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巾j 题 探 讨 浅谈煤矿高压电网中性点 经消弧 线圈接地方式 一 、 概 述 长春 煤 矿设 计院李志 Ⅸ 煤矿安全 规程 第4 2 3 条 规定 “ 矿井 高 压 电同 的单相接地 电容 电流不 得超 过2 0 h ， 否 则，必须 采取 限制措施 。根据 中 国煤 矿 总公司 6 k V 电 网安全 调查组 对3 1 个 矿 井 的 调查 实例 ，有I 6 个矿 井 电容 电流超 过 2 0 A， 其 中超过5 0 A的 5个矿井 ，1 9 8 7 年 共计发 生 电缆 放炮事 故6 6 次 。随着井型 增大 及 1 0 k V 井下供 电的应 用，新建 矿井 电网电容 电流 将 会 更大 。可见 ，如何采 取措施 限制矿井 电同 单相接地电容电流， 已是急待解决 的问题。 目前，对新建矿井大多采用以地面变 电 所 主变 压器供 电于三 段或 四段母线 分别运行 的方式，将 矿 山 电网人 为地 分解为三 个或 四 个 电磁 回路， 以限制 单相接地 电容 电流在规 定 的范围。但这 种 做法往 往会使 基建 投资 、 电能损耗及运行费用增加 。 改变运行方式， 电 容 电流可能会 超过规 定， 尤其是供 电系统 已 形成的老矿井采用上述方法更为困难。近年 来，人们 已开始注意到限制电容 电流的一种 实用方式，即中性点经消弧线圈接地在矿井 电网中 应用。发明道彀终雪至今已 有7 0 多年 的历史 ， 我 国水 电系 统亦有 长期的运 行经验 ， 苏联及 西德 等国家 早 已应用到 矿井 电网。 ，消弧 线置的作 用屎理 所 谓经消 弧线 圈接地， 即在 电冈 中性 点 与大地 之间接入 一个 电感 线圈 。 凰 1 a 是 经 消 弧线圈 接地 的 网络图， 图 1 b 系 C相 接地时 的 向量 图。 正常运行的电阿，各相对地 电容分别为 c 、CB 、cc ，假 定三相 完 全 对 称 的 条 件 下， 流过各相 的 电容 电流 大小相 等， 相 位差 1 2 0 。 ．当c相接地对，电压Uc 降为零，接地 点零序 电压 U o 一Uc ，其 它两相 电压将 在 9 9 ． 9 9 ％， 因为各密度级的产率已进行了 “ 四 舍五入”的处理。因此，凡是小数点后第三 位为 ≥5 的都 已进 位， 但还需进 一个 合计项才 能为 1 0 0 ％ ．再进位就 得进小数点后第三位 为 4 的产率。由表 3中 可 看 到，第 三 位 为 “4 的产率 有两个， 只能 进 其 中 一 个， 两个都进就多 了0 ． 0 1 ％．调 用舍入误 差 子程 序后 的表 2中， 两个 第 三 位 为 “4 的，只将1 ． 6 ～1 ． 7 密度级产率进位，其第三 位 以后 的数 为4 5 3 7 ， 而另一 个第 三位 为“ 4 2 暑 的是1 ． 8 ～2 ． O 密度级的产率，其第三位以后 的数为4 0 7 5 ， 4 0 7 5 d 于4 5 3 7 ， 所 以 没 有 进 位 。 由上可 知，子 程序遵 循 了“ 进 大台小 ” 的 原则。同样，以 “ 进大舍小 的原则使合计 项 的产率 正好为 1 8 ． 1 4 6 ． 由上述 核对 情 况可看 出， 文 中所 提 出的 “ 台入误 差子程 序 ，对 成组 数据， 无论其 组成情况如何，都能进行最合理的舍入，取 得误 差最小精 度最高 的效 果 ，解决 了计算机 处理 成组 数据 中 的一个难点 。 维普资讯 图1 振荡过程 后上升 为线 电压， 流过 接地 点 的 电 容 电流I cI c I c B ， l j 1I l i c e 卜 1 ／ c o C v ／ ． A i ， A’ 由于 I c A 与I c B 各较 u l 及UB 超 前9 0 。 ，所 以接地电容电流绝对值l I c I 2 I c c o 3 0 。 2 , ／i U ， c o C c o s 3 O 。 