孫獻(xiàn)玲,張子民

變電站改造中消弧線圈可否拆除研究

孫獻(xiàn)玲①,張子民

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)公司焦煤集團(tuán)方莊二礦)(河南煤業(yè)化工集團(tuán)公司焦煤集團(tuán)趙固一礦洗煤廠)

根據(jù)國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),河南省焦作市焦煤集團(tuán)公司使用的6 k V高壓開關(guān)柜為 GG-1A型,屬于國家禁止使用的高壓開關(guān)柜。因此,對方莊二礦35 k V變電站進(jìn)行改造。根據(jù)變電站改造的實(shí)際情況,研究消弧線圈與接地電流的關(guān)系,確定是否可以取消消弧線圈,達(dá)到節(jié)能降耗、節(jié)約空間和設(shè)備的目的。

變電站;消弧線圈;接地電流;改造;研究

1 中性點(diǎn)接地方式

選擇電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式,是一個綜合性問題,它與電力系統(tǒng)的電壓等級、單相接地短路電流、設(shè)備的過電壓水平以及繼電保護(hù)的要求有關(guān)。接地方式選擇是否合適,直接影響電力系統(tǒng)的水平、供電的可靠性和連續(xù)性、系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及對通信的干擾。確定中性點(diǎn)接地方式時,一般要考慮下列因素：

1)發(fā)生單相接地故障時,使接地故障對連續(xù)供電的影響最小,能將故障電流的危害降到最低限度,又利于實(shí)現(xiàn)靈敏而有選擇性的接地保護(hù)。

2)發(fā)生單相接地故障時,非接地相的過電壓倍數(shù)較低,不致破壞電力系統(tǒng)的絕緣水平,而發(fā)展為相間短路。

3)盡量減少同一供電系統(tǒng)設(shè)備之間的相互影響,簡化接地保護(hù),提高供電可靠性,節(jié)約初期投資。

根據(jù)《煤礦電工手冊》,3～63 kV電力系統(tǒng)多采用中性點(diǎn)不接地方式,其電容電流不能超過允許值,否則接地電流不易自熄,易產(chǎn)生較高的弧光間歇接地過電壓。同時《煤礦安全規(guī)程》第457條：礦井高壓電網(wǎng)必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A。當(dāng)單相接地電流大于20 A時,應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。由此可見,該變電站改造中消弧線圈可否拆除是由方莊二礦整個供電系統(tǒng)單相接地時的接地電流決定的。因此,首先研究6 k V不接地系統(tǒng)單相接地時的對地電容電流。

2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的電容電流

對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng),正常運(yùn)行時,三相電壓數(shù)值相等,相位角120°,三相矢量和為0。由于供電系統(tǒng)的三相導(dǎo)線與地之間存在著分布電容,在導(dǎo)線中引起了容性的附加電流。在三相絕緣良好的情況下,三相導(dǎo)線的對地電容相等,視為對稱負(fù)載,此時中性點(diǎn)電位與大地電位相等,各相對地電壓分別等于各自的相電壓,且三相對稱。此時三相對地電容電流各自超前其對應(yīng)相電壓90°,相位角為120°,三相矢量和為0。所以,正常運(yùn)行時該電力系統(tǒng)對地電容電流比較小。

3 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地電流

當(dāng)6 k V系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,三相電源電壓仍保持不變,即線電壓保持對稱和大小不變,對用電設(shè)備的運(yùn)行不受影響。同時,盡管接地相對地電壓升高倍,但是這種系統(tǒng)的電氣設(shè)備的絕緣是按線電壓考慮的,所以對電力系統(tǒng)及電氣裝置危害不大。

電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時,接地相的相電壓為0,其它兩相對地電壓升高倍,所以該兩相的對地電容電流也較正常升高倍。設(shè)C相接地,該相電容被短接,對地電容電流為0。于是在接地點(diǎn)只流過非故障相A相、B相的對地電容電流之和(即接地電流),并經(jīng)過C相導(dǎo)線返回。假定電流從電源流向網(wǎng)絡(luò)作為正方向,則由克希荷夫第一定律可得：

