矿井消弧线圈补偿与漏电保护配合问题的分析

焦成栋

(1.太原理工大学 电气工程专业,山西太原 030024;2.山西晋煤集团长平公司机电部,山西高平 048400)

矿井消弧线圈补偿与漏电保护配合问题的分析

焦成栋1,2

(1.太原理工大学 电气工程专业,山西太原 030024;2.山西晋煤集团长平公司机电部,山西高平 048400)

根据长平公司井下隔爆型高压真空配电装置,以井下变压器中性点经消弧线圈接地补偿为例,本文分析探讨其供电系统的零序电流和零序电压动作值与漏电保护配合,从而实现了矿井井下漏电保护的正确使用,确保了矿井井下供电的安全运行。

矿井 消弧线圈 漏电 配合

《煤矿安全规程》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超过20A”“;严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电”。本文主要以主变压器中性点经消弧线圈接地补偿与漏电保护配合的供电系统进行分析。

1 消弧线圈并电阻接地系统的故障电流和电压分析

中性点经阻抗接地系统发生单相接地时如图1所示(A相接地)。图1中R为消弧线圈两端并联电阻，C0为电网每相对地总电容，Ic为电网对地总电容电流，IL为消弧线圈产生的电感电流·IRN为中性点电阻RN产生的有功电流。

中性点经消弧线圈并联电阻接地后，在发生单相接地时零序电流的分布如图1所示：流过接地点的零序电流有故障支路自身电容电流、非故障支路电容电流之和、消弧线圈的电感电流和并联电阻电流。在全补偿工作状态下，电感电流等于整个电阻的电容电流，两者相位相反，相互抵消，因此接地点仅流过并联电阻产生的有功电流。但对故障支路零序电流互感器原边而言，实际表现的零序电流是并联电阻产生的有功电流和故障支路自身电容电流。

图片1 消弧线圈并电阻接地系统图

图片2 零序电流矢量图

有功电流的方向为从线路流向母线，相位滞后零序电压(Uo)180°;自身电容电流的方向是从母线流向线路。相位超前零序电压(Uo)90°。因此流过故障支路零序电流互感器的零序电流ILM3，超前零序电压(Uo)大于90°，小于180°。并联电阻产生的有功电流，只流过故障支路。零序电流的矢量图如图2所示。(图中的负号表示电流由支路指向母线)。流过非故障支路零序电流互感器的零序电流，仍然是本支路的电容电流，方向是从母线指向支路.相位超前零序电压(Uo)90°。

从图1可看出，消弧线圈并联电阻接地系统，零序电流不再具有中性点不接地系统电容电流的特点，依据比较零序电流方向和大小的功率方向型漏电保护装置，将失去其选择性。

2 变压器中性点经消弧线圈接地的零序电压的特征

在正常运行时，三相对地电压为相电压且三相平衡，三相线电压平衡，相位相差120°，此时中性点对地电压为零，系统无零序电压。

发生一相不完全接地后，故障相对地电压大于零而小于相电压，非故障相对地的电压则大于相电压而小于线电压，系统的相问电压(即线电压)大小和相位不发生变化，系统线电压仍保持对称。中性点发生位移，中性点位移电压大于零小于相电压，与发生故障相对地电压大小成反比。整个电网的零序电压在电网的任何部位，无论是故障线路还是非故障线路都相同，电压互感器开口三角处出现0一100V的零序电压，零序电压值与系统对地绝缘水平有关，对地绝缘水平越高，零序电压越低。

当一相发生完全接地故障时，故障相对地电压变为零，非故障相对地电压升高，为线电压、相位发生改变，系统线电压仍保持对称。中性点电压发生偏移，中性点对地电压为相电压。电压互感器开口三角处出现100V的零序电压，故障线路、非故障线路的零序电压相同。