2 , ／了 U ，c o CA v ／ 丁／ 23 U ， r o CA ，I c 在相位上较零 序电 压 u。 超 前 9 0 。 ． 在U。 的作用 下，消 弧 线 圈 中流过一个 电感 电流I c ， 它较 u。 滞后 9 0 。 ， 其绝对值为 l I L l U o ／ x L u ， o L ．在 单 相 接地 时 ， I c 被相位相 差1 8 0 。 的I L 所抵 消 补 偿 ， 因而 流过 故障点 的接地 电流 I j d 为 I L 与 I 之差。如果选取适当的消弧线圈， 可使I j d 达到较 小 的数值 。经消弧 线圈 接地的 电 网亦 称 傲补偿 电网。 补 偿 电网的优 点在 于1 对 间歇性 电弧接地 ， 当故 障点 的 电弧在 电流 过 零时熄灭后，由于有消弧线圈使故障相 电压 的恢 复速度 减慢，而 弧 隙间的绝缘 则得 以迅 速复 原， 这 就减少 了故障 点 电弧反 复重燃 的 可能性， 亦 抑制 了间歇性 电弧接地过 电压 的 幅 值，这对 于 运行 时 间长久 、 绝缘 老化 、 环境 恶 劣 的矿井 电网是 非常有益 的。2 对稳定 的 单相接地故障，由于流过故障点的 电流仅是 补偿后的残余 电流，其热效应对 电气设备的 危害减轻了，故障点的对地 电 位，也 下 降 了。这样，配合矿井保护接地 电阻值 ，可满 足接触 电压的要求 ，保证人身安全。 三、补 偿方式 的选择 补偿 电冈按不 同的调 谐 度 KI 。 ／ I c 1 ／ 3 co 。 LC或脱谐度 I c I L ／ I c 1 一K 的不 周 ， 可 以得到三种 补偿 方式 1 当 O 或K1 时为欠补偿运行方式I 2 当 1 时为过补 偿运行方式I 3 当 0 或 K 1时为全补偿运行方式o／由于全补偿存在 串联谐振 1 ／ o L 3 o C问题 ， 一般 是不采 用的。 水 电系 统允许 欠补偿 运行，但 水 电系 统的 电冈运行 方式是 由调度决 定， 与矿井不 同。矿 井 电缆 线路正 常时均 处于运行 状态， 因事故 跳闸或 采 区变 动等原 因切除部分 线路 随时 可嚣发 生， 这样就会使 电冈对地 电容减 少，在发生单相接地时很可能接近或达到全 补偿 ， 以致 出现 串联谐 振过 电压，危及 矿井 安全 。过 补偿 方式基 本 避免 了上述谐 振过 电 压 的产生， 因此应 是矿 井 电冈采用 的方 式。 补偿 电冈抑制 间歇 性 电弧 接 地 电 压 的 有效性，取决于补偿 电冈运行 的脱谐度或调 谐度。当过补偿脱谐度为 5～1 0 ％，健全相 间歇性 电弧 接地过 电压值 可 限制在 2 ． 5 U 及 以下| 当过 补偿脱 谐度 为1 5 及 以上 时，过 电压将 达到2 ． 7 U 以上。 显然 ， 补偿 电冈 抑制 间歇性 电弧过 电压 的有 效性 ， 随着脱 谐 度的 增加而 降低 。 当电冈 以较大 的脱 谐 度 运 行 时，虽然 单相 接地时 电容 电流被抵 消 一部 分 而 小于规 范规定 的2 0 A，但 电网 已同 中性 点 不接地 时 一样 ， 过 电压 危险仍 然存在 ， 同时脱 谐度过大 还将 影响 漏 电保 护装置的 动作 可靠 性 。此 问题将在 下面的 补偿 电网的漏 电保 护 中讨 论。综台 各方 面因素， 矿井 电冈过 补偿 脱谐度在未装设 自动调节装置时 应 控 制 在 5％左 右， 以不超 过 1 O 为宜 。 四，补偿 电暇的■ 电保 护 我国矿井 电冈多年来一直采用中性点不 29 维普资讯 接地方式。对这种 电网已实现了有选择性的 漏 电保护 ，如 新产 品 ZD- 4 D，BLD- 6 ， P XGL L等j BLD型老产 品 、 xGLB S 等 ， 这些保 护装置 基 本是 栗用 功率方 向原理 ，利 用零 序 电流 与 电压 动作 。 但经 消弧线 圈补偿 电 网， 单相 接地 电流很 小，仅为 补偿 后 的残 余 电流。 目前应用的 水 电系统主要是利 用补偿后 的残余电流的五 次谐波分量，但由 于五次谐波电流的大小随故障后磁路饱和程 度不同而变化， 谐波值是不易整定的。 