淺析消弧線圈對(duì)礦井井下漏電保護(hù)的影響

摘 要：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地是目前礦井高壓供電的主要中性點(diǎn)接地方式。本文通過分析中性點(diǎn)加裝消弧圈接地后引起的零序電流的變化和常規(guī)高壓漏電保護(hù)原理，指出礦井井下常規(guī)高壓漏電保護(hù)不適用于中性點(diǎn)經(jīng)消弧圈接地系統(tǒng)，并推薦一種新型高壓漏電保護(hù)裝置。

關(guān)鍵詞：礦井;高壓;消弧線圈;漏電保護(hù)

0 引言

“礦井6000V及以上高壓電網(wǎng)必須采取措施限制單相接地電容電流，生產(chǎn)礦井不超過20A，新建礦井不超過10 A”[1]，而“限制單相接地電容電流的有效措施是將中性點(diǎn)不接地方式改為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，采用電感電流抵消電容電流”[2]。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，礦井高壓中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的漏電故障給供電系統(tǒng)運(yùn)行和事故分析造成很大的困惑，更沒有適用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)漏電保護(hù)新原理的應(yīng)用，以至目前礦井高壓漏電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重。分析消弧線圈對(duì)礦井井下高壓漏電保護(hù)的影響，采用一種適用于礦井中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的新型高壓漏電保護(hù)裝置，是十分必要的。

1 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)漏電特性

消弧線圈的作用：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生間歇性漏電故障時(shí)，漏電點(diǎn)產(chǎn)生間歇性電弧，系統(tǒng)產(chǎn)生弧光過電壓，間歇電弧破壞漏電點(diǎn)非漏電相絕緣，弧光過電壓擊穿系統(tǒng)絕緣薄弱點(diǎn)，均會(huì)造成兩相短路。系統(tǒng)電容是造成間歇性電弧和弧光擊穿事故的根本原因，為此相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求“必須采取措施限制單相接地電容電流”。消弧線圈的電感電流和電容電流反向，以達(dá)到補(bǔ)償系統(tǒng)電容電流的目的。

漏電特性：中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生漏電時(shí)，非故障支路零序電流和中性點(diǎn)不接系統(tǒng)一樣，大小等于本支路電容電流，相位滯后零序電壓90°。故障支路零序電流除了有系統(tǒng)零序電流之外增加了消弧線圈的電感電流，大小等于非故障相零序電流之和與電感電流的矢量差（殘余電流）;相位受補(bǔ)償程度的影響有不確定性，為有效防止系統(tǒng)震蕩，消弧線圈要求工作在過補(bǔ)償狀態(tài)，此時(shí)殘余電流和非故障支路零序電流同相位。由此可見，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)故障支路零序電流發(fā)生了本質(zhì)的變化：故障支路零序電流不一定最大;故障支路零序電流和非故障支路的零序電流同相。

2 礦井中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)高壓漏電保護(hù)現(xiàn)狀

2.1 漏電減少，漏電保護(hù)正確率降低

隨著礦井生產(chǎn)環(huán)境改善，設(shè)備和電纜絕緣水平提高，再加上消弧線圈的補(bǔ)償作用，漏電發(fā)生的頻率明顯減少，但是由于高防開關(guān)的漏電保護(hù)不滿足消弧線圈接地系統(tǒng)，漏電保護(hù)正確率明顯下降。

2.2 短路事故增加

消弧線圈可有效防止漏電發(fā)展為短路，但是，礦井使用消弧線圈后，短路故障反而增加。究其原因，根據(jù)電力部門統(tǒng)計(jì)，80%的短路故障是單相接地（漏電）引起的。電力部門小電流接地系統(tǒng)單相接地可以帶故障運(yùn)行2h，帶故障運(yùn)行時(shí)，受非故障相電壓升高和弧光過電壓的影響，單相接地發(fā)展為短路的機(jī)率大。而礦井井下漏電直接跳閘，漏電發(fā)展為短路的機(jī)率小。礦井高壓系統(tǒng)加裝消弧線圈后，現(xiàn)有漏電保護(hù)不能正確動(dòng)作，漏電故障未能及時(shí)切除，延長(zhǎng)了漏電時(shí)間，漏電發(fā)展為短路的可能性增加。

2.3 越級(jí)跳閘成為礦井井下高壓供電的主要矛盾

礦井高壓是一個(gè)多級(jí)配電網(wǎng)，至少分為地面變電所、井下中央變電所和采區(qū)變電所三級(jí)，由于有時(shí)井下二級(jí)變電所距離近、電力部門地面變電所保護(hù)動(dòng)作于瞬動(dòng)、地面設(shè)備與井下設(shè)備操作機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度有差異，常規(guī)的以短路電流大小和動(dòng)作時(shí)間實(shí)現(xiàn)的防短路越級(jí)跳閘手段在礦井無法使用，短路越級(jí)跳閘成為近年礦井高壓的主要問題。一些礦井由于對(duì)消弧線圈影響現(xiàn)有漏電保護(hù)以及漏電發(fā)展為短路原因認(rèn)識(shí)不足，不去解決消弧線圈接地的漏電保護(hù)問題，而是單純的增加防越級(jí)跳閘設(shè)備。

