煤矿供电常见的两相短路故障分析

煤矿供电常见的两相短路故障分析

1保护和监控排水系统运行条件随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求日益增长，对供电装置和能源装置的保护和管理提出了更高的要求。矿区现有的供电系统要达到安全可靠高质量地供电,就要对供电系统和设备的运行状况实行保护和监控,继电保护和自动装置就是保护和监控供电系统安全运行的重要设备。它们可以按照预定的要求有选择地动作,并在发生故障时及时报警,迅速、准确地切除故障设备,避免事故扩大和引发其他事故,避免引起火灾,确保煤矿安全。2从两相短路故障的发生频率看煤矿电力网主要是由地面变电所的6kV母线,通过电缆线路向井下中央配电所供电,再向采区变电所、井下排水泵、井下运输等全矿井90%以上的一、二级负荷点供电。地面多以6kV线路变压器组的形式供电。矿井供电系统常见的故障主要有单相或两相接地、单相断线及两相或三相短路故障;不正常运行方式主要指过负荷、过电压、低电压等。据不完全统计,单相和两相接地故障占所有故障的65%和20%,是煤矿电网中出现几率最高的故障形式,而且单相接地故障还是其他故障的先导,其最大的特点是有零序电流和零序电压产生;两相短路占总事故率的10%,当电力网中发生两相短路时,系统中只存在正序分量和负序分量,无零序分量,并且两故障相电流大小相等、方向相反,这是两相短路的重要特征。当电网中单相断线时,线路中会出现负序电流,负序电流的大小与两相短路时不同,因此,可通过判断负序电流的大小来区分两相短路故障和单相断线故障。煤矿电力网单相断线故障很少发生,三相短路故障仅占总事故率的5%,虽然出现的几率很低,但电流很大,易烧毁设备,属于恶性事故之列。三相短路和过负荷属于煤矿电网对称性故障和不正常运行状态,其共同特点是:故障后三相电流仍然对称,只是幅值增大,系统中只存在正序电流分量。例如,内蒙古某矿井35kV变电所6kV出线发生相间短路,继电保护拒动,6kV断路器不能跳闸,事故波及到110kV系统,致使110kV断路器跳闸,引起大面积长时间停电,同时,短路电弧引起火灾;河北某矿井由于6kV下井回路单相接地,出线开关的继电保护拒动,短路电弧引起井下火灾。其主要原因是电气设备的主保护、近后备和远后备继电保护的配置和定值及时限存在问题,还有当时的ZD-4型单相接地信号装置落后。3环境保护措施(1)单接地故障1故障油路的电压当某一支路发生单相接地时,如人身触电或绝缘损坏单相经电阻接地等,故障相零序电流I0i的方向由支路流向母线,其大小为:I0i=3U0{1/[R+j(1/wc)]}Ι0i=3U0{1/[R+j(1/wc)]}式中:R—各支路每相对地绝缘电阻,Ω;C—支路每相对地分布电容,Ω;U0—零序电压,V。故障支路和非故障支路中的零序电流大小不同,而相位相反。根据零序电流的方向可以区分故障支路和非故障支路。非故障支路零序电流超前零序电压,超前角度α<π/2,当R=∞时,α=π/2;而非故障相零序电流则从母线流向支路,为:I˙0=−∑i=1nI⋅i0Ι˙0=-∑i=1nΙ⋅i0式中:i—非故障支路数。22主要安全措施单相接地故障的预防LM型微机自动选线及其他微机保护信号装置能自动显示出具体支路发生单相接地并报警,可以及时快速消除单相接地故障,防止事故扩大,减少停电时间。井下设备均系双回路供电,当相关保护和信号装置检测到下井线路发生单相接地故障时,微机选线信号装置在发信号的同时,作用于断路器而跳闸,断开该线路,以免产生间歇性电弧,引起火灾和事故扩大。随后用故障探测仪查找并排除该支路的单相接地故障点。复合式小脱谐度补偿据统计,大型矿井的6kV电力网单相接地电容电流高达100A左右,故必须装设消弧线圈进行限制。现有国产通用自动无级调节消弧线圈补偿后的残流为5～10A,国外单相对地电容电流限制在10A以内。若消弧线圈的自动调节装置或微机控制器可靠灵敏,则该电网可以运行在适当的、较小脱谐度的过补偿状态。这比全补偿、欠补偿状态要安全些。