过去应 用 的一 些检 测装置很 难满 足选择性 的要 求， 这 也是矿井 电网经 消弧线 圈接地 的主要 问题 之一。最近 通过鉴 定 的M L- 2小 电流微机选 线保护装置，利用计算机分析 比较电网中的 零序 电流，接地 电流的大小对该装置来说是 相 对的， 其 动作 电流与残 余 电流 无关 ，也不 需整定 。该装置经水 电部鉴定 认 为 “ 对 有 消弧线 圈系统， 该装 置有 重要 突破， 且处于 领 先地位 ， ML- 2装置 目前 已投入生 产。 最近研制成功的 Z D- 8 o 零序方向 继 电 器 ，仍 采用 功率方 向原理，最大 灵敏 角可诃 整为 0 度。该装置是利用消弧线圈补偿后残 余电流中的有功分量来实现选择性动作。遗 种装 置经试 运行证 明 ， 动作是可靠 的 ， 且体 积 小，较适合矿井应用。但该装置要求单槲接 地 电流中有一 定的有 功分量， 来拉 开 故障与 非故障线路的相位角，才能保证可靠动作。 如 图 2， 非敬 障 线 路 I c超 前 3 U。 9 0 。 I R 为残余 电流 中的有功 努摄 。I F 主要 由 电容 电流 中的有功分 量 I c o ． 51 I c 及 电 感 电流 中的有 功分 量 I L R 0 ． 5 3 I L组 成。如 按最大 I R 值 考虑， 则有 I RI c RI ● ● ● T 0 ． 0 1 I c 0 ． 0 3 1 L 0 ． 0 4 I c ， 巾 1L 』T ● ‘ 堕，显然， 3 I 与I c 的相位 角取决于 UI c 脱谐度 ， 当脱 谐度为 1 0 时，中 2 2 。 ，这 锭难保证装置可靠动作 ， 因此 ， 当脱谐度较大 时 ，必须 采用 附加 电阻 电流 的方 法 来拉大故 障与非故障线路电流的相位角，如将中 角 拉 大 到 5 0。 左 右 当脱谐度 为1 0 时 ， 按上式可 计 算 出附加 电阻电流I R 约等于0 ． 0 8 ， 可 完全 保证 ZD一 8 D装置 可靠 动 综上所述 ，新 型选 择性 漏 电保 护装置， 为 中性 点经消弧 线圈接 地 方式在 矿井 电网中的应 用 ，提供 了技术保 证。 图2 五 、建 立 中性点及 设备 选撵 矿井 6 0 3 5 ／ 6 k V主变压器二次侧一般 采用 “ △ 接线， 不能直 接引 出 中性 点 。因 此，需采用专用的接地变压器建立人为中性 点。接地变压器应采用 Y e ／ △ 接线，一次 电 压与电网一致 ， 但 △ 接线二次铡可为任 意 值 ，如为 专用 的 接 地 变 压 器，一 般 可 将 “ Y ／ Y。 一 1 2 接线的标准变压器改为“ Y／ A 接线 。邢 台市 化工 电机厂与矿 务局联 合研 制 了J D a 1 I 6 专用接地变压器 ， 可与XDJ ／ 1 7 5 ／ 6 型及XDJ T 3 5 0 ／ 6 消弧线圈配合使 用。 1 9 8 8 年东煤公 司某 煤 矿实 测 电 容 电 流 5 5 A，现 以该 矿应 用消弧 线圈 限制 电容 电流 为例 ，简述如 何选 择设备 。根据 下式 0 QL1 ． 2 5 U ， I c1 ． 2 5 5 52 5 0 v j k V AR 式中1 ． 2 5 为富裕系数。 选两 台XD] - 1 7 5 ／ 6 消弧线圈，分别接 在 6 k V两段 母线上 。 当 6 k V 母线分 列运行 时，每段 电网电容电流为 5 5 ／ 2 2 7 ． 5 A，如 分接买位置选在 I L 3 0 A，故朴偿后的接地 也流 I j dI I ． 一r c3 02 7 ． 52 ． 5 A． 当 6 k V 母 线并列运 行时， 消弧 线 圈 亦 并列 投入， 补偿 后的 接地 电流为 3 03 o 一 5 55 A ． 接地 变压器可 按下式 选择 S ≥ , 1 f 百 可 为附加电阻功 率，可 维普资讯 忽略不 计 。 按上面所 选 的消弧线 圈容 量 QL1 7 5 k VAR， 即S ≥1 7 5 k VA ，则 应选 择 两 台J D- 3 1 5 ／ 6专 用 接 地 变压 器。 