煤矿井下高压电网过电压研究

【摘 要】 影响煤矿安全生产的因素很多，其中之一是煤矿井下高压电网过电压，煤矿井下一旦发生高压电网过电压，就会严重影响煤矿的安全生产。本文重点分析煤矿井下高压电网过电压产生的原因和过电压产生的危害，并介绍了煤矿井下高压电网过电压的防治措施。

【关键词】 煤矿 井下 高压电网 过电压 研究 分析 原因

由于煤矿井下环境复杂多变，煤矿井下作业的事故相对较多，在煤矿的供电系统中由于供电系统的复杂性，地压真空开关的大量使用，使得单相接地出现高电压的几率变得很高，这样就造成了严重的过电压现象，给煤矿的安全生产带来了较大的危害，并且也影响了煤矿供电系统的安全可靠运行。近几年来，随着科学技术的迅速发展，真空开关和断路器凭借自身的优势广泛应用于煤矿井下的供电系统中，但是真空设备的应用也给煤矿井下电网带来很多的问题，真空设备的使用使得煤矿井下高压电网过电压的危害变得更为严重，为了确保煤矿的安全生产，必须采取适当的措施加以抑制，从而保证煤矿供电的安全性和可靠性。

1 产生过电压的原因分析

过电压对煤矿井下高压电网可靠性有着重要影响。高压电网产生过电压时，有可能损坏主设备和电压互感器爆炸，导致井下大面积停电事故，对矿井安全生产造成了不良影响。据统计，35kV及以下的配电网发生过电压的概率较大。过电压可分为截流过电压、多次重燃过电压、预击穿过电压、电弧接地过电压，下面对这些过电压产生的原因进行了分析。

1.1 截流过电压

真空开关或其他类型的开关在电流接近自然零点之前断路时，由于电弧不稳定造成电弧提前熄灭的现象称为截流，电流突然截止的瞬间，电路的电流值成为截值，而把这种在感性负荷上产生异常电压的现象称为截流过电压。

电流被截断时，电流负载上产生截流过电压U=L×di/dt，截流过电压为单位时间内电流变化率与过电压的高低正比于负载的电感量的乘积。过电压的震荡频率可达数千Hz，频率越高，过电压越高。开断时间越短，截断电流的变化率越大，过电压越高。开关分闸速度、灭弧室的真空度、开断次数、开关触头的材料、开断电极的初始相位以及、开断电极的负荷特性及开关的几何形状与尺寸等都是影响截流过电压的因素。灭弧介质的开关都有发生过电压的可能性，其中真空开关发生截流过电压的概率较高。

1.2 多次重燃过电压

由于弧隙发生多次重燃，电源多次向电机电容充放电，就会产生多次重燃过电压。真空开关切断高频电流时，电弧熄灭，而此时触头间隙比上次切断时增大，触头间的电压上升到更高值时，再次引起电弧重燃。这种过程可能重复若干次，持续几毫米，导致电压多次重叠，过电压的幅值可以达到很高的数值，一般发动机启动时切断电源可达10至15倍相电压。

1.3 预击穿过电压

在真空开关合闸过程中，由于动触头的间隙介质不能承受回路电压，间隙中流过高频振荡电流，导致在触头闭合前被击穿产生电弧，电弧在第一个高频电流零点时熄灭。由于触头间隙缩小，从而产生多次的击穿。真空开关切断高频电流的能力较强，可能出现多次预击穿，并产生过电压，预击穿电压峰值较低，但具有很高的频率，可能对电机绕组产生巨大危害。

1.4 电弧接地过电压

煤矿中性点不直接接地系统发生单相接地故障时，故障处的电弧不稳定但是很难自动熄灭，把这种电弧称为间歇性电弧。间歇性电弧会引起电网中的电容、电感回路产生电磁振荡，是整个电网产生电弧接地过电压。

电弧接地时电压倍数较低，一般小于3倍的相电压，虽然不会对线路及电气设备的正常绝缘产生危害，但是电弧接地过电压产生后分布于整个电网中，电网中的绝缘薄弱处很容易被击穿，造成异向接地短路故障。因此，必须安装可靠的接地保护装置，消除电弧接地过电压。

2 电网过电压的危害

（1）电网过电压可能造成绝缘瓷瓶炸裂及使避雷针、电压保护器引起跳闸断电，严重威胁着煤矿的安全生产。

（2）过电压产生的机械效应会严重损伤变压器、变电所母线、接头、穿墙套管等。

（3）过电压产生的热效应会严重缩短照明设备及电压器的使用寿命，造成不必要的经济损失。

（4）过电压会严重消弱电气设备的绝缘作用，降低电气设备的绝缘水平，使产生轻微损坏的绝缘层失去绝缘作用。

3 过电压的防治措施

在供电设备运行过程中，很难从根本上消除过电压现象，通过采取合理的防治措施，尽量降低过电压产生的次数和破坏作用。

（1）采用优质的供电设备，设计合理的供电系统。

（2）在供电设备中安装必要的过电保护装置。

（3）加强操作人员的技术水平和安全意识。

（4）改进避雷针的工作环境，将电压限制在允许的范围内。

（5）为了吸收过电压的能量，在真空断路器负载端装设阻容电压吸收装置或氧化锌避雷针。

（6）对于井下不接地的供电系统，使用单相接地绝缘监视保护，并采用压敏电阻。为了确保压敏电阻的有效使用，采用两组压敏电阻并联安装。

（7）为了消除弧光接地过电压，应加强接地监视保护的维修。针对电弧接地产生的过电压，电缆线路总长度是起主要作用的，其原因是电缆每相对地电容远大于架空线。运行经验表明，在线路较短时，接地电流很小，单相接地电弧会迅速地自动熄灭，因而几乎不产生过电压。所以，减少线路长度、多采用架空线路、采用多台变压器单独供电以减少接地电流的数值，是消除电弧接地过电压的主要措施。煤矿6kV电网，当单相接地电流超过煤矿安全规程的规定（20A）时，广泛采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，利用电容电流补偿原理，将单相接地电流减小到不能建弧的程度，从而消除了电弧接地过电压的发生。

4 结语

总之，煤矿井下高压电网一旦发生过电压，将会严重影响煤矿的安全生产，因此要重点研究煤矿井下高压电网过电压发生的原因，并采取适当的、科学有效的防范措施，才能保证煤矿各项设备的正常运行，才能保证煤矿的安全生产，和谐发展。

参考文献：

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