新型小電流接地選線裝置在煤礦6kV配電網(wǎng)的應(yīng)用

摘要:近年來(lái)，為了提高電網(wǎng)運(yùn)行安全可靠、保證供電的連續(xù)性，很多配電網(wǎng)配置了消弧線圈和選線裝置。但從大量的調(diào)研來(lái)看，目前配電網(wǎng)配置的消弧線圈大多技術(shù)較為陳舊，具有傳動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)等機(jī)械性機(jī)構(gòu)，設(shè)備故障率高，補(bǔ)償精度差;所配的選線裝置選線準(zhǔn)確性極低，當(dāng)與消弧線圈配套運(yùn)行時(shí)基本失效，變成一個(gè)擺設(shè)，不能滿足用戶對(duì)供電高可靠性的要求，急需改進(jìn)。

關(guān)鍵詞:新型;6KV配電網(wǎng);小電流接地

中圖分類號(hào):TM

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)21-0307-02

1 煤礦6kV電網(wǎng)的現(xiàn)狀

煤礦6kV配電網(wǎng)作為礦井輸、配及用電中的一個(gè)環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)多以變電站為中心通過(guò)電纜與各級(jí)配電所放射狀聯(lián)結(jié)，由于配電網(wǎng)所處環(huán)境復(fù)雜，發(fā)生接地故障的幾率較高，隨著用電量越來(lái)越大，發(fā)生接地故障時(shí)的接地電流越來(lái)越大，弧光不能自動(dòng)熄滅從而造成安全隱患，而其單相接地故障的查找與處理一直是困擾廣大電網(wǎng)運(yùn)行人員的重大問(wèn)題。因此，在發(fā)生接地故障時(shí)，如何快速消除危險(xiǎn)的接地弧光以避免由單相接地發(fā)展成相間短路乃至“火燒連營(yíng)”現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時(shí)迅速準(zhǔn)確地查找出接地故障線路以便及時(shí)排除，是一件非常重要的事情。為達(dá)到上述目標(biāo)，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，理想處理過(guò)程應(yīng)是:對(duì)瞬時(shí)接地故障讓其自動(dòng)消除，防止事故擴(kuò)大而降低供電可靠性;當(dāng)發(fā)生非瞬時(shí)接地故障時(shí)，在保證設(shè)備安全的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)移負(fù)荷，并準(zhǔn)確隔離故障。

2 配電網(wǎng)接地故障一體化解決方案

2.1 KD-XH型快速高短路阻抗變壓器式消弧線圈

KD-XH型快速高短路阻抗消弧線圈不是傳統(tǒng)的消弧線圈，其實(shí)質(zhì)是一種特殊設(shè)計(jì)的高短路阻抗變壓器，其阻抗電壓接近100%，在使用時(shí)，把高短路阻抗變壓器的一次繞組作為工作繞組接入配電網(wǎng)中性點(diǎn)，一個(gè)二次繞組作為控制繞組由兩個(gè)反向并接的可控硅短路(如圖1)。可控硅的導(dǎo)通角由控制器控制，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角由0至180度之間變化，使可控硅的等效阻抗由∞至0之間變化，則輸出的補(bǔ)償電流Il就可在0至額定值In之間得到連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)(電流無(wú)級(jí)差，是高精度補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ))。這種可控硅調(diào)節(jié)阻抗的消弧線圈響應(yīng)速度快;無(wú)需配置阻尼電阻，不再出現(xiàn)阻尼電阻燒毀等問(wèn)題(大大提高了運(yùn)行的可靠性);補(bǔ)償電流在0-100%額定電流范圍內(nèi)都可以連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。而且這種消弧線圈無(wú)需有載開(kāi)關(guān)、電機(jī)等傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，運(yùn)行維護(hù)工作量少，基本為免維護(hù)。

2.2 DDS型“主動(dòng)式特征波”快速選線裝置

DDS型“主動(dòng)式特征波”(小擾動(dòng)法)快速選線裝置是接地故障一體化解決方案從諧振接地電網(wǎng)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其零序電流的電流回路為故障線路的零序電流為非故障線路零序電流之和，即:Ic3=Ic1+Ic2+Ic4+……+Icn。

