凤凰山矿6KV供电系统漏电保护整定分析

【摘要】本文以凤凰山矿井下6KV供电系统中的中性点不接地方式为基础，通过对煤矿井下供电系统典型的中性点不接地电网发生漏电故障时电网零序分量的理论分析，结合目前晋城煤业集团各主力矿井普遍使用的高压开关微机保护类型，给出了具体的6KV高压开关漏电保护的整定配合方法，以实现矿井6KV供电系统有选择性的漏电保护。

【关键词】供电系统;漏电保护;整定

前言

随着煤矿现代化程度的不断提高和井下高压电供电距离的增加，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性和连续性的要求越来越高。由于煤矿井下工作环境恶劣，经常出现漏电故障，漏电故障若不及时排除会存在较大危害，如可引起瓦斯、煤尘的爆炸，提前点燃雷管等事故，直接危及人身安全和矿井生产。同时电网相电压的升高，长期运行将导致绝缘击穿，甚至发生两相或三相短路故障。因此，《煤矿安全规程》中规定煤矿井下高压防爆开关中应装设短路、过负荷和漏电保护。现有煤矿高压防爆开关综合保护装置在使用中短路保护和过负荷保护基本上能满足现场需要，但是漏电保护在应用中经常会出现误动或拒动现象。而煤矿供电系统中漏电故障占到80%以上，并且一些短路故障往往也是由漏电故障发展而成。因此，根据井下电网的特点，对漏电保护进行合理整定，从技术层面提高漏电保护的管理水平，将短路事故前移，对于提高煤矿电网的安全运行水平具有重要的现实意义和重大社会意义。

1.凤凰山矿井下6KV供电系统的接线结构

凤凰山矿地面有两个35KV变电站，电源均来自老区中心110KV变电站，35KV变电站主变压器中性点部分采用经消弧线圈接地，部分采用不接地的方式。井下有5个中央级变电所，均采用双回路供电，供电电压为6KV，接线结构为煤矿井下典型的单母线分段式接线结构，矿井正常运行时采用大分列的运行方式，当电网故障或检修时采用单回路经联络开关带矿井负荷的运行方式。中央变电所将6kV电能分配给其附近的高压用电设备，如主排水泵、动力变压器等，并向各盘区变电所供电，盘区变电所的动力变压器将6KV电压降到660V或1140V，然后通过低压电缆供至工作面配电点，再由工作面配电点分送到各用电设备，其供电系统示意图如图1所示。

图1 凤凰山矿井下供电系统示意图

2.电网单相接地时的零序特征分析

中性点不接地方式是非有效接地系统的一种，实际上可以视为经电网绝缘参数接地的接地系统。由于电网的对地电容值不同，在变压器中性点不接地方式下，单相接地电流的数值和变化规律是不同的。如图1所示，在正常运行状态下，电网的各相对地电压一般都是对称的，各相对地的绝缘电阻值和对地电容也是相等的，三相电网对地就相当于接上了由绝缘电阻和对地电容并联后组成的对称负载，其中性点为地。因此，中性点不接地系统实际上并不是与地没有任何联系，它可以视为经电网对地绝缘参数的接地系统。在相电压的作用下，当忽略电网绝缘电阻时，每相都有一个超前于相电压90°的电容电流流入地中，而三相电流之和等于零，即当各相对地的绝缘电阻和对地电容相等时，电网在正常状态下，各相对地电压与电源的相电压相等，也是对称的。因此，假想的负载中性点与变压器中性点之间没有电位差，也就是说，变压器中性点对地的电压为零。当然，此时也就没有零序电压和零序电流。假设在图1中A点的A相线路发生了单相接地故障，则A相对地电压变为零，对地电容被短接，而其他两相的对地电压升高倍，对地电容电流也相应的增大倍，由于三相中的负荷电流和线电压仍然是对称的，对负荷没有影响，因此不予考虑。对于中性点不接地系统在发生单相接地故障时，全系统都将出现零序电压，流过故障线路零序电流互感器的零序电流是所有非故障支路零序电流之和，即故障线路零序电流大小等于全系统中非故障元件对地电容电流之和，故障线路零序电流不流过本线路零序电流互感器，零序电流的方向由线路流向母线，流过非故障线路零序电流互感器的零序电流就是本身支路的零序电流，即本线路对地的电容电流，方向是由母线指向线路。

