煤矿煤矿6kV电网电网单相接地电容电流及治理单相接地电容电流及治理1煤矿煤矿6kV电网单相接地电容电流及治理电网单相接地电容电流及治理 、概念与名词、概念与名词 二、煤矿二、煤矿 6kV电网发生单相接地故障的危害电网发生单相接地故障的危害 三、限制在三、限制在20A以内的理由以内的理由 四、煤矿四、煤矿6kV电网单相接地电容电流的确认电网单相接地电容电流的确认 五、限制单相接地电容电流的技术措施五、限制单相接地电容电流的技术措施 六、消弧线圈自动补偿装置六、消弧线圈自动补偿装置 七、配套高压选择性单相接地保护装置原理特点七、配套高压选择性单相接地保护装置原理特点 八、接入消弧线圈后的现实问题及对策八、接入消弧线圈后的现实问题及对策2 一、一、相关概念与名词相关概念与名词 1、电网漏电与单相接地、电网漏电与单相接地 （1）电网漏电）电网漏电 对地阻抗降到设定的保护动作值及以下对地阻抗降到设定的保护动作值及以下即为电网漏电。即为电网漏电。 （2）单相直接接地）单相直接接地 电网的某一相与大地或接地网直接接触电网的某一相与大地或接地网直接接触的漏电故障。的漏电故障。 2、电网中性点的接地方式、电网中性点的接地方式 3 图图11 各种中性点接地方式各种中性点接地方式直接接地；不直接接地：不接地和经阻抗接地。直接接地；不直接接地：不接地和经阻抗接地。经阻抗接地：经高电阻、经消弧线圈并联电阻接地经阻抗接地：经高电阻、经消弧线圈并联电阻接地4 3、电网对地电流、电网对地电流 （1）对地泄漏电流）对地泄漏电流 电网经线路对地绝缘阻抗分散入地的电电网经线路对地绝缘阻抗分散入地的电 流，包括电阻、电感和电容电流。流，包括电阻、电感和电容电流。 （2）对地电容电流）对地电容电流 以电缆为主的煤矿以电缆为主的煤矿6kV高压电网，泄漏电高压电网，泄漏电 流的主要成份是对地电容电流。流的主要成份是对地电容电流。 （3）单相接地（电容）电流）单相接地（电容）电流 煤矿煤矿6kV高压电网发生单相接地故障时，高压电网发生单相接地故障时， 经故障点流入大地的电流。经故障点流入大地的电流。 5 二、煤矿二、煤矿6kV电网电网发生单相接地故障的危害发生单相接地故障的危害 1、造成人身触电、造成人身触电 2、引起瓦斯、煤尘爆炸与电火灾、引起瓦斯、煤尘爆炸与电火灾 3、使电雷管无准备引爆、使电雷管无准备引爆 4、引起短路事故、引起短路事故 5、接地间歇电弧引起过电压，造成二次故障、接地间歇电弧引起过电压，造成二次故障 6、严重影响生产、严重影响生产 6三、限制在三、限制在20A以内的理由以内的理由 1、防止人身触电死亡事故、防止人身触电死亡事故 2、防止发生次生的多点击穿故障、防止发生次生的多点击穿故障四、煤矿四、煤矿6kV电网电网单相接地电容电流的确定单相接地电容电流的确定 1、计算法、计算法 （11） I IL.dL.d=1.1=1.14.24.2U UL L10103 3 A A （1 12 2） 7 Ic.d= KUL （13） K=（95+hiS）/（2200+6S） U电缆线路的额定电压（电缆线路的额定电压（kV）；）； L电缆的长度（电缆的长度（km）；）； S电缆芯线横截面（电缆芯线横截面（mm2）；）； hi截面系数，如截面系数，如h35 = 5.3，h120 = 3.3等等 8 2、测量法（、测量法（DRY2型电容电流测量仪）型电容电流测量仪） 1）测量原理）测量原理 图图12 注入信号法单相等效电路图注入信号法单相等效电路图 9 （14） （15） 电网单相接地电容电流电网单相接地电容电流IC.d （1 16 6） （17） 10 2）特特 点点 （1）安全可靠。）安全可靠。 （2）快速方便，不必停电，不影响生产。）快速方便，不必停电，不影响生产。 （3）测量范围宽，精确度高。）测量范围宽，精确度高。 3）接线注意事项）接线注意事项 （1 1）断开母线断开母线PTPT开口三角与其它设备的电开口三角与其它设备的电 联系。联系。 （2 2）将将PTPT一次侧中性点用导线直接接地。一次侧中性点用导线直接接地。 （3 3）对于对于PTPT一次中点串联单相一次中点串联单相PTPT接地的系接地的系 统，应将单相统，应将单相PTPT一次绕组短接。一次绕组短接。 11 3、单根电缆单相接地电容电流的测量单根电缆单相接地电容电流的测量 一条一条6kV交联聚乙烯铜芯电缆长交联聚乙烯铜芯电缆长1.8km， 主芯截面为主芯截面为240mm2，一相对地施加交流电一相对地施加交流电 压压300V，测得电流为测得电流为67.54mA，则有则有 电缆一相对地容抗电缆一相对地容抗XC 电缆一相对地电容电缆一相对地电容C 12 电缆三相对地总电容电缆三相对地总电容C 单相接地电容电流单相接地电容电流IC.d 每公里的单相接地电容电流每公里的单相接地电容电流IC.i 13 4、6kV电网单相接地电容电流确定步骤电网单相接地电容电流确定步骤 （1）分析供电系统，绘制各种运行方式下的）分析供电系统，绘制各种运行方式下的 6kV供电分系统简图。供电分系统简图。 （2）在图中标明所有）在图中标明所有6kV架空线、电缆的型架空线、电缆的型 号、规格、截面及长度。号、规格、截面及长度。 （3）在图中标明所有）在图中标明所有6kV动力变压器、电动动力变压器、电动 机的型号、规格及容量。机的型号、规格及容量。 （4）用公式（）用公式（11）、（）、（12）、（）、（13） 计算各运行方式下地面各段计算各运行方式下地面各段6kV母线的单母线的单 相接地电容电流。相接地电容电流。 14 （5）用电容电流测量仪在矿井最大负荷时）用电容电流测量仪在矿井最大负荷时 测定分列运行下两段测定分列运行下两段6kV母线供电分系统的单母线供电分系统的单 相接地电容电流。相接地电容电流。 （6）用测量仪在一台主变停运、）用测量仪在一台主变停运、6kV单母单母 线不分段运行、一台主变滿负荷运行时的线不分段运行、一台主变滿负荷运行时的6kV 电网的单相接地电容电流。电网的单相接地电容电流。 （7）比较计算、测量得到的数据，取最大）比较计算、测量得到的数据，取最大 值与限定值值与限定值20A进行比较，确认是否超限，作进行比较，确认是否超限，作 为选用自动补偿消弧线圈规格的依据。为选用自动补偿消弧线圈规格的依据。15 五、限制单相接地电容电流的技术措施五、限制单相接地电容电流的技术措施 1、设计措施、设计措施 （1）简化供电系统，减少供电距离。）简化供电系统，减少供电距离。 （2）地面）地面6kV系统，使用架空线供电。系统，使用架空线供电。 （3）减少电缆的总长度，杜绝回头供电。）减少电缆的总长度，杜绝回头供电。 （4 4）降低过大的电缆截面。）降低过大的电缆截面。 （5 5）避免同一段）避免同一段6kV母线为两个及以上的矿母线为两个及以上的矿 井供电。井供电。 16 2、运行措施、运行措施 （1）两段）两段6kV母线应采用分列运行方式，负母线应采用分列运行方式，负荷尽量均衡。荷尽量均衡。 （2）避免）避免6kV干线电缆长时空载运行。干线电缆长时空载运行。 （3）两段）两段6kV母线因故不分段运运行时，应母线因故不分段运运行时，应对消弧线圈补偿装置和单相接地选线保护作相对消弧线圈补偿装置和单相接地选线保护作相应的调整。应的调整。17 3、补偿措施、补偿措施消弧线圈自动补偿装置消弧线圈自动补偿装置 在电网三相中性点与大地间串接一电感线在电网三相中性点与大地间串接一电感线 圈，它在电气上并联于电网三相对地电容。当圈，它在电气上并联于电网三相对地电容。当 发生单相接地故障时，中性点对地产生零序电发生单相接地故障时，中性点对地产生零序电 压，通过消弧线圈产生入地的电感电流。压，通过消弧线圈产生入地的电感电流。 由于电感电流与电容电流相位相反，在故由于电感电流与电容电流相位相反，在故障点入地的电容电流被该电感电流抵消，使总障点入地的电容电流被该电感电流抵消，使总的单相接地电流减小，引发不了间歇电弧过电的单相接地电流减小，引发不了间歇电弧过电压。接着由单相接地保护装置动作跳闸，切断压。接着由单相接地保护装置动作跳闸，切断故障支路的电源，确保矿井的安全。故障支路的电源，确保矿井的安全。