电网接地电容电流治理技术应用研究

魏志杰 王建民

(1.华北电力大学,河北省保定市,071000;2.冀中能源邯矿集团公司云驾岭矿,河北省武安市,056301)

电网接地电容电流治理技术应用研究

魏志杰1王建民2

(1.华北电力大学,河北省保定市,071000;2.冀中能源邯矿集团公司云驾岭矿,河北省武安市,056301)

针对云驾岭矿高压电网单相接地电容电流超过20 A的现状,采用消弧线圈自动补偿装置进行补偿,有效抑制了电弧接地过电压及电网次生事故的发生,保证了矿井供电及人身安全。

高压电网 电容电流 治理

邯矿集团云驾岭煤矿6 kV高压供电电网在实际测量中发现,其单相接地电容电流高达39.28 A,不符合《煤矿安全规程》第457条规定的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20 A的要求,煤矿井下高压电网经常会出现单相接地故障,这对矿井的安全威胁很大,基于对煤矿安全和提高供电质量的考虑,云驾岭矿决定对矿井供电电网单相接地电容电流进行治理,对云驾岭煤矿6 kV中性点不接地高压电网的单相接地电容电流进行自动跟踪补偿,使接地故障点的残余无功电流减少到5 A以下,可以有效地抑制电弧接地过电压,减少单相接地故障引发短路故障。

1 XBSG型自动跟踪补偿消弧线圈成套装置的工作原理

云驾岭矿结合实际和中国矿业大学联合开发研究了XBSG型自动跟踪补偿消弧线圈成套装置,将接地变压器与消弧线圈有机地结合为一体,由三相五柱消弧线圈、低压电抗器,阻尼电阻箱,控制器及附件组成,接线方案如图1所示。

图1 XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈工作原理图

其中三相五柱消弧线圈有5个铁芯柱,中间3个铁芯柱绕有高低压线圈,边柱上没有线圈,高压绕组采用星形联结,高压侧接电网A、B、C相,星点接地,低压绕组采用开口三角形联结,开口通过可控硅接通小型电抗器L1、L2,通过接触器接通阻尼电阻。在电网正常工作时,加在三相五柱消弧线圈上的电压仅为正序,大小相等,相位互差120°,矢量和为零,即消弧线圈星形联结点没有电流入地,正序磁通在中间3个柱之间流通,不流经边柱,由于中间3个柱没有气隙,磁阻很小,正序阻抗很大,正序电流很小,其值相当于变压器的空载电流。当电网发生单相接地故障时,加在三相五柱消弧线圈上的电压分解为正序分量和零序分量,电网有零序电压产生,零序电压产生的零序电流流入三相高压绕组,所产生的零序磁通大小相同,方向相同,通过气隙,与两边的边柱形成通道,通过改变磁路气隙的大小,可以改变零序电感值,进而改变消弧线圈固定补偿部分的电感电流。

低压绕组采用开口三角形联结,在电网正常工作时,开口电压仅为系统不平衡产生的不平衡电压,当发生接地故障时,该开口反映零序电压,利用可控硅接通小型电抗器L1、L2,控制器通过调整可控硅的导通角,调节三相五柱消弧线圈副边电感电流的大小,即可改变原边的电感电流的大小,实现消弧线圈电感电流的自动调节,通过对电网电容电流的实时跟踪,自动调节电感电流,实现消弧线圈的自动跟踪补偿。

低压绕组的开口电压上经过接触器的接点KM接通阻尼电阻RL,在电网正常运行时,该电阻增加了电网的阻尼率,可限制全补偿时出现谐振过电压,同时起到PT消谐作用,在电网发生接地故障后,2 s内控制器自动切除该阻尼电阻,进一步减小单相接地点的残流,当单相接地故障消除时,控制器自动投入该阻尼电阻,防止谐振。

2 自动跟踪补偿消弧线圈成套装置的功能特点

(1)干式结构、单柜室内安装,将接地变压器与消弧线圈合为一体,柜型可与原来的高压柜配套,减小了体积,安装维护方便。

(2)预补偿方案,可控硅调节电流,无机械传动部分,可做到0 ms投入全补偿,对瞬间性接地故障或实接地故障均起到补偿作用,可有效抑制电网操作过电压,减小接地故障引起的二次故障发生几率。

(3)无档调节技术,补偿后接地点无功残流可小于5 A。

(4)实时跟踪显示电网电容电流值、电网电压值、电网零序电压值,具有补偿状态指示,100次补偿记忆,100次故障记忆。

(5)具有“四遥功能”和RS485通信接口,便于接入变电站综合自动化系统。

(6)可以根据设定的脱谐度实现欠补、全补或过补运行,也可以用手动运行进行固定补偿。

3 装置的应用情况

考虑到试验的安全性和准确性,采用电网单相经电阻接地的方法,接地电阻RJD选用500～1000 Ω,接地电流可以控制在几安培,通过理论计算可以求出电网单相接地时的电流。经试验该XBSG型自动跟踪补偿消弧装置补偿电网单相直接接地的接地残流为2.87 A,接入消弧线圈后,电网单相直接接地电流的基波无功分量均不大于5 A,有效地抑制电弧接地过电压,极大地减少单相接地故障引发短路的事故。

以对高压电网进行预补偿,可控硅调节电流,可做到0 ms投入全补偿,对瞬间性接地故障或实接地故障均起到补偿作用,可有效抑制电网操作过电压,减小接地故障引起的二次故障发生几率。

有效地抑制了电弧接地过电压,接地后接地点可以自行熄弧,可以有效避免矿井高瓦斯地区引燃瓦斯发生的几率,保证了矿井及人身安全。

该装置具备完善的零序电压、零序电流、五防闭锁等保护功能,能保证装置本身的安全运行。

4 结语

消弧线圈消除电网单相接地电容电流是一项比较成熟的技术,XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈突破了传统消弧线圈的结构模式,其独特的自动跟踪功能采用嵌入式系统与可控硅技术相结合的原理实现,在煤矿高压电网单相接地电容电流超过20 A时对电网随机补偿,大大提高了中性点不接地系统高压电网的供电质量,为电网的持续安全运行提供了有力保障,尤其是在煤矿、冶金、化工等特殊行业的供电电网具有很好的推广应用前景,具有极高的社会效益。

A research on the application of power grid earthing capacitance current control technology

Wei Zhijie1,Wang Jianmin2

(1.Yunjialing Coal Mine,Jizhong Energy Handan Mining Group Co,Wu’an,Hebei province 056301,China;2.North China Electric Power University,Baoding,Hebei province 071000,China)

Arcing coil based automatic compensation device is used for compensation to solve the question of high voltage power grid single-phase earthing capacitance current surpassing 20A at Yunjialing Coal Mine.This practice effectively prevents the arc earting overvoltage and secondary accidents from the power grid,which ensures safe power supply to the coal mine and personal safety.

high voltage power grid,capacity current,control

TD611

B

魏志杰(1982-),男,汉族,河北魏县人,现就读于华北电力大学。

(责任编辑 张艳华)