试论煤矿６ｋＶ高压选择性接地保护原理及应用

田　刚

摘要：该文通过介绍煤矿6kV电网单相接地电容电流分布规律和特点，以及高压选择性接地保护技术原理及应用现状，对煤矿电网形成比较可靠的选择性接地保护系统进行分析，具有一定借鉴意义。

关键词：煤矿 高压 选择性 接地保护

0 引言

煤矿井下生产条件特殊，电气设备和电缆易受外力砸压而使绝缘破坏，从而导致人身触电、漏电故障，漏电电流会使雷管超前引爆、引起瓦斯煤尘爆炸。因此，煤矿地面变电所和井下中央变电所、采区变电所的高压馈电线上必须装设有选择性的单相接地保护装置。其作用是在电网发生单相接地故障时，保证电网的安全与设备安全，迅速准确地选出发生单相接地故障的线路，并能发出信号或切除故障线路。

1 煤矿6kV电网分析

1.1 中性点接地方式 中性点接地方式对供电系统的设计、维护、运转及安全有重大的关系。在系统正常运行时，中性点对地电压为零，接地线上无电流。当发生一相接地时，随着接地方式不同，电压和电流差别很大。煤矿6kV电网采用中性点不接地方式，其单相接地电流由电网对地电容决定。由于供电距离较短、分布电容较小，故障电流很小，不易发生接地点电弧燃烧，但一相接地时，另两相对地电压升高3倍，易使绝缘薄弱击穿，造成二相接地短路。

1.2 单相接地电容电流分析 单相接地电流的数值等于三相对地电容电流之和，相位落后于接地相电压90°，超前零序电压90°。当6kV电网支路多，电缆线路长时，每相分布电容通常达10μF以上，单相接地电流较大。考虑到煤矿安全生产，《煤矿安全规程》规定矿井高压电网单相接地电容电流应小于20A，否则，必须采取限制措施。

1.3 6kV电网单相接地电容电流分布特点 电网单相接地电容电流分布特点为：①非故障支路流过的电流为本支路的电容电流，其方向为从母线流向支路，超前零序电压90°。②故障支路电流是其他所有非故障支路电容电流之和，方向为从支路流向母线，滞后零序电压90°。③流过故障支路的电容电流可能比任一条支路自身的电容电流均大。

2 高压选择性接地保护装置类型及应用

2.1 装置原理、类型

2.1.1 零序电流型 原理是电网故障支路流过的零序电流大于任一支路自身的零序电流，接地故障出现时，比较各支路零序电流，输出最大的支路即为故障支路。实际应用中，为防止误动或拒动，零序电流要大到一定值时才能动作，既要大于本支路自身电容电流，防止误动，又要保证本支路接地时一定要动作。此类保护装置适用于井下采区变电所，不宜在地面变电所应用。

2.1.2 零序功率方向型 原理是在电网发生接地故障后产生零序电压和零序电流，当零序电压和零序电流达到设定值时启动保护装置，相敏电路利用非故障支路零序电流超前零序电压90°，故障支路零序电流滞后零序电压90°特点，比较各支路零序电流和零序电压的相位关系，确定故障支路，使保护装置动作，实现选择性。

2.1.3 谐波电流方向型 采用比较谐波大小及其相位关系的原理实现选择性。在电网发生接地故障后，零序电压和零序电流中均含有一定量的谐波，各次谐波在大小和相位关系上仍遵循前述特点。通过计算机技术对谐波进行分析、对比，即可选出故障支路。

2.2 现场应用

2.2.1 地面变电所、井下中央变电所多数采用零序功率方向型装置，形成从地面到井下中央变电所的二级接地保护系统。应用效果较好的有获国家专利新型GLJ—B型高压漏电检测装置，用于6 kV中性点不接地供电系统，配置专用高灵敏零序电流互感器，零序电压信号取自母线段电压互感器开口三角aD端子，采用零序电压、电流相位比较电路及零序电流幅值比较电路鉴别接地线路。当供电线路发生单相接地时，即迅速准确地自动显示出故障线路，同时发出声、光信号。

2.2.2 采区变电所高压隔爆开关型号、类型较多，尚未形成系统配套的选择性接地保护装置。PB2、PB3改进型开关采用零序电流型接地保护装置，BGP36、BPZ型等高爆开关采用功率方向型保护装置。

3 选择性接地保护装置的装设与配套建议

3.1 对于不同接地方式的煤矿高压电网，选择性高压接地保护装置的选择性功能必须与接地方式相适应。

3.2 电网采用消弧线圈进行完全补偿、过补偿、欠补偿后，地面变电所、井下变电所的选择性接地保护应采用谐波电流方向型接地保护装置。理论分析证明经消弧线圈补偿后零序电流型、功率方向型选择接地保护装置无法实现选择性保护。

3.3 选择性高压接地保护系统结构应采取地面变电所、井下中央变电所、采区变电所三级保护系统，便于发现故障线路并及时切除故障线路。

3.4 地面变电所选择接地保护应动作于信号，井下中央变电所动作于信号，采区变电所应动作于瞬时掉闸。

3.5 为保证保护装置稳定的性能，与保护装置配套的零序电流互感器，应保证保护装置对其特性质量和稳定性的要求，并应注意改善零序电流互感器的工作条件，防止误动和拒动。

4 结语

随着电压选择性接地保护技术的发展，与煤矿电网配套的新型接地保护装置会得到广泛应用，将从井上到井下采区形成比较可靠的高压选择性接地保护系统，确保煤矿供电安全、可靠。