煤矿高压电网中性点运行方式与选择性漏电保护.ppt

煤矿高压电网的中性点运行方式 及选择性漏电保护,课程主要内容,中性点运行方式 单相接地的危害 电容电流的治理 选择性漏电保护,一 电网中性点运行方式,中性点的运行方式指的是中性点与大地之间的连接关系。 中性点运行方式的选择主要取决于单相接地时电气设备的绝缘要求及供电可靠性。 中性点运行方式的不同，直接影响到安全和经济问题，需要进行综合比较分析。,1 中性点运行方式的种类,大接地电流系统 1）直接接地，又称为有效接地 2）经低阻接地 小接地电流系统 1）不接地，又称为中性点绝缘 2）经消弧线圈接地 3）经高阻接地,中性点运行方式的种类,关于煤矿电网中性点运行方式的规定,煤矿安全规程第443条规定： 严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。,我国、前苏联、西德等国井下采用中性点不接地系统；其它国家，如英国采用中性点经高电阻接地的系统或其它类型的接地系统。,我国煤矿地面变电所一般采用中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地的系统。,煤矿安全规程第443条规定： 严禁井下配电变压器中性点直接接地。严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。,问题的提出？为什么？,（1） 大大增加了人体的触电电流: 当电源电压为380V时，流过人体电流220mA； 当电源电压为660V时，流过人体电流380mA；,变压器中性点直接接地危害,变压器中性点直接接地危害,（2） 单相接地时形成单相短路,变压器中性点直接接地危害,（3） 引起电雷管超前引爆 电雷管的起爆条件：流过大于300mA电流或者两脚线间电压达到11.5V。,变压器中性点不接地，单相触电不会形成闭合回路，不会有电流流过人体。,A1 变压器中性点不接地,A2 变压器中性点不接地,井下发生人身触电时通过人体触电电流较小。,B 经消弧线圈接地,经消弧线圈接地,C,R,L,变压器中性点经消弧线圈接地,矢量图分析,IC,IL,IR,I人,I/人,结论：井下发生人身触电时流过人体的电流减小了。,2 中性点不接地方式,主要特点：单相接地电流小 适用范围：3-10kV电网。因为在这类电网中，发生单相接地故障的比例很大。采用中性点不接地方式可以减少单相接地电流，从而减轻其危害。 分 析：单相接地电流，单相接地时的各相对地电压,中性点不接地方式-正常运行,三相对称，没有电流在地中流过。 中性点对地电位为0 各相对地电压等于相电压。 其中C为电网对地电容（高压电网忽略电网对地绝缘电阻R）,中性点不接地方式单相接地,当发生金属性接地时，接地故障相对地电压为零。 中性点对地的电压上升到相电压，且与接地相的电源电压相位相反。 非故障相对地电压由相电压升高为线电压。 三相的线电压仍保持对称且大小不变，对电力用户接于线电压的设备的工作并无影响，无须立即中断对用户供电。（规程允许继续运行2h）。 单相接地电流，等于正常运行时一相对地电容电流的三倍，为容性电流。,中性点不接地方式-单相接地电流,电网模型：假设电网三相对称，忽略电网对地绝缘电阻，只考虑电网对地电容。 电网正常时：三相电压对称，三相经对地电容流入大地的电流相量和为零，即没有电流在地中流动。各相对地电压等于相电压。 发生单相接地时，接地相对地电压为零，而非故障相对地电压变为线电压。因而容易造成两相短路。 单相接地电流（等于正常运行时一相对地电容电流的三倍，为容性电流）。,单相接地故障对电网的影响,单相接地时，由于线电压保持不变，使负荷电流不变，电力用户能继续工作，提高了供电可靠性。 由于接地点的电弧或者由此产生的过电压可能引起故障扩大，发展成为多相接地（短路）故障。 非故障相电压升高到线电压，所以在这种系统中，电气设备和线路的对地绝缘应按能承受线电压考虑设计，从而相应地增加了投资。 在中性点不接地系统中，应装设交流绝缘监察装置，当发生单相接地故障时，立即发出信号。规程规定：系统发生单相接地时，继续运行的时间不得超过2h，并要加强监视。,由于煤矿井下巷道狭窄，空气潮湿，电气设备和电缆的绝缘容易受潮，电缆也可能遭受脱落的岩石和煤块砸坏，甚至被移动的机器设备等挤压。从而造成漏电和接地事故。据有关的统计资料记载，在此情况下，80%以上的电气短路故障都属于单相漏电和接地事故。 单相漏电和接地故障，有可能带来巨大的危害，如引起人身触电，瓦斯煤尘爆炸和电气雷管先期爆发事故，对通讯、控制线路产生电磁干扰。此外，单相间歇性电弧接地还有可能产生过电压。线路对地电容与电感元件之间也有可能引起铁磁谐振过电压，使那些绝缘薄弱环节相继击穿。同时，单相接地电弧又可能进一步烧坏相间绝缘。