煤礦供電常見的兩相短路故障分析

煤礦供電常見的兩相短路故障分析

1保護和監(jiān)控排水系統(tǒng)運行條件隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對煤炭的需求日益增長，對供電裝置和能源裝置的保護和管理提出了更高的要求。礦區(qū)現(xiàn)有的供電系統(tǒng)要達到安全可靠高質(zhì)量地供電,就要對供電系統(tǒng)和設備的運行狀況實行保護和監(jiān)控,繼電保護和自動裝置就是保護和監(jiān)控供電系統(tǒng)安全運行的重要設備。它們可以按照預定的要求有選擇地動作,并在發(fā)生故障時及時報警,迅速、準確地切除故障設備,避免事故擴大和引發(fā)其他事故,避免引起火災,確保煤礦安全。2從兩相短路故障的發(fā)生頻率看煤礦電力網(wǎng)主要是由地面變電所的6kV母線,通過電纜線路向井下中央配電所供電,再向采區(qū)變電所、井下排水泵、井下運輸?shù)热V井90%以上的一、二級負荷點供電。地面多以6kV線路變壓器組的形式供電。礦井供電系統(tǒng)常見的故障主要有單相或兩相接地、單相斷線及兩相或三相短路故障;不正常運行方式主要指過負荷、過電壓、低電壓等。據(jù)不完全統(tǒng)計,單相和兩相接地故障占所有故障的65%和20%,是煤礦電網(wǎng)中出現(xiàn)幾率最高的故障形式,而且單相接地故障還是其他故障的先導,其最大的特點是有零序電流和零序電壓產(chǎn)生;兩相短路占總事故率的10%,當電力網(wǎng)中發(fā)生兩相短路時,系統(tǒng)中只存在正序分量和負序分量,無零序分量,并且兩故障相電流大小相等、方向相反,這是兩相短路的重要特征。當電網(wǎng)中單相斷線時,線路中會出現(xiàn)負序電流,負序電流的大小與兩相短路時不同,因此,可通過判斷負序電流的大小來區(qū)分兩相短路故障和單相斷線故障。煤礦電力網(wǎng)單相斷線故障很少發(fā)生,三相短路故障僅占總事故率的5%,雖然出現(xiàn)的幾率很低,但電流很大,易燒毀設備,屬于惡性事故之列。三相短路和過負荷屬于煤礦電網(wǎng)對稱性故障和不正常運行狀態(tài),其共同特點是:故障后三相電流仍然對稱,只是幅值增大,系統(tǒng)中只存在正序電流分量。例如,內(nèi)蒙古某礦井35kV變電所6kV出線發(fā)生相間短路,繼電保護拒動,6kV斷路器不能跳閘,事故波及到110kV系統(tǒng),致使110kV斷路器跳閘,引起大面積長時間停電,同時,短路電弧引起火災;河北某礦井由于6kV下井回路單相接地,出線開關的繼電保護拒動,短路電弧引起井下火災。其主要原因是電氣設備的主保護、近后備和遠后備繼電保護的配置和定值及時限存在問題,還有當時的ZD-4型單相接地信號裝置落后。3環(huán)境保護措施(1)單接地故障1故障油路的電壓當某一支路發(fā)生單相接地時,如人身觸電或絕緣損壞單相經(jīng)電阻接地等,故障相零序電流I0i的方向由支路流向母線,其大小為:I0i=3U0{1/[R+j(1/wc)]}Ι0i=3U0{1/[R+j(1/wc)]}式中:R—各支路每相對地絕緣電阻,Ω;C—支路每相對地分布電容,Ω;U0—零序電壓,V。故障支路和非故障支路中的零序電流大小不同,而相位相反。根據(jù)零序電流的方向可以區(qū)分故障支路和非故障支路。非故障支路零序電流超前零序電壓,超前角度α<π/2,當R=∞時,α=π/2;而非故障相零序電流則從母線流向支路,為:I˙0=?∑i=1nI?i0Ι˙0=-∑i=1nΙ?i0式中:i—非故障支路數(shù)。22主要安全措施單相接地故障的預防LM型微機自動選線及其他微機保護信號裝置能自動顯示出具體支路發(fā)生單相接地并報警,可以及時快速消除單相接地故障,防止事故擴大,減少停電時間。井下設備均系雙回路供電,當相關保護和信號裝置檢測到下井線路發(fā)生單相接地故障時,微機選線信號裝置在發(fā)信號的同時,作用于斷路器而跳閘,斷開該線路,以免產(chǎn)生間歇性電弧,引起火災和事故擴大。隨后用故障探測儀查找并排除該支路的單相接地故障點。復合式小脫諧度補償據(jù)統(tǒng)計,大型礦井的6kV電力網(wǎng)單相接地電容電流高達100A左右,故必須裝設消弧線圈進行限制?，F(xiàn)有國產(chǎn)通用自動無級調(diào)節(jié)消弧線圈補償后的殘流為5～10A,國外單相對地電容電流限制在10A以內(nèi)。若消弧線圈的自動調(diào)節(jié)裝置或微機控制器可靠靈敏,則該電網(wǎng)可以運行在適當?shù)摹⑤^小脫諧度的過補償狀態(tài)。