煤矿井下 6/10kV 漏电保护研究 |
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随着煤矿现代化程度的不断提高和井下高压电供电距离的增加，对煤矿井下供电系统的可靠性、安全性和连续性的要求越来越高。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，提前点燃雷管等事故，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，《煤矿安全规程》中规定煤矿井下高压防爆开关中应装设短路、过负荷和漏电保护。现有煤矿高压防爆开关综合保护装置在使用中短路保护和过负荷保护基本上能满足现场需要，但是漏电保护在应用中经常会出现误动或拒动现象。而煤矿供电系统中漏电故障占到 80%以上，并且一些短路故障往往也是由漏电故障发展而成。为此，一些学者对漏电保护进行了研究，提出了零序电流法、零序电流功率方向法、零序电流有功功率方向法、5 次谐波法、导纳法、“注入信号”法等漏电保护方法。
上述这些方法都是利用某变电所所有线路的信号特征设计的，对只能单独利用某一支路的信号特征来实现漏电保护的方法，研究的比较少。因此，对煤矿高压防爆开关的漏电保护进行研究具有重要的现实意义和重大的经济价值。 1 煤矿高压电网漏电故障时零序分量特性分析 根据我国《矿用隔爆型配电装置》的国家专业标准的规定，煤矿高压防爆开关应装设零序电流型漏电保护或零序功率方向型漏电保护，其零序电流的大小可以根据实际情况来整定，动作时间一般在 0.1s 左右或可整定。对零序电流型漏电保护的检测方法为：开关的负荷侧人为在每相对地之间加1μF 电容，然后在每相上进行漏电实验。对零序功率方向型漏电保护的检测方法为，开关的电源侧人为在每相对地之间加1μF 电容，然后在每相上进行 漏电实验。由上可见，零序电流型漏电保护的选择性靠整定零序电流的大小来实现选择性；零序功率方向型漏电保护由零序电容电流的方向和大小来实现选择性。而现今煤矿 6kV 供电系统中性点接地方式主要有两种，一种为中性点不接地系统，另一种为中性点经消弧线圈接地系统。并且《煤矿安全规程》上规定，当煤矿 6kV 供电系统的对地电容电流大于 20A时，应采用中性点经消弧线圈接地系统。我国煤矿电网随着电缆长度的不断增加，逐渐从上 世纪 80 年代的中性点不接地系统，改为中性点经消弧线圈接地系统。图 1 为煤矿 6kV 系统第 K 条线路经电阻 R 漏电时的网络图。中当 DL1打开时为中性点不接地系统，当 DL1闭合时为中性点经消弧线圈接地系统，LN 为消弧线圈电感，gN 为预调式消弧线圈所并电导。由于煤矿高压电网的对地绝缘电阻一般较大，因此，各线路对地电阻可以忽略不计。现假设在第 K 个开关的负荷侧发生漏电故障，则流过各个开关的零序电流如下。
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