電網(wǎng)接地電容電流治理技術(shù)應(yīng)用研究

魏志杰 王建民

(1.華北電力大學(xué),河北省保定市,071000;2.冀中能源邯礦集團(tuán)公司云駕嶺礦,河北省武安市,056301)

電網(wǎng)接地電容電流治理技術(shù)應(yīng)用研究

魏志杰1王建民2

(1.華北電力大學(xué),河北省保定市,071000;2.冀中能源邯礦集團(tuán)公司云駕嶺礦,河北省武安市,056301)

針對(duì)云駕嶺礦高壓電網(wǎng)單相接地電容電流超過(guò)20 A的現(xiàn)狀,采用消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償,有效抑制了電弧接地過(guò)電壓及電網(wǎng)次生事故的發(fā)生,保證了礦井供電及人身安全。

高壓電網(wǎng) 電容電流 治理

邯礦集團(tuán)云駕嶺煤礦6 kV高壓供電電網(wǎng)在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn),其單相接地電容電流高達(dá)39.28 A,不符合《煤礦安全規(guī)程》第457條規(guī)定的礦井高壓電網(wǎng)必須采取措施限制單相接地電容電流不超過(guò)20 A的要求,煤礦井下高壓電網(wǎng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)單相接地故障,這對(duì)礦井的安全威脅很大,基于對(duì)煤礦安全和提高供電質(zhì)量的考慮,云駕嶺礦決定對(duì)礦井供電電網(wǎng)單相接地電容電流進(jìn)行治理,對(duì)云駕嶺煤礦6 kV中性點(diǎn)不接地高壓電網(wǎng)的單相接地電容電流進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償,使接地故障點(diǎn)的殘余無(wú)功電流減少到5 A以下,可以有效地抑制電弧接地過(guò)電壓,減少單相接地故障引發(fā)短路故障。

1 XBSG型自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置的工作原理

云駕嶺礦結(jié)合實(shí)際和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合開發(fā)研究了XBSG型自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置,將接地變壓器與消弧線圈有機(jī)地結(jié)合為一體,由三相五柱消弧線圈、低壓電抗器,阻尼電阻箱,控制器及附件組成,接線方案如圖1所示。

圖1 XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈工作原理圖

其中三相五柱消弧線圈有5個(gè)鐵芯柱,中間3個(gè)鐵芯柱繞有高低壓線圈,邊柱上沒(méi)有線圈,高壓繞組采用星形聯(lián)結(jié),高壓側(cè)接電網(wǎng)A、B、C相,星點(diǎn)接地,低壓繞組采用開口三角形聯(lián)結(jié),開口通過(guò)可控硅接通小型電抗器L1、L2,通過(guò)接觸器接通阻尼電阻。在電網(wǎng)正常工作時(shí),加在三相五柱消弧線圈上的電壓僅為正序,大小相等,相位互差120°,矢量和為零,即消弧線圈星形聯(lián)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有電流入地,正序磁通在中間3個(gè)柱之間流通,不流經(jīng)邊柱,由于中間3個(gè)柱沒(méi)有氣隙,磁阻很小,正序阻抗很大,正序電流很小,其值相當(dāng)于變壓器的空載電流。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí),加在三相五柱消弧線圈上的電壓分解為正序分量和零序分量,電網(wǎng)有零序電壓產(chǎn)生,零序電壓產(chǎn)生的零序電流流入三相高壓繞組,所產(chǎn)生的零序磁通大小相同,方向相同,通過(guò)氣隙,與兩邊的邊柱形成通道,通過(guò)改變磁路氣隙的大小,可以改變零序電感值,進(jìn)而改變消弧線圈固定補(bǔ)償部分的電感電流。

低壓繞組采用開口三角形聯(lián)結(jié),在電網(wǎng)正常工作時(shí),開口電壓僅為系統(tǒng)不平衡產(chǎn)生的不平衡電壓,當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),該開口反映零序電壓,利用可控硅接通小型電抗器L1、L2,控制器通過(guò)調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角,調(diào)節(jié)三相五柱消弧線圈副邊電感電流的大小,即可改變?cè)叺碾姼须娏鞯拇笮?實(shí)現(xiàn)消弧線圈電感電流的自動(dòng)調(diào)節(jié),通過(guò)對(duì)電網(wǎng)電容電流的實(shí)時(shí)跟蹤,自動(dòng)調(diào)節(jié)電感電流,實(shí)現(xiàn)消弧線圈的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

低壓繞組的開口電壓上經(jīng)過(guò)接觸器的接點(diǎn)KM接通阻尼電阻RL,在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),該電阻增加了電網(wǎng)的阻尼率,可限制全補(bǔ)償時(shí)出現(xiàn)諧振過(guò)電壓,同時(shí)起到PT消諧作用,在電網(wǎng)發(fā)生接地故障后,2 s內(nèi)控制器自動(dòng)切除該阻尼電阻,進(jìn)一步減小單相接地點(diǎn)的殘流,當(dāng)單相接地故障消除時(shí),控制器自動(dòng)投入該阻尼電阻,防止諧振。