這比全補償、欠補償狀態(tài)要安全些。(2)對電流和電速中斷的保護1故障分析下井電纜發(fā)生相間短路故障時,線路中的電流突然增大,母線電壓突然下降。2kv下井線路無時限電流速斷保護裝置作為礦井地面變電所6kV下井出線的主保護,它以0s切除三相短路故障,其動作值是以保護區(qū)末端的最小運行方式下的三相短路電流值整定計算的。但煤礦6kV電纜線路從地面主變電所到井下中央配電所的阻抗很小,按照正常計算方法,電流速斷保護往往沒有保護區(qū)或保護區(qū)很小,對于地面6kV線路變壓器組,可以伸展到變壓器內(nèi)部;對于6kV下井電纜線路,電流速斷保護區(qū)伸展到井下中央配電所的保護區(qū)內(nèi),如伸展到采區(qū)變電所,可作為井下用電設備相間短路的遠后備保護。過電流保護裝置作為6kV下井出線的近后備保護,其動作值是按躲過被保護元件通過最大負荷電流并且在其區(qū)外短路故障切除后能自動返回進行整定的,在時限上用0.5s的延時,切除各種相間故障。實際上,供電系統(tǒng)給礦井地面變電所6kV出線的時限一般只有0.5s。井下中央配電所6kV出線只能設置0s過電流保護作為主保護,用過負荷保護作為各支路的后備保護,或者用反時限繼電器。(3)負荷防護1設備的運行溫度過負荷是最常見的不正常工作情況,通常為重載啟動等原因造成的。但只要設備的運行溫度沒有超過其允許升溫,電網(wǎng)還允許繼續(xù)運行。礦井大多數(shù)電氣設備,如變壓器、電動機等,都具有一定的允許過載能力,時間越短,允許通過的過負荷電流越大。2反時段繼電器為了充分發(fā)揮被保護元件的效益,又不因長時間過熱而造成損壞,對過負荷的保護應具有反時限特性,可由電流繼電器和時間繼電器配合或反時限繼電器來實現(xiàn)。過負荷保護裝置的動作值只取決于本支路的最大負荷電流,作用于信號或延時跳閘,可以作為后備保護。據(jù)調(diào)查,不少礦井因對上述有關保護的定值及時限配合不當而失去保護作用,使保護裝置經(jīng)常出現(xiàn)拒動或誤動,不能及時、迅速、準確地切除故障而引起火災,燒毀設備,造成大面積長時間停電?，F(xiàn)在微機保護和微機監(jiān)控監(jiān)測成套裝置逐步取代電磁型繼電器,相關問題應得到更好的完善和改進。(4)高壓異步電動機電動機和電力電容器組除了各種電流保護外,還要設置電壓保護。6kV電力網(wǎng)的電壓保護主要用在電動機和電力電容器組。礦井的提升機、通風機等高壓異步電動機,當6kV母線電壓低于額定電壓的70%～80%時,可用線電壓的電壓繼電器將電動機斷開;電容器組的低電壓保護可以發(fā)信號,電容器組的過壓保護作用于斷路器跳閘。電容器組和同步電動機均應設失壓閉鎖延時合閘裝置,延時取決于同步電動機惰行時間和電容器組失壓后放完電時間,由時間繼電器配合實現(xiàn)。46kv電能網(wǎng)的自動裝置(1)設置備用電源自動投入裝置根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》規(guī)定,煤礦必須是雙電源供電。當雙電源來自上一級變電所的兩段母線時,兩電源可以同時向礦井供電;也可以一個電源工作,一個電源備用,在電源進線處可以設置備用電源自動投入裝置,以減少停電時間;當雙電源來自兩個不同的變電所時,就不能設置備用電源自動投入裝置。這是由于兩個變電所的短路容量、各自上一級的保護定值、時限定值等都不相同。當由一個變電所供電改為另個變電所供電時,礦井變電所的相關保護定值、時限定值等都必須進行相應改變,否則有關繼電保護會拒動或誤動。在設計礦井變電所時,其設備選型、動熱穩(wěn)定校驗、繼電保護配置和選型,必須考慮兩個電源的短路容量、繼電保護配置等相關問題,決不能忽視。(2)跳開線路供電電力系統(tǒng)運行經(jīng)驗證明,架空線路的故障大多數(shù)是暫時性的,故在線路斷開以后,進行一次重合閘,就有可能大大提高供電的可靠性。在保護裝置跳開線路時,經(jīng)過0.5～1.5s的時間,重新把斷路器合上,多用于架空出線自動重合閘。煤礦6kV多為電纜出線,大型礦井的一、二類負荷占90%以上都是雙回路供電,一般不用自動重合閘裝置。電力電容器組和同步電動機不能裝設自動重合閘裝置。(3)實現(xiàn)“四遙”,確保煤礦安全地面變電所對6kV重要負荷點,如井下中央及采區(qū)變電所、通風機、壓風機等實現(xiàn)“四遙”,使值班人員在地面變電所的控制室能實時掌握井上、下各種主要電氣設備的運行狀況,也是保證煤礦安全的重要舉措之一?！八倪b”裝置如下:1測量檢測負荷點的電流、電壓