3 变压器中性点经消弧线圈接地的零序电流的特征

正常时各相集中电容在三相对称相电压作用下，产生的电容电流是对称的，相位相差120°，并超前相应的相电压90°，各相对地电容电流矢量和为零。

一相发生接地后，中性点对地电压作用于消弧线圈两端并产生一个电感电流流过消弧线圈和接地点。在接地点处还有电容性的单相接地电流通过，在相位上超前于中性点对地电压90°。通过接地点处的总电流是电感电流和接地电容电流的矢量和，二者在相位上相差180°，因而可以互相抵消。

如果消弧线圈运行在欠补的状态下，补偿的感性电流小于整个网络的电容电流，即感抗大于容抗，零序电流方向由线路流向母线，故障线路零序电流将减少，总的零序电流为容性电流。

如果消弧线圈运行在过补的情况下，补偿的感性电流大于整个网络的电容电流，即感抗小于容抗，故障线路零序电流方向由母线流向线路，故障线路零序电流将减少，总的零序电流为感性电流。

因此主变压器中性点经消弧线圈接地系统中已无法用零序功率方向型原理区分接地故障线路和非接地正常线路。此时零序功率方向型原理的漏电保护失去作用。

4 自动跟踪补偿消弧线圈

自动跟踪补偿消弧装置一般由接地变压器、可调电抗器、阻尼电阻器和控制单元组成。接地变压器一般用于引出6—10kV电网的中性点，因为6—10kV电网的变压器一般为三角形接线，没有中性点引出，所以需要人为地引出中性点。阻尼电阻器的主要作用是用来限制消弧线圈在调整和正常运行时的谐振过电压，接线方式有与电抗器串联和并联两种方式，一般是在消弧装置调感和正常运行时起作用。在接地故障发生时，因其运行状态和接线状态由串联转变为并联状态，为便于补偿电流的输出，一般需将阻尼电阻短接或切除。

自动跟踪补偿消弧线圈装置可以自动适时的监测跟踪电网运行方式的变化，快速地调节消弧线圈的电感值，跟踪补偿变化的电容电流，在系统发生单相接地时自动进入最佳补偿状态，在系统中性点与地之间输出与系统单相接地电容电流相对应的感性补偿电流，以限制接地电流和消除接地电弧，根据消弧线圈补偿电流的调节原理可分为调匝式、高短路阻抗变压器式(相控式)、调容式、调气隙式、直流偏磁式。磁阀式的不同，使自动消弧线圈始终处于全补偿、欠补偿、过补偿状态。自动跟踪补偿消弧线圈装置正常运行在全补偿状态，单相接地时运行在过补偿状态的较多。

(1)当容性电流等于感性补偿电流时，称为消弧线圈处于全补偿状态，此时电网零序阻抗最大，零序电压最高，总的零序电流最小，且全部为电阻性电流。

(2)当容性电流大于感性补偿电流时，称消弧线圈处于欠补偿状态，总的零序电流为容性电流。

(3)当容性电流小于感性补偿电流时，称消弧线圈处于过补偿状态，总的零序电流为感性电流。

5 漏电保护配合原则

隔爆型高压真空配电装置是长平矿井普遍采用的供配电装置，该配电装置漏电保护采用零序功率方向型原理，为正确整定漏电保护，缩小漏电影响范围，保证井下高压供电安全可靠提供有力保障。

隔爆型高压真空配电装置漏电保护的配合原则：综合保护内部菜单中的漏电保护有“1”“、0”选项的，选择在“0”，但移动变电站应设置在“1”，并参照整定原则的整定;没有“1”“、0”选择的将零序电压、零序电流、动作时间均放在最大档位，以防止误动作。

矿井消弧线圈接地补偿的供电系统与高压漏电保护配合的合理，直接保证了矿井井下供电的安全可靠。

[1]牟龙华,胡天禄.消弧线圈并电阻接地系统电弧接地过电压机理分析[J].煤矿机电,1993(5)：7—9.

[2]要换年,曹梅月.电力系统谐振接地.中国电力出版社,2000年7月.

焦成栋(1980—),男,汉族,山西省高平市,大学本科,电气工程师,毕业于河北科技大学,就职于太原理工大学电气工程系。