2 自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置的功能特點(diǎn)

(1)干式結(jié)構(gòu)、單柜室內(nèi)安裝,將接地變壓器與消弧線圈合為一體,柜型可與原來(lái)的高壓柜配套,減小了體積,安裝維護(hù)方便。

(2)預(yù)補(bǔ)償方案,可控硅調(diào)節(jié)電流,無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部分,可做到0 ms投入全補(bǔ)償,對(duì)瞬間性接地故障或?qū)嵔拥毓收暇鸬窖a(bǔ)償作用,可有效抑制電網(wǎng)操作過(guò)電壓,減小接地故障引起的二次故障發(fā)生幾率。

(3)無(wú)檔調(diào)節(jié)技術(shù),補(bǔ)償后接地點(diǎn)無(wú)功殘流可小于5 A。

(4)實(shí)時(shí)跟蹤顯示電網(wǎng)電容電流值、電網(wǎng)電壓值、電網(wǎng)零序電壓值,具有補(bǔ)償狀態(tài)指示,100次補(bǔ)償記憶,100次故障記憶。

(5)具有“四遙功能”和RS485通信接口,便于接入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

(6)可以根據(jù)設(shè)定的脫諧度實(shí)現(xiàn)欠補(bǔ)、全補(bǔ)或過(guò)補(bǔ)運(yùn)行,也可以用手動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行固定補(bǔ)償。

3 裝置的應(yīng)用情況

考慮到試驗(yàn)的安全性和準(zhǔn)確性,采用電網(wǎng)單相經(jīng)電阻接地的方法,接地電阻RJD選用500～1000 Ω,接地電流可以控制在幾安培,通過(guò)理論計(jì)算可以求出電網(wǎng)單相接地時(shí)的電流。經(jīng)試驗(yàn)該XBSG型自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置補(bǔ)償電網(wǎng)單相直接接地的接地殘流為2.87 A,接入消弧線圈后,電網(wǎng)單相直接接地電流的基波無(wú)功分量均不大于5 A,有效地抑制電弧接地過(guò)電壓,極大地減少單相接地故障引發(fā)短路的事故。

以對(duì)高壓電網(wǎng)進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償,可控硅調(diào)節(jié)電流,可做到0 ms投入全補(bǔ)償,對(duì)瞬間性接地故障或?qū)嵔拥毓收暇鸬窖a(bǔ)償作用,可有效抑制電網(wǎng)操作過(guò)電壓,減小接地故障引起的二次故障發(fā)生幾率。

有效地抑制了電弧接地過(guò)電壓,接地后接地點(diǎn)可以自行熄弧,可以有效避免礦井高瓦斯地區(qū)引燃瓦斯發(fā)生的幾率,保證了礦井及人身安全。

該裝置具備完善的零序電壓、零序電流、五防閉鎖等保護(hù)功能,能保證裝置本身的安全運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

消弧線圈消除電網(wǎng)單相接地電容電流是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù),XBSG系列自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈突破了傳統(tǒng)消弧線圈的結(jié)構(gòu)模式,其獨(dú)特的自動(dòng)跟蹤功能采用嵌入式系統(tǒng)與可控硅技術(shù)相結(jié)合的原理實(shí)現(xiàn),在煤礦高壓電網(wǎng)單相接地電容電流超過(guò)20 A時(shí)對(duì)電網(wǎng)隨機(jī)補(bǔ)償,大大提高了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)高壓電網(wǎng)的供電質(zhì)量,為電網(wǎng)的持續(xù)安全運(yùn)行提供了有力保障,尤其是在煤礦、冶金、化工等特殊行業(yè)的供電電網(wǎng)具有很好的推廣應(yīng)用前景,具有極高的社會(huì)效益。

A research on the application of power grid earthing capacitance current control technology

Wei Zhijie1,Wang Jianmin2

(1.Yunjialing Coal Mine,Jizhong Energy Handan Mining Group Co,Wu’an,Hebei province 056301,China;2.North China Electric Power University,Baoding,Hebei province 071000,China)

Arcing coil based automatic compensation device is used for compensation to solve the question of high voltage power grid single-phase earthing capacitance current surpassing 20A at Yunjialing Coal Mine.This practice effectively prevents the arc earting overvoltage and secondary accidents from the power grid,which ensures safe power supply to the coal mine and personal safety.

high voltage power grid,capacity current,control

TD611

B

魏志杰(1982-),男,漢族,河北魏縣人,現(xiàn)就讀于華北電力大學(xué)。

(責(zé)任編輯 張艷華)