煤矿电网运行及保护

1、煤煤 矿矿 电电 网网运运 行行 与与 保保 护护中中 国国 矿矿 业业 大大 学学电气安全与智能电器研究所电气安全与智能电器研究所二二OO八年四月八年四月 山西山西 阳泉阳泉主主 讲讲王崇林王崇林 教授，博士，博士生导师，中教授，博士，博士生导师，中国矿业大学信电学院院长，电气工国矿业大学信电学院院长，电气工程学科带头人，煤炭系统拔尖人才程学科带头人，煤炭系统拔尖人才，国家，国家653工程机电领域专家。工程机电领域专家。 曾获国家科技进步三等奖曾获国家科技进步三等奖1项、项、教育部科技进步三等奖教育部科技进步三等奖1项、煤炭项、煤炭部科技进步二等奖部科技进步二等奖2项、煤炭工业项、煤炭工业科

2、技进步二等奖科技进步二等奖2项，发表论文项，发表论文30余篇，出版专著余篇，出版专著2部。部。电话：电话83885453E-mail: 李国欣李国欣 博士，主要研究方向为矿山供电安全，曾博士，主要研究方向为矿山供电安全，曾参与国家自然科学基金两项，煤炭系统横向参与国家自然科学基金两项，煤炭系统横向项目多项。项目多项。lee_v供电可靠性要求高供电可靠性要求高 井下人员井下人员 瓦斯瓦斯 涌水涌水 生产生产 损失惨重，教训深刻损失惨重，教训深刻 v同一电压等级的供电级数多同一电压等级的供电级数多 地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动

3、变电站v负荷集中负荷集中 大功率设备多大功率设备多 大功率设备多且相对集中，负荷变化对供电系统影响大v运行环境恶劣运行环境恶劣 事故频繁事故频繁 环境潮湿，粉尘多，移动型设备多，挤压碰撞多v电缆供电为主电缆供电为主 高压电缆一般有几十公里，单相接地电流大，易拉起电弧，不易自恢复v新型电力电子设备逐渐增多新型电力电子设备逐渐增多 谐波含量超标 自然功率因数低v供电设备供电设备 技术水平参差不齐技术水平参差不齐 设备多且难以统一，配合复杂，管理维护困难矿矿 井井 供供 电电 的的 特特 点点 主要内容主要内容煤矿电网的安全运行分析与评价煤矿电网的安全运行分析与评价煤矿高压电网的中性点运行方式及漏电

4、保护煤矿高压电网的中性点运行方式及漏电保护专题一：专题一：专题二：专题二：1 中性点运行方式中性点运行方式2 单相接地的危害单相接地的危害3 电容电流的治理电容电流的治理4 消弧线圈的调节原理消弧线圈的调节原理5 高压漏电保护高压漏电保护1 煤矿供电系统的特点煤矿供电系统的特点2 煤矿井下保护煤矿井下保护3 井下配电自动化井下配电自动化4 煤矿电网安全分析煤矿电网安全分析专题一专题一煤矿高压电网的中性点运行方式煤矿高压电网的中性点运行方式及选择性漏电保护及选择性漏电保护一一 电网中性点运行方式电网中性点运行方式v中性点的运行方式指的是中性点与大地之中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关

5、系。间的连接关系。v中性点运行方式的选择主要取决于单相接中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。v中性点运行方式的不同，直接影响到安全中性点运行方式的不同，直接影响到安全和经济问题，需要进行综合比较分析。和经济问题，需要进行综合比较分析。1 中性点运行方式的种类 大接地电流系统大接地电流系统 1）直接接地，又称为有效接地）直接接地，又称为有效接地 2）经低阻接地）经低阻接地 小接地电流系统小接地电流系统 1）不接地，又称为中性点绝缘）不接地，又称为中性点绝缘 2）经消弧线圈接地）经消弧线圈接地 3）经高阻接地）经高阻接地中性点

6、运行方式的种类中性点运行方式的种类关于煤矿电网中性点运行方式的规定关于煤矿电网中性点运行方式的规定煤矿安全规程煤矿安全规程第第443条规定：条规定： 严禁严禁井下配电变压器中性点直接接地。井下配电变压器中性点直接接地。严严禁禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。接向井下供电。 我国、苏联、西德等国井下采用中性点不我国、苏联、西德等国井下采用中性点不接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高电阻接地的系统或其它类型的接地系统。电阻接地的系统或其它类型的接地系统。 我国煤矿地面变电所一般采用我国煤矿地面变电

7、所一般采用中性点不接中性点不接地系统地系统或或中性点经消弧线圈接地的系统中性点经消弧线圈接地的系统。 2 中性点不接地方式中性点不接地方式v主要特点主要特点：单相接地电流小：单相接地电流小v适用范围适用范围：3-10kV电网。因为在这类电网中，电网。因为在这类电网中，发生单相接地故障的比例很大。采用中性点发生单相接地故障的比例很大。采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。轻其危害。v分分 析析：单相接地电流，单相接地时的各相：单相接地电流，单相接地时的各相对地电压对地电压中性点不接地方式-正常运行1.三相对称，没有电三相对称，没有电流在地

