開灤錢家營礦井下6?kV漏電保護系統(tǒng)的研究

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摘 要：該文研究了錢家營礦井下6 kV漏電保護系統(tǒng)的應用，通過對中性點不接地電網發(fā)生漏電故障時零序特征分量的分析，結合錢家營礦井下高爆開關的微機綜合保護器工作特性，提出了煤礦井下6 kV高壓供電系統(tǒng)漏電保護的方法及定值整定，較好的解決了錢家營礦井下6 kV高壓供電系統(tǒng)選擇性漏電保護的難題。

關鍵詞：漏電保護 ?零序電壓 ?零序電流

中圖分類號：TM76 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

隨著煤礦現代化程度的不斷提高，井下高壓供電線路的不斷增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來越高。所謂漏電，就是指三相電網中的任一相導線經電阻與地或地線相接：而單相接地是指任一相導線直接與地或地線相接，又稱金屬性接地。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，經常出現漏電故障，漏電故障若不及時排除會存在較大危害，如可引起瓦斯、煤塵的爆炸等等，直接危及人身安全和礦井生產。同時電網相電壓的升高，長期運行將導致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路故障。因此，安全可靠的漏電保護系統(tǒng)對井下安全供電具有重要意義。

1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析

我國《煤礦安全規(guī)程》嚴格規(guī)定：嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地;嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電。因此，中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析尤為重要。

正常運行情況下，各相對地有相同的電容，在相電壓的作用下，每相都有一超前電壓90°的電容電流流入地中，并三相電容電流之和為零，中性點對地無電壓，因為電容電流很小，其在線路上產生的電壓降可以忽略不計，故可以認為各相電壓均與各相電勢相等。電壓、電流向量圖如圖1所示。

發(fā)生單相（例如A相）金屬性接地時，若忽略較小的電容電流產生的電壓降，則電網中各處故障相的對地電壓都變?yōu)榱恪Ｓ谑茿相對地電容被短接，只有B相和C相對地電容中還存在電流，此時中性點對地電壓上升為相電壓，非故障相的對地電壓變?yōu)榫€間電壓（升高倍）。由于相電壓和電容電流的對稱性已破壞，因而出現了零序電壓和零序電流，零序電壓為故障相正常電勢的三倍，故障點的零序電流是正常運行時每相對地電容電流的三倍，其相位落后于零序電壓90°。電壓、電流向量圖如圖2所示。

2 零序電壓、電流的測量與定值的整定

零序電壓主要是通過三相五線柱式變壓器開口三角形實獲取的，向量圖如圖3所示。

左邊矢量圖表示開口三角形互感器的一次側電壓矢量圖，右邊為二次側矢量圖。

UA、UB、UC為相電壓;UAd、UBd、UCd為原邊相電壓;Ua、Ub、Uc為開口三角形互感器的副邊電壓。圖中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd變?yōu)榫€電壓UAC和UBC，即變?yōu)橄嚯妷旱谋?，UAd和Bd的夾角變?yōu)?0°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，開口三角電壓是相電壓的3倍，對于金屬性接地而言二次側電壓是100 V，而非金屬性接地則小于100 V，錢家營礦根據井下供電系統(tǒng)經驗零序電壓投入15 V，實際運行中動作靈敏度可靠。

零序電流信號由零序電流互感器取得的。測量原理如圖4所示。零序電流互感器有一個環(huán)狀鐵心，套在被保護的電纜上，利用電纜作為一次線圈，二次線圈繞在環(huán)狀鐵心上。根據變壓器原理可知，二次線圈中的電流I2正比于一次線圈中的三相電流之和，當未發(fā)生漏電時，一次側三相電流對稱，其電流的相量和為零，二次側無電流輸出;當發(fā)生漏電時，一次側三相電流不對稱，其電流相量和不為零，二次側有零序電流輸出。

由于井下供電系統(tǒng)主接地與局部接地極通過電纜的地線構成接地網，在發(fā)生單相接地時，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導電外皮流動，而且也可能沿著非故障電纜外皮流動。這部分電流不僅降低故障線路接地保護的靈敏度，有時還會造成漏電保護裝置的誤動作。故此，應將電纜終端接線盒的接地線穿過零序電流互感器的鐵心，使鎧裝電纜外皮流過的零序電流，再經接線盒的接地線穿過零序電流互感器，從而使穿過互感器的電纜外皮中流過的零序電流和為零，防止引起漏電保護的誤動作。接線如圖5所示。