附加 电阻一 般 采用 直接 与消弧 线圈并 联 的方 式，如 图 3． 根据脱 谐度为 1 0 ，上 述 附 加 电 阻 电 流 I R ≈O ． 0 7 I c 0 ． 0 72 7 ． 51 ． 9 2 A． 可选 用江 苏 漂阳机 蛾 电器厂生产 的 与ZD一 8 0 配套 的FD 型 电阻柜 。 六 、补偿 电网存在 的 问题 1 9 8 5 年 中目矿 院在 邢 台煤 矿 做 了 煤 矿 6 k V 电同中性点 经消弧 线 圈 接地 方 式的 试 验 。煤 炭部对此试 验 的评定 意见 是 这 种方 式 是 限制煤 矿 6 k V 电 网 电容 电流有 效 而 又 较 易实 现的技术途 径 。 同时 ， 煤 矿安全 规 程 与 国标 矿 山 电力 装置 设计 规 范对 矿 井 电 网中性 点接地 方式 傲了放宽 性 的修改， 改 变了过去 只 能采用 中性 点不接 地的 单一方 式 。但是， 邢 台煤矿 采用 补偿 电网仅仅 是一 个 初步试验 ，将多年 的 中性 点不 接地 矿 井 电 网改造为 补偿 电网并 非 易事 。 由于存在 一些 不 完善 的问题 没有及 时解决 ，而使消 弧线 圈 至今 没有得 到推广 应用 。 1． 电感 调节方 式落后 苏 联及 西德等 国家 已大 量应用 能跟 踪 电 网 电容 电流值进行 自动 罚节消弧 线圈 电感 量 的装置。 据资料介绍， 一般都是 电力系统单位 生 产制 造 的， 其 中主 要 有柱塞 式 、 磁化式 和 电 感 间断 调节式 。我 国 目前生 产 的消弧线 圈属 手 动 电感 间断调 节式的 静态 补偿 装置 ， 需要 人 工凭 经验 有 级调 节 消弧线 圈 匝 数 电 感 量。这种方式运行操作比较复杂，且由于 矿井电同电容电流是不稳定的，时常出现 较 大变化 ，这往往 会使过 补偿脱 谐 度 显 著 增 加。如 前所 述 ，当 补偿 电 网以较大脱 谐度运 行时， 消弧 线圈抑制 间歇性 电弧过 电压 的运 行有效性将降低 。脱谐度增大还将影响漏 ， 保护装置 动作 的可靠性 。 2．没 有形成 相应 的漏 电保 护配套装置 由于中性 点经消弧 线圈接地 后， 单相接 地时 ， 电路 向量 的构成 已发生 了很大 改变， 用 于原 中性 点不 接地 电网的功率 方 向型 漏 电 保护装置， 一般 已不 能保 证 可 靠 动 作 。因 此，矿 井 电网应用消弧 线圈接 地方式 就需要 在地面 变 电所装 设适台 消弧 线 圈 的 保 护 装 置，在过补偿矿井电网中，井下使用的高压 配 电装 置 中安装 的 BLD- 2 等 漏 电保 护 继 屯 器可能 误动或 拒动，失 去保 护 的选择性 。这 是应用 消弧 线圈需 注意的 问题 。 七 、几点 建议 1．国产 消弧 线圈补偿 装置不 完善是 电 力系统 急待解 决的问题 。建 议能源部 组织水 电、煤 炭两系 统共 同研 制开 发，也可采 取 引 进技术 的方式 ，以利 中性点经 消弧 线圈接地 方式 在 矿井 电网中尽 快得到 应用 和推广 。 2．新建 大型 矿井 在设 计上 应首先 考虑 电 网中性 点经 消弧线圈 接地 方式 。尽 管 目前 仍为 手 动阈 断调节 补偿 电感 ，仍不失 为 限制 电容 电流较好 的方式 。手 动调 节可能会 出现 较大 过 补偿脱 谐度 的情 况， 但这 不会 给矿井 带来更大的危害 较中性点不接地系统 。 漏 电保护 可选用 M L- 2 ， ZD- 8 D装 置 ，据 调 查，厂 家可 以将新型 的漏 电保 护装置装 于 防 爆开关 内代替 BLD- 2 装置 供货 。 3．为 保证 矿井 电网漏 电保 护装置 可靠 动作， 目前 可采 用 中性 点经 消弧线 圈并 联 附 加 电阻的方 式 ，过补偿脱 谐度 如 能 控 制 在 1 0 以内， 则并 联 附加 电阻 电流I R 可选 取为 0． 06 ～ 0． 08 Ic ． ， 3 1 维普资讯