8、中流过。流在地中流过。2.中性点对地电位为中性点对地电位为03.各相对地电压等于各相对地电压等于相电压。相电压。4.其中其中C为电网对地电为电网对地电容（高压电网忽略容（高压电网忽略电网对地绝缘电阻电网对地绝缘电阻R）中性点不接地方式单相接地当发生金属性接地时，接地当发生金属性接地时，接地故障相对地电压为零。故障相对地电压为零。中性点对地的电压上升到相中性点对地的电压上升到相电压，且与接地相的电源电电压，且与接地相的电源电压相位相反。压相位相反。非故障相对地电压由相电压非故障相对地电压由相电压升高为线电压。升高为线电压。三相的线电压仍保持对称且三相的线电压仍保持对称且大小不变，对电力用户接于大

9、小不变，对电力用户接于线电压的设备的工作并无影线电压的设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供响，无须立即中断对用户供电。电。单相接地电流，等于正常运单相接地电流，等于正常运行时一相对地电容电流的三行时一相对地电容电流的三倍，为容性电流。倍，为容性电流。中性点不接地方式-单相接地电流 电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地绝缘电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地绝缘电阻，只考虑电网对地电容。电阻，只考虑电网对地电容。 电网正常时：三相电压对称，三相经对地电容流入电网正常时：三相电压对称，三相经对地电容流入大地的电流相量和为零大地的电流相量和为零，即没有电流在地中流动。即没有电流在地中流动

10、。各相对地电压等于相电压。各相对地电压等于相电压。 发生单相接地时，接地相对地电压为零，而非故障发生单相接地时，接地相对地电压为零，而非故障相对地电压变为线电压。因而容易造成两相短路。相对地电压变为线电压。因而容易造成两相短路。 单相接地电流单相接地电流CBCACBCACEUCjCUjCUjIII3)()(.CUIE3单相接地故障对电网的影响n 单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。n 由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起由于接地点的电弧或者由此产生的过

11、电压可能引起故障扩大，发展成为多相接地故障。故障扩大，发展成为多相接地故障。n 非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。设计，从而相应地增加了投资。n 在中性点不接地系统中，应装设交流绝缘监察装置，在中性点不接地系统中，应装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出信号。规程规定：当发生单相接地故障时，立即发出信号。规程规定：系统发生单相接地时，继续运行的时间不得超过系统发生单相接地时，继续运行的时间不得超过2h，并要加强监

12、视。并要加强监视。v由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电缆的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和缆的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和煤块砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造煤块砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造成漏电和接地事故。据有关的统计资料记载，在此成漏电和接地事故。据有关的统计资料记载，在此情况下，情况下，80%以上的电气短路故障都属于单相漏电以上的电气短路故障都属于单相漏电和接地事故。和接地事故。v单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如引起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和

13、电气雷管先期爆发引起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管先期爆发事故，对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单事故，对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单相间歇性电弧接地还有可能产生过电压。线路对地相间歇性电弧接地还有可能产生过电压。线路对地电容与电感元件之间也有可能引起铁磁谐振过电压，电容与电感元件之间也有可能引起铁磁谐振过电压，使那些绝缘薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电使那些绝缘薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电弧又可能进一步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能弧又可能进一步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能造成相间短路，引起电缆放炮或电气设备烧毁等严造成相间短路，引起电缆放炮或电气设备烧毁等严重事故。

14、重事故。 单相接地对煤矿的危害单相接地对煤矿的危害 适用范围v单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。v对于短距离、电压较低的输电线路，因对地电容小，对于短距离、电压较低的输电线路，因对地电容小，接地电流小，瞬时性故障往往能自动消除，故对电网接地电流小，瞬时性故障往往能自动消除，故对电网的危害小，对通讯线路的干扰小。对于高压、长距离的危害小，对通讯线路的干扰小。对于高压、长距离输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧

15、，引起电网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。为了避免发生间歇电弧，要求造成短路故障。为了避免发生间歇电弧，要求6-10kV电网单相接地电流小于电网单相接地电流小于20A。v因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿不适宜。不适宜。v煤矿安全规程煤矿安全规程第第457条规定：条规定： 矿井高压电网，必须采取措施限制单相接矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过地电容电流不超过20A。 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须

16、装设有选择性的单相接地保护装线上，必须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，必须装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。置。v中性点不接地的高压电网，接地电流主要成中性点不接地的高压电网，接地电流主要成分为电容电流，而矿井电网供电主要采用电分为电容电流，而矿井电网供电主要采用电缆线路，其对地电容大，造成单相接地电流缆线路，其对地电容大，造成单相接地电流大。大。v单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷管超前引爆等事故；管超前引爆等事故；v规程规定接地网上任一

17、保护接地点的接地电规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过阻值不得超过2欧姆，为保证在发生单相接欧姆，为保证在发生单相接地故障时产生的接地电压不超过安全电压系地故障时产生的接地电压不超过安全电压系列的最高值列的最高值42V，则单相接地电流应限制在，则单相接地电流应限制在21A以下，故规程规定高压电网的单相接地以下，故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超过电容电流不超过20A； 2005版、版、2003版、版、2001版等的版等的煤矿安全规程煤矿安全规程第第457条规定：条规定：“矿井高压电网，必须采取措施限制矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过单相接地电容电流不超过

