开滦钱家营矿井下6?kV漏电保护系统的研究

张太浩

摘 要：该文研究了钱家营矿井下6 kV漏电保护系统的应用，通过对中性点不接地电网发生漏电故障时零序特征分量的分析，结合钱家营矿井下高爆开关的微机综合保护器工作特性，提出了煤矿井下6 kV高压供电系统漏电保护的方法及定值整定，较好的解决了钱家营矿井下6 kV高压供电系统选择性漏电保护的难题。

关键词：漏电保护  零序电压  零序电流

中图分类号：TM76    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

随着煤矿现代化程度的不断提高，井下高压供电线路的不断增加，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性的要求越来越高。所谓漏电，就是指三相电网中的任一相导线经电阻与地或地线相接：而单相接地是指任一相导线直接与地或地线相接，又称金属性接地。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、煤尘的爆炸等等，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，安全可靠的漏电保护系统对井下安全供电具有重要意义。

1 中性点不接地系统单相接地时零序特征分析

我国《煤矿安全规程》严格规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地;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。因此，中性点不接地系统单相接地时零序特征分析尤为重要。

正常运行情况下，各相对地有相同的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前电压90°的电容电流流入地中，并三相电容电流之和为零，中性点对地无电压，因为电容电流很小，其在线路上产生的电压降可以忽略不计，故可以认为各相电压均与各相电势相等。电压、电流向量图如图1所示。

发生单相（例如A相）金属性接地时，若忽略较小的电容电流产生的电压降，则电网中各处故障相的对地电压都变为零。于是A相对地电容被短接，只有B相和C相对地电容中还存在电流，此时中性点对地电压上升为相电压，非故障相的对地电压变为线间电压（升高倍）。由于相电压和电容电流的对称性已破坏，因而出现了零序电压和零序电流，零序电压为故障相正常电势的三倍，故障点的零序电流是正常运行时每相对地电容电流的三倍，其相位落后于零序电压90°。电压、电流向量图如图2所示。

2 零序电压、电流的测量与定值的整定

零序电压主要是通过三相五线柱式变压器开口三角形实获取的，向量图如图3所示。

左边矢量图表示开口三角形互感器的一次侧电压矢量图，右边为二次侧矢量图。

UA、UB、UC为相电压;UAd、UBd、UCd为原边相电压;Ua、Ub、Uc为开口三角形互感器的副边电压。图中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd变为线电压UAC和UBC，即变为相电压的倍，UAd和Bd的夹角变为60°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，开口三角电压是相电压的3倍，对于金属性接地而言二次侧电压是100 V，而非金属性接地则小于100 V，钱家营矿根据井下供电系统经验零序电压投入15 V，实际运行中动作灵敏度可靠。

零序电流信号由零序电流互感器取得的。测量原理如图4所示。零序电流互感器有一个环状铁心，套在被保护的电缆上，利用电缆作为一次线圈，二次线圈绕在环状铁心上。根据变压器原理可知，二次线圈中的电流I2正比于一次线圈中的三相电流之和，当未发生漏电时，一次侧三相电流对称，其电流的相量和为零，二次侧无电流输出;当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其电流相量和不为零，二次侧有零序电流输出。

由于井下供电系统主接地与局部接地极通过电缆的地线构成接地网，在发生单相接地时，接地电流不仅可能沿着故障电缆的导电外皮流动，而且也可能沿着非故障电缆外皮流动。这部分电流不仅降低故障线路接地保护的灵敏度，有时还会造成漏电保护装置的误动作。故此，应将电缆终端接线盒的接地线穿过零序电流互感器的铁心，使铠装电缆外皮流过的零序电流，再经接线盒的接地线穿过零序电流互感器，从而使穿过互感器的电缆外皮中流过的零序电流和为零，防止引起漏电保护的误动作。接线如图5所示。

钱家营矿井下高爆开关采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保护器，CZB1保护器中配置了两段式零序过流（漏电）保护，并且可以带方向。

两段保护主要是为了实现先告警后跳闸。漏电告警可以用很小的定值用于告警，漏电保护可以设以较大的定值，并且设置投跳闸。对于三相对称性很好，几乎不存在不平衡电流的线路，零序I段（即漏电保护）定值按躲过本线路本身的容性电流的2倍整定（2为可靠系数），电缆线路零序电流按经验值0.6 A/km（采区电缆MVV323×35）估算，漏电保护定值为：I0dz I=k×0.6×L;k为可靠系数取2，L为电缆线路的公里数;

零序II段（即漏电告警）定值按躲过本线路本身的容性电流的1.2倍整定，漏电告警定值为：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序过流保护可以投方向。接地线路的零序电流由线路流向母线，而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。由于井下采掘工作面的不断延伸，采区线路大多较长，电缆电容电流较大，重要负荷如局部通风机、排水泵等负荷较多，要求必须采用选择性漏电保护。多次单相接地事故表明投入零序功率方向保护后将大大提高保护的可靠度，及时的发现故障点，减少大面积掉电的事故。因此对钱家营矿井下CZB1保护器投入零序功率方向。

