煤礦供電安全技術交流

-中性點接地方式中國礦業(yè)大學信電學院電氣安全與智能電器研究所劉建華博163.com中國礦業(yè)大學信電學院電氣安全與智能電器研究所電氣安全與智能電氣研究所簡介電氣安全與智能電器研究所隸屬于中國礦業(yè)大學信電學院，是國家重點學科“電力電子與電力傳動”下設的一個集理論研究、開發(fā)為一體的研究機構。人員：教授1人（博導）、副教授5人（碩導）、講師2人，博士研究生10余人，碩士研究生50余人。研究方向：供電安全、配電自動化、煤礦智能電網、無功及諧波治理、中性點接地方式及漏電保護。獲獎：國家科技進步三等獎1項、中國煤炭工業(yè)科學技術二等獎3項、中國煤炭工業(yè)科學技術三等獎4項、教育部科技進步三等獎1項。目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈中性點：電力系統(tǒng)中發(fā)電機和變壓器（作為電源）星型連接公共端。中性點接地方式：中性點與“地”之間的連接關系。中性點非有效接地：又稱小電流接地系統(tǒng)，可分為不接地、經消弧線圈接地、經高阻接地。中國、俄羅斯、德國、英國等配電網大多采用。中性點有效接地：又稱為大電流接地系統(tǒng)，可分為直接接地、經低阻接地。美國、日本等配電網大多采用。一、中性點接地方式分類目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈電網模型：假設電網三相對稱，忽略電網對地絕緣電阻，只考慮電網對地電容。電網正常時：三相經對地電容流入大地的電流相量和為零，即沒有電流在地中流動。三相電壓對稱，各相對地電壓等于相電壓。二、中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時：接地相對地電壓為零，中性點電壓偏移為接地相相電壓，非故障相對地電壓升為線電壓，三相線電壓仍然對稱。單相接地電流：二、中性點非有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性接地時電壓特點：接地故障相對地電壓為零，中性點對地的電壓上升到相電壓，且與接地相的電源電壓相位相反。非故障相對地電壓由相電壓升高為線電壓。因此電氣設備的絕緣按照線電壓設計。三相的線電壓仍保持對稱且大小不變，對電力用戶接于線電壓的設備的工作并無影響，因此電力運行規(guī)程規(guī)定：系統(tǒng)可以繼續(xù)運行不超過2小時，提高了供電的可靠性。發(fā)生單相金屬性接地時電流特點：單相接地電流等于正常運行時一相對地電容電流的三倍，為容性電流。與直接接地系統(tǒng)的單相接地短路電流相比小得多。二、中性點非有效接地系統(tǒng)目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈接地電流危害：配電網越大，電容電流越大，單相接地電流越大，易燒穿接地點形成相間短路（電纜放炮），造成事故擴大或設備損壞?？赡艹霈F(xiàn)周期性熄滅和重燃的間歇電弧接地故障。有造成人身觸電、引燃瓦斯煤塵、干擾通信系統(tǒng)等危險。過電壓危害：間歇電弧將導致相與地之間產生接地過電壓，其值可能達到2.5～3倍的相電壓峰值。單相接地故障易激發(fā)鐵磁諧振過電壓。過電壓故障波及全網，導致故障擴大。三、配網單相接地故障危害目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈DLT620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》標準規(guī)定：3-10kV不直接連接發(fā)電機的系統(tǒng)和35/66kV系統(tǒng)，當單相接地故障電容電流不超過下列數(shù)值時，應采用不接地方式；當超過下列數(shù)值又需在接地故障條件下運行時，應采用消弧線圈接地方式：3-10kV架空線路、35/66kV系統(tǒng)：10A10kV非全部架空線路：20A3/6kV非全部架空線路、3-10kV電纜線路：30AGB50070-2009《礦山電力設計規(guī)范》標準規(guī)定：當6kV或10kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障不要求立即切除故障回路而需要維持故障回路短時期運行時，應采用不接地、高電阻接地或消弧線圈接地方式，并應將流經單相接地故障點的電流限制在10A以內。四、相關規(guī)定《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地。嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電。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20A。規(guī)程規(guī)定接地網上任一保護接地點的接地電阻值不得超過2歐姆，為保證在發(fā)生單相接地故障時產生的接地電壓不超過安全電壓系列的最高值42V，則單相接地電流應限制在21A以下，故規(guī)程規(guī)定高壓電網的單相接地電容電流不超過20A。

