點(diǎn)。(3)分散性接地：分散性故障接地主要發(fā)生在一條用電線路的幾個(gè)分支，也可能發(fā)生在幾條用電線路中，這些分散的漏電對地絕緣在各個(gè)支路中一般都不會使漏電開關(guān)動(dòng)作跳閘，只有集中反映在總線路中，檢漏繼電器檢測到漏電絕緣電阻達(dá)到動(dòng)作值時(shí)，饋電開關(guān)才會跳電。如果相對地電阻值只在檢漏繼電器動(dòng)作臨界點(diǎn)以下，不足以使開關(guān)跳閘，此時(shí)這種接地故障態(tài)就會反映在地面110KV變電所的10KV系統(tǒng)中，產(chǎn)生零序電壓(U0＞1).當(dāng)零序電壓U0＞7時(shí)，將會發(fā)生一次相當(dāng)嚴(yán)重的線路開關(guān)接地跳閘事故。所以一旦發(fā)現(xiàn)U0在(4∽7)時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)行檢查接地故障點(diǎn)。

采用排除法檢查接地故障點(diǎn)是最直接最方便的常用方法。當(dāng)發(fā)生分散性接地故障后，在沒有任何開關(guān)跳電的情況下，應(yīng)對110KV變電所10KV配電室的所有運(yùn)行狀態(tài)下的開關(guān)柜，有清醒的認(rèn)識，初步判斷可能引起相電壓不平衡的原因，故障范圍。用排除法確定其接地點(diǎn)是地面變電所還是井下變電所。在不能確認(rèn)接地點(diǎn)具體位置的情況下，首先對地面場所的長時(shí)間不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)的通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房、瓦斯抽排站及頻繁啟停的主、副井絞車機(jī)房的用電設(shè)備、線路，用分閘的辦法進(jìn)行排除(前提條件必須保證有雙回路供電的備用電源并經(jīng)調(diào)度許可)，觀察系統(tǒng)中零序電壓U0的變化情況.在分開某斷路器時(shí)，零序電壓U0變?yōu)?，10KV系統(tǒng)相電平衡，說明故障點(diǎn)在此條供電線路中(包括下級的變電所及所屬設(shè)備)，然后對此線路及所有電氣設(shè)備，逐個(gè)搖測相對地及相間絕緣，直至查除故障點(diǎn)。果如110KV變電所帶的地面場所的所有用電線路及電氣設(shè)備都沒有接地故障，應(yīng)對向井下供電的幾條線路進(jìn)行遂個(gè)分閘的辦法，查看10KV母線系統(tǒng)的零序電壓U0變化情況，確定接地故障線路，然后再對線路及變電所內(nèi)的設(shè)備逐級分合閘的辦法進(jìn)行查找，排除接地故障點(diǎn)。

2.2 諧振判斷及處理

(1)地面10KV供電系統(tǒng)中的架空線，絕緣子、線路避雷器等設(shè)備，在雷雨天氣最易遭受雷擊， 在絕緣薄弱點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)、放電，引起諧振。消諧裝置報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)使開關(guān)跳閘。發(fā)生諧振時(shí)17HZ分頻電壓U0＞=17。根據(jù)跳閘開關(guān)及選線裝置確定引起諧振的線路，然后沿線路對設(shè)備進(jìn)行目視查找，看其表面有無異?，F(xiàn)象。如果仍然發(fā)現(xiàn)不了問題，可用搖表搖測線路中的絕緣，確認(rèn)故障地點(diǎn)，采取措施進(jìn)行更換或處理。(2)井下發(fā)生揩振，主要是采區(qū)變電所高防開關(guān)，干式變壓器及單獨(dú)向采掘供電的移動(dòng)變電站。由于人為原因或操作不當(dāng)造成相與相之間短路，燒壞絕緣引起瞬間接地、弧光放電等現(xiàn)象。引起揩振，使10KV系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重不平衡，解決的辦法就是立即更換已經(jīng)燒壞的設(shè)備，盡快恢復(fù)送電。還有一種是間接性接地漏電，漏電電流非常小，不足以使檢漏開關(guān)跳閘。如果隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，長期對地放電，削弱相間絕緣，最終絕緣被擊穿，引起相間短路，瞬間發(fā)生接地，出現(xiàn)諧振，使變電所的10KV系統(tǒng)電壓嚴(yán)重不平衡，造成大面積停電事故，影響供電時(shí)間。因此，不論哪種原因引起的諧振，都會引起10KV相電壓的極度不平衡，甚至燒壞設(shè)備，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。加強(qiáng)設(shè)備及電纜的巡察力度，防范于未然，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。

3 結(jié)語

總之，煤礦10KV系統(tǒng)相電壓不衡現(xiàn)象的發(fā)生，意味著故障狀態(tài)會繼續(xù)擴(kuò)大，不會自行消失，如不及時(shí)處理，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生.不過不平衡狀態(tài)產(chǎn)生的原因不同，其程度和特點(diǎn)也不盡相同。但從總的情況來看，當(dāng)10KV系統(tǒng)中出現(xiàn)零序電壓(U0＞4)時(shí)，電網(wǎng)已處于異常狀態(tài)下運(yùn)行，相電壓的升高或降低會使10KV供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和煤礦生產(chǎn)受到不同程度的影響。

[1]陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].中國電力出版社,2007.

[2]顧永輝.煤礦電工手冊[M].煤礦工業(yè)出版社,1995.

董強(qiáng)(1977-),男,安徽淮南人,國投新集一礦運(yùn)銷科助理工程師,研究方向：煤礦新技術(shù)。