18、20A。”。 而以前版本的而以前版本的煤矿安全规程煤矿安全规程是这样描述的：是这样描述的：“矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过20 A。否则，必须采取限制措施。否则，必须采取限制措施。”。 从上述的文字描述也可以看出，对煤矿电网的从上述的文字描述也可以看出，对煤矿电网的电容电流的治理越来越受到关注。电容电流的治理越来越受到关注。电网对地电容电流的测量电网对地电容电流的测量v直接接地测量很危险，对电网有冲击和损坏。直接接地测量很危险，对电网有冲击和损坏。v经电容接地测量也较危险，电容需要最后放经电容接地测量也较危险，电容需要最后放电。测量方法：停电后在某

19、一相并入电容并电。测量方法：停电后在某一相并入电容并接地，送电后测量电容电压接地，送电后测量电容电压U2，已知电网相已知电网相电压电压U1和并联电容和并联电容C1，电网电容电网电容C=C1*(U1-U2)/U2 。v经电阻接地比较安全，测量也很准确。方法经电阻接地比较安全，测量也很准确。方法是首先使一出线停电，然后将某一相经电阻是首先使一出线停电，然后将某一相经电阻接地，最后送电。测量电网中性点对地电压接地，最后送电。测量电网中性点对地电压和流过电阻的电流，根据公式算出电网对地和流过电阻的电流，根据公式算出电网对地电容电流。电容电流。v测量仪器测量仪器3 单相接地电容电流的治理单相接地电容电流

20、的治理限制单相接地电容电流的方法主要有：限制单相接地电容电流的方法主要有：改变系统运行方式改变系统运行方式缩小系统规模缩小系统规模改变中性点接地方式改变中性点接地方式采用接地分流装置采用接地分流装置 改变系统运行方式：改变系统运行方式：该方法一般将系统运行方式该方法一般将系统运行方式由并列运行改为分列运行，相当于将由并列运行改为分列运行，相当于将6kV大系统分为大系统分为2个或多个小系统，一般适用于电网规模不大，且从个或多个小系统，一般适用于电网规模不大，且从经济上考虑具备分列运行条件的系统。经济上考虑具备分列运行条件的系统。 缩小系统规模：缩小系统规模：该方法采用该方法采用6kV隔离变压器，

21、隔离变压器，将将6kV大系统从根本上分隔为多个接地小系统，该大系统从根本上分隔为多个接地小系统，该方法因为采用方法因为采用6kV隔离变压器，造价较高，损耗加隔离变压器，造价较高，损耗加大，且系统的运行方式不灵活，同时会造成系统构大，且系统的运行方式不灵活，同时会造成系统构造复杂化。造复杂化。治理方法综述 采用接地分流装置：采用接地分流装置：接地分流装置从严格接地分流装置从严格意义上讲并非一种完善的治理方案，它的主要意义上讲并非一种完善的治理方案，它的主要作用仅是在发生单相电弧接地时，利用并联分作用仅是在发生单相电弧接地时，利用并联分流原理，将不可控的接地点变为实接地点，使流原理，将不可控的接地

22、点变为实接地点，使故障接地点的电弧熄灭，但系统单相接地电容故障接地点的电弧熄灭，但系统单相接地电容电流值并未减小；分流装置对系统发生金属性电流值并未减小；分流装置对系统发生金属性接地不起作用，对电容电流危害的治理仅起到接地不起作用，对电容电流危害的治理仅起到部分作用；因此该方法不符合部分作用；因此该方法不符合煤矿安全规程煤矿安全规程要求，同时该方法安全性较差，不建议采用要求，同时该方法安全性较差，不建议采用。治理方法综述(介绍一篇文章介绍一篇文章)治理方法综述不符合不符合煤炭安全规程煤炭安全规程的要求；的要求； 接地点的电流很难控制在治理接地点的电流很难控制在治理要求达到的残流要求达到的残流5

23、A以下以下 ；选线困难；选线困难； 对抑制间歇性电弧接地过电压效果差对抑制间歇性电弧接地过电压效果差 会使非故障相电压无论在发生何种会使非故障相电压无论在发生何种接地故障时都上升为线电压，对电接地故障时都上升为线电压，对电缆绝缘构成威胁缆绝缘构成威胁 ；接地分流装置鉴相错误时，容易造接地分流装置鉴相错误时，容易造成事故扩大成事故扩大 。治理方法综述 改变中性点接地方式：改变中性点接地方式：即将中性点不接即将中性点不接地系统改造为中性点经消弧线圈接地系统，地系统改造为中性点经消弧线圈接地系统，利用消弧线圈产生的电感电流抵消系统的单利用消弧线圈产生的电感电流抵消系统的单相接地电容电流，从根本上使接

24、地故障点的相接地电容电流，从根本上使接地故障点的接地电流减小。随着技术的发展，目前自动接地电流减小。随着技术的发展，目前自动跟踪补偿消弧线圈技术已经成熟，将中性点跟踪补偿消弧线圈技术已经成熟，将中性点接地方式由中性点不接地改造为中性点经消接地方式由中性点不接地改造为中性点经消弧线圈接地是治理电容电流超标的最有效解弧线圈接地是治理电容电流超标的最有效解决方法。决方法。4 中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地v原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在发生单相接地时部分或全部抵消掉电容电流，则单发生单相接地时部分或全部抵消掉电容电流，则单相接地电流

