礦井消弧線圈補償與漏電保護配合問題的分析

焦成棟

(1.太原理工大學 電氣工程專業,山西太原 030024;2.山西晉煤集團長平公司機電部,山西高平 048400)

礦井消弧線圈補償與漏電保護配合問題的分析

焦成棟1,2

(1.太原理工大學 電氣工程專業,山西太原 030024;2.山西晉煤集團長平公司機電部,山西高平 048400)

根據長平公司井下隔爆型高壓真空配電裝置,以井下變壓器中性點經消弧線圈接地補償為例,本文分析探討其供電系統的零序電流和零序電壓動作值與漏電保護配合,從而實現了礦井井下漏電保護的正確使用,確保了礦井井下供電的安全運行。

礦井 消弧線圈 漏電 配合

《煤礦安全規程》規定“：礦井高壓電網，必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20A”“;嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發電機直接向井下供電”。本文主要以主變壓器中性點經消弧線圈接地補償與漏電保護配合的供電系統進行分析。

1 消弧線圈并電阻接地系統的故障電流和電壓分析

中性點經阻抗接地系統發生單相接地時如圖1所示(A相接地)。圖1中R為消弧線圈兩端并聯電阻，C0為電網每相對地總電容，Ic為電網對地總電容電流，IL為消弧線圈產生的電感電流·IRN為中性點電阻RN產生的有功電流。

中性點經消弧線圈并聯電阻接地后，在發生單相接地時零序電流的分布如圖1所示：流過接地點的零序電流有故障支路自身電容電流、非故障支路電容電流之和、消弧線圈的電感電流和并聯電阻電流。在全補償工作狀態下，電感電流等于整個電阻的電容電流，兩者相位相反，相互抵消，因此接地點僅流過并聯電阻產生的有功電流。但對故障支路零序電流互感器原邊而言，實際表現的零序電流是并聯電阻產生的有功電流和故障支路自身電容電流。

圖片1 消弧線圈并電阻接地系統圖

圖片2 零序電流矢量圖

有功電流的方向為從線路流向母線，相位滯后零序電壓(Uo)180°;自身電容電流的方向是從母線流向線路。相位超前零序電壓(Uo)90°。因此流過故障支路零序電流互感器的零序電流ILM3，超前零序電壓(Uo)大于90°，小于180°。并聯電阻產生的有功電流，只流過故障支路。零序電流的矢量圖如圖2所示。(圖中的負號表示電流由支路指向母線)。流過非故障支路零序電流互感器的零序電流，仍然是本支路的電容電流，方向是從母線指向支路.相位超前零序電壓(Uo)90°。

從圖1可看出，消弧線圈并聯電阻接地系統，零序電流不再具有中性點不接地系統電容電流的特點，依據比較零序電流方向和大小的功率方向型漏電保護裝置，將失去其選擇性。

2 變壓器中性點經消弧線圈接地的零序電壓的特征

在正常運行時，三相對地電壓為相電壓且三相平衡，三相線電壓平衡，相位相差120°，此時中性點對地電壓為零，系統無零序電壓。

發生一相不完全接地后，故障相對地電壓大于零而小于相電壓，非故障相對地的電壓則大于相電壓而小于線電壓，系統的相問電壓(即線電壓)大小和相位不發生變化，系統線電壓仍保持對稱。中性點發生位移，中性點位移電壓大于零小于相電壓，與發生故障相對地電壓大小成反比。整個電網的零序電壓在電網的任何部位，無論是故障線路還是非故障線路都相同，電壓互感器開口三角處出現0一100V的零序電壓，零序電壓值與系統對地絕緣水平有關，對地絕緣水平越高，零序電壓越低。

當一相發生完全接地故障時，故障相對地電壓變為零，非故障相對地電壓升高，為線電壓、相位發生改變，系統線電壓仍保持對稱。中性點電壓發生偏移，中性點對地電壓為相電壓。電壓互感器開口三角處出現100V的零序電壓，故障線路、非故障線路的零序電壓相同。

