煤礦6 k V系統(tǒng)地面單項(xiàng)接地造成井下停電的故障分析及對(duì)策

胡 波

（山西正華實(shí)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030013）

現(xiàn)代煤礦發(fā)展到了機(jī)械化與信息化的時(shí)代，煤礦供電是維系通風(fēng)、運(yùn)輸、采煤、掘進(jìn)、提升、排水、瓦斯監(jiān)控、通訊、安全救援等正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文針對(duì)煤礦供電中具體發(fā)生的停電故障進(jìn)行分析，有利于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、促進(jìn)煤礦提高供電質(zhì)量。

1 煤礦供電形式及其停電故障

正華公司5座煤礦均由雙回路35 kV線路經(jīng)兩臺(tái)主變壓器降壓后，采用放射式系統(tǒng)以6 kV（其中一個(gè)礦為10 kV）出線，向地面生產(chǎn)、生活系統(tǒng)和井下生產(chǎn)系統(tǒng)供電，供電設(shè)計(jì)符合《煤礦安全規(guī)程》和煤礦供電要求，但運(yùn)行中多次發(fā)生6 kV系統(tǒng)地面支路的單項(xiàng)接地、造成井下中央變電所高壓開關(guān)漏電保護(hù)動(dòng)作丟閘的大范圍停電故障。見圖1，由于供電線路單項(xiàng)接地故障在不同煤礦發(fā)生過3次，并且造成井下中央變電所停電故障。第一次是由于下大雨后架空線與大樹相連造成，第二次是由于地面基建施工不慎造成，第三次是由于維檢中一臺(tái)開關(guān)小車機(jī)構(gòu)發(fā)生故障造成。

圖1 停電故障示意圖

按《煤礦安全規(guī)程》第四百五十五條中規(guī)定：“井下高壓電機(jī)、動(dòng)力變壓器的高壓控制設(shè)備，應(yīng)有短路、過負(fù)荷、接地、欠壓釋放保護(hù)”；《煤礦安全規(guī)程》第四百五十七條中規(guī)定，“地面變電所和井下中央變電所的高壓饋電線上，必須裝有選擇性的單項(xiàng)接地保護(hù)裝置；供移動(dòng)變電站的高壓饋電線上，必須裝有選擇性的動(dòng)作跳閘的單相接地保護(hù)裝置”。山西正華公司的供電設(shè)計(jì)完全符合《煤礦安全規(guī)程》的要求，可排除設(shè)計(jì)中的缺陷或不足之原因。

2 造成停電故障的理論分析

根據(jù)國(guó)家對(duì)煤礦供電的規(guī)定和要求，結(jié)合圖1看出：當(dāng)?shù)孛? kV線路發(fā)生接地時(shí)，配電柜裝有選擇性單相接地保護(hù)只顯示該線路發(fā)生接地并報(bào)警，允許不丟閘動(dòng)作延時(shí)2 h，完全符合供電設(shè)計(jì)規(guī)范要求，而且井下中央變電所又是無接地的支路，為什么會(huì)造成上述停電故障呢？

2.1 對(duì)煤礦供電單項(xiàng)接地故障的電容電流分析

圖2 單相接地時(shí)三相不直接接地電容電流分布圖

1）由圖2可以看出，故障線路2處產(chǎn)生的零序電流ID方向是由線路流入母線，且零序電流為全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之合ID=（ic1+ib1）+（ic2+ib2），實(shí)際煤礦供電中的供電支路多達(dá)十多路甚至數(shù)十路，所以實(shí)際中全系統(tǒng)非故障元件對(duì)地電容電流之合應(yīng)為IDS=（ic1+ib1）+（ic2+ib2）+…+（icj+ibj），數(shù)值一般較大。

2）由圖2看出，非故障線路1處產(chǎn)生的零序電流方向是由母線流向線路，且數(shù)值等于（ic1+ib1）明顯較小。

3）根據(jù)以上電流方向性、大小性不同的特點(diǎn)分析，我們認(rèn)為造成零序保護(hù)的誤動(dòng)作有兩種可能：第一種是零序電流信號(hào)的進(jìn)線和出線方向接反；第二種是零序互感器中的電纜穿芯方向不正確。經(jīng)檢查沒有出現(xiàn)上述問題，從理論上講，不應(yīng)該出現(xiàn)漏電保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)丟閘。

2.2 造成中央變電所停電故障的診斷

正華公司6 kV系統(tǒng)3次發(fā)生地面支路的單項(xiàng)接地，造成井下中央變電所高壓開關(guān)漏電保護(hù)動(dòng)作丟閘的大范圍停電故障中,井下高壓開關(guān)柜故障記錄均顯示了漏電保護(hù)動(dòng)作，已經(jīng)明確故障原因是漏電，然而這又與保護(hù)系統(tǒng)有電流方向型（或功率方向型）的判斷性產(chǎn)生明顯矛盾。為什么會(huì)矛盾呢？筆者認(rèn)為上述理論分析只注重了6 kV供電的故障線與非故障線的零序電流方向性、大小性的差別問題，而忽視了故障會(huì)同時(shí)引起漏電保護(hù)系統(tǒng)本身的低壓供電電壓、電流波動(dòng)所受影響。實(shí)際使用中，漏電保護(hù)生產(chǎn)廠家眾多、質(zhì)量差異、性能差異、穩(wěn)定性也不同；在線路出現(xiàn)故障后，當(dāng)?shù)孛? kV發(fā)生單項(xiàng)接地時(shí)，由于地面變電所采用了定時(shí)限保護(hù)、只報(bào)警不丟閘，而此時(shí)井下高壓開關(guān)保護(hù)系統(tǒng)的低壓系統(tǒng)中的電壓、電流必然產(chǎn)生波動(dòng)變化受其影響，這就會(huì)使井下高壓開關(guān)漏電保護(hù)性能不穩(wěn)定、產(chǎn)生誤動(dòng)作發(fā)生丟閘故障。

3 消除停電故障的整改對(duì)策

根據(jù)上述分析，采取了如下整改對(duì)策：

1）針對(duì)井下中央變電所高壓開關(guān)的保護(hù)廠家不一、型號(hào)雜多、性能差異大的問題，我們選用了質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、廠家型號(hào)統(tǒng)一的保護(hù)。

2）對(duì)井下保護(hù)值進(jìn)行了分級(jí)整定。

3）采用了煤礦供電自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，增加了微機(jī)保護(hù)功能，強(qiáng)化了煤礦井下供電系統(tǒng)的保護(hù)手段。

4）對(duì)地面6 kV架空線路更換使用了絕緣線，預(yù)防和減少了架空線的接地短路故障。

5）地面35 kV變電所值班員發(fā)現(xiàn)地面接地故障時(shí)，要及時(shí)斷開故障線路，確保煤礦井下和煤礦一級(jí)負(fù)荷的供電安全。

6）經(jīng)過采取上述整改措施后，近幾年我公司的供電質(zhì)量明顯得到了改善，再?zèng)]有發(fā)生過同類停電故障。

[1]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[S].北京：煤炭工業(yè)出版社.2011.

[2]賀家李,宋從矩,李永麗,董新洲.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.