煤矿供配电网自动补偿消弧线圈的应用

孙广友

山东单县供电公司综合部，山东菏泽 274300

煤矿供配电网自动补偿消弧线圈的应用

孙广友

山东单县供电公司综合部，山东菏泽 274300

本文蛀牙对配电网中消弧线圈的工作原理，选择消弧线圈的方法、自动调谐方式的实现等方面进行了探讨。

配电系统；消弧线圈；接地变压器；运行方式

《煤矿安全规程》第457条规定“矿井高压电网必须采取措施限制单相接地电容电流不得超过20A。”目前，煤矿生产过程中大多采用10kV中性点不接地供配电系统，而且供配电系统中多采用电缆馈出线路，随着矿井的延深和开采，电缆馈出线路不断增加延长，导致了对地电容电流的不断增大，主要有以下3方面的危害：

1）当供配电网发生单相接地故障时，接地电流较大产生弧光过电压，一般为相电压的5倍以上。给整个供电系统绝缘造成的很大的危害甚至使绝缘薄弱地点放电击穿，引起设备损坏和停电事故；

2）接地电流的增大有可能造成相间短路，损坏设备、造成用户停电；

3）电容电流流入大地后形成较强的杂散电流该电流有可能引起火花放电，引燃瓦斯、煤尘爆炸，也可能引起井下雷管的先期引爆等事故。

如何解决上述供配电系统中存在的电容电流，最有效的方法是在中性点与地之间串接一个电抗器，通常我们称之为消弧线圈装置。

1 消弧线圈的分类

目前我们国家主要有3种调节电容电流的补偿消弧线圈：

1）调间隙式消弧线圈；

2）调匝式消弧线圈；

3）偏磁式自动补偿消弧线圈。

3种调节方式的消弧线圈相比较，偏磁式消弧线圈的调节范围大、调节速度快。煤矿是特殊的作业环境而且供配电系统复杂，确保矿井供电安全可靠非常重要，因而常采用偏磁式消弧线圈补偿调节方式。

2 消弧线圈的工作原理

消弧线圈的作用就是在电网发生单相接地故障后提供一电感电流来补偿接地电容电流，使接地电流减小，并且使故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低、达到熄灭电弧、减小对设备的损坏和短路事故的发生的目的。

动态自动补偿消弧线圈系统的构成：主要有接地变压器、偏磁式消弧线圈、励磁电源及带小电流接线选线功能的自动控制装置组成。

工作原理：消弧线圈是一个带有分段铁芯可调电感线圈附加直流励磁磁化铁芯。运用伏安特性不饱和性，改变铁芯的磁导率实现电感量的连续变化。附图1三相平衡系统中C相接地故障进行分析，设GX、LX分别表示为消弧线圈的电导和电感；ga、gb、gc分别表示为三相对地电导；ca、cb、cF分别为三相对地电容。图2为发生单相接地故障电流等效电路图Id表示接地点d的接地电流、Ic表示电网的电容电流、IL表示消弧线圈的补偿电流，因为消弧线圈是一个感性元件，所以相量图中Ic和IL为方向相反的电流,根据以上分析可得出Id的数值

图1 单相接地故障示意图

图2 单相接地系统等效电路图

当Id＝0时，电网电容电流全部被消弧线圈补偿。

工程上常用脱谐度v描述调谐程度

当v=0时为全补偿，当v＞0时为欠补偿、当v＜0时为过补偿。从发挥消弧线圈的作用上来说，脱谐度越小越好，最佳是处于全补偿状态即调至原点上。但在供电系统正常运行时，小脱谐度的消弧线圈会产生谐振过电压，过电压会给整个供电系统带来危害。因而要求当发生单相接地时，希望消弧线圈的脱谐度越小越好，当供电系统正常运行时脱谐度越大越好。

式中UO为中性点不对称电压，V为电网脱谐度，D为阻尼。

由公式可以得出：电压的大小取决于电网消弧线圈的脱谐度和阻尼电阻，《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定“消弧线圈接地系统在正常运行情况下中性点电压不应超过系统相电压的15%”如何实现上述指标采用增加电网阻尼率的方法有一定的局限性。

煤矿广泛应用偏磁式自动补偿消弧线圈，通过改变铁芯磁化段磁通的大小来调节交流磁导实现电感量的连续调整。公式（3）IL的变化情况实现调谐度的调整。

3 消弧线圈容量的选择

一般情况下消弧线圈的容量根据系统单相接地电容电流的大小确定并允许有一定的富裕系数。消弧线圈的容量A＝1.35IcUn（5）

式中A为消弧线圈的容量，Un为电网系统标称电压，Ic对地电容电流

4 接地变压器的选择

在煤矿10kV供电系统中电源变压器都是三角形接线无中性接点引出，因三相式配电变压器将中性点引出，在中性点接消弧线圈达到安全和可靠，接地变压器只做为消弧线圈补偿，在特殊情况下也可要以满足部分动力和照明之需，煤矿企业一般不采用混合供电方式。

接地变压器容量选择应和消弧线圈的容量相匹配，当只作为消弧线圈的补偿时接地变压器和消弧线圈容量相等，当接入部分负荷时，接地变压器的容量应大于消弧线圈的容量，应包含所带的负荷的大小。

5 消弧线圈的自动调谐

煤矿企业供配电网复杂而且负荷的变化比较频繁，需要消弧线圈的补偿电流随着电网的变化而变化，并且实现自动调整。那么实现消弧线圈的自动跟踪调谐补偿非常必要。

最理想的消弧线圈是能实现监测电网电流大小，在发生单相接地能瞬时自动调节电感电流，达到完全补偿电容电流，使接地残流的基波的无功分量为零。自动补偿消弧线圈在电网系统正常时应处于最佳补偿状态，即在谐振点调谐度控制允许的范围之内。

目前，煤矿常用的小电流选线装置和零序电感器相配合方式达到自动跟踪补偿功能，同时选线装置及时发现是哪条馈出线路发生故障，为准确的消除故障提供了依据，减少故障时间和故障影响范围。此技术非常成熟很有发展前景。

TU7

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1674-6708（2010）22-0156-02

孙广友，工程师，现任单县供电公司工程技术部主任，负责公司安全生产技术管理工作