煤礦10KV系統相電壓不平衡分析與處理

董強

(國投新集一礦,安徽鳳臺 232170)

煤礦10KV系統相電壓不平衡分析與處理

董強

(國投新集一礦,安徽鳳臺 232170)

煤礦10KV系統相電壓不平衡現象是系統異常和故障的反映,其產生原因及故障現 象多種多樣,總體來說,造成煤礦相電壓不平衡的原因,主要由接地故障和諧波引起的諧振。文中對煤礦10KV系統相電壓不平衡現象進行了分析、判斷和總結,為快速、準確處理相電壓不平衡故障提供了參考和幫助。

相電壓不平衡 接地故障 諧振

煤礦10KV系統相電壓不平衡現象，主要是地面各場所的用電設備、供電電纜出現故障時，發生諧振、接地和雷擊過電壓等引起的；以及由地面110KV變電所單獨向井下供電的井下中央變電所、采區變電所的高防開關、變壓器、低壓饋電開關、照明線路及移動變電站等設備發生單相接地、漏電、相間短路等原因，造成相電壓不平衡。這種不平衡現象最終反映在地面110KV變電所10KV母線上。從110KV變電所主控室后臺主機屏上，可以清楚地顯示出這種相電壓不平衡現象的差異。

1 相電壓不平衡分析

煤礦110KV變電所10KV系統電壓向地面和井下供電過程中，因多種原因造成10KV相電壓不平衡現象，最常見的有兩種原因：一種是接地(包護括單相接地，兩相接地，分散性接地)；另一種是諧振(主要是17HZ和基波諧振)。

1.1 接地分析

(1)單相接地：線路正常運行時導線對地電容大致相等，線路對地為相電壓。在對地電容中流過三相平衡充電電流沒有零序電流流過。一旦單條線路發生接地時，接地相與大地同電位，中性點電位電流發生偏移，其它兩相對地電壓升高，此時三相電壓表現為故障相對地電壓降低，金屬性接地時降為0，非故障障相對地電壓升高。這種單相接地常發生在井下采區變電所，移動變電站及配電點向采掘工作面供電的線路中。由于環境陰暗潮濕、掉矸、片邦等原因，砸傷電纜，發生漏電，以及在采掘過程中，隨著進度的推移，電氣設備，電纜也隨之搬移。電纜在移動過程中可能因過度彎折損傷電纜，使絕緣降到危險值，發生接地故障。(2)兩相接地：煤礦供電系統中發生兩相線接地，主要是頻繁移動的電纜或電氣設備，由于受到外力作用，電纜接頭從接線柱中抽出，兩相芯線碰殼，發生接地。發生這種現象在井下電氣事故中非常危險3分散性接地：指接地故障點在線路中的某個區段，或幾條線路都可能發生，但每個接地漏電電流很小，不足以使饋電開關跳閘.這些接地故障點如果同時存在，反映在總的供電系統中，會引起相電壓不平衡。這種不平衡現象如不及時排除，長期帶病運行，易發生閃絡放電，造成電纜或電氣設備絕緣損壞，發生相間短路，線路出現諧振，系統電壓不穩，引起大面積停電事故。

1.2 諧振分析

(1)諧振在煤礦110KV變電所10KV系統中向地面和井下供電過程中引起的相電壓不平衡現象，主要表現為17HZ分頻諧振和基波諧振。在地面供電線路中，常發生在架空線路中，特別是夏季雷雨天氣，裸露架空線、絕緣子、線路避雷器等設備遭受超強雷擊時，可能引起絕緣薄弱點閃絡，放電，甚至接地短路，發生諧振，使17HZ分頻的電壓分量和基波諧振電壓明顯升高，消諧裝置報警，相電壓不平衡現象發生。(2)煤礦井下供電系統中發生諧振，最易造成諧振原因的有兩個方面：1)漏電引起的相間短路造成瞬間接地故障。漏電在井下電氣設備及電纜運行中經常發生。最初時，漏電電流非常小，設備的絕緣狀態，還能保證設備的正常運行，不至于使檢漏繼電器動作跳閘。如果隱患未能及時發現和排除，長期運行下去，事故點不斷擴大，最終導致短路，伴隨強大的短路電流沖擊電網， 使相電壓出現不平衡。2)井下高防開關、變壓器、低壓開關、照明綜保等設備由于人為原因、誤操作等都可能造成短路事故，其產生超強電弧及高溫，燒壞設備絕緣，引起瞬間接地，發生諧振。10KV供電系統電網波動，出現相電壓不平衡現象，造成大面積停電事故。

2 判斷與處理

當煤礦110KV變電所10KV系統中出現相電壓不平衡現象時，首先判斷是什么原因引起的不平衡，零序電壓變化情況，消諧裝置顯示接地還是諧振。根據已知的數據查找并排除故障。