18 六、消弧线圈自动补偿装置六、消弧线圈自动补偿装置 1、消弧线圈的基本补偿原理、消弧线圈的基本补偿原理 图图13 中性点经消弧线圈接地电路图中性点经消弧线圈接地电路图 19 1）消弧线圈补偿状态的脱谐度）消弧线圈补偿状态的脱谐度 （1 19 9） 2 2）电网的阻尼率电网的阻尼率d d （1 11010） 20 2、消弧线圈的三种运行状态、消弧线圈的三种运行状态 全补偿，全补偿，=0，IC = IL，3C = 1/L， 单相接地电流单相接地电流IE为最小，等于为最小，等于Ir； 欠补偿，欠补偿，0，ICIL，3C1/L， 单相接地电流单相接地电流IE以容性电流为主；以容性电流为主； 过补偿，过补偿，0，ICIL，3C1/L， 单相接地电流单相接地电流IE以感性电流为主。以感性电流为主。 （注：相对地和相对相是不同的回路，该电（注：相对地和相对相是不同的回路，该电 感支路对电网相对相的参数没有影响感支路对电网相对相的参数没有影响 。）。） 21 3、消弧线圈自动补偿原理、消弧线圈自动补偿原理 1）对自动补偿装置的要求）对自动补偿装置的要求 （1）跟踪电网对地电容的变化，预先接入）跟踪电网对地电容的变化，预先接入 正确的电感值，在电网发生单相接地故障时，正确的电感值，在电网发生单相接地故障时， 适时自动提供正确的补偿性电感电流。适时自动提供正确的补偿性电感电流。 （2）实现自动调节与控制，滿足无人值班）实现自动调节与控制，滿足无人值班 的要求。的要求。 （3）具有防止电网对地发生）具有防止电网对地发生R、L、C串联串联 谐振的的可靠措施。谐振的的可靠措施。 （4）有配套的选择性单相接地保护装置。）有配套的选择性单相接地保护装置。22 2）自动补偿原理）自动补偿原理 在电网正常运行时随机检测出电网对地在电网正常运行时随机检测出电网对地 电容的大小，根据补偿的要求确定并自动调电容的大小，根据补偿的要求确定并自动调 整好消弧线圈的电感值，整好消弧线圈的电感值，等待着等待着，一旦电网，一旦电网 发生单相接地故障，消弧线圈就立刻发生单相接地故障，消弧线圈就立刻产生产生合合 适适的入地电感电流的入地电感电流，起补偿作用，使单相接，起补偿作用，使单相接地电流降到所要求的地电流降到所要求的5A以下。以下。 23 4、三相五柱式消弧线圈自动补偿装置、三相五柱式消弧线圈自动补偿装置图图14 三相五柱式消弧线圈自动补偿装置三相五柱式消弧线圈自动补偿装置 24七、高压选择性单相接地保护原理特点七、高压选择性单相接地保护原理特点 1、零序电流有功分量方向型、零序电流有功分量方向型 1）保护原理）保护原理 流过故障支路流过故障支路首端的零序电流为首端的零序电流为 （111） 流过非故障支路流过非故障支路、首端的零序电流为首端的零序电流为 （112）25 图图15 中性点经电阻接地的等效电路中性点经电阻接地的等效电路26 中点经电阻接地中点经电阻接地电网：有功电流只流过故电网：有功电流只流过故 障支路，利用零序电压作为参考相量，将有功障支路，利用零序电压作为参考相量，将有功 电流进行鉴别，可实现放射式电网接地保护的电流进行鉴别，可实现放射式电网接地保护的 横向选择性。横向选择性。 中点经消弧线圈接地电网：因消弧线圈本中点经消弧线圈接地电网：因消弧线圈本 身有功电流成分较大，该原理仍适用。身有功电流成分较大，该原理仍适用。 中点不接地电网：可使故障支路的零序电中点不接地电网：可使故障支路的零序电 流移相流移相900变成有功电流，该原理仍适用。变成有功电流，该原理仍适用。 2）特点：适应各种不同中性点接地）特点：适应各种不同中性点接地电网电网， 选线灵敏度高。选线灵敏度高。 27 2、零序电流五次谐波方向型、零序电流五次谐波方向型 1）保护原理（单相接地时）保护原理（单相接地时） 五次谐波五次谐波 电容电流电容电流 （1 11414） =10， 对于基波对于基波 （1 11515） 五次谐波五次谐波 电感电流电感电流 （1 11616） 28 可推得可推得 （1 11717） 残余的五次谐波电容电流为残余的五次谐波电容电流为 （1 11818） 29 2）零序五次谐波的提取）零序五次谐波的提取图图16 零序五次谐波提取电路零序五次谐波提取电路 3）特）特 点点 （1 1）适用于不同中性点接地方式电网。）