3 结语

《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20 A。钱家营矿采用调容式消弧线圈跟踪补偿装置，消除单相接地电容电流。对中性点经消弧线圈补偿的供电系统，单相接地时非故障线路开关所测零序电流特性与中性点不接地系统相同，而故障线路开关所测零序电流的大小和方向与消弧线圈的补偿电流有关。由于钱家营矿采用自动跟踪补偿的消弧线圈，接近于全补偿状态。因此故障线路开关所检测到的零序电流不一定大于其本身线路的对地电容电流，且方向也与补偿度有关。当线路绝缘降低受潮瞬时接地时，对故障线路的判断将出现困难，尤其对短线路非金属性接地时可能出现开关拒动现象，实际运行中对于采区开关可以根据经验适当减小零序电流动作值，通过改造后两年的使用情况来看，保护器动作基本可靠。同时可以对保护器进行改造，探讨在保护器或选线装置中引入零序导纳分析法进一步确认故障线路，消除变压器中心点经消弧线圈接地带来的保护器误动作现象。

参考文献

[1] 宋红卫.煤矿井下高低压保护定值整定分析[J].工矿自动化，2012（7）.

[2] 李光琦.电力系统暂态分析[M].3版.中国电力出版社，2007（1）.endprint

摘 要：该文研究了钱家营矿井下6 kV漏电保护系统的应用，通过对中性点不接地电网发生漏电故障时零序特征分量的分析，结合钱家营矿井下高爆开关的微机综合保护器工作特性，提出了煤矿井下6 kV高压供电系统漏电保护的方法及定值整定，较好的解决了钱家营矿井下6 kV高压供电系统选择性漏电保护的难题。

关键词：漏电保护  零序电压  零序电流

中图分类号：TM76    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

随着煤矿现代化程度的不断提高，井下高压供电线路的不断增加，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性的要求越来越高。所谓漏电，就是指三相电网中的任一相导线经电阻与地或地线相接：而单相接地是指任一相导线直接与地或地线相接，又称金属性接地。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、煤尘的爆炸等等，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，安全可靠的漏电保护系统对井下安全供电具有重要意义。

1 中性点不接地系统单相接地时零序特征分析

我国《煤矿安全规程》严格规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地;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。因此，中性点不接地系统单相接地时零序特征分析尤为重要。

正常运行情况下，各相对地有相同的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前电压90°的电容电流流入地中，并三相电容电流之和为零，中性点对地无电压，因为电容电流很小，其在线路上产生的电压降可以忽略不计，故可以认为各相电压均与各相电势相等。电压、电流向量图如图1所示。

发生单相（例如A相）金属性接地时，若忽略较小的电容电流产生的电压降，则电网中各处故障相的对地电压都变为零。于是A相对地电容被短接，只有B相和C相对地电容中还存在电流，此时中性点对地电压上升为相电压，非故障相的对地电压变为线间电压（升高倍）。由于相电压和电容电流的对称性已破坏，因而出现了零序电压和零序电流，零序电压为故障相正常电势的三倍，故障点的零序电流是正常运行时每相对地电容电流的三倍，其相位落后于零序电压90°。电压、电流向量图如图2所示。

2 零序电压、电流的测量与定值的整定

零序电压主要是通过三相五线柱式变压器开口三角形实获取的，向量图如图3所示。

左边矢量图表示开口三角形互感器的一次侧电压矢量图，右边为二次侧矢量图。

UA、UB、UC为相电压;UAd、UBd、UCd为原边相电压;Ua、Ub、Uc为开口三角形互感器的副边电压。图中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd变为线电压UAC和UBC，即变为相电压的倍，UAd和Bd的夹角变为60°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，开口三角电压是相电压的3倍，对于金属性接地而言二次侧电压是100 V，而非金属性接地则小于100 V，钱家营矿根据井下供电系统经验零序电压投入15 V，实际运行中动作灵敏度可靠。

零序电流信号由零序电流互感器取得的。测量原理如图4所示。零序电流互感器有一个环状铁心，套在被保护的电缆上，利用电缆作为一次线圈，二次线圈绕在环状铁心上。根据变压器原理可知，二次线圈中的电流I2正比于一次线圈中的三相电流之和，当未发生漏电时，一次侧三相电流对称，其电流的相量和为零，二次侧无电流输出;当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其电流相量和不为零，二次侧有零序电流输出。

