淺析消弧線圈對礦井井下漏電保護的影響

摘 要：中性點經消弧線圈接地是目前礦井高壓供電的主要中性點接地方式。本文通過分析中性點加裝消弧圈接地后引起的零序電流的變化和常規高壓漏電保護原理，指出礦井井下常規高壓漏電保護不適用于中性點經消弧圈接地系統，并推薦一種新型高壓漏電保護裝置。

關鍵詞：礦井;高壓;消弧線圈;漏電保護

0 引言

“礦井6000V及以上高壓電網必須采取措施限制單相接地電容電流，生產礦井不超過20A，新建礦井不超過10 A”[1]，而“限制單相接地電容電流的有效措施是將中性點不接地方式改為中性點經消弧線圈接地方式，采用電感電流抵消電容電流”[2]。

在很長一段時間內，礦井高壓中性點經消弧線圈接地系統的漏電故障給供電系統運行和事故分析造成很大的困惑，更沒有適用中性點經消弧線圈接地系統漏電保護新原理的應用，以至目前礦井高壓漏電保護誤動和拒動現象嚴重。分析消弧線圈對礦井井下高壓漏電保護的影響，采用一種適用于礦井中性點經消弧線圈接地系統的新型高壓漏電保護裝置，是十分必要的。

1 中性點經消弧線圈接地系統漏電特性

消弧線圈的作用：中性點不接地系統發生間歇性漏電故障時，漏電點產生間歇性電弧，系統產生弧光過電壓，間歇電弧破壞漏電點非漏電相絕緣，弧光過電壓擊穿系統絕緣薄弱點，均會造成兩相短路。系統電容是造成間歇性電弧和弧光擊穿事故的根本原因，為此相關規程規范要求“必須采取措施限制單相接地電容電流”。消弧線圈的電感電流和電容電流反向，以達到補償系統電容電流的目的。

漏電特性：中性點經消弧線圈接地系統發生漏電時，非故障支路零序電流和中性點不接系統一樣，大小等于本支路電容電流，相位滯后零序電壓90°。故障支路零序電流除了有系統零序電流之外增加了消弧線圈的電感電流，大小等于非故障相零序電流之和與電感電流的矢量差（殘余電流）;相位受補償程度的影響有不確定性，為有效防止系統震蕩，消弧線圈要求工作在過補償狀態，此時殘余電流和非故障支路零序電流同相位。由此可見，中性點經消弧線圈接地系統故障支路零序電流發生了本質的變化：故障支路零序電流不一定最大;故障支路零序電流和非故障支路的零序電流同相。

2 礦井中性點經消弧線圈接地系統高壓漏電保護現狀

2.1 漏電減少，漏電保護正確率降低

隨著礦井生產環境改善，設備和電纜絕緣水平提高，再加上消弧線圈的補償作用，漏電發生的頻率明顯減少，但是由于高防開關的漏電保護不滿足消弧線圈接地系統，漏電保護正確率明顯下降。

2.2 短路事故增加

消弧線圈可有效防止漏電發展為短路，但是，礦井使用消弧線圈后，短路故障反而增加。究其原因，根據電力部門統計，80%的短路故障是單相接地（漏電）引起的。電力部門小電流接地系統單相接地可以帶故障運行2h，帶故障運行時，受非故障相電壓升高和弧光過電壓的影響，單相接地發展為短路的機率大。而礦井井下漏電直接跳閘，漏電發展為短路的機率小。礦井高壓系統加裝消弧線圈后，現有漏電保護不能正確動作，漏電故障未能及時切除，延長了漏電時間，漏電發展為短路的可能性增加。

2.3 越級跳閘成為礦井井下高壓供電的主要矛盾

礦井高壓是一個多級配電網，至少分為地面變電所、井下中央變電所和采區變電所三級，由于有時井下二級變電所距離近、電力部門地面變電所保護動作于瞬動、地面設備與井下設備操作機構響應速度有差異，常規的以短路電流大小和動作時間實現的防短路越級跳閘手段在礦井無法使用，短路越級跳閘成為近年礦井高壓的主要問題。一些礦井由于對消弧線圈影響現有漏電保護以及漏電發展為短路原因認識不足，不去解決消弧線圈接地的漏電保護問題，而是單純的增加防越級跳閘設備。