3 消弧線圈對(duì)礦井漏電保護(hù)的影響

3.1 消弧線圈不宜長(zhǎng)期工作在欠補(bǔ)償狀態(tài)

根據(jù)消弧線圈的電感電流對(duì)接地電流的補(bǔ)償程度，可分為全補(bǔ)償、欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償三種補(bǔ)償方式。消弧線圈工作在全補(bǔ)償時(shí)，由于系統(tǒng)感抗與系統(tǒng)容抗相等，容易引起電網(wǎng)串聯(lián)諧振，其產(chǎn)生的諧振過電壓對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的絕緣危害性很大。而消弧線圈工作在欠補(bǔ)償時(shí)，若檢修或停用部分線路，則系統(tǒng)容抗減小，有可能造成系統(tǒng)感抗與系統(tǒng)容抗相等的全補(bǔ)償。而消弧線圈工作在過補(bǔ)償時(shí)，只有增加線路才有可能造成等補(bǔ)償，增加線路在電網(wǎng)中不是經(jīng)常發(fā)生。因此“消弧線圈應(yīng)采用過補(bǔ)償運(yùn)行方式”，“脫諧度不大于5%～10%”[3]。

3.2 消弧線圈運(yùn)行在欠補(bǔ)償狀態(tài)現(xiàn)有漏電保護(hù)不能正確動(dòng)作的原因

礦井使用的消弧線圈“大多是消弧線圈并（串）電阻的派生接地方式”，并（串）的電阻（阻尼電阻）是為了抑制弧光過電壓的，“阻尼電阻增加了故障支路的有功分量”。非故障支路的有功分量只有本回路電容的有功分量（約為3%），其零序電流的主要成份是容性電流;故障支路的有功分量由三部分組成：電容電流（非故障支路零序電流之和）的有功分量（約為3%）、消弧線圈電感電流的有功分量（約為3%）和消弧線圈上串（并）的阻尼電阻的電阻電流（約為5A）[4]。故障支路的零序電流超前零序電壓的角度有可能更大，慮有功分量后的向量關(guān)系才是消弧線圈接地系統(tǒng)零序電流和零序電壓真實(shí)的相位關(guān)系。由此可見，消弧線圈工作在欠補(bǔ)償狀態(tài)下，仍無法滿足“零序功率方向”原理的動(dòng)作條件。許多礦井消弧線圈運(yùn)行在欠補(bǔ)償狀態(tài)漏電保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的實(shí)例也證明了這一點(diǎn)。

4 新型高壓漏電保護(hù)裝置

ZBL-H型礦用隔爆型高壓漏電保護(hù)裝置是一種新型漏電保護(hù)裝置，以各支路的“能量函數(shù)”為研究對(duì)象，采用“能量修正”原理和集中控制模式，能很好的解決中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)的漏電保護(hù)問題。

消弧線圈系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)氖菬o功電流，由于阻尼電阻的存在，有功反而增加，故障線與非故障線零序電流的有功分量滿足故障線有功分量最大和故障線與非故障線有功電流方向相反的特點(diǎn)，當(dāng)發(fā)生漏電后，根據(jù)各回路能量變化的規(guī)律判斷漏電回路，非故障回路的有功分量沒有發(fā)生變化，而故障回路的有功分量沒有發(fā)生了突變，同時(shí)本裝置可以自動(dòng)“學(xué)習(xí)”使用環(huán)境，根據(jù)其特征量的變化，作出漏電支路的判斷，從而實(shí)現(xiàn)選擇性漏電保護(hù)?；」饨拥厮矔r(shí)漏電是漏電保護(hù)的難題，有功能量反應(yīng)了有功電流和零序電壓的時(shí)間積累，以能量代替有功瞬時(shí)量，解決瞬時(shí)漏電漏電特征量時(shí)有時(shí)無的問題;非漏電短支路有功分量很小，零序電流零序電壓成270°的相位關(guān)系，零序電流互感器相位誤差將引起其能量的本質(zhì)變化，因此，通過對(duì)各支路能量進(jìn)行角度修正，很好地解決了弧光漏電保護(hù)問題。

5 結(jié)論

高產(chǎn)高效是礦井發(fā)展的趨勢(shì)，隨著礦井向特大型方向發(fā)展，礦井高壓網(wǎng)絡(luò)愈來愈大，系統(tǒng)電容電流也隨之增加，新建礦井電容電流幾乎全部超過規(guī)程規(guī)范要求的接地電流限制指標(biāo)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地已成為礦井高壓接地方式的首選接地方式。本文介紹的新型漏電保護(hù)裝置，能很好地解決消弧接地系統(tǒng)漏電保護(hù)和弧光漏電保護(hù)問題，在我院近年來特大型礦井設(shè)計(jì)中取得了很好的應(yīng)用效果，值得推廣。

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[4]梁睿，辛健，王祟林，李國(guó)欣，唐杰杰.應(yīng)用改進(jìn)型有功分量法的小電流接地選線[J].高電壓技術(shù)，2010（2）.

作者簡(jiǎn)介：

劉翹楚（1987- ），女，遼寧阜新人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榈V井電氣設(shè)計(jì)。