【摘要】本文以鳳凰山礦井下6KV供電系統(tǒng)中的中性點不接地方式為基礎，通過對煤礦井下供電系統(tǒng)典型的中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生漏電故障時電網(wǎng)零序分量的理論分析，結合目前晉城煤業(yè)集團各主力礦井普遍使用的高壓開關微機保護類型，給出了具體的6KV高壓開關漏電保護的整定配合方法，以實現(xiàn)礦井6KV供電系統(tǒng)有選擇性的漏電保護。

【關鍵詞】供電系統(tǒng);漏電保護;整定

前言

隨著煤礦現(xiàn)代化程度的不斷提高和井下高壓電供電距離的增加，對煤礦井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性和連續(xù)性的要求越來越高。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)漏電故障，漏電故障若不及時排除會存在較大危害，如可引起瓦斯、煤塵的爆炸，提前點燃雷管等事故，直接危及人身安全和礦井生產(chǎn)。同時電網(wǎng)相電壓的升高，長期運行將導致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路故障。因此，《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定煤礦井下高壓防爆開關中應裝設短路、過負荷和漏電保護。現(xiàn)有煤礦高壓防爆開關綜合保護裝置在使用中短路保護和過負荷保護基本上能滿足現(xiàn)場需要，但是漏電保護在應用中經(jīng)常會出現(xiàn)誤動或拒動現(xiàn)象。而煤礦供電系統(tǒng)中漏電故障占到80%以上，并且一些短路故障往往也是由漏電故障發(fā)展而成。因此，根據(jù)井下電網(wǎng)的特點，對漏電保護進行合理整定，從技術層面提高漏電保護的管理水平，將短路事故前移，對于提高煤礦電網(wǎng)的安全運行水平具有重要的現(xiàn)實意義和重大社會意義。

1.鳳凰山礦井下6KV供電系統(tǒng)的接線結構

鳳凰山礦地面有兩個35KV變電站，電源均來自老區(qū)中心110KV變電站，35KV變電站主變壓器中性點部分采用經(jīng)消弧線圈接地，部分采用不接地的方式。井下有5個中央級變電所，均采用雙回路供電，供電電壓為6KV，接線結構為煤礦井下典型的單母線分段式接線結構，礦井正常運行時采用大分列的運行方式，當電網(wǎng)故障或檢修時采用單回路經(jīng)聯(lián)絡開關帶礦井負荷的運行方式。中央變電所將6kV電能分配給其附近的高壓用電設備，如主排水泵、動力變壓器等，并向各盤區(qū)變電所供電，盤區(qū)變電所的動力變壓器將6KV電壓降到660V或1140V，然后通過低壓電纜供至工作面配電點，再由工作面配電點分送到各用電設備，其供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 鳳凰山礦井下供電系統(tǒng)示意圖

2.電網(wǎng)單相接地時的零序特征分析

中性點不接地方式是非有效接地系統(tǒng)的一種，實際上可以視為經(jīng)電網(wǎng)絕緣參數(shù)接地的接地系統(tǒng)。由于電網(wǎng)的對地電容值不同，在變壓器中性點不接地方式下，單相接地電流的數(shù)值和變化規(guī)律是不同的。如圖1所示，在正常運行狀態(tài)下，電網(wǎng)的各相對地電壓一般都是對稱的，各相對地的絕緣電阻值和對地電容也是相等的，三相電網(wǎng)對地就相當于接上了由絕緣電阻和對地電容并聯(lián)后組成的對稱負載，其中性點為地。因此，中性點不接地系統(tǒng)實際上并不是與地沒有任何聯(lián)系，它可以視為經(jīng)電網(wǎng)對地絕緣參數(shù)的接地系統(tǒng)。在相電壓的作用下，當忽略電網(wǎng)絕緣電阻時，每相都有一個超前于相電壓90°的電容電流流入地中，而三相電流之和等于零，即當各相對地的絕緣電阻和對地電容相等時，電網(wǎng)在正常狀態(tài)下，各相對地電壓與電源的相電壓相等，也是對稱的。因此，假想的負載中性點與變壓器中性點之間沒有電位差，也就是說，變壓器中性點對地的電壓為零。當然，此時也就沒有零序電壓和零序電流。假設在圖1中A點的A相線路發(fā)生了單相接地故障，則A相對地電壓變?yōu)榱?，對地電容被短接，而其他兩相的對地電壓升高倍，對地電容電流也相應的增大倍，由于三相中的負荷電流和線電壓仍然是對稱的，對負荷沒有影響，因此不予考慮。對于中性點不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時，全系統(tǒng)都將出現(xiàn)零序電壓，流過故障線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，即故障線路零序電流大小等于全系統(tǒng)中非故障元件對地電容電流之和，故障線路零序電流不流過本線路零序電流互感器，零序電流的方向由線路流向母線，流過非故障線路零序電流互感器的零序電流就是本身支路的零序電流，即本線路對地的電容電流，方向是由母線指向線路。

