煤矿井下供电系统中漏电保护技术研究

时间:2022-05-12 07:08:31

煤矿井下供电系统中漏电保护技术研究

【摘 要】文章针对煤矿供电系统中高压漏电保护的问题进行了分析,根据零序电压、电流的特征与高压漏电保护整定原则,对现有电流方向型高压漏电保护装置进行了性能分析,并分析了漏电保护计算整定方案,对实际工作有一定的指导意义。

【关键词】矿井;漏电保护;数据分析

近年来,随着大型矿井的增多,煤矿高压漏电保护装置无论在使用、制造和理论研究等方面都有很大的发展和变化。由于隔爆型高压真空配电装置在井下使用愈来愈广泛,配电装置漏电保护采用零序功率方向型原理,必须正确整定漏电保护,缩小漏电影响范围,保证井下高压供电安全可靠。

1.零序电压的特征

煤矿变压器中性点不接地的供电系统,发生一相不完全接地后,故障相对地电压大于零小于相电压,非故障相对地的电压则大于相电压小于线电压,系统的相间电压大小和相位不发生变化,系统的线电压仍保持对称。发生一相完全接地后,故障相对地电压变为零,非故障相的对地电压升高倍,即为线电压,系统的相间电压的大小及相位均没有发生变化,中性点发生严重位移,中性点对地电压变为相电压,电压互感器开口三角处出现100V的零序电压,故障线路、非故障线路零序电压值相。

2.零序电流的特征

正常时各相集中电容在三相对称电压作用下,产生的电容电流也是对称的,在对称点电压的作用下,各相对地电容电流大小相等,相位相差120°,各相对地电容电流矢量和为零。发生一相接地故障后,故障线路中的零序电流方向由线路指向母线,即滞后于零序电压90°,漏电零序电流的大小与接地时的运行方式和接地阻抗有关,并列回路越多零序电流越大,线路越长零序电流越大,故障线路零序电流大小为本级其它线路零序电流之和。非故障支路零序电流方向由母线指向线路,即超前于零序电压90°。

3.高压漏电保护整定原则

1)高压漏电保护装置主要采取地面变电所、井下中央变电所、采区变电所形成三级保护系统。发生接地故障的高压线路应动作于信号或跳闸。

2)关于高压漏电保护装置的动作参数选取应符合下列取值范围。

最低起动二次零序电压:U0≥3V;

最高整定二次零序电压:U0≤25V;

最低起动一次零序电流:I0≥0.5A;

最高整定一次零序电流:I0≤6A。

3)高压漏电保护系统各级纵向之间的配合选择,按时间阶梯整定。原则上最上一级时间最长,最下一级时间最短,从最下一级向上级整定时间逐渐延长。

4)移动变电站应动作于跳闸,高压电动机应动作于跳闸,一般生产线路的变压器应动作于跳闸,风机、水泵应动作于报警信号,向下级变电所馈出线路应动作于报警信号,变电所内总进线开关应动作于报警信号。

4.漏电保护经验数据整定方案

漏电保护参数的选择可参考下表参数变化规律,对电网总电容≤4μF时,其最小起动电流应取小些,最大整定电压应取大些;而对于电网总电容>4μF时,其最小起动电流应取大些,最大整定电压应取小些(见表1)。

零序电压U0按上表推荐数值,依据电网电容选取,可比上表适当放大起动电压。

零序电流I0按上表推荐数值,依据电网电容选取,可比上表适当放大起动电流。

动作时间t0依据供电关系及开关位置,从最远端取动作时间最短,向上级逐渐增大的原则选取。

5.漏电保护计算整定方案

5.1漏电零序电压的计算

整个电网的零序电压在电网的任何部位,无论是故障线路还是非故障线路都是一样的。电压互感器二次三角零序电压U0可以通过计算求得,整定值应小于计算值,必须大于起动零序电压。

式中:Rd为接地电阻,Ω;ω为角速度,弧度/秒,取314;C为电缆的接地电容,F。也可选取推荐数值为15V。

5.2漏电零序电流的计算

1)电缆线路单相接地电容电流I0j按下式计算:

6kV电缆线路:

10kV电缆线路:

式中:S为电缆芯线的标称截面,mm2;Ur为线路额定线电压,kV;I为线路长度,km。

2)架空线路单相接地电容电流I0j按下式计算:

无架空地线单回路:I0j=2.7·Ur·I·103

有架空地线单回路:I0j=3.3·Ur·I·103

3)控制变压器、电动机的零序电流I0j的选取:

控制该类负荷的零序电流特别小,可以忽略不计,选取时按躲过断路器合闸时不同期性考虑,建议根据实际选为1~2A。

4)零序电流值查表取近似值,如表2所示。

6.高压漏电保护的整定

6.1漏电报警整定

漏电I段(即漏电报警)定值按躲过线路可能出现的最大容性电流(环型或联络开关合闸时的电容电流)的1.2倍整定,则漏电保护整定值为:

I0=1.2×I0j;不投跳闸,只报警。

零序电压、零序电流、动作时间的选取:

零序电压U0原则上优先取15V,如无15V档,可依据井下电网相对较大的选20V,电网相对较小的取10V。

零序电流I0按计算或查表后计算出的零序电流,依据上式算出整定值。

动作时间t0依据纵向供电关系及开关位置,从最远端取动作时间最短,向上级逐渐增大的原则选取。

6.2漏电跳闸整定

漏电Ⅱ段(即漏电跳闸)定值按躲过线路可能出现的最大容性电流(环型或联络开关合闸时的电容电流)的1.5倍整定(1.5为可靠系数),则漏电Ⅱ段整定值为:

I0=1.5×I0j;投跳闸。

零序电压、零序电流、动作时间的选取:零序电压U0原则上优先取15V,如无15V档,可依据井下电网相对较大的选20V,电网相对较小的取10V。零序电流I0按计算或查表后计算出的零序电流,依据上式算出整定值。动作时间t0依据纵向供电关系及开关位置,从最远端取动作时间最短,向上级逐渐增大的原则选取。

7.结语

综上,文中阐述了煤矿供电系统中高压漏电保护的技术研究与实践,在煤矿井下高压真空配电装置进行整定应用,保护动作可靠,没有出现误动和拒动现象,对煤矿井下等类似工程均具较好的借鉴参考价值。

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