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矿山电力系统采用高阻接地可行性分析 |
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| 矿山电力系统采用高阻接地可行性分析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 16:39:09  |
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随着我国电力行业的迅猛发展，矿山现有的电力系统的运行模式也在发生翻天覆地的变化。作为矿山行业是个高危的重点负荷用户，保证用电的安全可靠就更加尤为重要了。这也是电力系统的基本要求：1、可靠性，对用户连续供电。2、保证电能质量，即频率50Hz±0.2；电压±5%波形正常的是正弦波谐波分量。3、经济性，如何更好的节约能源和降低损耗。4、防止环境污染不破坏生态环境等。
一、矿山电力系统接地方式分析
在矿山电力系统的配电网中，主要是指6～10kV等级，配电网中性点接地现有的运行模式是：经消弧线圈接地和不接地等方式。
在矿山6～10kV配电网中，无论是井上和井下都是以电缆为主的运行线路。电缆线路为主的配电网就一定具有以下特点：
a、运行条件好，受外界环境条件影响小；
b、系统对地电容电流较大；
c、绝缘为有机绝缘，电弧为封闭性电弧，不易自熄；
d、瞬时性接地故障很少，一般都是永久性接地；
e、电缆线路不允许带接地故障运行；
f、接地故障时要求及时判断故障线路，要迅速断开故障线路；
g、电缆终端、接头等处绝缘相对薄弱，长时间承受过电压易发生非故障相绝缘击穿，形成相间短路，扩大事故；
消弧线圈接地存在的问题归纳为以下几点：
a、非接地故障相电压升高到倍以上；仍可能产生间歇性弧光接地过电压；
b、不能降低弧光过电压的幅值；
c、不能补偿谐波电流，谐波电流较大时易引起系统谐振过电压；
d、脱谐度过小时，使中性点电压偏移△U放大，可能引起误发接地信号；
e、脱谐度过大时，会产生间歇性弧光接地过电压；
f、容量选择受调节容量的限制；
g、接地选线问题没有很好解决；
h、系统谐振过电压高；
i、不利于过氧化锌避雷器MOA推广使用；
j、使用寿命比电阻接地方式短；随着系统的负荷的增加无法满足升压的要求。
直接接地存在的问题归纳为以下几点：
a、非接地故障相电压升高到线电压；
b、Ico（电容电流）＞10A时，易产生高倍数的间歇性弧光过电压，威胁设备绝缘、扩大事故；
c、易发生谐振过电压；
d、自动接地选线复杂；(单相接地时，工频电流小)
e、采用试拉法选线又会引起操作过电压；
所以，矿业系统配电网中性点以消弧线圈接地和不接地为主的运行模式。在运行中就存在难以解决的两大问题。即：无法真正降低系统的过电压水平和有效提高小电流选线的准确率。
如何做到电气设备的正常运行和维护，是煤炭、矿山行业正常生产的最基本条件。这就急需要求我们一定要选择一个更加合理的方法，来有效的解决矿业系统配电网中性点接地方式。来解决系统中存在的两大最基本的难题。
例如：2007年4月7日在厦门《矿山电气技术交流研讨会》上矿业代表也提出了这两大难题；在黑龙江某某煤矿配电网中性点曾经采用过经消弧线圈接地的运行方式，但后来把消弧线圈拆除了。其直接原因就是无法降低系统的过电压水平和小电流选线不准确。
以上这些都直接影响了矿业系统配电网的正常供电。使生产难以正常的进行，生产安全无法得到保障；且电器设备长期的在过电压下运行，大大减少了电器设备的使用寿命，且极易击穿弱绝缘设备。使事故扩大化。其后果将不堪设想。
二、采用高阻接地的可行性
应用原理：利用电阻的耗能和阻尼作用，降低系统的弧光接地、谐振及操作过电压水平。
中性点高值电阻器接地系统是限制接地故障电流水平为10A以下，高电阻接地系统设计应符合每相零序电阻Ro≤Xco每相对地容抗准则，以限制于间歇性电弧接地故障时产生的瞬态过电压。
1、中性点经高电阻接地特点：
a、限制暂态过电压在2.5倍额定相电压以下。
b、有效地限制间歇性弧光接地过电压；
c、有效地消除谐振过电压；
d、降低各种操作过电压；
e、可准确判断并及时切除故障线路；（或按矿业系统的特殊要求也以带电连续运行。）
f、系统设备承受过电压水平低、时间短。可适当降低设备的绝缘水平，提高系统设备的使用寿命。具有很好的经济效益；
g、有利于过氧化锌避雷器MOA的应用；降低雷电过电压水平；
h、提高系统安全、可靠运行水平；
i、适应系统对地电容电流较大范围变化，电阻不需调节；
j、设备简单、可靠，投资比消弧线圈接地方式少，使用寿命长。
以上是高电阻接地装置在各个行业运行经验中总结的实际情况。尤其能有效的限制了系统过电压幅值。
2、当发生单相接地时，如何选择故障线路。这是选用高阻接地方式与变电站综合自动化保护的基本配合。
a、采用定(不同)时限零序过电流保护或单相接地、零序保护方式可以准确判断出故障线路,实现有选择性的断开故障线路。
b、单相接地故障零序保护的配置:每条馈线首端配置限时零序电流保护;线路末端有开关站时,开关站的进线；和出线上也装设零序电流保护，保护动作跳闸。
