(皖北煤电集团 钱营孜煤矿 安徽宿州 234000)
一、项目背景
我矿电网过去一直沿用中性点不接地方式，随着采煤系统延伸，井下供电线路的加长，电容电流增大，电容电流的增大影响我矿的安全生产，《煤矿安全规程》第434条规定：“矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过20A，否则必须采取限制措施”。
二、项目实施
（一）装置原理
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XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈工作原理图
L：三相五柱消弧线圈；L1、L2：低压电抗器；RL：阻尼电阻；
SCR1、SCR2、SCR3、SCR4：可控硅；KM：交流接触器接点
自动跟踪补偿消弧线圈工作原理如图所示。其中三相五柱消弧线圈有五个铁芯柱，中间三个铁芯柱绕有高、低压线圈，边柱上没有线圈。高压绕组采用星形联结，高压侧接电网A、B、C三相，星型联结点接电网地；低压绕组采用开口三角形联结，开口通过可控硅接通小型电抗器L1、L2，通过接触器接通阻尼电阻。
三相五柱消弧线圈当电网正常工作时，加在三相五柱式消弧线圈上的电压仅为正序，大小相等，相位互差1200，矢量和为零，即消弧线圈星形联结点没有电流入地，正序磁通在中间三个柱之间流通，互为通道，不流经边柱，由于中间三个柱没有气隙，磁阻很小，正序阻抗很大，正序电流很小，其值相当于变压器的空载电流。当电网发生单相接地故障时，加在三相五柱式消弧线圈上的电压可分解为正序分量和零序分量，电网有零序电压产生。正序电压产生的电流、磁通与电网正常工作时相同；零序电压产生的零序电流流入三相高压绕组，由于大小相等，方向一致，所产生的零序磁通也必然是大小相等，方向相同，通过气隙，与两个边柱构成通道，由于零序磁路有气隙，磁阻较大，故零序电流较大，通过调整磁路气隙的大小，可以改变零序电感值，进而改变消弧线圈固定补偿部分的电感电流。
低压绕组采用开口三角形联结。在电网正常工作时，开口电压仅为系统不平衡产生的不平衡电压。当电网发生接地故障时，该开口反映零序电压，利用可控硅接通小型电抗器L1 、L2，控制器通过调整可控硅的导通角，调节三相五柱消弧线圈付边电感电流的大小，即可改变原边的电感电流大小，实现消弧线圈电感电流的自动调节。通过对电网电容电流的实时跟踪，自动调节电感电流，实现消弧线圈的自动跟踪补偿。
低压绕组的开口电压上经过接触器的接点KM接通阻尼电阻RL。在电网正常运行时，该电阻增加了电网的阻尼率，可限制全补偿时出现谐振过电压，同时起到PT消谐作用；在电网发生接地故障后，2秒内控制器自动切除该阻尼电阻，进一步减小单相接地点的残流；当单相接地故障消除时，控制器自动投入该阻尼电阻，防止谐振。
（二）制定计划
为保证设计的合理性和可操作性。为此制定如下的具体设计和安装计划：
1.明确改进目的，对我矿10kV供电系统单相接地电容电流进行检测，10kVⅠ段单相接地电容电流为18.6A，10kVⅡ段单相接地电容电流为17.8A。
2.确定改进方案，制定技术协议。
3.设备的选取和采购。
4.进行现场安装。
5、整体调试，设备投入运行后，对我矿10kV供电系统单相接地电容电流进行检测，10kVⅠ段单相接地电容电流为8A，10kVⅡ段单相接地电容电流为4.2A，符合《煤矿安全规程》要求。
三、效果分析
消弧线圈投入运行后，我矿10kV供电系统由中性点不接地方式改变为中性点经消弧线圈接地，人为增加了电网中的电感电流，使电网中出现单相接地故障时，大大减小了接地点的残余电流。
（一）补偿电容电流，减少了电缆放炮的几率：用电感电流抵消故障接地点的电容电流，自动跟踪补偿的消弧线圈在全补偿时接地点的无功残流小于5A，因此接地点的热积累减小，形成短路故障的几率减小。
（二）减小电缆损伤，提高电缆寿命：电网故障中，接地故障比率最大，在发生接地故障时，全补偿消弧线圈可使接地点损伤降到最低，一些瞬间接地故障可自行恢复，提高了供电的可靠性。
（三）减少形成电弧接地过电压的几率：当接地点残流较小时，接地点电弧容易熄灭，则形成间歇性接地的故障几率减小，可使接地形成过电压的几率降低。
（四）可抑制铁磁谐振过电压：采用预调节方式的消弧线圈，带有阻尼电阻箱，在电网产生扰动使TV饱和时，可吸收谐振能量，使铁磁谐振几率降低，起到消谐的作用。
（五）接地故障运行时减小人身触电概率：由于流过接地点的总电流减小，因此接地电流在接地电阻上产生的压降较小，例如接地电流5A×接地电阻2Ω=10V，处于安全电压范围内，因此可避免接地故障运行时造成人身触电事故。
（六）消弧线圈的投入运行后，配合原有小电流选线装置、故障录波装置，共同对电网接地故障进行监视，当发生单相接地故障时，故障录波装置出现10kV母线交流电压突变故障，小电流选线装置语音报警支路故障，消弧线圈发出较大的“嗡嗡”声同时零序电压瞬间增大。更加有效的判断矿井的单相接地故障，及时排除故障点，保障全矿供电的安全性。
四、推广及建议
此改进适用于6kV或10kV中性点不接地的电网，对电网单相接地的电容电流进行自动跟踪补偿，并可根据设定的脱谐度实现欠补、全补或过补运行。也可以采用手动运行进行固定补偿。
作者简介：史永亮（1981-），男，河南新乡人，大学本科学历，工程师。
论文作者:史永亮,马玉栋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：电流论文; 电网论文; 弧线论文; 故障论文; 单相论文; 电容论文; 电压论文; 《电力设备》2019年第19期论文;