新型小电流接地选线装置在煤矿6kV配电网的应用

摘要:近年来,为了提高电网运行安全可靠、保证供电的连续性,很多配电网配置了消弧线圈和选线装置。但从大量的调研来看,目前配电网配置的消弧线圈大多技术较为陈旧,具有传动或转动等机械性机构,设备故障率高,补偿精度差;所配的选线装置选线准确性极低,当与消弧线圈配套运行时基本失效,变成一个摆设,不能满足用户对供电高可靠性的要求,急需改进。

关键词:新型;6KV配电网;小电流接地

中图分类号:TM

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)21-0307-02

1 煤矿6kV电网的现状

煤矿6kV配电网作为矿井输、配及用电中的一个环节,其结构多以变电站为中心通过电缆与各级配电所放射状联结,由于配电网所处环境复杂,发生接地故障的几率较高,随着用电量越来越大,发生接地故障时的接地电流越来越大,弧光不能自动熄灭从而造成安全隐患,而其单相接地故障的查找与处理一直是困扰广大电网运行人员的重大问题。因此,在发生接地故障时,如何快速消除危险的接地弧光以避免由单相接地发展成相间短路乃至“火烧连营”现象的出现,同时迅速准确地查找出接地故障线路以便及时排除,是一件非常重要的事情。为达到上述目标,当发生接地故障时,理想处理过程应是:对瞬时接地故障让其自动消除,防止事故扩大而降低供电可靠性;当发生非瞬时接地故障时,在保证设备安全的基础上转移负荷,并准确隔离故障。

2 配电网接地故障一体化解决方案

2.1 KD-XH型快速高短路阻抗变压器式消弧线圈

KD-XH型快速高短路阻抗消弧线圈不是传统的消弧线圈,其实质是一种特殊设计的高短路阻抗变压器,其阻抗电压接近100%,在使用时,把高短路阻抗变压器的一次绕组作为工作绕组接入配电网中性点,一个二次绕组作为控制绕组由两个反向并接的可控硅短路(如图1)。可控硅的导通角由控制器控制,通过控制器调节可控硅的导通角由0至180度之间变化,使可控硅的等效阻抗由∞至0之间变化,则输出的补偿电流Il就可在0至额定值In之间得到连续无级调节(电流无级差,是高精度补偿的基础)。这种可控硅调节阻抗的消弧线圈响应速度快;无需配置阻尼电阻,不再出现阻尼电阻烧毁等问题(大大提高了运行的可靠性);补偿电流在0-100%额定电流范围内都可以连续无级调节。而且这种消弧线圈无需有载开关、电机等传动转动的动作机构,结构简单可靠,运行维护工作量少,基本为免维护。

2.2 DDS型“主动式特征波”快速选线装置

DDS型“主动式特征波”(小扰动法)快速选线装置是接地故障一体化解决方案从谐振接地电网当发生单相接地故障时,其零序电流的电流回路为故障线路的零序电流为非故障线路零序电流之和,即:Ic3=Ic1+Ic2+Ic4+……+Icn。

消弧线圈补偿后的电流只流经接地故障线路,此时接地点的残流:Ijd=IL-Ic3

DDS型“主动式特征波”快速选线装置充分利用了KD-XH型消弧线圈动态调节的功能,在接地过程中,通过短时小范围调节消弧线圈,产生补偿电流变化量ΔIL,此时非接地线路零序电流不变,即:ΔIc1=0,ΔIc2=0,ΔIc4=0,…,ΔIcn=0。而接地线路零序电流则有较大的变化,其变化量ΔIc3=ΔIL,从而准确地选出接地故障线路。

这种主动式特征波技术的特点是:充分利用了KD-XH型消弧线圈所独有的动态调节功能,主动产生一个明显的可控特征波,该特征波具有宽度短(

2.3 配电网接地故障一体化解决方案动作时序

当接地故障发生时,利用KD-XH型消弧线圈的快速补偿及其连续无级调节等独特优势,使瞬时性单相接地故障得以自动消除,而对于超过1s的接地故障快速准确地选出故障线路,对于非瞬时性单相接地故障,当接地时间超过设定值整定的时间值时,可跳开接地故障线路(跳闸功能为可选)。