錢家營礦井下高爆開關采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保護器，CZB1保護器中配置了兩段式零序過流（漏電）保護，并且可以帶方向。

兩段保護主要是為了實現先告警后跳閘。漏電告警可以用很小的定值用于告警，漏電保護可以設以較大的定值，并且設置投跳閘。對于三相對稱性很好，幾乎不存在不平衡電流的線路，零序I段（即漏電保護）定值按躲過本線路本身的容性電流的2倍整定（2為可靠系數），電纜線路零序電流按經驗值0.6 A/km（采區(qū)電纜MVV323×35）估算，漏電保護定值為：I0dz I=k×0.6×L;k為可靠系數取2，L為電纜線路的公里數;

零序II段（即漏電告警）定值按躲過本線路本身的容性電流的1.2倍整定，漏電告警定值為：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序過流保護可以投方向。接地線路的零序電流由線路流向母線，而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。由于井下采掘工作面的不斷延伸，采區(qū)線路大多較長，電纜電容電流較大，重要負荷如局部通風機、排水泵等負荷較多，要求必須采用選擇性漏電保護。多次單相接地事故表明投入零序功率方向保護后將大大提高保護的可靠度，及時的發(fā)現故障點，減少大面積掉電的事故。因此對錢家營礦井下CZB1保護器投入零序功率方向。

3 結語

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A。錢家營礦采用調容式消弧線圈跟蹤補償裝置，消除單相接地電容電流。對中性點經消弧線圈補償的供電系統(tǒng)，單相接地時非故障線路開關所測零序電流特性與中性點不接地系統(tǒng)相同，而故障線路開關所測零序電流的大小和方向與消弧線圈的補償電流有關。由于錢家營礦采用自動跟蹤補償的消弧線圈，接近于全補償狀態(tài)。因此故障線路開關所檢測到的零序電流不一定大于其本身線路的對地電容電流，且方向也與補償度有關。當線路絕緣降低受潮瞬時接地時，對故障線路的判斷將出現困難，尤其對短線路非金屬性接地時可能出現開關拒動現象，實際運行中對于采區(qū)開關可以根據經驗適當減小零序電流動作值，通過改造后兩年的使用情況來看，保護器動作基本可靠。同時可以對保護器進行改造，探討在保護器或選線裝置中引入零序導納分析法進一步確認故障線路，消除變壓器中心點經消弧線圈接地帶來的保護器誤動作現象。

參考文獻

[1] 宋紅衛(wèi).煤礦井下高低壓保護定值整定分析[J].工礦自動化，2012（7）.

[2] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].3版.中國電力出版社，2007（1）.endprint

摘 要：該文研究了錢家營礦井下6 kV漏電保護系統(tǒng)的應用，通過對中性點不接地電網發(fā)生漏電故障時零序特征分量的分析，結合錢家營礦井下高爆開關的微機綜合保護器工作特性，提出了煤礦井下6 kV高壓供電系統(tǒng)漏電保護的方法及定值整定，較好的解決了錢家營礦井下6 kV高壓供電系統(tǒng)選擇性漏電保護的難題。

關鍵詞：漏電保護 ?零序電壓 ?零序電流

中圖分類號：TM76 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

隨著煤礦現代化程度的不斷提高，井下高壓供電線路的不斷增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來越高。所謂漏電，就是指三相電網中的任一相導線經電阻與地或地線相接：而單相接地是指任一相導線直接與地或地線相接，又稱金屬性接地。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，經常出現漏電故障，漏電故障若不及時排除會存在較大危害，如可引起瓦斯、煤塵的爆炸等等，直接危及人身安全和礦井生產。同時電網相電壓的升高，長期運行將導致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路故障。因此，安全可靠的漏電保護系統(tǒng)對井下安全供電具有重要意義。

1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析

我國《煤礦安全規(guī)程》嚴格規(guī)定：嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地;嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電。因此，中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析尤為重要。