适用于不同中性点接地方式电网。 （2 2）保护灵敏度较低。）保护灵敏度较低。 30 八、接入消弧线圈后的现实问题及对策八、接入消弧线圈后的现实问题及对策 1 1、问题、问题 使地面接地选线和井下高爆开关中的接地使地面接地选线和井下高爆开关中的接地 保护失灵。保护失灵。 2 2、原因、原因 1 1）地面接地选线和高爆开关接地保护是：）地面接地选线和高爆开关接地保护是： 零序电流幅值与零序功率方向原理。零序电流幅值与零序功率方向原理。 2 2）消弧线圈的补偿结果是：零序电流明显）消弧线圈的补偿结果是：零序电流明显 减小，甚至相位也发生逆转。减小，甚至相位也发生逆转。 31 3 3、对策、对策 1 1）地面）地面6kV6kV母线母线 使用能与消弧线圈兼容的接地选线保护装使用能与消弧线圈兼容的接地选线保护装 置：零序电流有功分量方向型；零序电流五次置：零序电流有功分量方向型；零序电流五次 谐波方向型。谐波方向型。 2 2）井下）井下6kV6kV电网电网 使用具有零序电流有功分量方向型接地使用具有零序电流有功分量方向型接地 保护的高爆开关。保护的高爆开关。 现有高爆开关切换到零序电流幅值接地现有高爆开关切换到零序电流幅值接地 保护方式，重新确定动作值。保护方式，重新确定动作值。 32 3 3）实用对策）实用对策 消弧线圈采用过补偿方式，残余电感电消弧线圈采用过补偿方式，残余电感电 流保持在流保持在10A10A左右，则零序电流幅值接地保护左右，则零序电流幅值接地保护 原理仍适用，井下不必更换保护设备。原理仍适用，井下不必更换保护设备。 消弧线圈采用欠补偿方式，残余电容电消弧线圈采用欠补偿方式，残余电容电 流保持在流保持在10A10A左右，则零序功率方向接地保护左右，则零序功率方向接地保护 仍适用，地面、井下都不必更换保护设备。仍适用，地面、井下都不必更换保护设备。 （对（对消弧线圈自动补偿装置的性能要求较高）消弧线圈自动补偿装置的性能要求较高） 33 小小 结结 （1）安全规程）安全规程457条：矿井高压电网，条：矿井高压电网，必须必须 采取措施限制单相接地电容电流不超过采取措施限制单相接地电容电流不超过20 A。 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上 ，必须必须装设有选择性的单相接地保护装置。供装设有选择性的单相接地保护装置。供 移动变电站的高压馈电线上，移动变电站的高压馈电线上，必须必须装设有选择装设有选择 性的动作于跳闸的单相接地保护装置。性的动作于跳闸的单相接地保护装置。 （2）单相接地电容电流的确定：考虑电网）单相接地电容电流的确定：考虑电网 的运行方式，分析计算和实测的结果，确定单的运行方式，分析计算和实测的结果，确定单 34 相接地电容电流最大值。相接地电容电流最大值。 （3）限制）限制6kV单相接地电容电流的措施：单相接地电容电流的措施： 设计措施；设计措施； 运行措施；运行措施； 补偿措施补偿措施消弧线圈自动补偿装置。消弧线圈自动补偿装置。 （4）消弧线圈自动补偿与选择性单相接地保护）消弧线圈自动补偿与选择性单相接地保护 三相五柱式消弧线圈自动补偿装置；三相五柱式消弧线圈自动补偿装置； 零序电流有功分量方向型高压选择性单零序电流有功分量方向型高压选择性单 相接地保护装置；相接地保护装置； 35 零序电流五次谐波方向型高压选择性零序电流五次谐波方向型高压选择性 单相接地保护装置。单相接地保护装置。 （5）接入消弧线圈后可能）接入消弧线圈后可能使地面接地选线使地面接地选线 和井下和井下 高爆开关中的接地保护失灵。高爆开关中的接地保护失灵。 使用具有零序电流有功分量方向型接使用具有零序电流有功分量方向型接 地保护的高爆开关。地保护的高爆开关。 采用残余电流固定为采用残余电流固定为10A10A的的补偿方式，补偿方式， 修改原接地选线保护的整定值（变小）。修改原接地选线保护的整定值（变小）。36完完37