煤礦供電系統中性點接地方式及接地保護的研究

摘要：隨著現代化煤礦配電網規模的增大，五陽煤礦用電量近年來呈快速增長趨勢，用電需求逐年增加，電力系統對于五陽煤礦的發展起著舉足輕重的作用。為了使電網安全穩定運行，本文結合五陽煤礦的實際情況，針對35kV和6kV電網中性點不接地系統，研究分析單相接地電流測量方法和中性點接地方式。

關鍵詞：中性點不接地系統單相接地故障電容電流

0 引言

當前，國內煤礦產能提高幅度很大，但地質條件趨于復雜，為保證安全高效生產，對礦井供電可靠性、供電質量的要求很高。在現代化煤礦中，隨著配電網規模的增大，因其大部分為電纜供電，單相接地電容電流值也在增大，隨著接地運行時間的不斷加長，容易發生短路故障，再加上井下施工環境惡劣，導致高壓電纜單相接地故障時有發生，給人民的生命財產安全帶來重大威脅。

1 測量單相接地電流

1.1 測量電流的方法 測量單相接地電流時，通常情況下附加電源測量法，該測量方法只能對工頻下的絕緣參數進行間接地反映[1]；對于交流伏安法、中性點位移電壓法、諧振測量法三種測量方法是對電網的實際絕緣參數進行反映。本次測試采用更加安全可靠的新方法，即單相經電阻接地的間接測量方法。（見圖1）

圖1中C為對地電容、r為絕緣電阻

通過采用單相經電阻接地的方法，進一步確保了試驗的安全性，電網中任何一相（以A相為例）如圖1所示，導線通過附加電阻R與電流表A組成的串聯電路與大地相連。其中，R的取值范圍在500~1000Ω之間，A控制在幾安培，通過一系列計算，求出接地電流。電網的單相接地電流是由電網總的對地零序電流之和共同構成的，由相應的知識可知零序電流與零序電壓成正比關系[2]。因此，根據公式（1），如果能夠測量出單相經電阻接地時兩端的零序電壓，便可能得到直接接地電流。

I■=■×I■ （1）

其中，I■——電網單相直接接地電流。I■——電網單相經電阻接地的電流。U■——電網單相經電阻接地時的二次零序電壓。100——電網單相直接接地時的二次零序電壓（100V）。

根據公式（1），在測得電源相電壓、電流以及零序電壓，即可求得單相接地電流。該方法簡單、安全、可靠性高[3]。

通常情況下，借助電壓互感器對電網相電壓與零序電壓進行測量，進而確保測量的安全性。根據實際的測量需要，對公式（1）進行改寫:

IE=■I■（2）

U■——電壓互感器二次線電壓

根據數學模型可以進一步計算對地絕緣電阻r和對地電容C。

1.2 單相接地電流測量具體內容

1.2.1 測量電容電流。針對五陽礦供電系統具體情況，采用不同電壓等級的電阻箱對35kV和6kV變電所分別進行35kV系統和6kV系統的電容電流測量。具體如下：①采用35kV接地電阻箱在五陽工業廣場35kV變電所以及南豐35kV變電所35KVI段II段在母聯斷開時分別進行電容電流測量。②采用6kV接地電阻箱在母聯斷開時對五陽工業廣場35kV變電所6kVI段II段分別進行電容電流測量及母聯閉合時對五陽工廣區6kV系統整個電容電流的測量。③采用6kV接地電阻箱在母聯斷開時對五陽新井開閉所6kVI段II段分別進行電容電流測量及母聯閉合時對五陽新井開閉所6kV系統整個電容電流的測量。④采用6kV接地電阻箱在母聯斷開時對五陽南豐35kV變電所6kVI段II段分別進行電容電流測量及母聯閉合時對五陽南豐35kV變電所6kV系統整個電容電流的測量。

1.2.2 測量電流的方法和步驟。在測量單相接地電流的過程中，為了保證測量的安全性，在實際測量過程中，通過采用電壓互感器對電網線電壓與零序電壓進行測量。接線圖如圖2所示。借助電壓互感器（TV）和隔離開關（Q）與斷路器（QF），將附加電阻與電流表接入電路中，將電壓表分別接在電壓互感器二次星形和開口三角處，分別量出I■、U■、U02。