正常運行情況下，各相對地有相同的電容，在相電壓的作用下，每相都有一超前電壓90°的電容電流流入地中，并三相電容電流之和為零，中性點對地無電壓，因為電容電流很小，其在線路上產生的電壓降可以忽略不計，故可以認為各相電壓均與各相電勢相等。電壓、電流向量圖如圖1所示。

發(fā)生單相（例如A相）金屬性接地時，若忽略較小的電容電流產生的電壓降，則電網中各處故障相的對地電壓都變?yōu)榱?。于是A相對地電容被短接，只有B相和C相對地電容中還存在電流，此時中性點對地電壓上升為相電壓，非故障相的對地電壓變?yōu)榫€間電壓（升高倍）。由于相電壓和電容電流的對稱性已破壞，因而出現了零序電壓和零序電流，零序電壓為故障相正常電勢的三倍，故障點的零序電流是正常運行時每相對地電容電流的三倍，其相位落后于零序電壓90°。電壓、電流向量圖如圖2所示。

2 零序電壓、電流的測量與定值的整定

零序電壓主要是通過三相五線柱式變壓器開口三角形實獲取的，向量圖如圖3所示。

左邊矢量圖表示開口三角形互感器的一次側電壓矢量圖，右邊為二次側矢量圖。

UA、UB、UC為相電壓;UAd、UBd、UCd為原邊相電壓;Ua、Ub、Uc為開口三角形互感器的副邊電壓。圖中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd變?yōu)榫€電壓UAC和UBC，即變?yōu)橄嚯妷旱谋?，UAd和Bd的夾角變?yōu)?0°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，開口三角電壓是相電壓的3倍，對于金屬性接地而言二次側電壓是100 V，而非金屬性接地則小于100 V，錢家營礦根據井下供電系統(tǒng)經驗零序電壓投入15 V，實際運行中動作靈敏度可靠。

零序電流信號由零序電流互感器取得的。測量原理如圖4所示。零序電流互感器有一個環(huán)狀鐵心，套在被保護的電纜上，利用電纜作為一次線圈，二次線圈繞在環(huán)狀鐵心上。根據變壓器原理可知，二次線圈中的電流I2正比于一次線圈中的三相電流之和，當未發(fā)生漏電時，一次側三相電流對稱，其電流的相量和為零，二次側無電流輸出;當發(fā)生漏電時，一次側三相電流不對稱，其電流相量和不為零，二次側有零序電流輸出。

由于井下供電系統(tǒng)主接地與局部接地極通過電纜的地線構成接地網，在發(fā)生單相接地時，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導電外皮流動，而且也可能沿著非故障電纜外皮流動。這部分電流不僅降低故障線路接地保護的靈敏度，有時還會造成漏電保護裝置的誤動作。故此，應將電纜終端接線盒的接地線穿過零序電流互感器的鐵心，使鎧裝電纜外皮流過的零序電流，再經接線盒的接地線穿過零序電流互感器，從而使穿過互感器的電纜外皮中流過的零序電流和為零，防止引起漏電保護的誤動作。接線如圖5所示。

錢家營礦井下高爆開關采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保護器，CZB1保護器中配置了兩段式零序過流（漏電）保護，并且可以帶方向。

兩段保護主要是為了實現先告警后跳閘。漏電告警可以用很小的定值用于告警，漏電保護可以設以較大的定值，并且設置投跳閘。對于三相對稱性很好，幾乎不存在不平衡電流的線路，零序I段（即漏電保護）定值按躲過本線路本身的容性電流的2倍整定（2為可靠系數），電纜線路零序電流按經驗值0.6 A/km（采區(qū)電纜MVV323×35）估算，漏電保護定值為：I0dz I=k×0.6×L;k為可靠系數取2，L為電纜線路的公里數;

零序II段（即漏電告警）定值按躲過本線路本身的容性電流的1.2倍整定，漏電告警定值為：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序過流保護可以投方向。接地線路的零序電流由線路流向母線，而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。由于井下采掘工作面的不斷延伸，采區(qū)線路大多較長，電纜電容電流較大，重要負荷如局部通風機、排水泵等負荷較多，要求必須采用選擇性漏電保護。多次單相接地事故表明投入零序功率方向保護后將大大提高保護的可靠度，及時的發(fā)現故障點，減少大面積掉電的事故。因此對錢家營礦井下CZB1保護器投入零序功率方向。