四、相關規(guī)定目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈五、單相接地電容電流的治理改變系統(tǒng)運行方式縮小系統(tǒng)規(guī)模采用接地分流消弧消諧裝置中性點經消弧線圈接地

1、改變系統(tǒng)運行方式：該方法一般將系統(tǒng)運行方式由并列運行改為分列運行，相當于將大系統(tǒng)分為2個或多個小系統(tǒng)。優(yōu)點：無需額外投資、簡單；接地故障僅影響單段母線，提高了可靠性高缺點：分列運行會造成固定電費增加適用范圍：一般適用于電網規(guī)模不大且具備分列運行條件的系統(tǒng)，分段后各段電容電流小于20A限值五、單相接地電容電流的治理2、縮小系統(tǒng)規(guī)模：該方法采用6/10kV隔離變壓器，將6/10kV大系統(tǒng)從根本上分隔為多個接地小系統(tǒng)。優(yōu)點：各系統(tǒng)發(fā)生單相接地互不影響，可靠性高，接地故障判別容易、處理快，接地保護容易選擇。缺點：采用隔離變壓器，造價較高；系統(tǒng)運行方式切換復雜。適用范圍：需要隔離的系統(tǒng)電容電流小于20A限值。五、單相接地電容電流的治理3、采用消弧消諧裝置：原理：在發(fā)生單相電弧接地時，通過在接地相并聯(lián)接地電阻，根據(jù)分流原理將接地點電流引流，將不可控的接地點變?yōu)閷嵔拥攸c，使故障接地點的電弧熄滅。同時利用過電壓保護器限制接地相電壓升高，起到熄弧作用。特點：動作時需要鑒相,動作速度滯后;系統(tǒng)單相接地電流值并未減??；在系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地、穩(wěn)定電阻性接地時裝置不動作，接地點電流值沒有改變。在系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時，裝置動作引流熄弧。五、單相接地電容電流的治理缺點：接地分流裝置從嚴格意義上講并非一種完善的治理方案。不符合《煤炭安全規(guī)程》457條的要求，系統(tǒng)單相接地電容電流并未限制在20A以內。僅在電弧接地時進行接地分流，起到熄弧作用，對金屬性接地和穩(wěn)定阻性接地不起作用。不能降低人身觸電危險性。裝置動作時，造成接地保護實現(xiàn)困難。會使非故障相電壓無論在發(fā)生何種接地故障時都上升為線電壓，對電纜絕緣構成威脅。不能有效降低電纜由單相接地發(fā)展為短路（放炮）的幾率。接地分流裝置鑒相錯誤時，容易造成事故擴大。五、單相接地電容電流的治理4、中性點經消弧線圈接地：原理：單相接地電流主要是電容電流。如果能夠在發(fā)生單相接地時用電感電流部分或全部抵消掉電容電流，則單相接地電流將大減小。消弧線圈：消弧線圈是一個可調電感線圈，線圈的電阻很小（消耗功率?。?，電抗很大（保證對地絕緣水平），電抗值改變可采用多種方法。消弧線圈補償原理：發(fā)生單相接地故障時，通過消弧線圈使接地處流過一個與容性接地電流相反的感性電流，從而減小、甚至抵消接地電流，消除接地電弧引發(fā)的問題，提高供電可靠性。五、單相接地電容電流的治理目錄一、中性點接地方式分類二、中性點非有效接地系統(tǒng)三、配網單相接地故障的危害四、配網中性點接地相關規(guī)定五、單相接地電容電流的治理六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈序號中性點接地比較項目方式不接地經電阻接地經全補償消弧線圈接地隨調式預調式1單相接地電流大小大大接地初期大，補償跟蹤后小小2人身觸電危險性大大減?。ㄅc補償速度有關）減小3單相電弧接地過電壓最高低較高，過電壓概率小低，過電壓概率小4單相接地保護實現(xiàn)易易難難5鐵磁諧振過電壓高低初期高跟蹤后低低6保護接地安全性危險危險安全安全六、配電網中性點接地方式比較七、自動跟蹤補償消弧線圈1、分類按補償方式：預調式：是指電網無接地故障情況下，消弧線圈預先自動調諧到合理補償位置。一般需加裝阻尼電阻，以保證中性點位移電壓不大于額定相電壓的15％。