煤矿10KV系统相电压不平衡分析与处理

董强

(国投新集一矿,安徽凤台 232170)

煤矿10KV系统相电压不平衡分析与处理

董强

(国投新集一矿,安徽凤台 232170)

煤矿10KV系统相电压不平衡现象是系统异常和故障的反映,其产生原因及故障现 象多种多样,总体来说,造成煤矿相电压不平衡的原因,主要由接地故障和谐波引起的谐振。文中对煤矿10KV系统相电压不平衡现象进行了分析、判断和总结,为快速、准确处理相电压不平衡故障提供了参考和帮助。

相电压不平衡 接地故障 谐振

煤矿10KV系统相电压不平衡现象，主要是地面各场所的用电设备、供电电缆出现故障时，发生谐振、接地和雷击过电压等引起的；以及由地面110KV变电所单独向井下供电的井下中央变电所、采区变电所的高防开关、变压器、低压馈电开关、照明线路及移动变电站等设备发生单相接地、漏电、相间短路等原因，造成相电压不平衡。这种不平衡现象最终反映在地面110KV变电所10KV母线上。从110KV变电所主控室后台主机屏上，可以清楚地显示出这种相电压不平衡现象的差异。

1 相电压不平衡分析

煤矿110KV变电所10KV系统电压向地面和井下供电过程中，因多种原因造成10KV相电压不平衡现象，最常见的有两种原因：一种是接地(包护括单相接地，两相接地，分散性接地)；另一种是谐振(主要是17HZ和基波谐振)。

1.1 接地分析

(1)单相接地：线路正常运行时导线对地电容大致相等，线路对地为相电压。在对地电容中流过三相平衡充电电流没有零序电流流过。一旦单条线路发生接地时，接地相与大地同电位，中性点电位电流发生偏移，其它两相对地电压升高，此时三相电压表现为故障相对地电压降低，金属性接地时降为0，非故障障相对地电压升高。这种单相接地常发生在井下采区变电所，移动变电站及配电点向采掘工作面供电的线路中。由于环境阴暗潮湿、掉矸、片邦等原因，砸伤电缆，发生漏电，以及在采掘过程中，随着进度的推移，电气设备，电缆也随之搬移。电缆在移动过程中可能因过度弯折损伤电缆，使绝缘降到危险值，发生接地故障。(2)两相接地：煤矿供电系统中发生两相线接地，主要是频繁移动的电缆或电气设备，由于受到外力作用，电缆接头从接线柱中抽出，两相芯线碰壳，发生接地。发生这种现象在井下电气事故中非常危险3分散性接地：指接地故障点在线路中的某个区段，或几条线路都可能发生，但每个接地漏电电流很小，不足以使馈电开关跳闸.这些接地故障点如果同时存在，反映在总的供电系统中，会引起相电压不平衡。这种不平衡现象如不及时排除，长期带病运行，易发生闪络放电，造成电缆或电气设备绝缘损坏，发生相间短路，线路出现谐振，系统电压不稳，引起大面积停电事故。

1.2 谐振分析

(1)谐振在煤矿110KV变电所10KV系统中向地面和井下供电过程中引起的相电压不平衡现象，主要表现为17HZ分频谐振和基波谐振。在地面供电线路中，常发生在架空线路中，特别是夏季雷雨天气，裸露架空线、绝缘子、线路避雷器等设备遭受超强雷击时，可能引起绝缘薄弱点闪络，放电，甚至接地短路，发生谐振，使17HZ分频的电压分量和基波谐振电压明显升高，消谐装置报警，相电压不平衡现象发生。(2)煤矿井下供电系统中发生谐振，最易造成谐振原因的有两个方面：1)漏电引起的相间短路造成瞬间接地故障。漏电在井下电气设备及电缆运行中经常发生。最初时，漏电电流非常小，设备的绝缘状态，还能保证设备的正常运行，不至于使检漏继电器动作跳闸。如果隐患未能及时发现和排除，长期运行下去，事故点不断扩大，最终导致短路，伴随强大的短路电流冲击电网， 使相电压出现不平衡。2)井下高防开关、变压器、低压开关、照明综保等设备由于人为原因、误操作等都可能造成短路事故，其产生超强电弧及高温，烧坏设备绝缘，引起瞬间接地，发生谐振。10KV供电系统电网波动，出现相电压不平衡现象，造成大面积停电事故。

2 判断与处理

当煤矿110KV变电所10KV系统中出现相电压不平衡现象时，首先判断是什么原因引起的不平衡，零序电压变化情况，消谐装置显示接地还是谐振。根据已知的数据查找并排除故障。