測量方法和步驟[4][5]：①分別測量出電網正常運行的相電壓和線電壓。②在變電所6～10kV電網中選擇接地測量點。③在確保安全的前提下，選擇阻值大小合適的電阻，與電流表串聯后接入電網的任何一相與地之間，然后讀取電流表的示數。④在與步驟3進行同步操作時，測量零序電壓值和接地相對地電壓值。⑤斷開斷路器與隔離開關。

公式（1）帶入相應的數值，即可計算接地電流。

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1.3 測試的注意事項 在計算對地電流，測量相關數據的過程中，需要注意以下幾點內容：①接線情況由負責人員進行檢查。②對電阻箱進行接線時確保其牢固性。③擔任開關操作的人員要具備豐富操作經驗。④測量現場的安全檢查及警戒由專人負責。⑤選用空閑線路進行實驗。

2 中性點接地方式及接地保護分析與研究

2.1 選擇接地方式 根據國標（DL/T620～1997）規定，結合實際情況選擇合適的接地方式，當符合下列條件時，其接地方式應選擇消弧線圈方式。

2.1.1 3kV～10kV架空線路系統由鋼筋混凝土或金屬桿塔構成，以及所有35kV、66kV系統，10A。

2.1.2 3kV～10kV架空線路系統由非鋼筋混凝土或非金屬桿塔構成的，相應的電壓、電流為：①3kV和6kV時，30A。②10kV時，20A。③3kV～10kV電纜線路構成的系統30A。

綜上所述，只有熟悉單相接地電流的各種情況，進而在一定程度上確保礦井安全、平穩、有序地運行。

2.2 選線原理 結合小電流接地電網接地故障時的特征，選線原理為[6]：①零序過電流原理。單相接地時，故障線路的零序電流是其它非故障線路的電流之和，對于非故障線路來說其零序電流為自身的電容電流。②零序無功功率方向型原理。發生接地故障時，按照支路零序無功電流與正常支路方向相反的原理進行選線。該原理為基波原理，在中性點不接地系統得到廣泛使用。③五次諧波原理。單相接地時，5次諧波容性電流分布與中性點不接地系統中基波容性電流幾乎相同，接地選線據此進行。④零序有功功率方向型原理。根據消弧線圈在實現全補償時需要并聯或串聯的阻尼抑制諧振，該阻尼在接地時產生的有功電流僅流過接地支路來實現選線。⑤注入法原理。通過運行中的電壓互感器向接地線注入信號，利用信號尋蹤原理，實現接地選線。⑥首半波原理。根據單相接地瞬間，故障線路暫態零序電流第1個周期的首半波與非故障線路相反的特點構成。⑦綜合法。由于小電流接地系統的特殊性，依靠一種原理而在各種故障條件下正確選線是不切實際的。

綜上所述，針對煤礦接地保護的配置情況，根據中性點接地方式的規劃，分析研究接地保護的選擇性能否滿足要求，并制定相應整改方案，對電網安全運行具有重要意義。

3 結論

通過對35kV和6kV高壓電網中性點不接地系統，單相接地電流測量方法以及中性點接地方式及接地保護進行分析與研究，實現從系統角度對煤礦供電系統供電質量及可靠性進行分析與安全評價，指出可能存在的薄弱環節，為進一步改造或擴容提供政策和建議，進而提高供電系統可靠性，確保煤礦安全生產。

參考文獻：

[1]趙富強.中性點接地系統單相接地電容電流的測量[J].電氣時代，2000(11).

[2]張智軍.10kV接地系統電容電流測試方法的探討[J].東北電力技術，2004(11).

[3]李景祿，周羽生.配電網電容電流測量結果異常的分析[J].高電壓技術，2002(08).

[4]陳海昆.電力系統電容電流的測量與補償[J].華東電力，2001(03).

[5]朱喆，饒強.配網電容電流測量的新方法[J].廣西電業，2005(01).

[6]張慧芬.配電網單相接地故障檢測技術研究[D].山東大學，2006.

作者簡介：

郭楊（1982-），男，滿族，河北保定人，中共黨員，助理工程師。