煤礦井下高壓電網過電壓研究

師軍田

【摘 要】 影響煤礦安全生產的因素很多，其中之一是煤礦井下高壓電網過電壓，煤礦井下一旦發生高壓電網過電壓，就會嚴重影響煤礦的安全生產。本文重點分析煤礦井下高壓電網過電壓產生的原因和過電壓產生的危害，并介紹了煤礦井下高壓電網過電壓的防治措施。

【關鍵詞】 煤礦 井下 高壓電網 過電壓 研究 分析 原因

由于煤礦井下環境復雜多變，煤礦井下作業的事故相對較多，在煤礦的供電系統中由于供電系統的復雜性，地壓真空開關的大量使用，使得單相接地出現高電壓的幾率變得很高，這樣就造成了嚴重的過電壓現象，給煤礦的安全生產帶來了較大的危害，并且也影響了煤礦供電系統的安全可靠運行。近幾年來，隨著科學技術的迅速發展，真空開關和斷路器憑借自身的優勢廣泛應用于煤礦井下的供電系統中，但是真空設備的應用也給煤礦井下電網帶來很多的問題，真空設備的使用使得煤礦井下高壓電網過電壓的危害變得更為嚴重，為了確保煤礦的安全生產，必須采取適當的措施加以抑制，從而保證煤礦供電的安全性和可靠性。

1 產生過電壓的原因分析

過電壓對煤礦井下高壓電網可靠性有著重要影響。高壓電網產生過電壓時，有可能損壞主設備和電壓互感器爆炸，導致井下大面積停電事故，對礦井安全生產造成了不良影響。據統計，35kV及以下的配電網發生過電壓的概率較大。過電壓可分為截流過電壓、多次重燃過電壓、預擊穿過電壓、電弧接地過電壓，下面對這些過電壓產生的原因進行了分析。

1.1 截流過電壓

真空開關或其他類型的開關在電流接近自然零點之前斷路時，由于電弧不穩定造成電弧提前熄滅的現象稱為截流，電流突然截止的瞬間，電路的電流值成為截值，而把這種在感性負荷上產生異常電壓的現象稱為截流過電壓。

電流被截斷時，電流負載上產生截流過電壓U=L×di/dt，截流過電壓為單位時間內電流變化率與過電壓的高低正比于負載的電感量的乘積。過電壓的震蕩頻率可達數千Hz，頻率越高，過電壓越高。開斷時間越短，截斷電流的變化率越大，過電壓越高。開關分閘速度、滅弧室的真空度、開斷次數、開關觸頭的材料、開斷電極的初始相位以及、開斷電極的負荷特性及開關的幾何形狀與尺寸等都是影響截流過電壓的因素。滅弧介質的開關都有發生過電壓的可能性，其中真空開關發生截流過電壓的概率較高。

1.2 多次重燃過電壓

由于弧隙發生多次重燃，電源多次向電機電容充放電，就會產生多次重燃過電壓。真空開關切斷高頻電流時，電弧熄滅，而此時觸頭間隙比上次切斷時增大，觸頭間的電壓上升到更高值時，再次引起電弧重燃。這種過程可能重復若干次，持續幾毫米，導致電壓多次重疊，過電壓的幅值可以達到很高的數值，一般發動機啟動時切斷電源可達10至15倍相電壓。

1.3 預擊穿過電壓

在真空開關合閘過程中，由于動觸頭的間隙介質不能承受回路電壓，間隙中流過高頻振蕩電流，導致在觸頭閉合前被擊穿產生電弧，電弧在第一個高頻電流零點時熄滅。由于觸頭間隙縮小，從而產生多次的擊穿。真空開關切斷高頻電流的能力較強，可能出現多次預擊穿，并產生過電壓，預擊穿電壓峰值較低，但具有很高的頻率，可能對電機繞組產生巨大危害。

1.4 電弧接地過電壓

煤礦中性點不直接接地系統發生單相接地故障時，故障處的電弧不穩定但是很難自動熄滅，把這種電弧稱為間歇性電弧。間歇性電弧會引起電網中的電容、電感回路產生電磁振蕩，是整個電網產生電弧接地過電壓。

電弧接地時電壓倍數較低，一般小于3倍的相電壓，雖然不會對線路及電氣設備的正常絕緣產生危害，但是電弧接地過電壓產生后分布于整個電網中，電網中的絕緣薄弱處很容易被擊穿，造成異向接地短路故障。因此，必須安裝可靠的接地保護裝置，消除電弧接地過電壓。

2 電網過電壓的危害

（1）電網過電壓可能造成絕緣瓷瓶炸裂及使避雷針、電壓保護器引起跳閘斷電，嚴重威脅著煤礦的安全生產。

（2）過電壓產生的機械效應會嚴重損傷變壓器、變電所母線、接頭、穿墻套管等。

（3）過電壓產生的熱效應會嚴重縮短照明設備及電壓器的使用壽命，造成不必要的經濟損失。

（4）過電壓會嚴重消弱電氣設備的絕緣作用，降低電氣設備的絕緣水平，使產生輕微損壞的絕緣層失去絕緣作用。

3 過電壓的防治措施

在供電設備運行過程中，很難從根本上消除過電壓現象，通過采取合理的防治措施，盡量降低過電壓產生的次數和破壞作用。

（1）采用優質的供電設備，設計合理的供電系統。

（2）在供電設備中安裝必要的過電保護裝置。

（3）加強操作人員的技術水平和安全意識。

（4）改進避雷針的工作環境，將電壓限制在允許的范圍內。

（5）為了吸收過電壓的能量，在真空斷路器負載端裝設阻容電壓吸收裝置或氧化鋅避雷針。

（6）對于井下不接地的供電系統，使用單相接地絕緣監視保護，并采用壓敏電阻。為了確保壓敏電阻的有效使用，采用兩組壓敏電阻并聯安裝。

（7）為了消除弧光接地過電壓，應加強接地監視保護的維修。針對電弧接地產生的過電壓，電纜線路總長度是起主要作用的，其原因是電纜每相對地電容遠大于架空線。運行經驗表明，在線路較短時，接地電流很小，單相接地電弧會迅速地自動熄滅，因而幾乎不產生過電壓。所以，減少線路長度、多采用架空線路、采用多臺變壓器單獨供電以減少接地電流的數值，是消除電弧接地過電壓的主要措施。煤礦6kV電網，當單相接地電流超過煤礦安全規程的規定（20A）時，廣泛采用中性點經消弧線圈接地的運行方式，利用電容電流補償原理，將單相接地電流減小到不能建弧的程度，從而消除了電弧接地過電壓的發生。

4 結語

總之，煤礦井下高壓電網一旦發生過電壓，將會嚴重影響煤礦的安全生產，因此要重點研究煤礦井下高壓電網過電壓發生的原因，并采取適當的、科學有效的防范措施，才能保證煤礦各項設備的正常運行，才能保證煤礦的安全生產，和諧發展。

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