2.1 接地判断及处理

(1)单相接地：单项接地发生在用电系统的低压侧时，检漏继电器检测到相对地绝缘值降到危险程度时，馈电开关自动跳闸，切断电源。此时的接地几乎影响不到10KV相电压的不平衡。但当接地故障点发生在高压侧的电路中时，110KV变电所的小电流接地保护装置就会发生接地报警，严重时，会使10KV配电室的某开关柜跳闸。处理时，从小电流保护装置的故障选项中查找到故障线路的接地编号，根据此编号，可以确定接地故障是发生在地面还井下。然后对此线路及变电所内的相关开关，用摇表摇测相对地绝缘、相间绝缘值，确定是哪一部分出现问题。(2)两相接地：两相接地主要发生在煤矿井下低压用电系统中。当发生两相接地时，低压馈电开关能立即切断故障点，避免事故的继续扩大。发生两相接地时，从馈电保护装置的故障状态项目中可以初步判断跳闸原因，为进一步排除故障，找到依据。处理时，可以按照停电程序打开开关，用摇表摇测，确定接地点。(3)分散性接地：分散性故障接地主要发生在一条用电线路的几个分支，也可能发生在几条用电线路中，这些分散的漏电对地绝缘在各个支路中一般都不会使漏电开关动作跳闸，只有集中反映在总线路中，检漏继电器检测到漏电绝缘电阻达到动作值时，馈电开关才会跳电。如果相对地电阻值只在检漏继电器动作临界点以下，不足以使开关跳闸，此时这种接地故障态就会反映在地面110KV变电所的10KV系统中，产生零序电压(U0＞1).当零序电压U0＞7时，将会发生一次相当严重的线路开关接地跳闸事故。所以一旦发现U0在(4∽7)时，就应该进行检查接地故障点。

采用排除法检查接地故障点是最直接最方便的常用方法。当发生分散性接地故障后，在没有任何开关跳电的情况下，应对110KV变电所10KV配电室的所有运行状态下的开关柜，有清醒的认识，初步判断可能引起相电压不平衡的原因，故障范围。用排除法确定其接地点是地面变电所还是井下变电所。在不能确认接地点具体位置的情况下，首先对地面场所的长时间不间断运转的通风机房、压风机房、瓦斯抽排站及频繁启停的主、副井绞车机房的用电设备、线路，用分闸的办法进行排除(前提条件必须保证有双回路供电的备用电源并经调度许可)，观察系统中零序电压U0的变化情况.在分开某断路器时，零序电压U0变为0，10KV系统相电平衡，说明故障点在此条供电线路中(包括下级的变电所及所属设备)，然后对此线路及所有电气设备，逐个摇测相对地及相间绝缘，直至查除故障点。果如110KV变电所带的地面场所的所有用电线路及电气设备都没有接地故障，应对向井下供电的几条线路进行遂个分闸的办法，查看10KV母线系统的零序电压U0变化情况，确定接地故障线路，然后再对线路及变电所内的设备逐级分合闸的办法进行查找，排除接地故障点。

2.2 谐振判断及处理

(1)地面10KV供电系统中的架空线，绝缘子、线路避雷器等设备，在雷雨天气最易遭受雷击， 在绝缘薄弱点发生闪络、放电，引起谐振。消谐装置报警，严重时使开关跳闸。发生谐振时17HZ分频电压U0＞=17。根据跳闸开关及选线装置确定引起谐振的线路，然后沿线路对设备进行目视查找，看其表面有无异常现象。如果仍然发现不了问题，可用摇表摇测线路中的绝缘，确认故障地点，采取措施进行更换或处理。(2)井下发生揩振，主要是采区变电所高防开关，干式变压器及单独向采掘供电的移动变电站。由于人为原因或操作不当造成相与相之间短路，烧坏绝缘引起瞬间接地、弧光放电等现象。引起揩振，使10KV系统发生严重不平衡，解决的办法就是立即更换已经烧坏的设备，尽快恢复送电。还有一种是间接性接地漏电，漏电电流非常小，不足以使检漏开关跳闸。如果隐患不能及时发现和排除，长期对地放电，削弱相间绝缘，最终绝缘被击穿，引起相间短路，瞬间发生接地，出现谐振，使变电所的10KV系统电压严重不平衡，造成大面积停电事故，影响供电时间。因此，不论哪种原因引起的谐振，都会引起10KV相电压的极度不平衡，甚至烧坏设备，造成较大的经济损失。加强设备及电缆的巡察力度，防范于未然，把故障消灭在萌芽状态。

3 结语

总之，煤矿10KV系统相电压不衡现象的发生，意味着故障状态会继续扩大，不会自行消失，如不及时处理，最终导致事故的发生.不过不平衡状态产生的原因不同，其程度和特点也不尽相同。但从总的情况来看，当10KV系统中出现零序电压(U0＞4)时，电网已处于异常状态下运行，相电压的升高或降低会使10KV供电系统的安全运行和煤矿生产受到不同程度的影响。

[1]陈珩.电力系统稳态分析[M].中国电力出版社,2007.

[2]顾永辉.煤矿电工手册[M].煤矿工业出版社,1995.

董强(1977-),男,安徽淮南人,国投新集一矿运销科助理工程师,研究方向：煤矿新技术。