(2)对电流和电速中断的保护1故障分析下井电缆发生相间短路故障时,线路中的电流突然增大,母线电压突然下降。2kv下井线路无时限电流速断保护装置作为矿井地面变电所6kV下井出线的主保护,它以0s切除三相短路故障,其动作值是以保护区末端的最小运行方式下的三相短路电流值整定计算的。但煤矿6kV电缆线路从地面主变电所到井下中央配电所的阻抗很小,按照正常计算方法,电流速断保护往往没有保护区或保护区很小,对于地面6kV线路变压器组,可以伸展到变压器内部;对于6kV下井电缆线路,电流速断保护区伸展到井下中央配电所的保护区内,如伸展到采区变电所,可作为井下用电设备相间短路的远后备保护。过电流保护装置作为6kV下井出线的近后备保护,其动作值是按躲过被保护元件通过最大负荷电流并且在其区外短路故障切除后能自动返回进行整定的,在时限上用0.5s的延时,切除各种相间故障。实际上,供电系统给矿井地面变电所6kV出线的时限一般只有0.5s。井下中央配电所6kV出线只能设置0s过电流保护作为主保护,用过负荷保护作为各支路的后备保护,或者用反时限继电器。(3)负荷防护1设备的运行温度过负荷是最常见的不正常工作情况,通常为重载启动等原因造成的。但只要设备的运行温度没有超过其允许升温,电网还允许继续运行。矿井大多数电气设备,如变压器、电动机等,都具有一定的允许过载能力,时间越短,允许通过的过负荷电流越大。2反时段继电器为了充分发挥被保护元件的效益,又不因长时间过热而造成损坏,对过负荷的保护应具有反时限特性,可由电流继电器和时间继电器配合或反时限继电器来实现。过负荷保护装置的动作值只取决于本支路的最大负荷电流,作用于信号或延时跳闸,可以作为后备保护。据调查,不少矿井因对上述有关保护的定值及时限配合不当而失去保护作用,使保护装置经常出现拒动或误动,不能及时、迅速、准确地切除故障而引起火灾,烧毁设备,造成大面积长时间停电。现在微机保护和微机监控监测成套装置逐步取代电磁型继电器,相关问题应得到更好的完善和改进。(4)高压异步电动机电动机和电力电容器组除了各种电流保护外,还要设置电压保护。6kV电力网的电压保护主要用在电动机和电力电容器组。矿井的提升机、通风机等高压异步电动机,当6kV母线电压低于额定电压的70%～80%时,可用线电压的电压继电器将电动机断开;电容器组的低电压保护可以发信号,电容器组的过压保护作用于断路器跳闸。电容器组和同步电动机均应设失压闭锁延时合闸装置,延时取决于同步电动机惰行时间和电容器组失压后放完电时间,由时间继电器配合实现。46kv电能网的自动装置(1)设置备用电源自动投入装置根据《煤炭工业矿井设计规范》规定,煤矿必须是双电源供电。当双电源来自上一级变电所的两段母线时,两电源可以同时向矿井供电;也可以一个电源工作,一个电源备用,在电源进线处可以设置备用电源自动投入装置,以减少停电时间;当双电源来自两个不同的变电所时,就不能设置备用电源自动投入装置。这是由于两个变电所的短路容量、各自上一级的保护定值、时限定值等都不相同。当由一个变电所供电改为另个变电所供电时,矿井变电所的相关保护定值、时限定值等都必须进行相应改变,否则有关继电保护会拒动或误动。在设计矿井变电所时,其设备选型、动热稳定校验、继电保护配置和选型,必须考虑两个电源的短路容量、继电保护配置等相关问题,决不能忽视。(2)跳开线路供电电力系统运行经验证明,架空线路的故障大多数是暂时性的,故在线路断开以后,进行一次重合闸,就有可能大大提高供电的可靠性。在保护装置跳开线路时,经过0.5～1.5s的时间,重新把断路器合上,多用于架空出线自动重合闸。煤矿6kV多为电缆出线,大型矿井的一、二类负荷占90%以上都是双回路供电,一般不用自动重合闸装置。电力电容器组和同步电动机不能装设自动重合闸装置。(3)实现“四遥”,确保煤矿安全地面变电所对6kV重要负荷点,如井下中央及采区变电所、通风机、压风机等实现“四遥”,使值班人员在地面变电所的控制室能实时掌握井上、下各种主要电气设备的运行状况,也是保证煤矿安全的重要举措之一。“四遥”装置如下:1测量检测负荷点的电流、电压