淺談礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容測(cè)試方法

杜國楨

(陜西煤礦安全監(jiān)察局，陜西西安 710001)

0 引言

單相接地電容電流的測(cè)試方法較多，大致有金屬性直接接地法、偏置電容法、單相經(jīng)電阻接地法等，具體由測(cè)試方法原理的不同決定其適用的范圍?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員在開展測(cè)試工作中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用適宜的測(cè)試方法，安全、準(zhǔn)確地測(cè)取礦井高壓電網(wǎng)實(shí)際的單相接地電容電流值，有效指導(dǎo)企業(yè)及時(shí)治理礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容電流超限問題。

1 測(cè)試方法概述

單相接地電容電流的測(cè)試方法較多，按測(cè)試原理大致可分為直接測(cè)試法和間接測(cè)試法兩類。其中直接測(cè)試法又稱為單相金屬接地法，是較為傳統(tǒng)的測(cè)試手段，早期曾為大多數(shù)礦井技術(shù)管理人員采用。間接測(cè)試方法分為好幾種，大致有偏置電容法、單相經(jīng)電阻接地法、信號(hào)注入法等?？紤]到單相金屬接地法對(duì)不同接地方式、有無補(bǔ)償裝置的電網(wǎng)均適用，測(cè)試方法也相對(duì)簡(jiǎn)單，因此在文中重點(diǎn)予以介紹。同時(shí)考慮到偏置電容法、單相經(jīng)電阻接地法、信號(hào)注入法的優(yōu)點(diǎn)，兼顧到不同人員需求，將對(duì)這3種方法做簡(jiǎn)單敘述，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)可根據(jù)具體情況選用適宜的方法，只要在保證安全的前提下能準(zhǔn)確地測(cè)取到真實(shí)的數(shù)據(jù)，采用何種方法均可。

2 直接測(cè)試法

單相金屬接地法為較傳統(tǒng)的一種測(cè)試方法，曾廣泛被有關(guān)科研院所、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、企業(yè)等采用。為使方法更具可操作性，文中按照無消弧線圈補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)和裝設(shè)消弧線圈補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)兩種情況分別給出了測(cè)試方法原理圖，分別如圖1、圖2所示。

圖1 無消弧線圈的電網(wǎng)測(cè)試原理圖

圖2 裝設(shè)消弧線圈的電網(wǎng)測(cè)試原理圖

測(cè)試時(shí)按圖1或圖2進(jìn)行接線，確認(rèn)電網(wǎng)系統(tǒng)絕緣狀態(tài)良好，閉合測(cè)試控制開關(guān)，同時(shí)快速記錄各測(cè)試顯示儀表讀數(shù)，數(shù)據(jù)采集后立即斷開測(cè)試控制開關(guān)。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試時(shí)的電網(wǎng)電壓和頻率可能與電網(wǎng)額定電壓及頻率不完全一致，兩種情況下均應(yīng)按照公式(1)將測(cè)取的接地電容電流值進(jìn)行換算，最終得到電網(wǎng)額定參數(shù)下的數(shù)值。

式中:ICe、IC—額定參數(shù)下及實(shí)際參數(shù)下的換算值及實(shí)測(cè)值，A;Ue、fe—電網(wǎng)額定電壓 V及頻率Hz;Uav—電網(wǎng)線電壓實(shí)測(cè)值，V;f—電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)值，Hz。

電網(wǎng)裝有消弧線圈時(shí)，根據(jù)圖2測(cè)取的有關(guān)數(shù)據(jù)由公式(2)計(jì)算出電網(wǎng)單相接地電容電流值。

式中:IC—電網(wǎng)實(shí)際參數(shù)狀態(tài)下單相接地電容電流，A;P1、P3—?dú)堄嚯娏骱脱a(bǔ)償電流的有功功率，W;Q2、Q4—?dú)堄嚯娏骱脱a(bǔ)償電流的無功功率，VA;U0—中性點(diǎn)不對(duì)稱電壓，V;K1、K2—CT變比。

3 間接測(cè)試方法

間接測(cè)試單相接地電容電流的常用方法包括單相經(jīng)電阻接地法、偏置電容法、信號(hào)注入法。上述試驗(yàn)方法與金屬直接接地法一樣，均為目前技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)常用方法，每種方法均有其具體適用范圍，也各有其優(yōu)缺點(diǎn)，所以在此簡(jiǎn)單予以敘述，檢驗(yàn)人員實(shí)際操作時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況選取適宜的方法。