消弧線圈補(bǔ)償后的電流只流經(jīng)接地故障線路，此時(shí)接地點(diǎn)的殘流:Ijd=IL-Ic3

DDS型“主動(dòng)式特征波”快速選線裝置充分利用了KD-XH型消弧線圈動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的功能，在接地過(guò)程中，通過(guò)短時(shí)小范圍調(diào)節(jié)消弧線圈，產(chǎn)生補(bǔ)償電流變化量ΔIL，此時(shí)非接地線路零序電流不變，即:ΔIc1=0，ΔIc2=0，ΔIc4=0，…，ΔIcn=0。而接地線路零序電流則有較大的變化，其變化量ΔIc3=ΔIL，從而準(zhǔn)確地選出接地故障線路。

這種主動(dòng)式特征波技術(shù)的特點(diǎn)是:充分利用了KD-XH型消弧線圈所獨(dú)有的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能，主動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)明顯的可控特征波，該特征波具有寬度短(<100ms)、幅值可控(ΔI=L可控)等特點(diǎn)，除此以外，該特征波還可多次產(chǎn)生，進(jìn)行選線結(jié)果校核。上述特點(diǎn)保證了在諧振接地方式下故障電流小的情況下，保持很高的選線準(zhǔn)確性。該技術(shù)徹底克服了其他選線原理在諧振接地方式下失效的致命缺陷，大大提高了選線準(zhǔn)確率，效果十分令人滿意。

2.3 配電網(wǎng)接地故障一體化解決方案動(dòng)作時(shí)序

當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，利用KD-XH型消弧線圈的快速補(bǔ)償及其連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使瞬時(shí)性單相接地故障得以自動(dòng)消除，而對(duì)于超過(guò)1s的接地故障快速準(zhǔn)確地選出故障線路，對(duì)于非瞬時(shí)性單相接地故障，當(dāng)接地時(shí)間超過(guò)設(shè)定值整定的時(shí)間值時(shí)，可跳開(kāi)接地故障線路(跳閘功能為可選)。

2.4 接地故障一體化解決方案功能及指標(biāo)

(1)滅弧時(shí)間:<5ms;(2)接地殘流:<2A;(3)補(bǔ)償級(jí)差電流:無(wú)級(jí)差;(4)伏安特性:0-110%額定電壓保持線性;(5)調(diào)節(jié)范圍:0-100%額定電流;(6)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能:具備;(7)工作模式:隨調(diào)式;(8)選線準(zhǔn)確率:>98%;(9)選線時(shí)間:<2s(可調(diào));(10)選線特征波寬度:<100ms(可調(diào));(11)選線特征波幅值:<10A(可調(diào));(12)選線特征波產(chǎn)生次數(shù):可多次;(13)接地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)次數(shù):>500次;(14)接地?cái)?shù)據(jù)分析功能:具備;(15)電纜絕緣評(píng)估功能:具備;(16)跳閘功能:可選。

2.5 配電網(wǎng)接地故障一體化解決方案典型配置

接地故障一體化解決方案典型配置很簡(jiǎn)單，一般情況下，在變電站的10kV/6kV母線上按母線數(shù)安裝KD-XH型高短路阻抗變壓器式消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償，消除弧光，配置DDS型小電流接地選線裝置用來(lái)選出電網(wǎng)線路故障;該配置安裝簡(jiǎn)單、部件很少，無(wú)需阻尼電阻(阻尼電阻可靠性比較低，容易發(fā)生燒毀事故，因此不用阻尼電阻對(duì)提高可靠性有較大幫助)，安全可靠，完善解決了配電網(wǎng)的接地故障問(wèn)題。

3 裝置在煤礦35kV變電所的應(yīng)用效果

3.1 簡(jiǎn)介

我礦35kV變電站有兩臺(tái)主變，兩段母線，現(xiàn)階段有36條6kV出線(總長(zhǎng)約100km)，由架空線路和電纜混合組成。2006年10月安裝一套KD-XH01-315/6.3型快速消弧系統(tǒng)(含兩臺(tái)DDS型配電網(wǎng)接地故障智能檢測(cè)裝置)，6kV配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了接地故障一體化解決方案，至今已運(yùn)行近4年。