2.4 接地故障一体化解决方案功能及指标

(1)灭弧时间:

2.5 配电网接地故障一体化解决方案典型配置

接地故障一体化解决方案典型配置很简单,一般情况下,在变电站的10kV/6kV母线上按母线数安装KD-XH型高短路阻抗变压器式消弧线圈进行补偿,消除弧光,配置DDS型小电流接地选线装置用来选出电网线路故障;该配置安装简单、部件很少,无需阻尼电阻(阻尼电阻可靠性比较低,容易发生烧毁事故,因此不用阻尼电阻对提高可靠性有较大帮助),安全可靠,完善解决了配电网的接地故障问题。

3 装置在煤矿35kV变电所的应用效果

3.1 简介

我矿35kV变电站有两台主变,两段母线,现阶段有36条6kV出线(总长约100km),由架空线路和电缆混合组成。2006年10月安装一套KD-XH01-315/6.3型快速消弧系统(含两台DDS型配电网接地故障智能检测装置),6kV配电网实现了接地故障一体化解决方案,至今已运行近4年。

3.2 运行情况分析

(1)接地故障情况及数据分析。截至2009年1月20日止,运行中消弧系统有23次接地记录。记录数据分析如下:

①经消弧线圈补偿后被自动消除的瞬时性接地故障占绝大多数(19次,占82.6%)。

②间隔时间很短的接地占相当多数,相继接地的间隔时间在5秒内的记录到12次,占52.17%。

③接地故障集中出现在雷雨日等恶劣气象条件下,此时接地故障不仅频繁发生,而且间隔时间很短,大多数持续时间也很短。它们绝大多数都可因消弧线圈的补偿而被消除。

④接地发生时配电网电容电流幅值分散性大,且电容电流很小的占相当多次。

(2)消弧线圈动作情况。运行中消弧线圈从未发生过任何异常行为,从未引起任何如系统谐振等不良后果。由大量故障录波图可见,KD-XH消弧系统充分显示了快速响应特性。在间隔时间很短的连续频繁接地时,KD-XH消弧系统都能快速连续地动作,连续地快速投入补偿又快速地退出补偿。此外,KD-XH消弧系统的记录显示所有的补偿电流都与电容电流很接近,说明该消弧系统补偿精确,残流小,消弧效果好。正是KD-XH消弧系统的良好特性保证了快速消除瞬时性接地故障的效果,使所有瞬时性接地故障全部都能自动消失,不需跳闸。

(3)选线装置动作情况分析。选线装置被设置为:对于持续时间小于1秒就消失的接地故障不进行选线;接地故障持续时间大于1秒时进行选线。三年多来所记录到的23次接地时间大于3秒的接地事件中,选线装置都进行了选线。接地选线时电容电流幅值分散性大,有相当多次选线是在电容电流很小的条件下进行的。选线结果(23次)的正确性可由录波器数据得到确凿判断;上述数据说明,经过三年多的运行实践证明了该装置的选线正确率到100%。

4 运行实践效果分析

该接地运行模式三年多的实践,已充分证明了其可行性,使前文所分析的该模式的优越性得以具体实现。因采用经快速消弧线圈接地的方式而避免了大量人工拉闸查找接地线路,减少了人为停电。由KD-XH记录的23次瞬时性接地故障都经补偿后自动消除。其中,在消除占接地总数相当多数的间隔时间很短、持续时间也很短的频繁连续性接地故障时,消弧线圈的快速响应性能是必需的条件。快速消弧线圈可妥善地处理此类故障,既使其很快消失不需跳闸,又不会引起谐振,可大大减少跳闸率,提高了矿井供电的可靠性。

参考文献

[1]何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.

[2]孙方汉.变电所运行调试及故障处理[M].沈阳:辽宁科学技术出版社.