3 結語

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A。錢家營礦采用調容式消弧線圈跟蹤補償裝置，消除單相接地電容電流。對中性點經消弧線圈補償的供電系統(tǒng)，單相接地時非故障線路開關所測零序電流特性與中性點不接地系統(tǒng)相同，而故障線路開關所測零序電流的大小和方向與消弧線圈的補償電流有關。由于錢家營礦采用自動跟蹤補償的消弧線圈，接近于全補償狀態(tài)。因此故障線路開關所檢測到的零序電流不一定大于其本身線路的對地電容電流，且方向也與補償度有關。當線路絕緣降低受潮瞬時接地時，對故障線路的判斷將出現困難，尤其對短線路非金屬性接地時可能出現開關拒動現象，實際運行中對于采區(qū)開關可以根據經驗適當減小零序電流動作值，通過改造后兩年的使用情況來看，保護器動作基本可靠。同時可以對保護器進行改造，探討在保護器或選線裝置中引入零序導納分析法進一步確認故障線路，消除變壓器中心點經消弧線圈接地帶來的保護器誤動作現象。

參考文獻

[1] 宋紅衛(wèi).煤礦井下高低壓保護定值整定分析[J].工礦自動化，2012（7）.

[2] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].3版.中國電力出版社，2007（1）.endprint

摘 要：該文研究了錢家營礦井下6 kV漏電保護系統(tǒng)的應用，通過對中性點不接地電網發(fā)生漏電故障時零序特征分量的分析，結合錢家營礦井下高爆開關的微機綜合保護器工作特性，提出了煤礦井下6 kV高壓供電系統(tǒng)漏電保護的方法及定值整定，較好的解決了錢家營礦井下6 kV高壓供電系統(tǒng)選擇性漏電保護的難題。

關鍵詞：漏電保護 ?零序電壓 ?零序電流

中圖分類號：TM76 ? ?文獻標識碼：A ?文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

隨著煤礦現代化程度的不斷提高，井下高壓供電線路的不斷增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來越高。所謂漏電，就是指三相電網中的任一相導線經電阻與地或地線相接：而單相接地是指任一相導線直接與地或地線相接，又稱金屬性接地。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，經常出現漏電故障，漏電故障若不及時排除會存在較大危害，如可引起瓦斯、煤塵的爆炸等等，直接危及人身安全和礦井生產。同時電網相電壓的升高，長期運行將導致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路故障。因此，安全可靠的漏電保護系統(tǒng)對井下安全供電具有重要意義。

1 中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析

我國《煤礦安全規(guī)程》嚴格規(guī)定：嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地;嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電。因此，中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序特征分析尤為重要。

正常運行情況下，各相對地有相同的電容，在相電壓的作用下，每相都有一超前電壓90°的電容電流流入地中，并三相電容電流之和為零，中性點對地無電壓，因為電容電流很小，其在線路上產生的電壓降可以忽略不計，故可以認為各相電壓均與各相電勢相等。電壓、電流向量圖如圖1所示。

發(fā)生單相（例如A相）金屬性接地時，若忽略較小的電容電流產生的電壓降，則電網中各處故障相的對地電壓都變?yōu)榱恪Ｓ谑茿相對地電容被短接，只有B相和C相對地電容中還存在電流，此時中性點對地電壓上升為相電壓，非故障相的對地電壓變?yōu)榫€間電壓（升高倍）。由于相電壓和電容電流的對稱性已破壞，因而出現了零序電壓和零序電流，零序電壓為故障相正常電勢的三倍，故障點的零序電流是正常運行時每相對地電容電流的三倍，其相位落后于零序電壓90°。電壓、電流向量圖如圖2所示。

2 零序電壓、電流的測量與定值的整定

零序電壓主要是通過三相五線柱式變壓器開口三角形實獲取的，向量圖如圖3所示。

左邊矢量圖表示開口三角形互感器的一次側電壓矢量圖，右邊為二次側矢量圖。

UA、UB、UC為相電壓;UAd、UBd、UCd為原邊相電壓;Ua、Ub、Uc為開口三角形互感器的副邊電壓。圖中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd變?yōu)榫€電壓UAC和UBC，即變?yōu)橄嚯妷旱谋?，UAd和Bd的夾角變?yōu)?0°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，開口三角電壓是相電壓的3倍，對于金屬性接地而言二次側電壓是100 V，而非金屬性接地則小于100 V，錢家營礦根據井下供電系統(tǒng)經驗零序電壓投入15 V，實際運行中動作靈敏度可靠。