3.2 運(yùn)行情況分析

(1)接地故障情況及數(shù)據(jù)分析。截至2009年1月20日止，運(yùn)行中消弧系統(tǒng)有23次接地記錄。記錄數(shù)據(jù)分析如下:

①經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后被自動(dòng)消除的瞬時(shí)性接地故障占絕大多數(shù)(19次，占82.6%)。

②間隔時(shí)間很短的接地占相當(dāng)多數(shù)，相繼接地的間隔時(shí)間在5秒內(nèi)的記錄到12次，占52.17%。

③接地故障集中出現(xiàn)在雷雨日等惡劣氣象條件下，此時(shí)接地故障不僅頻繁發(fā)生，而且間隔時(shí)間很短，大多數(shù)持續(xù)時(shí)間也很短。它們絕大多數(shù)都可因消弧線圈的補(bǔ)償而被消除。

④接地發(fā)生時(shí)配電網(wǎng)電容電流幅值分散性大，且電容電流很小的占相當(dāng)多次。

(2)消弧線圈動(dòng)作情況。運(yùn)行中消弧線圈從未發(fā)生過(guò)任何異常行為，從未引起任何如系統(tǒng)諧振等不良后果。由大量故障錄波圖可見(jiàn)，KD-XH消弧系統(tǒng)充分顯示了快速響應(yīng)特性。在間隔時(shí)間很短的連續(xù)頻繁接地時(shí)，KD-XH消弧系統(tǒng)都能快速連續(xù)地動(dòng)作，連續(xù)地快速投入補(bǔ)償又快速地退出補(bǔ)償。此外，KD-XH消弧系統(tǒng)的記錄顯示所有的補(bǔ)償電流都與電容電流很接近，說(shuō)明該消弧系統(tǒng)補(bǔ)償精確，殘流小，消弧效果好。正是KD-XH消弧系統(tǒng)的良好特性保證了快速消除瞬時(shí)性接地故障的效果，使所有瞬時(shí)性接地故障全部都能自動(dòng)消失，不需跳閘。

(3)選線裝置動(dòng)作情況分析。選線裝置被設(shè)置為:對(duì)于持續(xù)時(shí)間小于1秒就消失的接地故障不進(jìn)行選線;接地故障持續(xù)時(shí)間大于1秒時(shí)進(jìn)行選線。三年多來(lái)所記錄到的23次接地時(shí)間大于3秒的接地事件中，選線裝置都進(jìn)行了選線。接地選線時(shí)電容電流幅值分散性大，有相當(dāng)多次選線是在電容電流很小的條件下進(jìn)行的。選線結(jié)果(23次)的正確性可由錄波器數(shù)據(jù)得到確鑿判斷;上述數(shù)據(jù)說(shuō)明，經(jīng)過(guò)三年多的運(yùn)行實(shí)踐證明了該裝置的選線正確率到100%。

4 運(yùn)行實(shí)踐效果分析

該接地運(yùn)行模式三年多的實(shí)踐，已充分證明了其可行性，使前文所分析的該模式的優(yōu)越性得以具體實(shí)現(xiàn)。因采用經(jīng)快速消弧線圈接地的方式而避免了大量人工拉閘查找接地線路，減少了人為停電。由KD-XH記錄的23次瞬時(shí)性接地故障都經(jīng)補(bǔ)償后自動(dòng)消除。其中，在消除占接地總數(shù)相當(dāng)多數(shù)的間隔時(shí)間很短、持續(xù)時(shí)間也很短的頻繁連續(xù)性接地故障時(shí)，消弧線圈的快速響應(yīng)性能是必需的條件。快速消弧線圈可妥善地處理此類故障，既使其很快消失不需跳閘，又不會(huì)引起諧振，可大大減少跳閘率，提高了礦井供電的可靠性。

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