電網接地電容電流治理技術應用研究

魏志杰 王建民

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

電網接地電容電流治理技術應用研究

魏志杰1王建民2

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

針對云駕嶺礦高壓電網單相接地電容電流超過20 A的現狀,采用消弧線圈自動補償裝置進行補償,有效抑制了電弧接地過電壓及電網次生事故的發生,保證了礦井供電及人身安全。

高壓電網 電容電流 治理

邯礦集團云駕嶺煤礦6 kV高壓供電電網在實際測量中發現,其單相接地電容電流高達39.28 A,不符合《煤礦安全規程》第457條規定的礦井高壓電網必須采取措施限制單相接地電容電流不超過20 A的要求,煤礦井下高壓電網經常會出現單相接地故障,這對礦井的安全威脅很大,基于對煤礦安全和提高供電質量的考慮,云駕嶺礦決定對礦井供電電網單相接地電容電流進行治理,對云駕嶺煤礦6 kV中性點不接地高壓電網的單相接地電容電流進行自動跟蹤補償,使接地故障點的殘余無功電流減少到5 A以下,可以有效地抑制電弧接地過電壓,減少單相接地故障引發短路故障。

1 XBSG型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置的工作原理

云駕嶺礦結合實際和中國礦業大學聯合開發研究了XBSG型自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置,將接地變壓器與消弧線圈有機地結合為一體,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系列自動跟蹤補償消弧線圈工作原理圖

其中三相五柱消弧線圈有5個鐵芯柱,中間3個鐵芯柱繞有高低壓線圈,邊柱上沒有線圈,高壓繞組采用星形聯結,高壓側接電網A、B、C相,星點接地,低壓繞組采用開口三角形聯結,開口通過可控硅接通小型電抗器L1、L2,通過接觸器接通阻尼電阻。在電網正常工作時,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,即消弧線圈星形聯結點沒有電流入地,正序磁通在中間3個柱之間流通,不流經邊柱,由于中間3個柱沒有氣隙,磁阻很小,正序阻抗很大,正序電流很小,其值相當于變壓器的空載電流。當電網發生單相接地故障時,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,電網有零序電壓產生,零序電壓產生的零序電流流入三相高壓繞組,所產生的零序磁通大小相同,方向相同,通過氣隙,與兩邊的邊柱形成通道,通過改變磁路氣隙的大小,可以改變零序電感值,進而改變消弧線圈固定補償部分的電感電流。

低壓繞組采用開口三角形聯結,在電網正常工作時,開口電壓僅為系統不平衡產生的不平衡電壓,當發生接地故障時,該開口反映零序電壓,利用可控硅接通小型電抗器L1、L2,控制器通過調整可控硅的導通角,調節三相五柱消弧線圈副邊電感電流的大小,即可改變原邊的電感電流的大小,實現消弧線圈電感電流的自動調節,通過對電網電容電流的實時跟蹤,自動調節電感電流,實現消弧線圈的自動跟蹤補償。

低壓繞組的開口電壓上經過接觸器的接點KM接通阻尼電阻RL,在電網正常運行時,該電阻增加了電網的阻尼率,可限制全補償時出現諧振過電壓,同時起到PT消諧作用,在電網發生接地故障后,2 s內控制器自動切除該阻尼電阻,進一步減小單相接地點的殘流,當單相接地故障消除時,控制器自動投入該阻尼電阻,防止諧振。

2 自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置的功能特點

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

(2)預補償方案,可控硅調節電流,無機械傳動部分,可做到0 ms投入全補償,對瞬間性接地故障或實接地故障均起到補償作用,可有效抑制電網操作過電壓,減小接地故障引起的二次故障發生幾率。

(3)無檔調節技術,補償后接地點無功殘流可小于5 A。

(4)實時跟蹤顯示電網電容電流值、電網電壓值、電網零序電壓值,具有補償狀態指示,100次補償記憶,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化系統。

(6)可以根據設定的脫諧度實現欠補、全補或過補運行,也可以用手動運行進行固定補償。

3 裝置的應用情況

考慮到試驗的安全性和準確性,采用電網單相經電阻接地的方法,接地電阻RJD選用500～1000 Ω,接地電流可以控制在幾安培,通過理論計算可以求出電網單相接地時的電流。經試驗該XBSG型自動跟蹤補償消弧裝置補償電網單相直接接地的接地殘流為2.87 A,接入消弧線圈后,電網單相直接接地電流的基波無功分量均不大于5 A,有效地抑制電弧接地過電壓,極大地減少單相接地故障引發短路的事故。

以對高壓電網進行預補償,可控硅調節電流,可做到0 ms投入全補償,對瞬間性接地故障或實接地故障均起到補償作用,可有效抑制電網操作過電壓,減小接地故障引起的二次故障發生幾率。

有效地抑制了電弧接地過電壓,接地后接地點可以自行熄弧,可以有效避免礦井高瓦斯地區引燃瓦斯發生的幾率,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、五防閉鎖等保護功能,能保證裝置本身的安全運行。

4 結語

消弧線圈消除電網單相接地電容電流是一項比較成熟的技術,XBSG系列自動跟蹤補償消弧線圈突破了傳統消弧線圈的結構模式,其獨特的自動跟蹤功能采用嵌入式系統與可控硅技術相結合的原理實現,在煤礦高壓電網單相接地電容電流超過20 A時對電網隨機補償,大大提高了中性點不接地系統高壓電網的供電質量,為電網的持續安全運行提供了有力保障,尤其是在煤礦、冶金、化工等特殊行業的供電電網具有很好的推廣應用前景,具有極高的社會效益。

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,現就讀于華北電力大學。

(責任編輯 張艷華)