3．1 單相經(jīng)電阻接地法

本方法適用于額定電壓6 kV、10 kV電網(wǎng)且中性點(diǎn)非接地系統(tǒng)及經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，測(cè)試原理圖如圖3所示。

圖3 單相經(jīng)電阻接地法測(cè)試原理圖

測(cè)試時(shí)按圖3進(jìn)行接線，合上測(cè)試控制開關(guān)，記錄測(cè)試顯示儀表示值，數(shù)據(jù)采集后立即斷開測(cè)試回路，按公式(3)計(jì)算單相接地電容電流值。

式中:IC—單相接地電容電流，A;IR—接地電阻回路中實(shí)測(cè)電流，A;Un—PT低壓側(cè)線電壓，V;U0—電網(wǎng)PT二次側(cè)開口三角電壓，V。

實(shí)際測(cè)試時(shí)接地電阻功率不應(yīng)低于6 kW，電阻器絕緣水平應(yīng)按10 kV電壓設(shè)計(jì);對(duì)電網(wǎng)中性點(diǎn)非接地的6 kV系統(tǒng)及10 kV系統(tǒng)，電阻器阻值分別可參照按表1、表2規(guī)定選取。

表1 6 kV電網(wǎng)系統(tǒng)電阻器電阻參照值

表2 10 kV電網(wǎng)系統(tǒng)電阻器電阻參照值

對(duì)電網(wǎng)中性點(diǎn)裝有消弧線圈的系統(tǒng)，依據(jù)表1、表2給出的參考數(shù)據(jù)，按照由大至小的順序選取電阻。具體試驗(yàn)時(shí)可根據(jù)電網(wǎng)電纜敷設(shè)長(zhǎng)度、電纜材質(zhì)、電壓等級(jí)及變電所配置情況等粗略估算單相接地電容電流所處區(qū)間，選定接地電阻值。

3．2 偏置電容法

本方法適用于6 kV、10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，測(cè)試原理圖如圖4所示。

圖4 偏置電容法測(cè)試原理圖

測(cè)試時(shí)按圖4接線，合上測(cè)試控制開關(guān)，快速讀取測(cè)試顯示儀表數(shù)值，數(shù)據(jù)采集后立即斷開測(cè)試回路，根據(jù)測(cè)取的數(shù)據(jù)按公式(4)計(jì)算電網(wǎng)單相接地電容電流。

式中:IC—實(shí)測(cè)接地電容電流，A;I'C—偏置電容回路中實(shí)測(cè)電流值，A;Un—PT低壓側(cè)線電壓，V;U0—電網(wǎng)PT二次側(cè)開口三角電壓，V。

偏置電容絕緣水平應(yīng)按10 kV電壓等級(jí)設(shè)計(jì)，接入偏置電容測(cè)試回路后應(yīng)保證電網(wǎng)中性點(diǎn)偏移電壓以5%～10%相電壓為宜，基于此原則偏置電容容值選取建議為三相對(duì)地電容總?cè)葜档?%～8%。

3．3 信號(hào)注入法

本方法適用于6 kV、10 kV電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，該方法測(cè)試步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)只需在電網(wǎng)PT的低壓開口三角處注入不同頻率的信號(hào)，便可直接測(cè)取到電網(wǎng)單相接地電容電流值。測(cè)試方法原理圖如圖5所示。

圖5 信號(hào)注入法測(cè)試原理圖

除信號(hào)注入法外其余4種試驗(yàn)方法均為高壓試驗(yàn)項(xiàng)目，每次試驗(yàn)均對(duì)電網(wǎng)存有一定的潛在危害性。為確保試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)測(cè)試人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定試驗(yàn)步驟進(jìn)行。尤其是金屬直接接地法，考慮到試驗(yàn)是在系統(tǒng)單相直接接地情況下進(jìn)行的，當(dāng)系統(tǒng)一相接地時(shí)，其余兩相對(duì)地電壓升高為線電壓，在測(cè)試前應(yīng)當(dāng)普查電纜及設(shè)備的絕緣狀況，發(fā)現(xiàn)缺陷必須及時(shí)予以消除，以免在電壓升高時(shí)非接地相對(duì)地絕緣擊穿，形成兩相接地短路事故。