3 變壓器中性點經消弧線圈接地的零序電流的特征

正常時各相集中電容在三相對稱相電壓作用下，產生的電容電流是對稱的，相位相差120°，并超前相應的相電壓90°，各相對地電容電流矢量和為零。

一相發生接地后，中性點對地電壓作用于消弧線圈兩端并產生一個電感電流流過消弧線圈和接地點。在接地點處還有電容性的單相接地電流通過，在相位上超前于中性點對地電壓90°。通過接地點處的總電流是電感電流和接地電容電流的矢量和，二者在相位上相差180°，因而可以互相抵消。

如果消弧線圈運行在欠補的狀態下，補償的感性電流小于整個網絡的電容電流，即感抗大于容抗，零序電流方向由線路流向母線，故障線路零序電流將減少，總的零序電流為容性電流。

如果消弧線圈運行在過補的情況下，補償的感性電流大于整個網絡的電容電流，即感抗小于容抗，故障線路零序電流方向由母線流向線路，故障線路零序電流將減少，總的零序電流為感性電流。

因此主變壓器中性點經消弧線圈接地系統中已無法用零序功率方向型原理區分接地故障線路和非接地正常線路。此時零序功率方向型原理的漏電保護失去作用。

4 自動跟蹤補償消弧線圈

自動跟蹤補償消弧裝置一般由接地變壓器、可調電抗器、阻尼電阻器和控制單元組成。接地變壓器一般用于引出6—10kV電網的中性點，因為6—10kV電網的變壓器一般為三角形接線，沒有中性點引出，所以需要人為地引出中性點。阻尼電阻器的主要作用是用來限制消弧線圈在調整和正常運行時的諧振過電壓，接線方式有與電抗器串聯和并聯兩種方式，一般是在消弧裝置調感和正常運行時起作用。在接地故障發生時，因其運行狀態和接線狀態由串聯轉變為并聯狀態，為便于補償電流的輸出，一般需將阻尼電阻短接或切除。

自動跟蹤補償消弧線圈裝置可以自動適時的監測跟蹤電網運行方式的變化，快速地調節消弧線圈的電感值，跟蹤補償變化的電容電流，在系統發生單相接地時自動進入最佳補償狀態，在系統中性點與地之間輸出與系統單相接地電容電流相對應的感性補償電流，以限制接地電流和消除接地電弧，根據消弧線圈補償電流的調節原理可分為調匝式、高短路阻抗變壓器式(相控式)、調容式、調氣隙式、直流偏磁式。磁閥式的不同，使自動消弧線圈始終處于全補償、欠補償、過補償狀態。自動跟蹤補償消弧線圈裝置正常運行在全補償狀態，單相接地時運行在過補償狀態的較多。

(1)當容性電流等于感性補償電流時，稱為消弧線圈處于全補償狀態，此時電網零序阻抗最大，零序電壓最高，總的零序電流最小，且全部為電阻性電流。

(2)當容性電流大于感性補償電流時，稱消弧線圈處于欠補償狀態，總的零序電流為容性電流。

(3)當容性電流小于感性補償電流時，稱消弧線圈處于過補償狀態，總的零序電流為感性電流。

5 漏電保護配合原則

隔爆型高壓真空配電裝置是長平礦井普遍采用的供配電裝置，該配電裝置漏電保護采用零序功率方向型原理，為正確整定漏電保護，縮小漏電影響范圍，保證井下高壓供電安全可靠提供有力保障。

隔爆型高壓真空配電裝置漏電保護的配合原則：綜合保護內部菜單中的漏電保護有“1”“、0”選項的，選擇在“0”，但移動變電站應設置在“1”，并參照整定原則的整定;沒有“1”“、0”選擇的將零序電壓、零序電流、動作時間均放在最大檔位，以防止誤動作。

礦井消弧線圈接地補償的供電系統與高壓漏電保護配合的合理，直接保證了礦井井下供電的安全可靠。

[1]牟龍華,胡天祿.消弧線圈并電阻接地系統電弧接地過電壓機理分析[J].煤礦機電,1993(5)：7—9.

[2]要換年,曹梅月.電力系統諧振接地.中國電力出版社,2000年7月.

焦成棟(1980—),男,漢族,山西省高平市,大學本科,電氣工程師,畢業于河北科技大學,就職于太原理工大學電氣工程系。