試論煤礦６ｋＶ高壓選擇性接地保護原理及應用

摘要：該文通過介紹煤礦6kV電網單相接地電容電流分布規律和特點，以及高壓選擇性接地保護技術原理及應用現狀，對煤礦電網形成比較可靠的選擇性接地保護系統進行分析，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：煤礦 高壓 選擇性 接地保護

0 引言

煤礦井下生產條件特殊，電氣設備和電纜易受外力砸壓而使絕緣破壞，從而導致人身觸電、漏電故障，漏電電流會使雷管超前引爆、引起瓦斯煤塵爆炸。因此，煤礦地面變電所和井下中央變電所、采區變電所的高壓饋電線上必須裝設有選擇性的單相接地保護裝置。其作用是在電網發生單相接地故障時，保證電網的安全與設備安全，迅速準確地選出發生單相接地故障的線路，并能發出信號或切除故障線路。

1 煤礦6kV電網分析

1.1 中性點接地方式 中性點接地方式對供電系統的設計、維護、運轉及安全有重大的關系。在系統正常運行時，中性點對地電壓為零，接地線上無電流。當發生一相接地時，隨著接地方式不同，電壓和電流差別很大。煤礦6kV電網采用中性點不接地方式，其單相接地電流由電網對地電容決定。由于供電距離較短、分布電容較小，故障電流很小，不易發生接地點電弧燃燒，但一相接地時，另兩相對地電壓升高3倍，易使絕緣薄弱擊穿，造成二相接地短路。

1.2 單相接地電容電流分析 單相接地電流的數值等于三相對地電容電流之和，相位落后于接地相電壓90°，超前零序電壓90°。當6kV電網支路多，電纜線路長時，每相分布電容通常達10μF以上，單相接地電流較大。考慮到煤礦安全生產，《煤礦安全規程》規定礦井高壓電網單相接地電容電流應小于20A，否則，必須采取限制措施。

1.3 6kV電網單相接地電容電流分布特點 電網單相接地電容電流分布特點為：①非故障支路流過的電流為本支路的電容電流，其方向為從母線流向支路，超前零序電壓90°。②故障支路電流是其他所有非故障支路電容電流之和，方向為從支路流向母線，滯后零序電壓90°。③流過故障支路的電容電流可能比任一條支路自身的電容電流均大。

2 高壓選擇性接地保護裝置類型及應用

2.1 裝置原理、類型

2.1.1 零序電流型 原理是電網故障支路流過的零序電流大于任一支路自身的零序電流，接地故障出現時，比較各支路零序電流，輸出最大的支路即為故障支路。實際應用中，為防止誤動或拒動，零序電流要大到一定值時才能動作，既要大于本支路自身電容電流，防止誤動，又要保證本支路接地時一定要動作。此類保護裝置適用于井下采區變電所，不宜在地面變電所應用。

2.1.2 零序功率方向型 原理是在電網發生接地故障后產生零序電壓和零序電流，當零序電壓和零序電流達到設定值時啟動保護裝置，相敏電路利用非故障支路零序電流超前零序電壓90°，故障支路零序電流滯后零序電壓90°特點，比較各支路零序電流和零序電壓的相位關系，確定故障支路，使保護裝置動作，實現選擇性。

2.1.3 諧波電流方向型 采用比較諧波大小及其相位關系的原理實現選擇性。在電網發生接地故障后，零序電壓和零序電流中均含有一定量的諧波，各次諧波在大小和相位關系上仍遵循前述特點。通過計算機技術對諧波進行分析、對比，即可選出故障支路。

2.2 現場應用

2.2.1 地面變電所、井下中央變電所多數采用零序功率方向型裝置，形成從地面到井下中央變電所的二級接地保護系統。應用效果較好的有獲國家專利新型GLJ—B型高壓漏電檢測裝置，用于6 kV中性點不接地供電系統，配置專用高靈敏零序電流互感器，零序電壓信號取自母線段電壓互感器開口三角aD端子，采用零序電壓、電流相位比較電路及零序電流幅值比較電路鑒別接地線路。當供電線路發生單相接地時，即迅速準確地自動顯示出故障線路，同時發出聲、光信號。

2.2.2 采區變電所高壓隔爆開關型號、類型較多，尚未形成系統配套的選擇性接地保護裝置。PB2、PB3改進型開關采用零序電流型接地保護裝置，BGP36、BPZ型等高爆開關采用功率方向型保護裝置。

3 選擇性接地保護裝置的裝設與配套建議

3.1 對于不同接地方式的煤礦高壓電網，選擇性高壓接地保護裝置的選擇性功能必須與接地方式相適應。

3.2 電網采用消弧線圈進行完全補償、過補償、欠補償后，地面變電所、井下變電所的選擇性接地保護應采用諧波電流方向型接地保護裝置。理論分析證明經消弧線圈補償后零序電流型、功率方向型選擇接地保護裝置無法實現選擇性保護。

3.3 選擇性高壓接地保護系統結構應采取地面變電所、井下中央變電所、采區變電所三級保護系統，便于發現故障線路并及時切除故障線路。

3.4 地面變電所選擇接地保護應動作于信號，井下中央變電所動作于信號，采區變電所應動作于瞬時掉閘。

3.5 為保證保護裝置穩定的性能，與保護裝置配套的零序電流互感器，應保證保護裝置對其特性質量和穩定性的要求，并應注意改善零序電流互感器的工作條件，防止誤動和拒動。

4 結語

隨著電壓選擇性接地保護技術的發展，與煤礦電網配套的新型接地保護裝置會得到廣泛應用，將從井上到井下采區形成比較可靠的高壓選擇性接地保護系統，確保煤礦供電安全、可靠。