c、主变压器低压侧进线间隔装设反映单相接地故障的零序保护，作为母线单相接地故障的主保护和馈线单相接地的后备保护；
d、对电容电流过小、接地过渡电阻较大的架空线路当保护灵敏度不够时，可采用单相接地方向过电流保护。
e、环网供电的馈线，用户端不装设单相接地零序保护。
3、从保护整定考虑：
当某一条线路发生接地故障时，其接地故障电流为I02=IR2+（IC－I2）2，I2为故障线路本身的电容电流，与整个系统总的电容电流相比，计算时可以忽略。
所以I02≈（IR2+IC2）
从保证继电保护灵敏度考虑，电阻值越小即流过电阻的电流越大越好。目前的微机保护一般都有零序保护功能，且启动的电流值相当小，单相接地故障电流远大于每条线路的对地电容电流，一般都能满足零序保护的灵敏度要求。因此，按照继电保护灵敏度和接地过渡电阻来考虑，选择较小的电阻电流IR，在保护整定时可确保继电保护的灵敏度和可靠性。
4、选用高阻接地方式对通信的影响：
从降低对通信的干扰考虑，流过电阻的电流不宜选的过大。我国四部协议规定，如通信电缆与大地间未装放电器时，危险影响电压不得大于430V；对高可靠线路不大于630V；而采用高电阻接地方式后，发生单相接地故障时，故障电压可控制在200V以内完全没有问题；这样就不会对通信线路造成任何影响。
5、人身安全考虑：
从人身安全考虑，中性点接地电阻的通流越小越好。因为中性点经低电阻接地在发生单相接地故障时，通过故障点的接地短路电流比较大，引起故障点地电位升高，有可能造成跨步电压，接触电势超过允许值。因此在选择电阻值时，把故障电流控制在10A以下，应根据地网接地电阻，保护动作时间，接地短路电流核算跨步电压和接触电势都没有超过规程。根据全国许多实践经验，并未因采用高电阻接地造成跨步电压和接触电势过高产生人身事故，因此选择高电阻通过小电流是较为适宜的。
6、由消弧线圈改造成电阻接地的许多成功实例：《通钢兰桥变电所经高阻接地技术改造方案》。
三、推荐矿山电力系统采用高阻接地方式
按着电力系统规范要求，也推荐了高电阻接地的运行方式；在《矿山电力设计规范》修订版（中华人民共和国国家标准GB50070）中，有详细的说明：
第2.0.12条“向矿井井下或露天采矿场供电的矿山6～10kV；系统中性点接地方式，应根据矿山对供电不间断的要求、单相接地电容电流大小、单相接地故障电压允许值等条件选择，并应符合下列规定：
1、矿山6～10kV系统宜采用不接地、高阻接地或消弧线圈接地方式；采用上述接地系统的6～10kV系统发生单相接地故障时，如不立即切除故障回路而需要保持短时期运行，应将流经单相接地故障点电流限制在10A以内；
2、当矿山6～10kV系统发生单相接地故障时迅速切除故障回路，可采用中电阻接地方式，且应将系统发生单相接地故障时故障电压限制在200V以内。”
第2.0.13条“矿山6～10kV系统宜采用不接地、高阻接地或消弧线圈接地方式时，地面主变电所每回6～10kV馈出上应装设有选择性的单相接地保护装置。”
第2.0.14条“矿山6～10kV系统中性点采用中电阻接地方式时，地面主变电所每回6～10kV馈出上应配置二段零序电流保护装置。直接向设在井下和露天矿场的6～10kV变（配）电所的馈线应装设第一段为零序电流速断保护，时限不超过0.5秒。”
我国城市配电网自上世纪80年代末期开始采用中性点经电阻接地方式，1997年已将中性点经电阻接地方式写入我国电力行业规程，并得到迅速推广。应用在各个行业例如：各大城市供电局、发电厂、地铁、机场、港口、钢铁厂、石化厂等等。 运行实践证明，中性点经电阻接地对降低系统过电压、提高系统运行的可靠性和安全性具有良好的效果。
由此可见配电网中性点经电阻接地完全符合电气设备的正常运行和维护，这是煤炭、矿山行业正常生产的最基本条件。
同时，矿业行业配电网中性点经高电阻接地也完全能够满足电力系统的最基本要求：1、可靠性，对用户连续供电。真正的解决了过电压水平。2、保证电能质量，快速选择故障线路，快速有效地投入备用电源，把故障解决在最小的范围，范围小就很容易快速解决排出故障。3、经济性，比其它的方式投资小，使用寿命可长达20~30年。4、防止环境污染，电阻的良好特性本身就不会破坏生态环境，它运行时只会产生热能。
四、综述
配电网中性点接地方式的选择是具有综合性的技术问题。中性点不接地、谐振接地、电阻接地各有其优缺点，应结合电网具体条件，通过技术经济比较确定，也就是说，因每种中性点接地方式的系统，具有独自的优点。所以，在选择时必须从具体实际出发，权衡利弊，择利大于弊的全面考虑。
中性点经电阻接地在国外从上世纪40年代已开始使用。从1995年深圳某电气公司率先从美国PGR公司引进中性点接地不锈钢电阻器，《FNGR系列配电网中性点接地电阻柜》产品先后在深圳，上海，北京，天津，江苏，福建等地区供电局及石化，钢铁，地铁，发电厂行业使用。通过2000台/年电阻柜的使用表明，其性能先进可靠。一定能成为矿业系统的最佳理想选择。
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