【摘要】本文以鳳凰山礦井下6KV供電系統(tǒng)中的中性點(diǎn)不接地方式為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)典型的中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時(shí)電網(wǎng)零序分量的理論分析，結(jié)合目前晉城煤業(yè)集團(tuán)各主力礦井普遍使用的高壓開(kāi)關(guān)微機(jī)保護(hù)類型，給出了具體的6KV高壓開(kāi)關(guān)漏電保護(hù)的整定配合方法，以實(shí)現(xiàn)礦井6KV供電系統(tǒng)有選擇性的漏電保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】供電系統(tǒng);漏電保護(hù);整定

前言

隨著煤礦現(xiàn)代化程度的不斷提高和井下高壓電供電距離的增加，對(duì)煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性和連續(xù)性的要求越來(lái)越高。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)漏電故障，漏電故障若不及時(shí)排除會(huì)存在較大危害，如可引起瓦斯、煤塵的爆炸，提前點(diǎn)燃雷管等事故，直接危及人身安全和礦井生產(chǎn)。同時(shí)電網(wǎng)相電壓的升高，長(zhǎng)期運(yùn)行將導(dǎo)致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路故障。因此，《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定煤礦井下高壓防爆開(kāi)關(guān)中應(yīng)裝設(shè)短路、過(guò)負(fù)荷和漏電保護(hù)。現(xiàn)有煤礦高壓防爆開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)裝置在使用中短路保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)基本上能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，但是漏電保護(hù)在應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象。而煤礦供電系統(tǒng)中漏電故障占到80%以上，并且一些短路故障往往也是由漏電故障發(fā)展而成。因此，根據(jù)井下電網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)漏電保護(hù)進(jìn)行合理整定，從技術(shù)層面提高漏電保護(hù)的管理水平，將短路事故前移，對(duì)于提高煤礦電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和重大社會(huì)意義。

1.鳳凰山礦井下6KV供電系統(tǒng)的接線結(jié)構(gòu)

鳳凰山礦地面有兩個(gè)35KV變電站，電源均來(lái)自老區(qū)中心110KV變電站，35KV變電站主變壓器中性點(diǎn)部分采用經(jīng)消弧線圈接地，部分采用不接地的方式。井下有5個(gè)中央級(jí)變電所，均采用雙回路供電，供電電壓為6KV，接線結(jié)構(gòu)為煤礦井下典型的單母線分段式接線結(jié)構(gòu)，礦井正常運(yùn)行時(shí)采用大分列的運(yùn)行方式，當(dāng)電網(wǎng)故障或檢修時(shí)采用單回路經(jīng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)帶礦井負(fù)荷的運(yùn)行方式。中央變電所將6kV電能分配給其附近的高壓用電設(shè)備，如主排水泵、動(dòng)力變壓器等，并向各盤區(qū)變電所供電，盤區(qū)變電所的動(dòng)力變壓器將6KV電壓降到660V或1140V，然后通過(guò)低壓電纜供至工作面配電點(diǎn)，再由工作面配電點(diǎn)分送到各用電設(shè)備，其供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 鳳凰山礦井下供電系統(tǒng)示意圖

2.電網(wǎng)單相接地時(shí)的零序特征分析

中性點(diǎn)不接地方式是非有效接地系統(tǒng)的一種，實(shí)際上可以視為經(jīng)電網(wǎng)絕緣參數(shù)接地的接地系統(tǒng)。由于電網(wǎng)的對(duì)地電容值不同，在變壓器中性點(diǎn)不接地方式下，單相接地電流的數(shù)值和變化規(guī)律是不同的。如圖1所示，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，電網(wǎng)的各相對(duì)地電壓一般都是對(duì)稱的，各相對(duì)地的絕緣電阻值和對(duì)地電容也是相等的，三相電網(wǎng)對(duì)地就相當(dāng)于接上了由絕緣電阻和對(duì)地電容并聯(lián)后組成的對(duì)稱負(fù)載，其中性點(diǎn)為地。因此，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)實(shí)際上并不是與地沒(méi)有任何聯(lián)系，它可以視為經(jīng)電網(wǎng)對(duì)地絕緣參數(shù)的接地系統(tǒng)。在相電壓的作用下，當(dāng)忽略電網(wǎng)絕緣電阻時(shí)，每相都有一個(gè)超前于相電壓90°的電容電流流入地中，而三相電流之和等于零，即當(dāng)各相對(duì)地的絕緣電阻和對(duì)地電容相等時(shí)，電網(wǎng)在正常狀態(tài)下，各相對(duì)地電壓與電源的相電壓相等，也是對(duì)稱的。因此，假想的負(fù)載中性點(diǎn)與變壓器中性點(diǎn)之間沒(méi)有電位差，也就是說(shuō)，變壓器中性點(diǎn)對(duì)地的電壓為零。當(dāng)然，此時(shí)也就沒(méi)有零序電壓和零序電流。假設(shè)在圖1中A點(diǎn)的A相線路發(fā)生了單相接地故障，則A相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，?duì)地電容被短接，而其他兩相的對(duì)地電壓升高倍，對(duì)地電容電流也相應(yīng)的增大倍，由于三相中的負(fù)荷電流和線電壓仍然是對(duì)稱的，對(duì)負(fù)荷沒(méi)有影響，因此不予考慮。對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓，流過(guò)故障線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，即故障線路零序電流大小等于全系統(tǒng)中非故障元件對(duì)地電容電流之和，故障線路零序電流不流過(guò)本線路零序電流互感器，零序電流的方向由線路流向母線，流過(guò)非故障線路零序電流互感器的零序電流就是本身支路的零序電流，即本線路對(duì)地的電容電流，方向是由母線指向線路。

