矿井供电系统单相接地故障零模特征仿真研究.pdf

第 44卷 第 “ 期 2018年 6 月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 6 Jun. 2018 ; 实验研究言 令 _ 丨 1 丨 _ 令 _ 丨 丨 丨 ■ 令 _ 丨 丨 丨 ■ 令 _ 丨 1 丨 _ 令 _ 丨 丨 丨令 文章编号671-251X201806-0057-07 DOI 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2017070011 矿并供电系统单相接地故障零模特征仿真研究 罗超1 ， 耿蒲龙1 ， 曲兵妮1 ， 宋建成1 ， 刘聚财1 ， 都志立3， 原磊明4 1.太原理工大学矿用智能电器技术国家地方联合工程实验室，山 西 太 原 030024; 2.太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室，山 西 太 原 030024; 3.山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山 西 晋 城 048006; 4.山西凌志达煤业有限公司，山 西 长 治 046606 摘要针对现有基于单相接地故障特征量的选线方法实际保护效果不理想的问题，以某煤矿实际供电系 统为研究对象， 采 用RTDS/RSCAD实时数字仿真系统搭建了矿井供电系统仿真模型， 分析了中性点不接地 和经消孤线圈接地2种运行方式下线路零模电流、 零模电压的故障特征规律， 以及不同故障位置、 故障初相 角、 接地电阻对矿井供电系统单相接地故障下线路零模电流时域特征的影响。研 究 结 果 表 明 ① 中 性 点 运 行方式对非故障线路零模电流和母线零模电压的影响可忽略不计， 对 故 障 线 路 零 模 电 流 的 影 响 较 大 2. Shanxi Key Laboratory of Mining Electrical Equipment and Intelligent Control， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024 ’ China; 3. Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Co. ’ Ltd. ’ Jincheng 048006, China; 4. Shanxi Lingzhida Coal Co. ’ Ltd. , Changzhi 046606, China Abstract For poor actual protection effect of existing line selection s based on characteristic 收稿日期 2017-07-04;修回日期 2018-04-09;责任编辑 李明。 基金项目 国家自然科学基金资助项目（ 51377113， U1510112;山西省科技重大专项项目（ 20131101029。 作者筒介 罗超“991 一 男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向为电力系统及其自动化， E-mail26194654qq com。 引用格式 罗超， 耿蒲龙， 曲兵妮， 等. 矿井供电系统单相接地故障零模特征仿真研究工矿自动化， 2018,4467-63. LUO Chao,GENG Pulong，QU Bingni， et al. Simulation research on zero-module characteristics of single-phase grounding fault in mine power supply system[J]. Industry and Mine Automation, 2018 446 57-63. 58 工 矿 自 动 化2 018 年 第 4 4 卷 quantity of single-phase grounding fault, a simulation model of mine power supply system was established in RTDS/RSCAD real-time digital simulation system taking an actual mine power supply system as research object. Fault characteristics laws of zero-module current and zero-module voltage of lines were analyzed under operation modes of ungrounded neutral and arc suppression coil grounded neutral. Influences of different fault location, initial phase angle of fault and grounding resistance on time domain characteristics of zero-module current were also researched under single-phase grounding fautt of mine power supply system. The research results are as follows Influences of neutral point operation mode on zero-module current of non-fault line and zero-module voltage of bus can be ignored, but influence on zero- module current of fautt line is greater. Polarities of the first half wave of zero-module current in fault line and non-fault line are opposite under the two operation modes. ② The farther fault location