焦成棟

(1.太原理工大學(xué) 電氣工程專業(yè),山西太原 030024;2.山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司機(jī)電部,山西高平 048400)

礦井消弧線圈補(bǔ)償與漏電保護(hù)配合問題的分析

焦成棟1,2

(1.太原理工大學(xué) 電氣工程專業(yè),山西太原 030024;2.山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司機(jī)電部,山西高平 048400)

根據(jù)長(zhǎng)平公司井下隔爆型高壓真空配電裝置,以井下變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地補(bǔ)償為例,本文分析探討其供電系統(tǒng)的零序電流和零序電壓動(dòng)作值與漏電保護(hù)配合,從而實(shí)現(xiàn)了礦井井下漏電保護(hù)的正確使用,確保了礦井井下供電的安全運(yùn)行。

礦井 消弧線圈 漏電 配合

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定“：礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A”“;嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器或發(fā)電機(jī)直接向井下供電”。本文主要以主變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地補(bǔ)償與漏電保護(hù)配合的供電系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)的故障電流和電壓分析

中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)如圖1所示(A相接地)。圖1中R為消弧線圈兩端并聯(lián)電阻，C0為電網(wǎng)每相對(duì)地總電容，Ic為電網(wǎng)對(duì)地總電容電流，IL為消弧線圈產(chǎn)生的電感電流·IRN為中性點(diǎn)電阻RN產(chǎn)生的有功電流。

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈并聯(lián)電阻接地后，在發(fā)生單相接地時(shí)零序電流的分布如圖1所示：流過接地點(diǎn)的零序電流有故障支路自身電容電流、非故障支路電容電流之和、消弧線圈的電感電流和并聯(lián)電阻電流。在全補(bǔ)償工作狀態(tài)下，電感電流等于整個(gè)電阻的電容電流，兩者相位相反，相互抵消，因此接地點(diǎn)僅流過并聯(lián)電阻產(chǎn)生的有功電流。但對(duì)故障支路零序電流互感器原邊而言，實(shí)際表現(xiàn)的零序電流是并聯(lián)電阻產(chǎn)生的有功電流和故障支路自身電容電流。

圖片1 消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)圖

圖片2 零序電流矢量圖

有功電流的方向?yàn)閺木€路流向母線，相位滯后零序電壓(Uo)180°;自身電容電流的方向是從母線流向線路。相位超前零序電壓(Uo)90°。因此流過故障支路零序電流互感器的零序電流ILM3，超前零序電壓(Uo)大于90°，小于180°。并聯(lián)電阻產(chǎn)生的有功電流，只流過故障支路。零序電流的矢量圖如圖2所示。(圖中的負(fù)號(hào)表示電流由支路指向母線)。流過非故障支路零序電流互感器的零序電流，仍然是本支路的電容電流，方向是從母線指向支路.相位超前零序電壓(Uo)90°。

從圖1可看出，消弧線圈并聯(lián)電阻接地系統(tǒng)，零序電流不再具有中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電容電流的特點(diǎn)，依據(jù)比較零序電流方向和大小的功率方向型漏電保護(hù)裝置，將失去其選擇性。

2 變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的零序電壓的特征

在正常運(yùn)行時(shí)，三相對(duì)地電壓為相電壓且三相平衡，三相線電壓平衡，相位相差120°，此時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，系統(tǒng)無零序電壓。

發(fā)生一相不完全接地后，故障相對(duì)地電壓大于零而小于相電壓，非故障相對(duì)地的電壓則大于相電壓而小于線電壓，系統(tǒng)的相問電壓(即線電壓)大小和相位不發(fā)生變化，系統(tǒng)線電壓仍保持對(duì)稱。中性點(diǎn)發(fā)生位移，中性點(diǎn)位移電壓大于零小于相電壓，與發(fā)生故障相對(duì)地電壓大小成反比。整個(gè)電網(wǎng)的零序電壓在電網(wǎng)的任何部位，無論是故障線路還是非故障線路都相同，電壓互感器開口三角處出現(xiàn)0一100V的零序電壓，零序電壓值與系統(tǒng)對(duì)地絕緣水平有關(guān)，對(duì)地絕緣水平越高，零序電壓越低。

當(dāng)一相發(fā)生完全接地故障時(shí)，故障相對(duì)地電壓變?yōu)榱?，非故障相?duì)地電壓升高，為線電壓、相位發(fā)生改變，系統(tǒng)線電壓仍保持對(duì)稱。中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為相電壓。電壓互感器開口三角處出現(xiàn)100V的零序電壓，故障線路、非故障線路的零序電壓相同。

3 變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的零序電流的特征

正常時(shí)各相集中電容在三相對(duì)稱相電壓作用下，產(chǎn)生的電容電流是對(duì)稱的，相位相差120°，并超前相應(yīng)的相電壓90°，各相對(duì)地電容電流矢量和為零。