4 測(cè)試方法優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

4．1 直接測(cè)試法

優(yōu)點(diǎn):①測(cè)試原理簡(jiǎn)單，易于技術(shù)人員接受;②適用范圍廣，對(duì)有無消弧線圈、不同補(bǔ)償原理的消弧線圈系統(tǒng)、復(fù)雜電網(wǎng)和簡(jiǎn)單電網(wǎng)均適用;③測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能真實(shí)反映礦井電網(wǎng)單相接地電容電流數(shù)據(jù)，可有效指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn);④測(cè)試儀表及配件為市面常用標(biāo)準(zhǔn)器件，便于技術(shù)人員實(shí)際操作。

缺點(diǎn):①試驗(yàn)時(shí)，非接地相對(duì)地電壓升高為線電壓，對(duì)電網(wǎng)絕緣要求相對(duì)較高;②在測(cè)試前必須確認(rèn)電網(wǎng)系統(tǒng)絕緣狀況，不適用于電網(wǎng)絕緣存在缺陷系統(tǒng);③試驗(yàn)時(shí)，非接地相電壓升高，增加了非接地相對(duì)地絕緣擊穿的概率，可形成兩相接地短路事故，特殊情況下會(huì)影響礦井安全生產(chǎn);④直接接地時(shí)接地電容電流相對(duì)較大，對(duì)測(cè)試回路要求相對(duì)嚴(yán)格，對(duì)測(cè)試人員專業(yè)技術(shù)能力要求相對(duì)較高。

4．2 間接測(cè)試法

優(yōu)點(diǎn):①測(cè)試時(shí)，實(shí)測(cè)回路中流過的電流比直接接地法偏小，對(duì)測(cè)試回路沖擊性相對(duì)較小;②安全性相對(duì)較高，尤其是信號(hào)注入法對(duì)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)人員人身安全及被測(cè)電網(wǎng)幾乎無任何影響;③測(cè)試方法更易于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員接受，對(duì)測(cè)試人員專業(yè)技術(shù)能力要求低;④部分測(cè)試方法測(cè)試時(shí)，非接地相電壓升高不是太大，對(duì)電網(wǎng)破壞性相對(duì)較少，不易造成相間短路，測(cè)試工作對(duì)礦井電網(wǎng)安全運(yùn)行影響甚小;⑤部分測(cè)試方法前期準(zhǔn)備工作少，可操作性及實(shí)用性強(qiáng)。

缺點(diǎn):①部分測(cè)試方法適用范圍受限，對(duì)部分電網(wǎng)不適用;②部分測(cè)試方法對(duì)個(gè)別測(cè)試設(shè)備選型有較高要求，如偏置電容器電容值、串接電阻器電阻值、專用測(cè)試儀器精度等;③部分測(cè)試原理相對(duì)復(fù)雜，部分理論需要較高的專業(yè)技術(shù)知識(shí)做支撐;④部分方法中間計(jì)算環(huán)節(jié)多，測(cè)試準(zhǔn)確度相對(duì)降低。

4．3 測(cè)試注意事項(xiàng)

測(cè)試時(shí)應(yīng)注意:①測(cè)試前應(yīng)確保電網(wǎng)系統(tǒng)絕緣水平滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)時(shí)機(jī)宜在電網(wǎng)每年的電氣預(yù)防性試驗(yàn)合格后進(jìn)行;②現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將測(cè)試控制開關(guān)的斷路器的三相觸頭進(jìn)行串聯(lián)，將開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作值整定為保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作電流Ic的5倍左右;③為保證測(cè)試數(shù)值準(zhǔn)確度，測(cè)試時(shí)選用的儀器儀表精度應(yīng)高于0．5級(jí)，測(cè)試選用的PT、CT精度應(yīng)高于1級(jí);④測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)具有當(dāng)測(cè)試控制開關(guān)無法斷電時(shí)的備用停電措施;⑤測(cè)試回路選用的連接導(dǎo)線材質(zhì)應(yīng)為銅芯，截面積應(yīng)大于15 mm2;⑥合上測(cè)試控制開關(guān)后應(yīng)在系統(tǒng)穩(wěn)定后迅速讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，盡量縮短系統(tǒng)電網(wǎng)單相接地時(shí)間。

5 結(jié)語

掌握并正確運(yùn)用單相接地電容電流的測(cè)試方法、適用范圍及其利弊可實(shí)現(xiàn)安全準(zhǔn)確測(cè)取有關(guān)數(shù)據(jù)的作用，可為企業(yè)制定相應(yīng)措施提供依據(jù)和技術(shù)支持，對(duì)治理礦井電網(wǎng)單相接地電容電流危害具有重要的意義，進(jìn)而為礦井的安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。