away from the bus, the smaller impact value of transient zero-module current is. Fault location has less influence on steady-state zero-module current. ③ The larger of the initial phase angle of fault, the larger the impact value of transient zero-module current is, the slower the impact value grows, and the shorter time reaching steady-state of transient zero-module current of fault line is. The initial phase angle of fault has no influence on amplitude of steady-state zero-module current, which only affects initial phase angle. ④ The larger grounding resistance, the smaller impact value and its attenuation rate of transient zero-module current and amplitude of steady-state zero-module current are. Key words mine power supply system； single-phase grounding fault; fault line selection; ungrounded neutral; arc suppression coil grounded neutral; phase-mode transation； zero-module characteristic; time domain analysis 〇 引言〇 引言 煤矿井下工作空间狭小， 空气潮湿， 工况复杂， 供电电缆极易被砸、 压 、 碰 ， 使绝缘受到损坏甚至击 穿[1]， 进而发生单相接地故障。单相接地故障若不 能及时排除， 可造成电缆线路绝缘薄弱处发生击穿， 导致多点接地或相间短路， 此时会产生上千安培的 故障电流， 可直接烧毁附近的电动机， 造成井下重要 负荷设备停运， 还可能造成人身触电， 瓦斯、 煤尘爆 炸等事故， 严重影响工矿企业安全生产。 近年来， 已有不少学者对不同接地方式下单相 接地故障特征进行仿真研究[10]， 提出了一些利用 故障特征量进行选线的方法[1115]。但由于井下电 网结构复杂、 出线数较多、 接地故障随机性强、 中性 点运行方式多样、 电磁干扰严重等， 实际的保护效果 并不理想。因此， 研究不同故障因素、 接地方式对矿 井供电系统单相接地故障特征的影响是单相接地保 护的理论基础， 可为进一步完善和发展基于故障特 征量的故障选线与故障测距提供理论依据， 对保证 矿井安全生产具有非常重要的现实意义。 本文以实际矿井供电系统为研究对象， 利用 RTDS/RSCAD实时数字仿真系统， 搭建了矿井供 电系统仿真模型， 仿真分析了中性点不接地与经消 弧线圈接地2 种运行方式下线路零模电流与母线零 模电压故障特征规律， 研究总结了不同故障位置、 故 障初相角、 接地电阻对矿井供电系统单相接地故障 时域特征的影响， 进而为矿井供电系统单相接地保 护提供理论依据。 1卡伦鲍厄相模变换卡伦鲍厄相模变换 当矿井供电系统发生单相接地故障时， 电缆三 相线路两两之间存在电磁耦合关系， 供电电缆每相 线路对地也存在耦合电容， 各相暂态分量不相互独 立 ， 此时不适合采用对称分量法对单相接地故障暂 态特性进行分析， 可利用卡伦鲍厄相模变换对三相 供电系统进行解耦， 将具有耦合关系的三相供电系 统分解成相互独立的模量， 解耦之后各模电压和各 模电流之间相互独立， 有利于故障特征量的提取和 分析。 将各相电流、 电压进行卡伦鲍厄相模变换可得 各模分量 1 11」 ⑴ 2 0 1 8 年 第 6 期罗 超 等 矿 井 供 电 系 统 单 相 接 地 故 障 零 模 特 征 仿 真 研 究 59 式中以‘。 “ 1 “ 2 分别为电缆线路相电流经过卡伦鲍厄 相模变换后的0 模 、 1 模 、 2 模分量； zA， zB， zc 为电缆 线路三相电流以0， ， 化分别为电缆线路相电压经 过卡伦鲍厄相模变换后的0 模 、 1 模 、 2 模分量；ma， 仰 ， c 为电缆线路三相电压。 2仿真模型及参数设置仿真模型及参数设置 以山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司某矿 实际矿井供电系统为研究对象， 基 于 RTDS实时数 字仿真系统，在 RSCAD中搭建了包含6 条 6 k V 电 缆高压馈线的中性点经消弧线圈接地的矿井供电系 统仿真模型， 如 图 1 所示。 图1矿井供电系统仿真模型 Fig. 1 Simulation model of mine power supply system 参考实际矿井供电系统， 线 路 L〇L9长度分 别设定为 1.5,6， 10， 10,6,5,6， 1， 0. 7,0. 6 km。变 压 器 T〇T3变 比 分 别 为 35 kV/6. 3 kV ， 6 kV/ 0. 69 kV ， 6 kV/1. 11 5 kV ， 6 kV/3. 5 kV 。工矿 企业消弧线圈补偿度一般为5h 〜1 0 [3]，本文设 定 为 5 。通过查阅相关手册和 电力系统谐振接 地 ， 可确定线路正序和零序参数， 见 表 1 和 表 2。 表1线路正序参数 Table 1 Positive sequence parameters of lines 线路编号 正序电阻/ km桕殳燒 2 018 年 第 6 期罗 超 等 矿 井 供 电 系 统 单 相 接 地 故 障 零 模 特 征 仿 真 研 究 63 characteristics for single-phase grounding fault [J]. 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