由于井下供电系统主接地与局部接地极通过电缆的地线构成接地网，在发生单相接地时，接地电流不仅可能沿着故障电缆的导电外皮流动，而且也可能沿着非故障电缆外皮流动。这部分电流不仅降低故障线路接地保护的灵敏度，有时还会造成漏电保护装置的误动作。故此，应将电缆终端接线盒的接地线穿过零序电流互感器的铁心，使铠装电缆外皮流过的零序电流，再经接线盒的接地线穿过零序电流互感器，从而使穿过互感器的电缆外皮中流过的零序电流和为零，防止引起漏电保护的误动作。接线如图5所示。

钱家营矿井下高爆开关采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保护器，CZB1保护器中配置了两段式零序过流（漏电）保护，并且可以带方向。

两段保护主要是为了实现先告警后跳闸。漏电告警可以用很小的定值用于告警，漏电保护可以设以较大的定值，并且设置投跳闸。对于三相对称性很好，几乎不存在不平衡电流的线路，零序I段（即漏电保护）定值按躲过本线路本身的容性电流的2倍整定（2为可靠系数），电缆线路零序电流按经验值0.6 A/km（采区电缆MVV323×35）估算，漏电保护定值为：I0dz I=k×0.6×L;k为可靠系数取2，L为电缆线路的公里数;

零序II段（即漏电告警）定值按躲过本线路本身的容性电流的1.2倍整定，漏电告警定值为：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序过流保护可以投方向。接地线路的零序电流由线路流向母线，而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。由于井下采掘工作面的不断延伸，采区线路大多较长，电缆电容电流较大，重要负荷如局部通风机、排水泵等负荷较多，要求必须采用选择性漏电保护。多次单相接地事故表明投入零序功率方向保护后将大大提高保护的可靠度，及时的发现故障点，减少大面积掉电的事故。因此对钱家营矿井下CZB1保护器投入零序功率方向。

3 结语

《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20 A。钱家营矿采用调容式消弧线圈跟踪补偿装置，消除单相接地电容电流。对中性点经消弧线圈补偿的供电系统，单相接地时非故障线路开关所测零序电流特性与中性点不接地系统相同，而故障线路开关所测零序电流的大小和方向与消弧线圈的补偿电流有关。由于钱家营矿采用自动跟踪补偿的消弧线圈，接近于全补偿状态。因此故障线路开关所检测到的零序电流不一定大于其本身线路的对地电容电流，且方向也与补偿度有关。当线路绝缘降低受潮瞬时接地时，对故障线路的判断将出现困难，尤其对短线路非金属性接地时可能出现开关拒动现象，实际运行中对于采区开关可以根据经验适当减小零序电流动作值，通过改造后两年的使用情况来看，保护器动作基本可靠。同时可以对保护器进行改造，探讨在保护器或选线装置中引入零序导纳分析法进一步确认故障线路，消除变压器中心点经消弧线圈接地带来的保护器误动作现象。

参考文献

[1] 宋红卫.煤矿井下高低压保护定值整定分析[J].工矿自动化，2012（7）.

[2] 李光琦.电力系统暂态分析[M].3版.中国电力出版社，2007（1）.endprint

摘 要：该文研究了钱家营矿井下6 kV漏电保护系统的应用，通过对中性点不接地电网发生漏电故障时零序特征分量的分析，结合钱家营矿井下高爆开关的微机综合保护器工作特性，提出了煤矿井下6 kV高压供电系统漏电保护的方法及定值整定，较好的解决了钱家营矿井下6 kV高压供电系统选择性漏电保护的难题。

关键词：漏电保护  零序电压  零序电流

中图分类号：TM76    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0075-02

随着煤矿现代化程度的不断提高，井下高压供电线路的不断增加，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性的要求越来越高。所谓漏电，就是指三相电网中的任一相导线经电阻与地或地线相接：而单相接地是指任一相导线直接与地或地线相接，又称金属性接地。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、煤尘的爆炸等等，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，安全可靠的漏电保护系统对井下安全供电具有重要意义。

1 中性点不接地系统单相接地时零序特征分析

我国《煤矿安全规程》严格规定：严禁井下配电变压器中性点直接接地;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。因此，中性点不接地系统单相接地时零序特征分析尤为重要。

正常运行情况下，各相对地有相同的电容，在相电压的作用下，每相都有一超前电压90°的电容电流流入地中，并三相电容电流之和为零，中性点对地无电压，因为电容电流很小，其在线路上产生的电压降可以忽略不计，故可以认为各相电压均与各相电势相等。电压、电流向量图如图1所示。

发生单相（例如A相）金属性接地时，若忽略较小的电容电流产生的电压降，则电网中各处故障相的对地电压都变为零。于是A相对地电容被短接，只有B相和C相对地电容中还存在电流，此时中性点对地电压上升为相电压，非故障相的对地电压变为线间电压（升高倍）。由于相电压和电容电流的对称性已破坏，因而出现了零序电压和零序电流，零序电压为故障相正常电势的三倍，故障点的零序电流是正常运行时每相对地电容电流的三倍，其相位落后于零序电压90°。电压、电流向量图如图2所示。