可知,單相接地時的接地電流等于正常工作時的一相對地電容電流的3倍。若已知每相對地電容C及正常運(yùn)行時的相電壓UX或網(wǎng)絡(luò)額定電壓UN,則得：

4 接地電流與電弧

由上式可知,接地電流IC的大小與網(wǎng)絡(luò)電壓、頻率和相對地電容C的大小有關(guān),而電容C的大小則與電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)(電纜或架空線)布置方式、線路長度等有關(guān)。通常,這種接地電流可在數(shù)A到數(shù)十A或數(shù)百A的范圍內(nèi)變化。接地電流是線路、電纜、配電裝置等對地電容電流的總和。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,煤礦供電系統(tǒng)接地電流不得超過20 A。因?yàn)椋簡蜗嘟拥貢r所產(chǎn)生的接地電流,將在接地點(diǎn)形成電弧。這種電弧可能是穩(wěn)定的或間歇性的。

當(dāng)接地電流不大時,電弧在電流過零瞬間自行熄滅,接地故障隨之消失,于是電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)接地電流很大(30 A以上)時,將會形成持續(xù)性的電弧接地,如不及時消除,可能燒毀設(shè)備并導(dǎo)致相間短路事故。

實(shí)踐證明,當(dāng)接地電流大于5～10 A而小于30 A時,有可能產(chǎn)生一種周期性地熄滅與重燃的間歇性電弧,這是由于網(wǎng)絡(luò)中有電感和電容所形成的振蕩回路所致。間歇性電弧可能導(dǎo)致電弧過電壓,其幅值可達(dá)(2.5～3)UX,將危及網(wǎng)絡(luò)的絕緣。

根據(jù)上述情況,目前在我國,中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的適用范圍是：

1)電壓小于500 V的裝置。

2)3～10 kV電網(wǎng),當(dāng)單相接地電流小于30 A時,如要求發(fā)電機(jī)能帶單相接地故障運(yùn)行,則當(dāng)發(fā)電機(jī)有電氣連接的3～10 kV電網(wǎng)的接地電流小于5 A時。

3)35～60 kV電網(wǎng),當(dāng)單相接地電流小于10 A時。

如不滿足上述條件,則必須將中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或直接接地。

5 確定方莊二礦高壓供電系統(tǒng)接地電流值

1)匯總計(jì)算法。對方莊礦供電系統(tǒng)25 361 m電纜、4 800 m架空線路(不包括方莊一礦井下、家屬區(qū)供電電纜,所以數(shù)值略微偏小。)進(jìn)行計(jì)算：

電纜線路：I01=UL/10=15.977 A

架空線路：I02=UL/350=0.086 4 A

2)實(shí)際測試法。于2009年8月18日請焦作市電業(yè)局在方莊二礦35 k V變電站6 kV配電室用DRC-IA型配電網(wǎng)接地電容電流測試儀測試該礦供電系統(tǒng)電容電流為：電壓6 k V,電容14.91μF,電容電流16.23 A。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)復(fù)核：

由此可見,方莊二礦6 kV供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地時的接地電流近似48 A超過20 A的規(guī)定,所以,該消弧線圈不能拆除。

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Research on Arc Suppression Coil Dismantle or not Dismantle in Substation Transfor mation

Sun Xian-ling,Zhang Zi-min

According to national power industry,the coking coal group company of Jiaozuo in Henan use GG-1A type 6 k V high-tension switch cabinet belong to high-tension switch cabinet of nation taboo.Therefore change Fangzhuang No.2 Mine’s electric power substation.According to electric power substation’s practical situation,research earth current and arc-suppressing coil,to determine cancel arc-suppressing coil is true.Achieve save energy,reduce the cost,space saving and equipment saving.

Electric power substation;Arc-suppressing coil;Earth current;Transformation;Research

TD612

B

1672-0652(2010)02-0038-03

孫獻(xiàn)玲 女 1974年出生 2009年畢業(yè)于河南理工大學(xué)成人教育學(xué)院 助理工程師 焦作 454361

2010-01-12