摘要：矿山供电设备的单相接地故障保护存在的盲区，本文对于矿山供电设备的单项接地故障及产生的原因进行了研究分析，相应地提出了3种解决方法并分析论证，结果表明，采用局部TT系统可解决单相接地故障的保护盲区，经济可行。
关键词：矿山分散设备供电；单相接地故障保护盲区；局部TT系统
引言
矿山一般都地处山区或者比较偏远的地方，开采环境十分恶劣，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，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。
1工程设备概况
兴隆庄矿山在地面设置了一座35kV变电所，选用2台20000kVA变压器，一台8000kVA变压器，矿井供电系统电压为6kV,采用四回路下井电缆对井下中央变电所供电，一三回路采用MYJV42-3*240电缆，二四回路采用ZR-YJV42-3*120*2电缆，系统经消弧线圈接地，配有小电流选线装置。
2矿山供电特点
①单相接地多伴有弧光；②电流波形畸变较为严重；③矿井电气设备属防爆型设备，不允许拆开外壳接线，选线装置无法获取同一条母线上所有馈线的零序电流。这些特性使得矿山供电故障选线方法与公用供电故障选线方法有较大差异。
3谐波电流特性
矿山供电中有大量非线性电气设备，使得馈电线路中谐波含量较为可观；实际运行中，纯阻性接地故障发生率较低，单相接地往往伴有弧光，导致故障电流中含有大量谐波。笔者近年来对10个矿山供电进行了谐波测试，结果表明多数馈线的电流畸变率波动范围为4％～10％，下井馈线、通风馈线及提升馈线的电流畸变率更高，甚至达20％～30％。消弧线圈的参数是根据基波计算的，对各次谐波不具有补偿作用，因此，发生单相接地故障时，谐波的变化规律不受消弧线圈的影响，其特性与中性点不接地方式下基波零序电流的规律类似。
4矿山低压系统的接地型式及各型式的适用范围
作为供电系统电源的发电机或变压器的中性点在系统正常工作时与大地之间的连接成为电力系统中性点接地方式。电力系统连接方式有：中性点不接地，中性点经阻抗或消弧线圈接地，电源中性点直接接地。低压供电一般采用的是电源中性点直接接地方式。下面简单介绍一下电源中性点直接接地：
对220/380V矿山低压系统，我国广泛采用的运行方式是中性点直接接地，而且引出有保护线（PE线） 和中性线（N线），中性线是指
与供电系统中性点相连接并能起传输电能作用的导体。中性线的主要作用有：一是连接相电压的单相电气设备；二是传导三相电气系统中的单相电流与不平衡电流；三是减少电气系统中性点的偏移。
如果含有中性线的三相系统中的中性线与保护线共用一根导线即共用保护中性线（PEN线），则这样的系统称为TN- C系统；这种接地系统对接地的故障反应非常灵敏，线路经济简单，但该种系统只适用于三相负荷较平衡的场所，不适合作为智能建筑的低压供电系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果含有中性线的三相系统中的中性线与保护线完全分开，则这样的系统称为 TN- S 系统；这种接地系统中性线N和保护接地线PE仅在变压器中性点共同接地，两根导线不再有其他任何电气连接，由于该种系统多了一根保护接地线，而且这个保护接地线的作用是起到保护作用，所以对其截面也会有一定要求，这对设计与施工都带来了额外的工作量，同TN- C系统相比，造价会提高一些，但该种接地系统明显提高了人体及设备的安全性。该种接地系统适用与智能建筑的低压供电系统及计算机等电子设备。
如果含有中性线的三相系统中的中性线与保护线，在前边共用，而后边又全部或部分的分开，则这样的系统称为TN- C- S 系统；这种系统在中性线与保护线分开点之前是一个TN- C系统，而在之后是一个TN- S 系统，该低压接地系统一般用于建筑物的供电由区域变电所引来的场所，进户之前采用TN- C系统，进户处中性线做重复接地，进户后又以TN- S 系统运行，该种接地系统也可作为智能建筑的低压供电。
5矿山低压供电系统的故障保护措施
5.1要对 TT系统电器外露中的一些能够导电的部分
采用接地保护进行防护。对于 TT系统来说，一旦电器设备出现外露现象，并且当导电部分没有采取适合的接地保护进行防护时，很可能就会导致绝缘损坏现象的发生，设备外壳所带的电压就会变得异常危险，一旦操作人员触到之后就会使流经人体的电流值瞬间达到数百毫安，导致电击事故的发生。
5.2 对于矿山违章用电行为严格的杜绝。
5.2.1 在剩余所属电流保护装置的系统中，要针对能够影响其动作可靠性的因素进行有效性试验，对于不正常运转的装置，需要及时通知供电等相关部门进行维修和处理；在剩余电流所属保护装置运转之后，若发现其不能够正常运转的征兆时，需要对故障进行及时的检查，等待设备的故障排除以后，才可以送电，同时要对私自开启剩余电流所属的保护装置运转的行为进行严令禁止。
5.2.2不要在进行剩余电流装置有效安装后就放松警惕，一旦存在有任何的侥幸心理，就会为安全事故的发生埋下隐患。对不同的电力系统，需要进行不同的接地保护选择。在 TT系统中，剩余电流所属的保护设备是一种非常适合的接地保护器；在 TN- C的系统中，由于其内部特殊的结构特点，不适合应用剩余电流的保护装置进行保护；而对于TN- S- C与 TN- S的系统，剩余电流的保护装置则是一种非常可靠和适合的保护器。矿区的生产实践中，要想在不扩大停电范围的同时实现操作者人身安全的防护则需要对剩余电流的保护装置的分级保护形式进行正确的选择。
5.3对末级剩余电流所属保护器进行正确的安装与使用。在矿山低压所属系统中，对于客户端在末级上的保护通常利用剩余电流设置保护的装置。用户一旦选择安装剩余电流作为保护装置，不但要对供电电压、方式、线路与系统接地的形式充分考虑，还需要对保护线与中性线进行严格的区分，而且，要特别注意将四极或三极四线的中性线接到对剩余电流进行保护的装置上。另外，无论用户应用何种的系统，如果中性线经过剩余电流的保护装置，不可再作为保护线来应用，并且不要重复接地或是使接地设备出现外露现象，并且同时确保保护线不要接在剩余电流所属保护装置中。
6结语
在实际操作当中，对于输送距离较远，并且变压器容量较小的供电线路，应当校验其单相接地故障的灵敏度，如果灵敏度不满足要求，建议用电设备外壳就地单独接地，采用局部TT系统，并在线路首端装设剩余电流保护器，作为线路单相接地故障的保护，供电线路可省去专门的PE保护接地芯线，节约投资。对于矿山电缆敷设环境较恶劣的场所，建议采用铠装电缆，减少电缆绝缘破坏，降低电缆故障率。
参考文献：
［1］中国航空工业规划设计研究院．工业与民用设计手册［M］．3版．北京:中国电力出版社，2005．
［2］王厚余．建筑物电气装置600问［M］．北京．中国电力出版社，2013．
论文作者:许继轲,闵祥晟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/7
标签：系统论文; 电流论文; 单相论文; 矿山论文; 故障论文; 剩余论文; 设备论文; 《电力设备》2017年第23期论文;