3 消弧線圈對礦井漏電保護的影響

3.1 消弧線圈不宜長期工作在欠補償狀態

根據消弧線圈的電感電流對接地電流的補償程度，可分為全補償、欠補償和過補償三種補償方式。消弧線圈工作在全補償時，由于系統感抗與系統容抗相等，容易引起電網串聯諧振，其產生的諧振過電壓對電網設備的絕緣危害性很大。而消弧線圈工作在欠補償時，若檢修或停用部分線路，則系統容抗減小，有可能造成系統感抗與系統容抗相等的全補償。而消弧線圈工作在過補償時，只有增加線路才有可能造成等補償，增加線路在電網中不是經常發生。因此“消弧線圈應采用過補償運行方式”，“脫諧度不大于5%～10%”[3]。

3.2 消弧線圈運行在欠補償狀態現有漏電保護不能正確動作的原因

礦井使用的消弧線圈“大多是消弧線圈并（串）電阻的派生接地方式”，并（串）的電阻（阻尼電阻）是為了抑制弧光過電壓的，“阻尼電阻增加了故障支路的有功分量”。非故障支路的有功分量只有本回路電容的有功分量（約為3%），其零序電流的主要成份是容性電流;故障支路的有功分量由三部分組成：電容電流（非故障支路零序電流之和）的有功分量（約為3%）、消弧線圈電感電流的有功分量（約為3%）和消弧線圈上串（并）的阻尼電阻的電阻電流（約為5A）[4]。故障支路的零序電流超前零序電壓的角度有可能更大，慮有功分量后的向量關系才是消弧線圈接地系統零序電流和零序電壓真實的相位關系。由此可見，消弧線圈工作在欠補償狀態下，仍無法滿足“零序功率方向”原理的動作條件。許多礦井消弧線圈運行在欠補償狀態漏電保護誤動和拒動的實例也證明了這一點。

4 新型高壓漏電保護裝置

ZBL-H型礦用隔爆型高壓漏電保護裝置是一種新型漏電保護裝置，以各支路的“能量函數”為研究對象，采用“能量修正”原理和集中控制模式，能很好的解決中性點經消弧線圈接地系統的漏電保護問題。

消弧線圈系統補償的是無功電流，由于阻尼電阻的存在，有功反而增加，故障線與非故障線零序電流的有功分量滿足故障線有功分量最大和故障線與非故障線有功電流方向相反的特點，當發生漏電后，根據各回路能量變化的規律判斷漏電回路，非故障回路的有功分量沒有發生變化，而故障回路的有功分量沒有發生了突變，同時本裝置可以自動“學習”使用環境，根據其特征量的變化，作出漏電支路的判斷，從而實現選擇性漏電保護。弧光接地瞬時漏電是漏電保護的難題，有功能量反應了有功電流和零序電壓的時間積累，以能量代替有功瞬時量，解決瞬時漏電漏電特征量時有時無的問題;非漏電短支路有功分量很小，零序電流零序電壓成270°的相位關系，零序電流互感器相位誤差將引起其能量的本質變化，因此，通過對各支路能量進行角度修正，很好地解決了弧光漏電保護問題。

5 結論

高產高效是礦井發展的趨勢，隨著礦井向特大型方向發展，礦井高壓網絡愈來愈大，系統電容電流也隨之增加，新建礦井電容電流幾乎全部超過規程規范要求的接地電流限制指標，中性點經消弧線圈接地已成為礦井高壓接地方式的首選接地方式。本文介紹的新型漏電保護裝置，能很好地解決消弧接地系統漏電保護和弧光漏電保護問題，在我院近年來特大型礦井設計中取得了很好的應用效果，值得推廣。

參考文獻：

[1]原國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2016.

[2]王光義，丁瑞，王士軍.6kV電網接地電容電流治理技術研究[J].山東煤炭科技，2008（2）.

[3] SDJ7-79.電力設備過電壓保護設計技術規程[S].北京：中華人民共和國水利電力部，1979.

[4]梁睿，辛健，王祟林，李國欣，唐杰杰.應用改進型有功分量法的小電流接地選線[J].高電壓技術，2010（2）.

作者簡介：

劉翹楚（1987- ），女，遼寧阜新人，碩士，工程師，主要研究方向為礦井電氣設計。