25、将大减小。方法就是在中性点处加入消相接地电流将大减小。方法就是在中性点处加入消弧线圈。弧线圈。v消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。线圈的匝数来调节。v发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、甚至抵消接地电流，消除接地

26、电弧引发的问题，提甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。高供电可靠性。中性点经消弧线圈接地情况中性点经消弧线圈接地情况中性点经消弧线圈接地时电流向量图中性点经消弧线圈接地时电流向量图v电容接地电流电容接地电流v消弧线圈流过的电流消弧线圈流过的电流v完全补偿的条件完全补偿的条件v即有：即有：cULIBCACII.CBCACBCACECUjUUCjIII3)()(.LUjjXUICLCL0LEII231CL消弧线圈的补偿方式消弧线圈的补偿方式v完全补偿完全补偿v消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为0。v易满足谐

27、振条件，形成串联谐振，产生过电压。易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。v欠补偿欠补偿v电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。v因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。故一般也不采用。现完全补偿。故一般也不采用。v过补偿过补偿v电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。v过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适.v自动跟踪补偿自动跟踪补偿v 单片机或

28、微机控制单片机或微机控制中性点经消弧线圈接地系统的适用范围中性点经消弧线圈接地系统的适用范围中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时，可继续供同样有着在发生单相接地故障时，可继续供电电2小时，提高供电可靠性小时，提高供电可靠性.电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑虑.中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故

29、广泛应用在不适合采用中性点不过电压，故广泛应用在不适合采用中性点不接地的接地的3-35kV系统系统。 自动跟踪补偿的消弧线圈可以实时自动跟踪补偿的消弧线圈可以实时跟踪电网系统单相接地电容电流变化情跟踪电网系统单相接地电容电流变化情况，调节出不同的感性电流进行补偿，况，调节出不同的感性电流进行补偿，高压电网单相接地电流主要是电容电流，高压电网单相接地电流主要是电容电流，因此可使故障点的单相接地电流减小到因此可使故障点的单相接地电流减小到最小。最小。自动跟踪补偿消弧线圈原理自动跟踪补偿消弧线圈原理自动跟踪补偿消弧线圈分类自动跟踪补偿消弧线圈分类按调节原理：按调节原理：预调式：预调式：是指电网无接地

30、故障情况下，消弧线圈预先是指电网无接地故障情况下，消弧线圈预先自动调谐到合理补偿位置。一般需加装阻尼电阻，以自动调谐到合理补偿位置。一般需加装阻尼电阻，以保证中性点位移电压不大于额定相电压的保证中性点位移电压不大于额定相电压的15。随调式：随调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈处于是指电网无接地故障情况下，消弧线圈处于欠补偿状态，在电网发生单相接地故障时，消弧线圈欠补偿状态，在电网发生单相接地故障时，消弧线圈自动调谐到合理补偿位置。不需阻尼电阻，但接地瞬自动调谐到合理补偿位置。不需阻尼电阻，但接地瞬间无法达到全补偿。间无法达到全补偿。按调节方法：按调节方法：有档调节：有档调节：调节精度低，

31、残流大，一般有调匝式、调调节精度低，残流大，一般有调匝式、调容式。容式。无级调节：无级调节：调节精度高，残流小，一般有调感式、偏调节精度高，残流小，一般有调感式、偏磁式。磁式。常用的自动跟踪补偿消弧线圈形式：常用的自动跟踪补偿消弧线圈形式：v调匝式调匝式v调气隙式（动铁式）调气隙式（动铁式）v偏磁式（直流助磁式）偏磁式（直流助磁式）v磁阀式磁阀式v调容式调容式v调感式调感式 XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈是中国矿业大学电气安系列自动跟踪补偿消弧线圈是中国矿业大学电气安全与智能电气研究所在国家全与智能电气研究所在国家“七五七五”攻关项目研究基础上自主攻关项目研究基础上自主开发的产品，申请了三相

32、五柱式消弧线圈专利，并获得煤炭部开发的产品，申请了三相五柱式消弧线圈专利，并获得煤炭部二等奖、教育部三等奖等荣誉，由徐州和纬信电科技有限公司二等奖、教育部三等奖等荣誉，由徐州和纬信电科技有限公司独家生产，现已得到广泛应用。独家生产，现已得到广泛应用。 该系列消弧线圈采用该系列消弧线圈采用预调式预调式调节原理，调节原理，调感式无级调感式无级调节方调节方法，干式法，干式H级绝缘结构，单柜室内安装。级绝缘结构，单柜室内安装。额定电流（A）额定电压（V）干式结构三相自动跟踪补偿消弧线圈XBSG-6(10)/50构成：三相五柱干式消构成：三相五柱干式消弧线圈弧线圈1台、低压电抗台、低压电抗器器2台、阻尼

33、电阻箱台、阻尼电阻箱1台、台、控制器控制器1台、控制器附台、控制器附件件1套、高压开关柜壳套、高压开关柜壳体及附件体及附件1套。套。型号含义型号含义 XBSG系列消弧线圈工作原理图系列消弧线圈工作原理图L：三相五柱消弧线圈；：三相五柱消弧线圈；L1、L2：低压电抗器；：低压电抗器；RL:阻尼电阻阻尼电阻 SCR1SCR4: 可控硅；可控硅；KM：低压交流接触器主触点：低压交流接触器主触点 SCR1 SCR2 RL KM L IL L1 A B C L2 SCR3SCR4 二二 选择性漏电保护选择性漏电保护 1、问题的提出、问题的提出 目前目前610kV电网的接地保护多采用零序电流、电网的接地保

