煤礦井下高壓電網選擇性漏電保護研究

劉文兵

摘 要：文章針對大寧煤礦6KV高壓電網出現的地面高壓線路單相接地，引起井下高開選擇性漏電保護跳閘的問題，簡要分析了在煤礦6KV高壓電網發(fā)生單相接地故障時電網的電路特征，結合大寧煤礦6KV高壓電網的實際情況，提出了初步解決方法。

關鍵詞：煤礦；高壓電網；單相接地；選擇性漏電保護

1 問題的產生

山西華潤大寧能源有限公司是由華潤煤業(yè)全資控股的現代化高產高效井工礦井（以下簡稱大寧煤礦），礦井生產能力為4.0Mt/a，采用混合式開拓方式。

礦井建有地面35KV變電所一座，安裝有型號為SZ9-20000KVA—35/6.3KV的主變壓器2臺，一臺運行一臺熱備，礦井供電電壓等級6KV，井下使用的高壓開關為PBG系列高壓真空配電裝置，保護器為ZLZB系列智能高壓綜合保護裝置。

礦井于2008年元月份在地面35KV變電所安裝投運了兩組XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置，消弧線圈工作于全補償狀態(tài)。但供電系統(tǒng)由此產生了一個的問題：當礦井地面的6KV高壓電網發(fā)生單相接地時，井下高開頻頻出現選擇性漏電保護跳閘的誤動事件，為井下安全生產帶來了極大隱患。

2 中性點不接地和經消弧線圈接地的電網分析

下面為對6KV電網發(fā)生單相接地（包括直接接地和經一過渡電阻接地）故障時，電網零序電壓及零序電流的分布情況進行分析。

對于中性點不接地的6KV電網，發(fā)生單相接地故障時，流過故障支路零序電流互感器的零序電流是所有非故障支路零序電流之和，故障支路零序電流不流過本支路零序電流互感器，方向是由支路指向母線，流過非故障支路零序電流互感器的零序電流就是本支路的零序電流，方向是母線指向支路。

前面的分析是針對中性點不接地電網的，顯然，通過零序電流的大小和方向是很容易區(qū)分故障支路和非故障支路的。很明顯，對于中性點不接地電網的漏電保護比較容易實現，且保護也不容易發(fā)生誤動。

中性點經消弧線圈接地的電網發(fā)生單相接地故障，就相當于流過故障支路零序電流中增加了一電感性電流，方向由支路指向母線。

可以得出，由于消弧線圈電感電流的加入，有可能使流過故障支路零序電流互感器的電流由原來的電容性電流變成具有電感性電流的特點，又由于流過故障支路零序電流互感器的電流與流過非故障支路零序電流互感器的電流矢量同相，而且流過故障支路零序電流互感器的電流不一定大于流過非故障支路零序電流互感器的電流。顯然，用前面比較零序電流大小和方向的原理來區(qū)別故障支路與非故障支路是不行的，這就給接地保護帶來困難。

中性點經消弧線圈并（串）電阻接地的電網發(fā)生單相接地故障，就相當于在流過故障支路零序電流互感器的零序電流中增加了一電感性電流和一電阻性電流，方向由支路指向母線。由于電阻電流的加入，使流過故障支路零序電流互感器的電流同流過非故障支路零序電流互感器的電流拉開一定的角度。特別需要注意的是：在忽略了各支路對地絕緣電阻的影響時，流過非故障支路零序電流互感器的電流在在零序電壓上的投影等于零，而流過故障支路零序電流互感器的電流在零序電壓上的投影等于與消弧線圈并聯的電阻中的電流，但是，方向是零序電流的負方向。這樣就可以很方便地計算出這一電阻電流，也可以很方便地區(qū)分故障支路與非故障支路，實現選擇性漏電保護。

3 解決高壓開關選擇性漏電保護誤動的措施

為解決井下高壓開關選擇性漏電保護誤動跳閘的問題，我們聯系了中國礦業(yè)大學資深專家，經中國礦大專家對我礦的供電系統(tǒng)進行分析，認為我礦現有的6KV高壓供電系統(tǒng)具備解決此問題的條件。分析重點認為，大寧煤礦安裝的XBSG系列消弧線圈為“消弧線圈并電阻”裝置，當礦井6KV電網發(fā)生單相接地時，故障支路與非故障支路所產生的零序電流大小和方向區(qū)別明顯，為實現高開選擇性漏電保護創(chuàng)造了先決條件。

接下來我們在國內查閱到了由徐州和緯信電科技有限公司生產的HW3000礦用保護及測控裝置（高壓綜合保護裝置），在該保護裝置的“漏電保護”定值中設定“零壓與零流”（即零序功率方向保護），零序功率方向設定為 “有功”（“有功”對應為中性點經消弧線圈接地的系統(tǒng)），零序有功功率方向的動作區(qū)間為[2700，900]，恰好滿足高壓6KV電網實現選擇性漏電保護的要求而不拒動，不誤動。

在HW3000礦用保護及測控裝置安裝投運前，我們對其選擇性漏電保護性能進行了試驗：

（1）選擇性漏電保護跳閘試驗。在地面使用許繼電測設備有限公司生產的IRT7A繼電保護測試裝置，模擬產生圖5所示故障支路的零序電壓與零序電流，將信號加載至HW3000礦用保護及測控裝置，該保護裝置能準確發(fā)出保護跳閘信號使得高開跳閘。試驗共進行10次，高開均能可靠跳閘。

（2）選擇性漏電保護不跳閘試驗。大寧煤礦井下原安裝有ZLZB系列智能高壓綜合保護裝置的兩臺高壓開關，在6KV高壓電網投入消弧線圈裝置后，頻頻發(fā)生選擇性漏電保護誤動事件。我們就選取此兩臺高壓開關，用HW3000礦用保護及測控裝置替換了ZLZB系列智能高壓綜合保護裝置。替換工作完成后，我們在地面6KV電網的兩條支路上分別進行了單相接地試驗，共試驗13次，接地電阻分別選用1000歐、800歐、600歐、400歐、37.8歐、35.8歐，接地時間為15-20秒。試驗結果：未更換保護器的高壓開關出現了多次誤動作跳閘情況，而這2臺保護器未發(fā)生一次選擇性漏電保護誤動作跳閘情況。

上述兩臺高壓開關在安裝HW3000礦用保護及測控裝置運行后，地面6KV電網又曾發(fā)生過幾起單相接地故障，但選擇性漏電保護未誤動過一次。至此，基本可以說明了HW3000礦用保護及測控裝置具有良好的選擇性漏電保護性能。

4 結語

煤礦高壓電網的選擇性漏電保護誤動會給煤礦井下的安全生產帶來極大隱患，切實解決選擇性漏電保護誤動問題是煤礦供電工作的一個重點。本文通過對中性點不接地和經消弧線圈接地電網的分析，得出在中性點經消弧線圈（并（串）電阻）接地的電網中，結合配置合適的高壓綜合保護裝置，可以實現煤礦井下高壓電網的選擇性漏電保護功能，并通過在大寧煤礦的實際初步應用進行了驗證。

參考文獻：

[1]王崇林.中性點接地方式與消弧線圈[K].中國礦業(yè)大學出版社，1999（11）.

[2]鄒有明，張根現等.工礦企業(yè)漏電保護技術[K].煤炭工業(yè)出版社，2004（09）.