一相發(fā)生接地后，中性點(diǎn)對(duì)地電壓作用于消弧線圈兩端并產(chǎn)生一個(gè)電感電流流過消弧線圈和接地點(diǎn)。在接地點(diǎn)處還有電容性的單相接地電流通過，在相位上超前于中性點(diǎn)對(duì)地電壓90°。通過接地點(diǎn)處的總電流是電感電流和接地電容電流的矢量和，二者在相位上相差180°，因而可以互相抵消。

如果消弧線圈運(yùn)行在欠補(bǔ)的狀態(tài)下，補(bǔ)償?shù)母行噪娏餍∮谡麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的電容電流，即感抗大于容抗，零序電流方向由線路流向母線，故障線路零序電流將減少，總的零序電流為容性電流。

如果消弧線圈運(yùn)行在過補(bǔ)的情況下，補(bǔ)償?shù)母行噪娏鞔笥谡麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)的電容電流，即感抗小于容抗，故障線路零序電流方向由母線流向線路，故障線路零序電流將減少，總的零序電流為感性電流。

因此主變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中已無法用零序功率方向型原理區(qū)分接地故障線路和非接地正常線路。此時(shí)零序功率方向型原理的漏電保護(hù)失去作用。

4 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置一般由接地變壓器、可調(diào)電抗器、阻尼電阻器和控制單元組成。接地變壓器一般用于引出6—10kV電網(wǎng)的中性點(diǎn)，因?yàn)?—10kV電網(wǎng)的變壓器一般為三角形接線，沒有中性點(diǎn)引出，所以需要人為地引出中性點(diǎn)。阻尼電阻器的主要作用是用來限制消弧線圈在調(diào)整和正常運(yùn)行時(shí)的諧振過電壓，接線方式有與電抗器串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式，一般是在消弧裝置調(diào)感和正常運(yùn)行時(shí)起作用。在接地故障發(fā)生時(shí)，因其運(yùn)行狀態(tài)和接線狀態(tài)由串聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒙?lián)狀態(tài)，為便于補(bǔ)償電流的輸出，一般需將阻尼電阻短接或切除。

自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置可以自動(dòng)適時(shí)的監(jiān)測(cè)跟蹤電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，快速地調(diào)節(jié)消弧線圈的電感值，跟蹤補(bǔ)償變化的電容電流，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)自動(dòng)進(jìn)入最佳補(bǔ)償狀態(tài)，在系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間輸出與系統(tǒng)單相接地電容電流相對(duì)應(yīng)的感性補(bǔ)償電流，以限制接地電流和消除接地電弧，根據(jù)消弧線圈補(bǔ)償電流的調(diào)節(jié)原理可分為調(diào)匝式、高短路阻抗變壓器式(相控式)、調(diào)容式、調(diào)氣隙式、直流偏磁式。磁閥式的不同，使自動(dòng)消弧線圈始終處于全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、過補(bǔ)償狀態(tài)。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈裝置正常運(yùn)行在全補(bǔ)償狀態(tài)，單相接地時(shí)運(yùn)行在過補(bǔ)償狀態(tài)的較多。

(1)當(dāng)容性電流等于感性補(bǔ)償電流時(shí)，稱為消弧線圈處于全補(bǔ)償狀態(tài)，此時(shí)電網(wǎng)零序阻抗最大，零序電壓最高，總的零序電流最小，且全部為電阻性電流。

(2)當(dāng)容性電流大于感性補(bǔ)償電流時(shí)，稱消弧線圈處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，總的零序電流為容性電流。

(3)當(dāng)容性電流小于感性補(bǔ)償電流時(shí)，稱消弧線圈處于過補(bǔ)償狀態(tài)，總的零序電流為感性電流。

5 漏電保護(hù)配合原則

隔爆型高壓真空配電裝置是長(zhǎng)平礦井普遍采用的供配電裝置，該配電裝置漏電保護(hù)采用零序功率方向型原理，為正確整定漏電保護(hù)，縮小漏電影響范圍，保證井下高壓供電安全可靠提供有力保障。

隔爆型高壓真空配電裝置漏電保護(hù)的配合原則：綜合保護(hù)內(nèi)部菜單中的漏電保護(hù)有“1”“、0”選項(xiàng)的，選擇在“0”，但移動(dòng)變電站應(yīng)設(shè)置在“1”，并參照整定原則的整定;沒有“1”“、0”選擇的將零序電壓、零序電流、動(dòng)作時(shí)間均放在最大檔位，以防止誤動(dòng)作。

礦井消弧線圈接地補(bǔ)償?shù)墓╇娤到y(tǒng)與高壓漏電保護(hù)配合的合理，直接保證了礦井井下供電的安全可靠。

[1]牟龍華,胡天祿.消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)電弧接地過電壓機(jī)理分析[J].煤礦機(jī)電,1993(5)：7—9.

[2]要換年,曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地.中國電力出版社,2000年7月.

焦成棟(1980—),男,漢族,山西省高平市,大學(xué)本科,電氣工程師,畢業(yè)于河北科技大學(xué),就職于太原理工大學(xué)電氣工程系。