2 零序电压、电流的测量与定值的整定

零序电压主要是通过三相五线柱式变压器开口三角形实获取的，向量图如图3所示。

左边矢量图表示开口三角形互感器的一次侧电压矢量图，右边为二次侧矢量图。

UA、UB、UC为相电压;UAd、UBd、UCd为原边相电压;Ua、Ub、Uc为开口三角形互感器的副边电压。图中，C相接地，UCd=0，Uc=0;另外，由于UC接地，UAd、UBd变为线电压UAC和UBC，即变为相电压的倍，UAd和Bd的夹角变为60°，UAd和UBd的矢量和是UAd和UB的的倍，因此，开口三角电压是相电压的3倍，对于金属性接地而言二次侧电压是100 V，而非金属性接地则小于100 V，钱家营矿根据井下供电系统经验零序电压投入15 V，实际运行中动作灵敏度可靠。

零序电流信号由零序电流互感器取得的。测量原理如图4所示。零序电流互感器有一个环状铁心，套在被保护的电缆上，利用电缆作为一次线圈，二次线圈绕在环状铁心上。根据变压器原理可知，二次线圈中的电流I2正比于一次线圈中的三相电流之和，当未发生漏电时，一次侧三相电流对称，其电流的相量和为零，二次侧无电流输出;当发生漏电时，一次侧三相电流不对称，其电流相量和不为零，二次侧有零序电流输出。

由于井下供电系统主接地与局部接地极通过电缆的地线构成接地网，在发生单相接地时，接地电流不仅可能沿着故障电缆的导电外皮流动，而且也可能沿着非故障电缆外皮流动。这部分电流不仅降低故障线路接地保护的灵敏度，有时还会造成漏电保护装置的误动作。故此，应将电缆终端接线盒的接地线穿过零序电流互感器的铁心，使铠装电缆外皮流过的零序电流，再经接线盒的接地线穿过零序电流互感器，从而使穿过互感器的电缆外皮中流过的零序电流和为零，防止引起漏电保护的误动作。接线如图5所示。

钱家营矿井下高爆开关采用天地（常州）科技有限公司的CZB1型智能保护器，CZB1保护器中配置了两段式零序过流（漏电）保护，并且可以带方向。

两段保护主要是为了实现先告警后跳闸。漏电告警可以用很小的定值用于告警，漏电保护可以设以较大的定值，并且设置投跳闸。对于三相对称性很好，几乎不存在不平衡电流的线路，零序I段（即漏电保护）定值按躲过本线路本身的容性电流的2倍整定（2为可靠系数），电缆线路零序电流按经验值0.6 A/km（采区电缆MVV323×35）估算，漏电保护定值为：I0dz I=k×0.6×L;k为可靠系数取2，L为电缆线路的公里数;

零序II段（即漏电告警）定值按躲过本线路本身的容性电流的1.2倍整定，漏电告警定值为：I0dz II=k×0.6×L;k取1.2。

零序过流保护可以投方向。接地线路的零序电流由线路流向母线，而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。由于井下采掘工作面的不断延伸，采区线路大多较长，电缆电容电流较大，重要负荷如局部通风机、排水泵等负荷较多，要求必须采用选择性漏电保护。多次单相接地事故表明投入零序功率方向保护后将大大提高保护的可靠度，及时的发现故障点，减少大面积掉电的事故。因此对钱家营矿井下CZB1保护器投入零序功率方向。

3 结语

《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20 A。钱家营矿采用调容式消弧线圈跟踪补偿装置，消除单相接地电容电流。对中性点经消弧线圈补偿的供电系统，单相接地时非故障线路开关所测零序电流特性与中性点不接地系统相同，而故障线路开关所测零序电流的大小和方向与消弧线圈的补偿电流有关。由于钱家营矿采用自动跟踪补偿的消弧线圈，接近于全补偿状态。因此故障线路开关所检测到的零序电流不一定大于其本身线路的对地电容电流，且方向也与补偿度有关。当线路绝缘降低受潮瞬时接地时，对故障线路的判断将出现困难，尤其对短线路非金属性接地时可能出现开关拒动现象，实际运行中对于采区开关可以根据经验适当减小零序电流动作值，通过改造后两年的使用情况来看，保护器动作基本可靠。同时可以对保护器进行改造，探讨在保护器或选线装置中引入零序导纳分析法进一步确认故障线路，消除变压器中心点经消弧线圈接地带来的保护器误动作现象。

参考文献

[1] 宋红卫.煤矿井下高低压保护定值整定分析[J].工矿自动化，2012（7）.

[2] 李光琦.电力系统暂态分析[M].3版.中国电力出版社，2007（1）.endprint