山东公信安全科技有限公司 山东 枣庄 277100
摘要：矿山多处于山区或边远地区，现场建设及开采环境复杂恶劣，电缆很容易发生机械损伤，如被矿石或岩石砸伤损坏，铲运机等机械设备碾压或刮碰，鼠蚁等小动物啃食等，这些均会造成电缆的绝缘损坏，进而发生单相接地故障，而且矿山现场用电设备比较分散，配电回路也相对比较长，有的用电设备供电回路甚至可能达到300-400m，这时线路的单相接地故障保护就极有可能存在盲区，所以，对于矿山远距离供电设备来说，校验线路末端的单相接地故障时短路保护的灵敏度具有重要现实意义。
关键词：矿山；供电设备；单相接地故障；保护措施
1工程设备概况
某铁矿山副井提升机房旁边设置副井变电所，选择2台630kVA变压器，变电所低压接地采用TN-S系统，变电所供电负荷中有一台通风机，功率为15kW，电动机电流为30A，安装在风井旁，距离变电所约300m，电缆长度为320m，采用断路器作为短路保护，反时限过电流保护整定值Iset1为40A，瞬时过电流保护整定值Iset3为480A，根据电缆载流量及电动机电压偏差允许值选择YJV-1kV3×25+1×16型电缆。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2单相接地故障造成的危害
2.1对供电设备的危害
供电设备单相接地故障可以首先从感性原件和容性元件的特点来判断出来,但是供电设备单相接地出现故障的时候,也就是发生短路,电路的电压会比正常的电压高出很多倍,导致电压变成谐振电压,最终引起变电器的绝缘性降低,严重的可能造成击穿,发生严重的电路事故。
2.2对供电的稳定性影响
为排除电路单相接地故障,电力人员需要断掉正常运行的电路来进行排除工作,停电不仅会影响到人们的日常生活,如果排查的时间较长,则会对周边的生活的居民带来极大不变,造成周边生产的下降,严重影响人们的日常生活。
2.3供电设备的危害
供电设备单相接地发生故障或造成线路两端的电压比故障发生地电压高,产生谐振电压,致使变电器的绝缘性降低,因此可能造成击穿或严重的电路事故发生,严重的可能会引起火灾。
2.4线路的损坏
供电设备单相接地发生故障的时候会造成电路的负荷电流增大,同时电路两端的电压增大超过原有的负荷量,因此不得不向外界放电以减少自身的负荷,这样不仅造成电路的损坏,并且会增加电路的损耗量,增加电路的损耗程度。
3存在的问题
当线路末端发生单相接地短路时，其故障电流Id仅为370A，低于断路器的瞬时动作整定值480A，断路器无法动作。产生这种情况的原因在于供电线路过长，线路阻抗太大，导致线路末端短路时，短路电流至线路首端已衰减至小于断路器的瞬时过电流保护整定值，从而表现为接地故障存在盲区。
4解决措施
通常从两方面采取措施:一方面可以提高线路首端的短路电流，使其满足断路器的动作要求，这就需要降低短路电流在线路上的衰减，最显著的办法是增大线路截面;第二个方面是使断路器的动作电流降低，以满足短路电流在线路衰减之后仍能使断路器动作，从而确保断路器接地故障保护的灵敏度，如可采取零序电流保护或剩余电流保护
4.1线路截面增大
线路阻抗与线路截面成反比，当系统短路容量确定时，线路阻抗值越小，线路首端的短路电流值就越大。经计算，当供电电缆截面增大为3×35+1×16，线路末端发生单相接地短路时，其故障电流Id为390A，仍低于断路器的瞬时动作整定值480A，断路器无法动作。当供电电缆截面增大为3×50+1×25，线路末端发生单相接地短路时，其故障电流Id为570A，断路器才满足动作要求。
线路正常运行时，三相负载完全平衡，无谐波电流，当忽略线路的正常泄露电流时，流过中性线的电流为0A，即零序电流IN=0A;如果某一相发生单相接地故障时，零序电流IN将大大增加，达到IN(G)。因此，检测零序电流的变化，即可检测单相接地故障。
在断路器后三相各装一只电流互感器，取3只电流互感器电流的矢量和乘以变比，即IN=IU+IV+IW。
零序电流保护整定值按下式确定:
Iset0≥2.0IN，(1)
IN(G)≥1.3Iset0，(2)
式中，Iset0为零序电流保护整定值，A;IN为零序电流，A;IN(G)为发生接地故障时的零序电流，三相平衡时，IN(G)=Id，A。对于电动机回路，由于三相负载完全平衡，忽略线路正常泄露电流，可认为IN=0A，零序电流保护整定值很容易满足式(1)。
根据《工业与民用配电设计手册》，零序电流保护整定值Iset0整定在断路器长延时脱扣器电流50%～60%为宜，同时必须满足式(2)要求。
在本项目中，计算电流IC=30A，Iset1=40A，则Iset0=(50%～60%)Iset1=20～24A，可取Iset0=20A。当采用YJV-1kV3×25+1×16电缆时，其单相接地故障电流Id为370A，根据式(2)，IN(G)=370A1．3Iset0=26A，满足保护要求。
4.3局部TT系统改造
在用电设备处做局部TT系统，即将通风机电机外壳单独做做接地，不与配电系统的系统接地相连，在原TN-S系统中“隔离”出一个与原TN系统的电源接地无联系的TT系统。由于TT系统的设备外壳保护接地与电源接地无联系，故供电线路可以不用设置专用的PE芯线，供电电缆可采用三芯电缆。为检测线路的故障电流，在线路首端设置剩余电流保护器(ＲCD)，保护整定值设置为30mA。现设其电源中性点接地电阻为4Ω，TT系统设备外壳的保护接地电阻为20Ω
结束语
总而言之，对比以上3种措施，增大电缆截面的方式显然不经济，尤其是矿山设备分散且供电距离较长，增大电缆截面的投资很大;采用零序电流保护则需要增加3个专用互感器及零序保护控制器;而采用局部TT系统，电缆截面不仅不用增加，还可以进一步保证单相接地故障。
参考文献
[1]李佳佳.煤矿供电系统小电流接地选线技术探析[J].机械管理开发,2016,(05):146-147.
[2]郑俊哲,袁钦成.配电系统单相接地故障检测技术的新成果[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2007,(03):263-265.
[3]袁国荣,刘延涛.浅谈自动控制系统在煤矿井下采区变电所的应用[J].科技信息(科学教研),2007,(17):741.
论文作者:袁建
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/18
标签：电流论文; 单相论文; 线路论文; 故障论文; 断路器论文; 电缆论文; 设备论文; 《防护工程》2017年第11期论文;