34、护多采用零序电流、零序无功功率方向等的保护原理。零序无功功率方向等的保护原理。 其中零序电流原理是基于故障线路零序电流大其中零序电流原理是基于故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，区分出故障和非故于非故障线路零序电流的特点，区分出故障和非故障元件，从而构成接地保护。障元件，从而构成接地保护。 零序无功功率方向原理是利用故障线路零序电零序无功功率方向原理是利用故障线路零序电流（线路流向母线）滞后零序电压流（线路流向母线）滞后零序电压90 、非故障线路、非故障线路零序电流（母线流向线路）超前零序电压零序电流（母线流向线路）超前零序电压90 的特的特点来实现。由于这一原理对零序电流的大小要求

35、降点来实现。由于这一原理对零序电流的大小要求降低，使之在实际电网中得到广泛应用，但其对零序低，使之在实际电网中得到广泛应用，但其对零序电流互感器的角特性要求较高。电流互感器的角特性要求较高。00 当电网中性点由不接地变为经消弧线圈接地后，当电网中性点由不接地变为经消弧线圈接地后，电网的零序电流方向发生了根本性变化，原有中性电网的零序电流方向发生了根本性变化，原有中性点不接地系统的无功功率方向型选线装置失效；目点不接地系统的无功功率方向型选线装置失效；目前尽管个别单位已研制出了基于高次谐波的选择性前尽管个别单位已研制出了基于高次谐波的选择性漏电保护装置（仅可用于矿井地面变电所），但由漏电保护装置

36、（仅可用于矿井地面变电所），但由于其原理的局限性，在使用中往往出现灵敏度低、于其原理的局限性，在使用中往往出现灵敏度低、拒动、误动现象，严重影响了矿井供电的可靠性、拒动、误动现象，严重影响了矿井供电的可靠性、安全性。安全性。 采用适合于我国矿井采用适合于我国矿井6kV电网消弧线圈接地系电网消弧线圈接地系统的选择性漏电保护新原理，并据此对现有的各种统的选择性漏电保护新原理，并据此对现有的各种漏电保护装置进行全面的技术改造，构成完善的三漏电保护装置进行全面的技术改造，构成完善的三级漏电保护系统，确保矿井电网安全、可靠运行，级漏电保护系统，确保矿井电网安全、可靠运行，是非常必要的。是非常必要的。 v

37、煤矿安全规程煤矿安全规程第第457条规定：条规定： 矿井高压电网，必须采取措施限制单相接矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过地电容电流不超过20A。 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装线上，必须装设有选择性的单相接地保护装设有选择性的单相接地保护装置置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置置。2、单相接地分析、单相接地分析 首先分析一下电网发生单相接地（包括直接接地和经一首先分析一下电网发生单相接地（包括直接接地和经一

38、过渡电阻接地）故障时，电网零序电压及零序电流的分布情过渡电阻接地）故障时，电网零序电压及零序电流的分布情况。况。v中性点不接地电网发生单相经电阻接地等效电路如上页图所中性点不接地电网发生单相经电阻接地等效电路如上页图所示，由于示，由于A相对地经电阻相对地经电阻RE接地（接地（ RE=0为直接接地），破坏为直接接地），破坏了原电网对地阻抗的对称性，使电源的中性点对地电压不再了原电网对地阻抗的对称性，使电源的中性点对地电压不再为零，假设中性点对地电压为为零，假设中性点对地电压为UN，并忽略线路的阻抗，则电，并忽略线路的阻抗，则电网每相对地电压为：网每相对地电压为：v通过每相对地电容通过每相对地电容

39、C和接地电阻和接地电阻RE的电流之和为零，即：的电流之和为零，即：v根据对称分量法的原理，实际上根据对称分量法的原理，实际上UN就是零序电压就是零序电压U0 ，则：，则： NCCNBBNAAUUUUUUUUU0)(3)(ENANEACBARUUUCjRUUUUCjEACRjUU310 由于只有零序电流可以流入大地，和接地故由于只有零序电流可以流入大地，和接地故障点构成回路，总的零序电流之和就等于流过接地障点构成回路，总的零序电流之和就等于流过接地电阻的电流电阻的电流IE，方向相反。上页图是将电网所有支，方向相反。上页图是将电网所有支路的对地电容用集中的电容表示，而我们更关心的路的对地电容用集中

40、的电容表示，而我们更关心的是每条支路零序电流及其方向，下图为电网发生单是每条支路零序电流及其方向，下图为电网发生单相接地故障时的零序等效电路。相接地故障时的零序等效电路。 从图中可以看出，流过故障支路零序从图中可以看出，流过故障支路零序电流互感器（电流互感器（LH1）的零序电流是所有非）的零序电流是所有非故障支路零序电流之和，方向是由支路指故障支路零序电流之和，方向是由支路指向母线，流过非故障支路零序电流互感器向母线，流过非故障支路零序电流互感器（LH2、LH3）的零序电流就是本支路的）的零序电流就是本支路的零序电流，方向是由母线指向支路。故障零序电流，方向是由母线指向支路。故障支路零序电压、