零序電流信號由零序電流互感器取得的。測量原理如圖4所示。零序電流互感器有一個環(huán)狀鐵心，套在被保護的電纜上，利用電纜作為一次線圈，二次線圈繞在環(huán)狀鐵心上。根據變壓器原理可知，二次線圈中的電流I2正比于一次線圈中的三相電流之和，當未發(fā)生漏電時，一次側三相電流對稱，其電流的相量和為零，二次側無電流輸出;當發(fā)生漏電時，一次側三相電流不對稱，其電流相量和不為零，二次側有零序電流輸出。

由于井下供電系統(tǒng)主接地與局部接地極通過電纜的地線構成接地網，在發(fā)生單相接地時，接地電流不僅可能沿著故障電纜的導電外皮流動，而且也可能沿著非故障電纜外皮流動。這部分電流不僅降低故障線路接地保護的靈敏度，有時還會造成漏電保護裝置的誤動作。故此，應將電纜終端接線盒的接地線穿過零序電流互感器的鐵心，使鎧裝電纜外皮流過的零序電流，再經接線盒的接地線穿過零序電流互感器，從而使穿過互感器的電纜外皮中流過的零序電流和為零，防止引起漏電保護的誤動作。接線如圖5所示。

錢家營礦井下高爆開關采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保護器，CZB1保護器中配置了兩段式零序過流（漏電）保護，并且可以帶方向。

兩段保護主要是為了實現先告警后跳閘。漏電告警可以用很小的定值用于告警，漏電保護可以設以較大的定值，并且設置投跳閘。對于三相對稱性很好，幾乎不存在不平衡電流的線路，零序I段（即漏電保護）定值按躲過本線路本身的容性電流的2倍整定（2為可靠系數），電纜線路零序電流按經驗值0.6 A/km（采區(qū)電纜MVV323×35）估算，漏電保護定值為：I0dz I=k×0.6×L;k為可靠系數取2，L為電纜線路的公里數;

零序II段（即漏電告警）定值按躲過本線路本身的容性電流的1.2倍整定，漏電告警定值為：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序過流保護可以投方向。接地線路的零序電流由線路流向母線，而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。由于井下采掘工作面的不斷延伸，采區(qū)線路大多較長，電纜電容電流較大，重要負荷如局部通風機、排水泵等負荷較多，要求必須采用選擇性漏電保護。多次單相接地事故表明投入零序功率方向保護后將大大提高保護的可靠度，及時的發(fā)現故障點，減少大面積掉電的事故。因此對錢家營礦井下CZB1保護器投入零序功率方向。

3 結語

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A。錢家營礦采用調容式消弧線圈跟蹤補償裝置，消除單相接地電容電流。對中性點經消弧線圈補償的供電系統(tǒng)，單相接地時非故障線路開關所測零序電流特性與中性點不接地系統(tǒng)相同，而故障線路開關所測零序電流的大小和方向與消弧線圈的補償電流有關。由于錢家營礦采用自動跟蹤補償的消弧線圈，接近于全補償狀態(tài)。因此故障線路開關所檢測到的零序電流不一定大于其本身線路的對地電容電流，且方向也與補償度有關。當線路絕緣降低受潮瞬時接地時，對故障線路的判斷將出現困難，尤其對短線路非金屬性接地時可能出現開關拒動現象，實際運行中對于采區(qū)開關可以根據經驗適當減小零序電流動作值，通過改造后兩年的使用情況來看，保護器動作基本可靠。同時可以對保護器進行改造，探討在保護器或選線裝置中引入零序導納分析法進一步確認故障線路，消除變壓器中心點經消弧線圈接地帶來的保護器誤動作現象。

參考文獻

[1] 宋紅衛(wèi).煤礦井下高低壓保護定值整定分析[J].工礦自動化，2012（7）.

[2] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].3版.中國電力出版社，2007（1）.endprint