2.1 接地判斷及處理

(1)單相接地：單項接地發生在用電系統的低壓側時，檢漏繼電器檢測到相對地絕緣值降到危險程度時，饋電開關自動跳閘，切斷電源。此時的接地幾乎影響不到10KV相電壓的不平衡。但當接地故障點發生在高壓側的電路中時，110KV變電所的小電流接地保護裝置就會發生接地報警，嚴重時，會使10KV配電室的某開關柜跳閘。處理時，從小電流保護裝置的故障選項中查找到故障線路的接地編號，根據此編號，可以確定接地故障是發生在地面還井下。然后對此線路及變電所內的相關開關，用搖表搖測相對地絕緣、相間絕緣值，確定是哪一部分出現問題。(2)兩相接地：兩相接地主要發生在煤礦井下低壓用電系統中。當發生兩相接地時，低壓饋電開關能立即切斷故障點，避免事故的繼續擴大。發生兩相接地時，從饋電保護裝置的故障狀態項目中可以初步判斷跳閘原因，為進一步排除故障，找到依據。處理時，可以按照停電程序打開開關，用搖表搖測，確定接地點。(3)分散性接地：分散性故障接地主要發生在一條用電線路的幾個分支，也可能發生在幾條用電線路中，這些分散的漏電對地絕緣在各個支路中一般都不會使漏電開關動作跳閘，只有集中反映在總線路中，檢漏繼電器檢測到漏電絕緣電阻達到動作值時，饋電開關才會跳電。如果相對地電阻值只在檢漏繼電器動作臨界點以下，不足以使開關跳閘，此時這種接地故障態就會反映在地面110KV變電所的10KV系統中，產生零序電壓(U0＞1).當零序電壓U0＞7時，將會發生一次相當嚴重的線路開關接地跳閘事故。所以一旦發現U0在(4∽7)時，就應該進行檢查接地故障點。

采用排除法檢查接地故障點是最直接最方便的常用方法。當發生分散性接地故障后，在沒有任何開關跳電的情況下，應對110KV變電所10KV配電室的所有運行狀態下的開關柜，有清醒的認識，初步判斷可能引起相電壓不平衡的原因，故障范圍。用排除法確定其接地點是地面變電所還是井下變電所。在不能確認接地點具體位置的情況下，首先對地面場所的長時間不間斷運轉的通風機房、壓風機房、瓦斯抽排站及頻繁啟停的主、副井絞車機房的用電設備、線路，用分閘的辦法進行排除(前提條件必須保證有雙回路供電的備用電源并經調度許可)，觀察系統中零序電壓U0的變化情況.在分開某斷路器時，零序電壓U0變為0，10KV系統相電平衡，說明故障點在此條供電線路中(包括下級的變電所及所屬設備)，然后對此線路及所有電氣設備，逐個搖測相對地及相間絕緣，直至查除故障點。果如110KV變電所帶的地面場所的所有用電線路及電氣設備都沒有接地故障，應對向井下供電的幾條線路進行遂個分閘的辦法，查看10KV母線系統的零序電壓U0變化情況，確定接地故障線路，然后再對線路及變電所內的設備逐級分合閘的辦法進行查找，排除接地故障點。

2.2 諧振判斷及處理

(1)地面10KV供電系統中的架空線，絕緣子、線路避雷器等設備，在雷雨天氣最易遭受雷擊， 在絕緣薄弱點發生閃絡、放電，引起諧振。消諧裝置報警，嚴重時使開關跳閘。發生諧振時17HZ分頻電壓U0＞=17。根據跳閘開關及選線裝置確定引起諧振的線路，然后沿線路對設備進行目視查找，看其表面有無異?，F象。如果仍然發現不了問題，可用搖表搖測線路中的絕緣，確認故障地點，采取措施進行更換或處理。(2)井下發生揩振，主要是采區變電所高防開關，干式變壓器及單獨向采掘供電的移動變電站。由于人為原因或操作不當造成相與相之間短路，燒壞絕緣引起瞬間接地、弧光放電等現象。引起揩振，使10KV系統發生嚴重不平衡，解決的辦法就是立即更換已經燒壞的設備，盡快恢復送電。還有一種是間接性接地漏電，漏電電流非常小，不足以使檢漏開關跳閘。如果隱患不能及時發現和排除，長期對地放電，削弱相間絕緣，最終絕緣被擊穿，引起相間短路，瞬間發生接地，出現諧振，使變電所的10KV系統電壓嚴重不平衡，造成大面積停電事故，影響供電時間。因此，不論哪種原因引起的諧振，都會引起10KV相電壓的極度不平衡，甚至燒壞設備，造成較大的經濟損失。加強設備及電纜的巡察力度，防范于未然，把故障消滅在萌芽狀態。

3 結語

總之，煤礦10KV系統相電壓不衡現象的發生，意味著故障狀態會繼續擴大，不會自行消失，如不及時處理，最終導致事故的發生.不過不平衡狀態產生的原因不同，其程度和特點也不盡相同。但從總的情況來看，當10KV系統中出現零序電壓(U0＞4)時，電網已處于異常狀態下運行，相電壓的升高或降低會使10KV供電系統的安全運行和煤礦生產受到不同程度的影響。

[1]陳珩.電力系統穩態分析[M].中國電力出版社,2007.

[2]顧永輝.煤礦電工手冊[M].煤礦工業出版社,1995.

董強(1977-),男,安徽淮南人,國投新集一礦運銷科助理工程師,研究方向：煤礦新技術。