41、零序电流的矢量如下页图支路零序电压、零序电流的矢量如下页图所示。所示。 单相接地故障时的零序等效网络及其相量图单相接地故障时的零序等效网络及其相量图a)零序等效网络零序等效网络 b)相量图相量图v对中性点不接地电网的，显然，通过零序电流的大小和方向对中性点不接地电网的，显然，通过零序电流的大小和方向是很容易区分故障支路和非故障支路的，即流过故障支路零是很容易区分故障支路和非故障支路的，即流过故障支路零序电流互感器的零序电流大于流过非故障支路零序电流互感序电流互感器的零序电流大于流过非故障支路零序电流互感器的零序电流，方向正好相反。器的零序电流，方向正好相反。v中性点经消弧线圈接地的电网发生单相

42、接地故障，就相当于中性点经消弧线圈接地的电网发生单相接地故障，就相当于流过流过故障支路故障支路零序电流互感器的零序电流中增加了一电感性零序电流互感器的零序电流中增加了一电感性电流，方向由支路指向母线，其矢量关系（过补偿）如下图电流，方向由支路指向母线，其矢量关系（过补偿）如下图所示。所示。 从矢量图可看出，由于消弧线圈电感电流的从矢量图可看出，由于消弧线圈电感电流的加入，使流过故障支路零序电流互感器的电流性加入，使流过故障支路零序电流互感器的电流性质变得不确定。即此时流过故障支路零序电流互质变得不确定。即此时流过故障支路零序电流互感器的电流由原来的电容性电流变成：电感性电感器的电流由原来的电容

43、性电流变成：电感性电流（过补偿）或者电容性电流但幅值减小（欠补流（过补偿）或者电容性电流但幅值减小（欠补偿）或者电阻性电流（即非故障支路对地绝缘电偿）或者电阻性电流（即非故障支路对地绝缘电阻电流之和也非常小：全补偿）。阻电流之和也非常小：全补偿）。 显然，用前面的零序电流原理、零序电流功显然，用前面的零序电流原理、零序电流功率方向原理来区别故障支路与非故障支路是不行率方向原理来区别故障支路与非故障支路是不行的，给接地保护带来困难。的，给接地保护带来困难。3、其他类型的接地保护原理、其他类型的接地保护原理（1）首半波保护原理）首半波保护原理 解决中性点经消弧线圈接地电网的接地保护问题，可解决中性

44、点经消弧线圈接地电网的接地保护问题，可利用接地故障发生瞬间的利用接地故障发生瞬间的暂态电流暂态电流来实现接地保护，即首半来实现接地保护，即首半波原理。该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬波原理。该原理是基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一间这一假设假设而提出的。当相电压接近最大值时，若发生接地而提出的。当相电压接近最大值时，若发生接地故障，则故障相电容通过故障线路向故障点放电，故障线路故障，则故障相电容通过故障线路向故障点放电，故障线路电感和分布电容使电流具有衰减振荡性。对于中性点经消弧电感和分布电容使电流具有衰减振荡性。对于中性点经消弧线圈接地系统，由于暂态电感电流的最大值应出

45、现在接地故线圈接地系统，由于暂态电感电流的最大值应出现在接地故障发生在相电压经过零值的瞬间，而接地故障发生在相电压障发生在相电压经过零值的瞬间，而接地故障发生在相电压接近最大值瞬间时，消弧线圈中的暂态电感电流接近于零，接近最大值瞬间时，消弧线圈中的暂态电感电流接近于零，其过渡过程与中性点不接地系统的近似相同，故可利用故障其过渡过程与中性点不接地系统的近似相同，故可利用故障线路中故障后暂态零序电流第一个周期的首半波与非故障线线路中故障后暂态零序电流第一个周期的首半波与非故障线路相反的特点实现选择性保护。路相反的特点实现选择性保护。 从上述此原理的工作特点可知，根据首半波从上述此原理的工作特点可知

46、，根据首半波保护原理工作的接地选线装置，显然不能反映相保护原理工作的接地选线装置，显然不能反映相电压较低电压较低(非峰值非峰值)时的接地故障，且受接地故障时的接地故障，且受接地故障点过渡电阻影响较大，同时也存在工作死区。加点过渡电阻影响较大，同时也存在工作死区。加上不同的电网结构，时间常数各不相同，接地暂上不同的电网结构，时间常数各不相同，接地暂态过程的振荡频率等特性也必然不同，从而使首态过程的振荡频率等特性也必然不同，从而使首半波的时间宽度各不相同。因此，利用此原理构半波的时间宽度各不相同。因此，利用此原理构成的保护装置，其适用范围受到限制。此类装置成的保护装置，其适用范围受到限制。此类装置

47、的现场运行也证明，其选择性能较差，目前已经的现场运行也证明，其选择性能较差，目前已经很少使用。很少使用。 （2）谐波电流方向保护原理）谐波电流方向保护原理 解决中性点经消弧线圈接地电网的接地保护问解决中性点经消弧线圈接地电网的接地保护问题，另一种方法是采用高次谐波零序电流方向的保题，另一种方法是采用高次谐波零序电流方向的保护原理。因为电网电源电压中不仅有基波，而且存护原理。因为电网电源电压中不仅有基波，而且存在一定的高次谐波，对高次谐波来讲，消弧线圈的在一定的高次谐波，对高次谐波来讲，消弧线圈的感抗将增加，电网对地电容的容抗将减小，如感抗将增加，电网对地电容的容抗将减小，如5次次谐波的感抗将增

