煤矿高压供电接地方式及其单相接地保护分析

张少华

（阳煤集团一矿机电工区，山西 阳泉 045000）

引言

目前，中性点不接地系统在煤矿6～35kV 的供电网中应用比较广泛。根据相关规定，禁止采用在地面中性点直接接地的发电机，变压器向井下直接供电，禁止井下的配电变压器中性点直接接地，当发生单相接地障碍时，容易造成大面积的电路故障，由于其发生的故障特征不同，所以需要采用不同的解决方式，选择性地进行保护。

1 中性点不接地系统

单电源加多馈线中性点不接地系统的单相接地故障特点为：当金属接地时，系统中产生零序电压，而且各点零序电压一致；接地线路的各点零序电流不同，而且零序电压小于90°，非接地线路与接地线路相反；所有非接地零序电流量值之和为接地线路零序电流的量值。由第一条特点可知发生接地故障，要启动选线电路。对第二条特点中的问题，可以采用比相式原理解决，主要的方法是将零序电流互感器装备在每段线路的开关柜上，通过电流互感器来分辨其流动方向，从而采取选线接地保护。这种原理可适应线路数的变化比较可靠，运行动作快速且维护工作难度小，能够应用到任何的中性点不接地系统之中。第三条特点中存在的问题，可采用的 保护为接地故障电流稳态幅值。主要采用零序电流的滤波电路和互感器将其引入，同设定好的保护启动定值进行对比，若零序电流比保护启动定值高，则说明是接地线路，反之则不是。这种方法在开始之前，还需要做相关的检测工作，比如：电容电流、启动定值。如果各条线路的长度差别比较大，则不能保证其灵敏度的准确性，线路的退出也会相应降低灵敏度的准确性，这时需要重新调整启动定值。系统线路如果较少的话，会使线路的电容电流和故障电流差别不明显，导致出现误动或不动，有时还会无法确定启动的定值，使整个系统不能正常运行。针对这种现象，我们应当采用群体的比幅方式来选择接地故障线路。这项选择方式其实就是利用零序电流的幅值对其采取选择性的保护，将所有存在于母线上的线路归为一个群体。在发生单相接地故障时，导致零序电压发生变化，而此时零序电压内部的电路元件会自主启动群体比幅电路，比较群体上各条电路的电流信号，优先检查群体中电流幅值较大的线路，在关闭其它线路的保护动作。这项原理在选线保护时，将每条线路的实值进行实时的比较，自适应性质比较强，不用整定计算。避免了一些定量的因素变化问题，解决了定值比较存在的问题。这项原理在一个群体应用中，如果线路在2条以上，那么就能使灵敏度保证在相应的水平。

2 中性点接地系统

如果中性点接地电力系统线路较长且规模较大时，可能会导致其系统电容电流增大，若发生单相接地故障，则持续电弧电流会使坏电缆设备损坏，而这也会危及整个电网的绝缘问题。对于这种问题，我们可采用经消弧线圈的中性点接地系统。当线路出现单相接地故障时，由于内部的电流和接地电流方向相反，大小相似，因此可有效减小接地电流的产生，导致接地区域电弧消失。而且消弧线圈能够降低故障时电压的恢复速度，减小电弧重燃，同时降低经消弧线圈中性点接地系统的单相接地故障发生率。在经消弧线圈中性点接地系统还存在着如下问题：由于电流补偿，使故障线路的电流为补偿后的电流，而且其流值相对较小，每条电路的电流值接近，不过故障电路的电流和正常电路电流方向相反；又由于故障电路的电流中存在较多的高次谐波，正常电路中存在较多的是基波。因此，我们可采用反应接地线路稳态电流高次谐波分量原理来分辨故障电路。针对第一点的故障可采用比相式原理，但没有选择性。针对第二点问题，主要方法就是分量查出故障电路和正常电路中的高次谐波，将结果进行比较，找出故障线路。但是由于故障线路中的高次谐波分量数值会随着系统结构改变而改变，因此，这种方法具体应用不是很方便。

3 经消弧线圈中性点合并高电阻接地系统

由于中性点接地系统暂态的电感特性，使其通过的电压值较大，这点和中性点不接地系统差不多。但其时间短一些，针对这项问题，可以采取中性点的经高电阻接地系统来解决。在发生单相接地故障时，满足S＝CP／（CP＋C0）＜0.3就可以增加接地电流的有功分量，有效降低中性点电压，其中CP为电网线电容量，C0为电线接地电容。如果S＞0.75，则会导致电位增高，加大了单相接地电流。这种现象在大的煤矿中比较常见，其容易造成较大危害。因此，目前煤矿工业已很少应用此接地系统。当前我国采用较多的还是经消弧线圈中性点合并高电阻接地系统，这种系统可有效控制共振过电压，使故障处时的电压恢复变慢，此系统还可以实现选择性的接地保护措施。

4 S注入法

当电网在正常工作过程中，副边PT 电压为UAN＝UBN＝UCN＝57.8V，ULN＝0。以图1中A处为例，发生单相接地故障；UAN＝0，UBN＝UCN＝100V，ULN＝100 V。故障中，系统主机会根据副边PT 电压的变化情况，自动进行判断，然后给接地相发送一道电流信号，这其中的电流基波信号频率的公式为；n×50＜f0＜（n＋1）×50。采用信号电流探测器探测频率特性，将其放置开关柜后，直到探测出注入信号出线地点就是其问题所在。

图1 S注入法方案原理图

信号探测器的查找定位电流信号功能，可有效地找到电路故障点，在进行接地线路探测时，其信号消失点可能就是故障点。因为此原理可以不采用零序电流或电压作为判断依据，所以其存在很多的优点，包括：选线相对可靠；接线比较简单；通过定位可以测出比较隐秘的线路接地点；对电阻的耐受力强；由于其特点所以应用广泛。

5 结语

对于当前煤矿生产活动中的电力系统问题，小电流接地系统具体的情况较为复杂，还在不断的研究完善中，至于为什么还没有相应的设备对所有系统都能起到效果，其主要问题有两方面：一方面是系统的不同使其发生的故障表现也不尽相同，共性难以把握；另一方面，如果有能够适应各种系统的设备，那么其必然是结构比较复杂，且成本比较大，这使得目前我国的煤矿产业现状还不能达到。又由于煤矿供电系统变化不大，所以，在平时的生产活动中，只需要结合实际情况进行适当的调试就行。