3.高壓開(kāi)關(guān)零序電流動(dòng)作值的整定方法

目前，煤礦井下各種類型的高壓開(kāi)關(guān)漏電保護(hù)的整定都是依據(jù)電纜線路電容電流的大小進(jìn)行整定，而系統(tǒng)中的電容電流主要來(lái)自電纜線路本身的電容電流，不同類型的電纜線路其電容電流有所不同，以下是兩組不同類型電纜線路的電容電流經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

當(dāng)電纜線路發(fā)生單相接地時(shí)，故障線路與非故障線路的接地零序電流差別較大，所以，合理整定零序電流動(dòng)作值，就能夠區(qū)分出接地線路和非接地線路。

目前礦井高壓供電系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)基本上都具有漏電告警和漏電跳閘兩種功能，設(shè)置漏電告警和漏電跳閘兩段保護(hù)，主要是為了實(shí)現(xiàn)在線路發(fā)生漏電故障時(shí)，先告警后跳閘。在對(duì)漏電保護(hù)進(jìn)行整定時(shí)，可以設(shè)定很小的定值和較大的延時(shí)動(dòng)作于告警，而對(duì)漏電跳閘進(jìn)行整定時(shí)，則可以設(shè)定較大的定值并動(dòng)作于跳閘，以保證供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

漏電告警的整定值可按躲過(guò)本線路電容電流的1.2倍進(jìn)行整定，計(jì)算公式如下：

Idz=K*I0*L

式中：Idz—漏電告警整定值，單位A;K—可靠系數(shù)，取1.2;I0—本線路單位長(zhǎng)度電容電流值，單位A/km;L—電纜線路的長(zhǎng)度，單位km。

漏電跳閘的整定值可按躲過(guò)本線路電容電流的1.5倍進(jìn)行整定，計(jì)算公式如下：

Idz=K*I0*L

式中：Idz—漏電跳閘整定值，單位A;K—可靠系數(shù)，取1.5;I0—本線路單位長(zhǎng)度電容電流值，單位A/km;L—電纜線路的長(zhǎng)度，單位km。

對(duì)于中性點(diǎn)不接地的供電系統(tǒng)，零序電流保護(hù)可以投方向。接地線路的零序電流由線路流向母線，非接地線路的零序電流則由母線流向線路，故用零序方向可以有效區(qū)分接地線路和非接地線路，但要確保方向的正確性。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)改造的保護(hù)，因井下沒(méi)有充分的條件做零序方向試驗(yàn)，如果零序互感器接線有誤，零序方向投入后，將造成漏電保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，故零序方向必須在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確保方向正確后才能投入，不能隨便投入，煤礦6KV系統(tǒng)在中性點(diǎn)不接地的情況下，接地線路和非接地線路零序電流差別較大，不投零序方向也能夠正確區(qū)分出接地線路和非接地線路，所以，建議漏電保護(hù)不投入零序方向。另外，對(duì)于上下級(jí)變電所之間的聯(lián)絡(luò)線路，由于接地故障時(shí)漏電電流的大小隨接地時(shí)電網(wǎng)的運(yùn)行方式和接地阻抗的不同而不同，定值難以確定，在變電所某出線接地時(shí)，本級(jí)變電所的進(jìn)線以及上級(jí)變電所的聯(lián)絡(luò)出線都會(huì)感受到較大的零序電流，漏電保護(hù)都會(huì)動(dòng)作，故建議在目前的原理情況下，變電所的所有進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)出線以及母聯(lián)漏電保護(hù)均不投跳閘，只有帶負(fù)載的出線才投跳閘，這樣可以避免變電所饋出線接地故障時(shí)引起的大面積連鎖跳閘事故的發(fā)生。

4.漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定

根據(jù)《剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 13955-2005，上一級(jí)動(dòng)作時(shí)間要大于下一級(jí)動(dòng)作時(shí)間，且上下級(jí)漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間差不得小于0.2S，為此，動(dòng)作時(shí)間應(yīng)按下式整定：

t1=t0

t2=t1+0.2s

式中：t0—保護(hù)裝置最小動(dòng)作時(shí)間，單位s;t1—主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，單位s。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以保證靈敏度為整定原則，利用相關(guān)高壓電纜單位長(zhǎng)度容性電流的大小確定高壓開(kāi)關(guān)漏電保護(hù)的動(dòng)作值;從保證選擇性和可靠性的方面考慮，確定了漏電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定方法，從而實(shí)現(xiàn)了煤礦井下選擇性漏電保護(hù)的整定方式，為廣大煤礦機(jī)電領(lǐng)域的工程技術(shù)人員進(jìn)行礦井漏電保護(hù)整定提供了一個(gè)很好的借鑒，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：方萬(wàn)坡（1987—），男，大學(xué)本科，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)供職于晉城煤業(yè)集團(tuán)鳳凰山礦機(jī)電管理部，主要從事機(jī)電技術(shù)管理工作。