48、加谐波的感抗将增加5倍，容抗将降低倍，容抗将降低5倍，所以，高倍，所以，高次谐波的零序电流中电容电流远大于电感电流，其次谐波的零序电流中电容电流远大于电感电流，其电感电流可以忽略，也就是说，对高次谐波来将，电感电流可以忽略，也就是说，对高次谐波来将，电网相当于未接入消弧线圈一样，就可用高次谐波电网相当于未接入消弧线圈一样，就可用高次谐波零序电流的大小和方向来区分故障支路与非故障支零序电流的大小和方向来区分故障支路与非故障支路，实现选择性接地保护。但是，这种保护原理也路，实现选择性接地保护。但是，这种保护原理也有一定的不足。有一定的不足。 由于由于5次或次或7次谐波的含量相对基波而言要次谐波的含

49、量相对基波而言要小得多，且各电网的谐波含量大小不一（如对小得多，且各电网的谐波含量大小不一（如对某矿某矿6 kV电网零序电流谐波成分的实测，其电网零序电流谐波成分的实测，其5次与次与7次谐波成分相近，为次谐波成分相近，为1.121.78，故，故以此原理构成的保护其零序电压动作值往往很以此原理构成的保护其零序电压动作值往往很高，灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻高，灵敏度较低，在接地点存在一定过渡电阻值时将出现拒动现象。值时将出现拒动现象。（3）注入法原理）注入法原理 通过运行中的电压互感器向接地线注入通过运行中的电压互感器向接地线注入信号，利用信号寻踪原理，实现接地选线。信号，利用信号寻踪原

50、理，实现接地选线。 适用于各种接地系统，但需在电网中注适用于各种接地系统，但需在电网中注入信号且受电网出线均匀程度和谐波含量影入信号且受电网出线均匀程度和谐波含量影响响 。 中性点经消弧线圈并中性点经消弧线圈并（串）电阻接地的电网发生（串）电阻接地的电网发生单相接地故障，就相当于流单相接地故障，就相当于流过故障支路零序电流互感器过故障支路零序电流互感器的零序电流中增加了一的零序电流中增加了一电感电感性电流性电流和一和一电阻性电流电阻性电流，方，方向由支路指向母线，其矢量向由支路指向母线，其矢量关系如右图所示。关系如右图所示。（4）零序电流有功分量原理）零序电流有功分量原理 由于电阻电流的加入，

51、使流过故障支路零序电流互由于电阻电流的加入，使流过故障支路零序电流互感器的电流同流过非故障支路零序电流互感器的电流拉开感器的电流同流过非故障支路零序电流互感器的电流拉开一定的角度，特别需要注意的是在忽略了各支路对地绝缘一定的角度，特别需要注意的是在忽略了各支路对地绝缘电阻的影响时，流过非故障支路零序电流互感器的电流在电阻的影响时，流过非故障支路零序电流互感器的电流在零序电压上的投影等于零，而流过故障支路零序电流互感零序电压上的投影等于零，而流过故障支路零序电流互感器的电流在零序电压上的投影等于与消弧线圈并联的电阻器的电流在零序电压上的投影等于与消弧线圈并联的电阻中的电流，但是，方向是零序电压的

52、负方向。这样就可以中的电流，但是，方向是零序电压的负方向。这样就可以方便地计算出这一电阻电流：方便地计算出这一电阻电流： 上式中上式中为零序电流超前零序电压的角度。这样根据为零序电流超前零序电压的角度。这样根据IRL就可很方便地区分故障支路与非故障支路，实现选择就可很方便地区分故障支路与非故障支路，实现选择性接地保护。此即性接地保护。此即零序电流有功分量原理零序电流有功分量原理。该原理可以较。该原理可以较好地适用于不同中性点接地方式电网的接地选线保护。好地适用于不同中性点接地方式电网的接地选线保护。 cos1LHRLIIWLD系列小电流接地系统微机选线系列小电流接地系统微机选线 WLD系列小电

53、流接地系统微机选线装置系列小电流接地系统微机选线装置采用基波选线原理，在中性点不接地系统采采用基波选线原理，在中性点不接地系统采用无功功率方向型原理，群体比幅选线方案；用无功功率方向型原理，群体比幅选线方案；在中性点经消弧线圈并或串电阻接地系统，在中性点经消弧线圈并或串电阻接地系统，选用有功功率方向型原理，群体比幅选线方选用有功功率方向型原理，群体比幅选线方案。案。 为保证选线的准确率，该装置配套使用为保证选线的准确率，该装置配套使用了专利产品了专利产品FLH0-2型零序电流互感器，从信型零序电流互感器，从信号取样来保证原理实现的准确性，由于基波号取样来保证原理实现的准确性，由于基波信号强，其

