煤礦供配電網自動補償消弧線圈的應用

孫廣友

山東單縣供電公司綜合部，山東菏澤 274300

煤礦供配電網自動補償消弧線圈的應用

孫廣友

山東單縣供電公司綜合部，山東菏澤 274300

本文蛀牙對配電網中消弧線圈的工作原理，選擇消弧線圈的方法、自動調諧方式的實現等方面進行了探討。

配電系統；消弧線圈；接地變壓器；運行方式

《煤礦安全規程》第457條規定“礦井高壓電網必須采取措施限制單相接地電容電流不得超過20A。”目前，煤礦生產過程中大多采用10kV中性點不接地供配電系統，而且供配電系統中多采用電纜饋出線路，隨著礦井的延深和開采，電纜饋出線路不斷增加延長，導致了對地電容電流的不斷增大，主要有以下3方面的危害：

1）當供配電網發生單相接地故障時，接地電流較大產生弧光過電壓，一般為相電壓的5倍以上。給整個供電系統絕緣造成的很大的危害甚至使絕緣薄弱地點放電擊穿，引起設備損壞和停電事故；

2）接地電流的增大有可能造成相間短路，損壞設備、造成用戶停電；

3）電容電流流入大地后形成較強的雜散電流該電流有可能引起火花放電，引燃瓦斯、煤塵爆炸，也可能引起井下雷管的先期引爆等事故。

如何解決上述供配電系統中存在的電容電流，最有效的方法是在中性點與地之間串接一個電抗器，通常我們稱之為消弧線圈裝置。

1 消弧線圈的分類

目前我們國家主要有3種調節電容電流的補償消弧線圈：

1）調間隙式消弧線圈；

2）調匝式消弧線圈；

3）偏磁式自動補償消弧線圈。

3種調節方式的消弧線圈相比較，偏磁式消弧線圈的調節范圍大、調節速度快。煤礦是特殊的作業環境而且供配電系統復雜，確保礦井供電安全可靠非常重要，因而常采用偏磁式消弧線圈補償調節方式。

2 消弧線圈的工作原理

消弧線圈的作用就是在電網發生單相接地故障后提供一電感電流來補償接地電容電流，使接地電流減小，并且使故障相接地電弧兩端的恢復電壓速度降低、達到熄滅電弧、減小對設備的損壞和短路事故的發生的目的。

動態自動補償消弧線圈系統的構成：主要有接地變壓器、偏磁式消弧線圈、勵磁電源及帶小電流接線選線功能的自動控制裝置組成。

工作原理：消弧線圈是一個帶有分段鐵芯可調電感線圈附加直流勵磁磁化鐵芯。運用伏安特性不飽和性，改變鐵芯的磁導率實現電感量的連續變化。附圖1三相平衡系統中C相接地故障進行分析，設GX、LX分別表示為消弧線圈的電導和電感；ga、gb、gc分別表示為三相對地電導；ca、cb、cF分別為三相對地電容。圖2為發生單相接地故障電流等效電路圖Id表示接地點d的接地電流、Ic表示電網的電容電流、IL表示消弧線圈的補償電流，因為消弧線圈是一個感性元件，所以相量圖中Ic和IL為方向相反的電流,根據以上分析可得出Id的數值

圖1 單相接地故障示意圖

圖2 單相接地系統等效電路圖

當Id＝0時，電網電容電流全部被消弧線圈補償。

工程上常用脫諧度v描述調諧程度

當v=0時為全補償，當v＞0時為欠補償、當v＜0時為過補償。從發揮消弧線圈的作用上來說，脫諧度越小越好，最佳是處于全補償狀態即調至原點上。但在供電系統正常運行時，小脫諧度的消弧線圈會產生諧振過電壓，過電壓會給整個供電系統帶來危害。因而要求當發生單相接地時，希望消弧線圈的脫諧度越小越好，當供電系統正常運行時脫諧度越大越好。

式中UO為中性點不對稱電壓，V為電網脫諧度，D為阻尼。

由公式可以得出：電壓的大小取決于電網消弧線圈的脫諧度和阻尼電阻，《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中規定“消弧線圈接地系統在正常運行情況下中性點電壓不應超過系統相電壓的15%”如何實現上述指標采用增加電網阻尼率的方法有一定的局限性。

煤礦廣泛應用偏磁式自動補償消弧線圈，通過改變鐵芯磁化段磁通的大小來調節交流磁導實現電感量的連續調整。公式（3）IL的變化情況實現調諧度的調整。

3 消弧線圈容量的選擇

一般情況下消弧線圈的容量根據系統單相接地電容電流的大小確定并允許有一定的富裕系數。消弧線圈的容量A＝1.35IcUn（5）

式中A為消弧線圈的容量，Un為電網系統標稱電壓，Ic對地電容電流

4 接地變壓器的選擇

在煤礦10kV供電系統中電源變壓器都是三角形接線無中性接點引出，因三相式配電變壓器將中性點引出，在中性點接消弧線圈達到安全和可靠，接地變壓器只做為消弧線圈補償，在特殊情況下也可要以滿足部分動力和照明之需，煤礦企業一般不采用混合供電方式。

接地變壓器容量選擇應和消弧線圈的容量相匹配，當只作為消弧線圈的補償時接地變壓器和消弧線圈容量相等，當接入部分負荷時，接地變壓器的容量應大于消弧線圈的容量，應包含所帶的負荷的大小。

5 消弧線圈的自動調諧

煤礦企業供配電網復雜而且負荷的變化比較頻繁，需要消弧線圈的補償電流隨著電網的變化而變化，并且實現自動調整。那么實現消弧線圈的自動跟蹤調諧補償非常必要。

最理想的消弧線圈是能實現監測電網電流大小，在發生單相接地能瞬時自動調節電感電流，達到完全補償電容電流，使接地殘流的基波的無功分量為零。自動補償消弧線圈在電網系統正常時應處于最佳補償狀態，即在諧振點調諧度控制允許的范圍之內。

目前，煤礦常用的小電流選線裝置和零序電感器相配合方式達到自動跟蹤補償功能，同時選線裝置及時發現是哪條饋出線路發生故障，為準確的消除故障提供了依據，減少故障時間和故障影響范圍。此技術非常成熟很有發展前景。

TU7

A

1674-6708（2010）22-0156-02

孫廣友，工程師，現任單縣供電公司工程技術部主任，負責公司安全生產技術管理工作