3.高压开关零序电流动作值的整定方法

目前，煤矿井下各种类型的高压开关漏电保护的整定都是依据电缆线路电容电流的大小进行整定，而系统中的电容电流主要来自电缆线路本身的电容电流，不同类型的电缆线路其电容电流有所不同，以下是两组不同类型电缆线路的电容电流经验数据见表1、表2。

当电缆线路发生单相接地时，故障线路与非故障线路的接地零序电流差别较大，所以，合理整定零序电流动作值，就能够区分出接地线路和非接地线路。

目前矿井高压供电系统中的微机保护基本上都具有漏电告警和漏电跳闸两种功能，设置漏电告警和漏电跳闸两段保护，主要是为了实现在线路发生漏电故障时，先告警后跳闸。在对漏电保护进行整定时，可以设定很小的定值和较大的延时动作于告警，而对漏电跳闸进行整定时，则可以设定较大的定值并动作于跳闸，以保证供电系统的安全稳定运行。

漏电告警的整定值可按躲过本线路电容电流的1.2倍进行整定，计算公式如下：

Idz=K*I0*L

式中：Idz—漏电告警整定值，单位A;K—可靠系数，取1.2;I0—本线路单位长度电容电流值，单位A/km;L—电缆线路的长度，单位km。

漏电跳闸的整定值可按躲过本线路电容电流的1.5倍进行整定，计算公式如下：

Idz=K*I0*L

式中：Idz—漏电跳闸整定值，单位A;K—可靠系数，取1.5;I0—本线路单位长度电容电流值，单位A/km;L—电缆线路的长度，单位km。

对于中性点不接地的供电系统，零序电流保护可以投方向。接地线路的零序电流由线路流向母线，非接地线路的零序电流则由母线流向线路，故用零序方向可以有效区分接地线路和非接地线路，但要确保方向的正确性。对于现场改造的保护，因井下没有充分的条件做零序方向试验，如果零序互感器接线有误，零序方向投入后，将造成漏电保护拒动或误动，故零序方向必须在经过试验确保方向正确后才能投入，不能随便投入，煤矿6KV系统在中性点不接地的情况下，接地线路和非接地线路零序电流差别较大，不投零序方向也能够正确区分出接地线路和非接地线路，所以，建议漏电保护不投入零序方向。另外，对于上下级变电所之间的联络线路，由于接地故障时漏电电流的大小随接地时电网的运行方式和接地阻抗的不同而不同，定值难以确定，在变电所某出线接地时，本级变电所的进线以及上级变电所的联络出线都会感受到较大的零序电流，漏电保护都会动作，故建议在目前的原理情况下，变电所的所有进线、联络出线以及母联漏电保护均不投跳闸，只有带负载的出线才投跳闸，这样可以避免变电所馈出线接地故障时引起的大面积连锁跳闸事故的发生。

4.漏电保护动作时间的整定

根据《剩余电流动作保护装置安装和运行》国家标准GB 13955-2005，上一级动作时间要大于下一级动作时间，且上下级漏电保护动作时间差不得小于0.2S，为此，动作时间应按下式整定：

t1=t0

t2=t1+0.2s

式中：t0—保护装置最小动作时间，单位s;t1—主保护动作时间，单位s。

5.结束语

综上所述，以保证灵敏度为整定原则，利用相关高压电缆单位长度容性电流的大小确定高压开关漏电保护的动作值;从保证选择性和可靠性的方面考虑，确定了漏电保护动作时间的整定方法，从而实现了煤矿井下选择性漏电保护的整定方式，为广大煤矿机电领域的工程技术人员进行矿井漏电保护整定提供了一个很好的借鉴，具有很高的工程实用价值。

参考文献

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

[2]顾永辉，范廷瓒.煤矿电工手册（第二分册）—矿井供电（下）[M].北京：煤炭工业出版社，1999.

[3]许建安.继电保护整定计算[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[4]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

作者简介：方万坡（1987—），男，大学本科，2009年毕业于中国矿业大学电气工程及自动化专业，现供职于晋城煤业集团凤凰山矿机电管理部，主要从事机电技术管理工作。