煤矿6 k V系统地面单项接地造成井下停电的故障分析及对策

胡 波

（山西正华实业集团有限责任公司，山西 太原 030013）

现代煤矿发展到了机械化与信息化的时代，煤矿供电是维系通风、运输、采煤、掘进、提升、排水、瓦斯监控、通讯、安全救援等正常安全运转的关键环节。本文针对煤矿供电中具体发生的停电故障进行分析，有利于总结经验、促进煤矿提高供电质量。

1 煤矿供电形式及其停电故障

正华公司5座煤矿均由双回路35 kV线路经两台主变压器降压后，采用放射式系统以6 kV（其中一个矿为10 kV）出线，向地面生产、生活系统和井下生产系统供电，供电设计符合《煤矿安全规程》和煤矿供电要求，但运行中多次发生6 kV系统地面支路的单项接地、造成井下中央变电所高压开关漏电保护动作丢闸的大范围停电故障。见图1，由于供电线路单项接地故障在不同煤矿发生过3次，并且造成井下中央变电所停电故障。第一次是由于下大雨后架空线与大树相连造成，第二次是由于地面基建施工不慎造成，第三次是由于维检中一台开关小车机构发生故障造成。

图1 停电故障示意图

按《煤矿安全规程》第四百五十五条中规定：“井下高压电机、动力变压器的高压控制设备，应有短路、过负荷、接地、欠压释放保护”；《煤矿安全规程》第四百五十七条中规定，“地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装有选择性的单项接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装有选择性的动作跳闸的单相接地保护装置”。山西正华公司的供电设计完全符合《煤矿安全规程》的要求，可排除设计中的缺陷或不足之原因。

2 造成停电故障的理论分析

根据国家对煤矿供电的规定和要求，结合图1看出：当地面6 kV线路发生接地时，配电柜装有选择性单相接地保护只显示该线路发生接地并报警，允许不丢闸动作延时2 h，完全符合供电设计规范要求，而且井下中央变电所又是无接地的支路，为什么会造成上述停电故障呢？

2.1 对煤矿供电单项接地故障的电容电流分析

图2 单相接地时三相不直接接地电容电流分布图

1）由图2可以看出，故障线路2处产生的零序电流ID方向是由线路流入母线，且零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之合ID=（ic1+ib1）+（ic2+ib2），实际煤矿供电中的供电支路多达十多路甚至数十路，所以实际中全系统非故障元件对地电容电流之合应为IDS=（ic1+ib1）+（ic2+ib2）+…+（icj+ibj），数值一般较大。

2）由图2看出，非故障线路1处产生的零序电流方向是由母线流向线路，且数值等于（ic1+ib1）明显较小。

3）根据以上电流方向性、大小性不同的特点分析，我们认为造成零序保护的误动作有两种可能：第一种是零序电流信号的进线和出线方向接反；第二种是零序互感器中的电缆穿芯方向不正确。经检查没有出现上述问题，从理论上讲，不应该出现漏电保护动作自动丢闸。

2.2 造成中央变电所停电故障的诊断

正华公司6 kV系统3次发生地面支路的单项接地，造成井下中央变电所高压开关漏电保护动作丢闸的大范围停电故障中,井下高压开关柜故障记录均显示了漏电保护动作，已经明确故障原因是漏电，然而这又与保护系统有电流方向型（或功率方向型）的判断性产生明显矛盾。为什么会矛盾呢？笔者认为上述理论分析只注重了6 kV供电的故障线与非故障线的零序电流方向性、大小性的差别问题，而忽视了故障会同时引起漏电保护系统本身的低压供电电压、电流波动所受影响。实际使用中，漏电保护生产厂家众多、质量差异、性能差异、稳定性也不同；在线路出现故障后，当地面6 kV发生单项接地时，由于地面变电所采用了定时限保护、只报警不丢闸，而此时井下高压开关保护系统的低压系统中的电压、电流必然产生波动变化受其影响，这就会使井下高压开关漏电保护性能不稳定、产生误动作发生丢闸故障。

3 消除停电故障的整改对策

根据上述分析，采取了如下整改对策：

1）针对井下中央变电所高压开关的保护厂家不一、型号杂多、性能差异大的问题，我们选用了质量好、性能稳定、厂家型号统一的保护。

2）对井下保护值进行了分级整定。

3）采用了煤矿供电自动监测监控系统，增加了微机保护功能，强化了煤矿井下供电系统的保护手段。

4）对地面6 kV架空线路更换使用了绝缘线，预防和减少了架空线的接地短路故障。

5）地面35 kV变电所值班员发现地面接地故障时，要及时断开故障线路，确保煤矿井下和煤矿一级负荷的供电安全。

6）经过采取上述整改措施后，近几年我公司的供电质量明显得到了改善，再没有发生过同类停电故障。

[1]国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社.2011.

[2]贺家李,宋从矩,李永丽,董新洲.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2007.