54、选线的灵敏度也较高。信号强，其选线的灵敏度也较高。煤矿高压电网的中性点运行方式及漏电保护煤矿高压电网的中性点运行方式及漏电保护l 中性点运行方式中性点运行方式l 单相接地的危害单相接地的危害l 电容电流的治理电容电流的治理l 消弧线圈的调节原理消弧线圈的调节原理l 高压漏电保护高压漏电保护总总 结结专题二专题二煤矿电网的安全运行煤矿电网的安全运行 煤矿供电系统的特点煤矿供电系统的特点 煤矿供电系统存在的问题煤矿供电系统存在的问题 继电保护继电保护 井下配电自动化井下配电自动化 煤矿电网安全分析煤矿电网安全分析一、煤矿高压供电系统一、煤矿高压供电系统1矿井对供电的要求矿井对供电的要求 煤矿企业为

55、电能的重要用户。由于煤矿生产的特殊性，煤矿企业为电能的重要用户。由于煤矿生产的特殊性，在供电上要求更为严格。其主要要求如下：在供电上要求更为严格。其主要要求如下：1）供电可靠）供电可靠 2）供电安全）供电安全 3）保证充足的供电量）保证充足的供电量 4）技术经济合理）技术经济合理 2矿井电压等级矿井电压等级电压等级电压等级用途用途交交流流电电36V36V127V127V220V220V380V380V660V660V1140V1140V3 3、6 6、10kV10kV3535、60kV60kV110110、220220、330kV330kV以以上上矿用低压隔爆磁力起动器的控矿用低压隔爆磁力起动

56、器的控制回路及信号回路制回路及信号回路井下照明、信号、煤电钻井下照明、信号、煤电钻地面照明、低压动力地面照明、低压动力地面或井下低压动力地面或井下低压动力井下低压动力井下低压动力采区大型采煤机组等采区大型采煤机组等大型机械的电动机或输电大型机械的电动机或输电高压输电高压输电超高压输电超高压输电直直流流电电110110、220220、440V440V250250、550V550V4040、8080、110110、120V120V2.52.5、4V4V一般动力一般动力架线式电机车架线式电机车蓄电池电机车蓄电池电机车矿灯矿灯3 3 矿井供电系统的结构矿井供电系统的结构v矿井供电方式的决定因素矿井供电

57、方式的决定因素v矿区范围矿区范围v采用机械化方式采用机械化方式v矿层结构矿层结构v采煤方法采煤方法v矿层埋藏深浅矿层埋藏深浅v井下涌水量大小井下涌水量大小v典型供电方式：典型供电方式：深井、浅井、平硐深井、浅井、平硐三种三种电力网电力网深井供电深井供电中央变电所中央变电所4 4 矿井变电所及工作面配电点矿井变电所及工作面配电点 v地面变电所地面变电所v井下中央变电所井下中央变电所 v采区变电所采区变电所v工作面配电点工作面配电点 v供电可靠性要求高供电可靠性要求高 井下人员井下人员 瓦斯瓦斯 涌水涌水 生产生产 损失惨重，教训深刻损失惨重，教训深刻 v同一电压等级的供电级数多同一电压等级的供电

58、级数多 地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、移动变电站v负荷集中负荷集中 大功率设备多大功率设备多 大功率设备多且相对集中，负荷变化对供电系统影响大v运行环境恶劣运行环境恶劣 事故频繁事故频繁 环境潮湿，粉尘多，移动型设备多，挤压碰撞多v电缆供电为主电缆供电为主 高压电缆一般有几十公里，单相接地电流大，易拉起电弧，不易自恢复v新型电力电子设备逐渐增多新型电力电子设备逐渐增多 谐波含量超标 自然功率因数低v供电设备技术水平参差不齐供电设备技术水平参差不齐 设备多且难以统一，配合复杂，管理维护困难5 矿矿 井井 供供 电电 的的 特特 点点 二、煤矿电网存在的问题二、煤矿电网存在的问题v设计生

59、产能力小，经过多次扩容改造，使得设计生产能力小，经过多次扩容改造，使得电网结构复杂；电网结构复杂；v对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管对供电系统缺乏整体性的规划，使得运行管理混乱；理混乱；v保护的越级和无选择性跳闸；保护的越级和无选择性跳闸；v单相接地电容电流的治理；单相接地电容电流的治理；v电能质量的改善；电能质量的改善；v其它安全隐患。其它安全隐患。三三 继继 电电 保保 护护v现有线路保护现状与存在的问题现有线路保护现状与存在的问题v线路保护整定计算存在的问题线路保护整定计算存在的问题v煤矿煤矿高压高压线路越级跳闸原因分析线路越级跳闸原因分析v高压高压线路保护的整定计算线路保护的整定

60、计算现有线路保护现状与存在的问题v保护配置（三段式保护）v6kv线路相间短路电流电压保护通常是三段式保护，第线路相间短路电流电压保护通常是三段式保护，第I段为无延时电流段为无延时电流速断保护；第速断保护；第II段为带时限电流速断；第段为带时限电流速断；第III段为过流保护。井下现在大都段为过流保护。井下现在大都为两段式保护。为两段式保护。v电流电流I段为本段线路的主保护，段为本段线路的主保护，II段为本段线路的后备保护，段为本段线路的后备保护，III为下级线为下级线路或设备的后备保护。路或设备的后备保护。 煤矿三段式保护存在的问题v从供电结构上来看上下级之间的线路（井下线路）很多不从供电结构上