3.高壓開關零序電流動作值的整定方法

目前，煤礦井下各種類型的高壓開關漏電保護的整定都是依據(jù)電纜線路電容電流的大小進行整定，而系統(tǒng)中的電容電流主要來自電纜線路本身的電容電流，不同類型的電纜線路其電容電流有所不同，以下是兩組不同類型電纜線路的電容電流經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表1、表2。

當電纜線路發(fā)生單相接地時，故障線路與非故障線路的接地零序電流差別較大，所以，合理整定零序電流動作值，就能夠區(qū)分出接地線路和非接地線路。

目前礦井高壓供電系統(tǒng)中的微機保護基本上都具有漏電告警和漏電跳閘兩種功能，設置漏電告警和漏電跳閘兩段保護，主要是為了實現(xiàn)在線路發(fā)生漏電故障時，先告警后跳閘。在對漏電保護進行整定時，可以設定很小的定值和較大的延時動作于告警，而對漏電跳閘進行整定時，則可以設定較大的定值并動作于跳閘，以保證供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

漏電告警的整定值可按躲過本線路電容電流的1.2倍進行整定，計算公式如下：

Idz=K*I0*L

式中：Idz—漏電告警整定值，單位A;K—可靠系數(shù)，取1.2;I0—本線路單位長度電容電流值，單位A/km;L—電纜線路的長度，單位km。

漏電跳閘的整定值可按躲過本線路電容電流的1.5倍進行整定，計算公式如下：

Idz=K*I0*L

式中：Idz—漏電跳閘整定值，單位A;K—可靠系數(shù)，取1.5;I0—本線路單位長度電容電流值，單位A/km;L—電纜線路的長度，單位km。

對于中性點不接地的供電系統(tǒng)，零序電流保護可以投方向。接地線路的零序電流由線路流向母線，非接地線路的零序電流則由母線流向線路，故用零序方向可以有效區(qū)分接地線路和非接地線路，但要確保方向的正確性。對于現(xiàn)場改造的保護，因井下沒有充分的條件做零序方向試驗，如果零序互感器接線有誤，零序方向投入后，將造成漏電保護拒動或誤動，故零序方向必須在經(jīng)過試驗確保方向正確后才能投入，不能隨便投入，煤礦6KV系統(tǒng)在中性點不接地的情況下，接地線路和非接地線路零序電流差別較大，不投零序方向也能夠正確區(qū)分出接地線路和非接地線路，所以，建議漏電保護不投入零序方向。另外，對于上下級變電所之間的聯(lián)絡線路，由于接地故障時漏電電流的大小隨接地時電網(wǎng)的運行方式和接地阻抗的不同而不同，定值難以確定，在變電所某出線接地時，本級變電所的進線以及上級變電所的聯(lián)絡出線都會感受到較大的零序電流，漏電保護都會動作，故建議在目前的原理情況下，變電所的所有進線、聯(lián)絡出線以及母聯(lián)漏電保護均不投跳閘，只有帶負載的出線才投跳閘，這樣可以避免變電所饋出線接地故障時引起的大面積連鎖跳閘事故的發(fā)生。

4.漏電保護動作時間的整定

根據(jù)《剩余電流動作保護裝置安裝和運行》國家標準GB 13955-2005，上一級動作時間要大于下一級動作時間，且上下級漏電保護動作時間差不得小于0.2S，為此，動作時間應按下式整定：

t1=t0

t2=t1+0.2s

式中：t0—保護裝置最小動作時間，單位s;t1—主保護動作時間，單位s。

5.結束語

綜上所述，以保證靈敏度為整定原則，利用相關高壓電纜單位長度容性電流的大小確定高壓開關漏電保護的動作值;從保證選擇性和可靠性的方面考慮，確定了漏電保護動作時間的整定方法，從而實現(xiàn)了煤礦井下選擇性漏電保護的整定方式，為廣大煤礦機電領域的工程技術人員進行礦井漏電保護整定提供了一個很好的借鑒，具有很高的工程實用價值。

參考文獻

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作者簡介：方萬坡（1987—），男，大學本科，2009年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學電氣工程及自動化專業(yè)，現(xiàn)供職于晉城煤業(yè)集團鳳凰山礦機電管理部，主要從事機電技術管理工作。