隨調式：是指電網無接地故障情況下，消弧線圈處于欠補償狀態(tài)，在電網發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈自動調諧到合理補償位置。不需阻尼電阻，但接地瞬間無法達到全補償。按調節(jié)方法：有檔調節(jié)：調節(jié)精度低，殘流大，一般有調匝式、調容式。無級調節(jié)：調節(jié)精度高，殘流小，一般有調感式、偏磁式。2、性能指標：時刻跟蹤電網電容電流變化，調節(jié)電感量，達到預設補償量，根據(jù)調諧方法不同，在穩(wěn)定補償時一般可設定工作在全補償±10%方式下。性能指標：補償方式：預補償、隨補償補償速度：預補償一般在0ms、隨補償一般在400ms-2秒電壓等級：6kV、10kV、35kV容量：一般先按補償電流選擇（30/50/70/100A等規(guī)格），再計算接地變、消弧線圈等容量（根據(jù)產品類型不同，會有變化）殘流：接地點無功電流<5A中性點偏移電壓：<15V七、自動跟蹤補償消弧線圈3、補償工作方式：欠補償電感電流小于電容電流，單相接地時流過接地點的電流呈容性。適用范圍：一般隨調式消弧線圈使用，或為保證接地保護系統(tǒng)有效時使用。優(yōu)點：當固定補償量小于(ICΣ-ICMAX)時，故障支路零序電流互感器檢測的零序電流仍呈現(xiàn)容性，則原有無功功率方向原理仍然適用，接地保護不用改造，只需適當調整啟動電流值。缺點：因線路停電或系統(tǒng)頻率降低等原因使接地電流減少，可能出現(xiàn)完全補償；消弧線圈作用大大折扣。七、自動跟蹤補償消弧線圈3、補償工作方式：全補償電感電流等于接地電容電流，單相接地時流過接地點的無功電流為0。優(yōu)點：接地點電流最小，消弧線圈作用發(fā)揮最徹底，利于熄弧。缺點：在特定接地類型時（間歇性接地），容易滿足諧振條件，形成串聯(lián)諧振，產生過電壓；容易產生虛幻接地；接地保護實現(xiàn)困難。七、自動跟蹤補償消弧線圈3、補償工作方式：過補償電感電流大于電容電流，單相接地時流過接地點的電流呈感性。適用范圍：目前大多數(shù)消弧線圈廣泛使用。優(yōu)點：設定適當過補償量，則對各種接地類型故障均不容易形成諧振；抑制過電壓能力是三種補償方式中最高。缺點：接地點電流相比全補償增大，不利于熄??；接地保護實現(xiàn)困難。七、自動跟蹤補償消弧線圈4、自動跟蹤補償消弧線圈作用：補償電容電流，減少電纜放炮幾率。用電感電流抵消接地點的電容電流，一般要求消弧線圈在全補償時接地點無功殘流<5A，可減少形成短路故障的幾率。減小電纜損傷，提高電纜壽命。電網故障中，接地故障比率最大，在發(fā)生接地故障時，全補償消弧線圈可使接地點損傷降低到最低，一些瞬間性接地故障可自恢復，提高了供電可靠性。減少形成電弧接地過電壓的幾率。當接地點殘流較小時，接地點電弧容易熄滅，則形成間歇性接地的故障幾率減小，可使接地形成過電壓的幾率降低，尤其采用預調節(jié)方式的消弧線圈，效果更為明顯?？梢种畦F磁諧振過電壓產生幾率。采用預調節(jié)方式的消弧線圈，帶有阻尼電阻箱，在電網產生擾動使PT飽和時，可吸收諧振能量，使鐵磁諧振幾率降低，起到消諧作用。接地故障運行時減小人身觸電概率。七、自動跟蹤補償消弧線圈5、自動跟蹤補償消弧線圈匯總消弧線圈是自動跟蹤補償裝置的核心部件，按目前國內常用的消弧線圈調節(jié)電感電流的方法，主要有以下幾種消弧線圈形式：調匝式調容式調感式偏磁式（直流助磁式）磁閥式七、自動跟蹤補償消弧線圈調匝式：利用有載開關調節(jié)消弧線圈上設置的若干分接頭，實現(xiàn)電感量的有級調整。所需設備：接地變壓器、抽頭式消弧線圈、高壓有載開關、阻尼電阻箱、殼體、控制柜。調節(jié)方式：有檔調節(jié)、預調式。優(yōu)點：容量大。缺點：有檔調節(jié)、調節(jié)精度低、調節(jié)速度慢。七、自動跟蹤補償消弧線圈調匝式：七、自動跟蹤補償消弧線圈

調容式：采用改變消弧線圈二次側低壓電容電流的方法來調節(jié)消弧線圈的電感電流。

所需設備：三相五柱消弧線圈、多組電容器、阻尼電