所有这些都有可能造成相间短路，引起电缆放炮或电气设备烧毁等严重事故。,单相接地对煤矿的危害,适用范围,单相接地电流与电网电压和电网对地电容有关。 对于短距离、电压较低的输电线路，因对地电容小，接地电流小，瞬时性故障往往能自动消除，故对电网的危害小，对通讯线路的干扰小。对于高电压、长距离输电线路，单相接地电流一般较大，在接地处容易发生电弧周期性的熄灭与重燃，出现间歇电弧，引起电网产生高频振荡，形成过电压，可能击穿设备绝缘，造成短路故障。为了避免发生间歇电弧，要求6-10kV电网单相接地电流小于20A。 因此，中性点不接地方式电缆供电距离比较长的煤矿不适宜。,新集二矿35KV变电所新接地保护装置 XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈成套装置,煤矿安全规程第457条规定： 矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。,煤矿井下接地保护,什么是接地保护？什么是保护接地？ 接地保护通过保护接地将电气设备上的故障电压（漏电设备对地电压）限制在安全范围内的一种安全措施。 保护接地 用导体把电气设备中所有正常不带电金属部分（外壳、构架等），与埋在地下的接地极连接起来,称为保护接地。,D,E,Id,漏电设备上的故障电压（外壳对地电压）,UDE=Id*Rd,D,E,Id,中性点不接地的高压电网，接地电流主要成分为电容电流，而矿井电网供电主要采用电缆线路，其对地电容大，造成单相接地电流大。 单相接地电流过大可能引起电气火灾和电雷管超前引爆等事故； 规程规定接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得超过2欧姆，为保证在发生单相接地故障时产生的接触电压不超过安全电压系列的最高值42V，则单相接地电流应限制在21A以下，故规程规定高压电网的单相接地电容电流不超过20A；,457条规定的含义,3 单相接地电容电流的治理,限制单相接地电容电流的方法主要有：,改变系统运行方式 缩小系统规模 改变中性点接地方式 采用接地分流装置,改变系统运行方式：该方法一般将系统运行方式由并列运行改为分列运行，相当于将6kV大系统分为2个或多个小系统，一般适用于电网规模不大，且从经济上考虑具备分列运行条件的系统。,缩小系统规模：该方法采用6kV隔离变压器，将6kV大系统从根本上分隔为多个接地小系统，该方法因为采用6kV隔离变压器，造价较高，损耗加大，且系统的运行方式不灵活，同时会造成系统构造复杂化。,治理方法综述,采用接地分流装置：接地分流装置从严格意义上讲并非一种完善的治理方案，它的主要作用仅是在发生单相电弧接地时，利用并联分流原理，将不可控的接地点变为实接地点，使故障接地点的电弧熄灭，但系统单相接地电容电流值并未减小；分流装置对系统发生金属性接地不起作用，对电容电流危害的治理仅起到部分作用；因此该方法不符合煤矿安全规程要求，同时该方法安全性较差，不建议采用。,治理方法综述,治理方法综述,改变中性点接地方式：即将中性点不接地系统改造为中性点经消弧线圈接地系统，利用消弧线圈产生的电感电流抵消系统的单相接地电容电流，从根本上使接地故障点的接地电流减小。随着技术的发展，目前自动跟踪补偿消弧线圈技术已经成熟，将中性点接地方式由中性点不接地改造为中性点经消弧线圈接地是治理电容电流超标的最有效解决方法。,二矿35KV变电所新接地保护装置 XBSG系列自动跟踪补偿消弧线圈成套装置,4 中性点经消弧线圈接地,原理：单相接地电流主要是电容电流。如果能够在发生单相接地时部分或全部抵消掉电容电流，则单相接地电流将大减小。方法就是在中性点处加入消弧线圈。 消弧线圈的工作原理：消弧线圈是一个具有铁芯的可调电感线圈，线圈的电阻很小（消耗功率小），电抗很大（保证对地绝缘水平），电抗值可用改变线圈的匝数来调节。 发生单相接地故障时，通过消弧线圈使接地处流过一个与容性接地电流相反的感性电流，从而减小、甚至抵消接地电流，消除接地电弧引发的问题，提高供电可靠性。,中性点经消弧线圈接地情况,中性点经消弧线圈接地时电流向量图,电容接地电流 消弧线圈流过的电流 完全补偿的条件 即有：,消弧线圈的补偿方式,完全补偿 消弧线圈提供的电感电流等于接地电容电流，接地处电流为0。 易满足谐振条件，形成串联谐振，产生过电压。 欠补偿 电感电流小于接地电容电流，单相接地时接地电流为容性。 因线路停电或系统频率降低等原因使接地电流减少，可能出现完全补偿。故一般也不采用。 过补偿 电感电流大于接地电流，单相接地电流为感性。 过补偿方式在电网中得到广泛使用。但过补偿程度要合适. 自动跟踪补偿 单片机或微机控制,中性点经消弧线圈接地系统的适用范围,中性点经消弧线圈接地系统与不接地系统同样有着在发生单相接地故障时，可继续供电2小时，提高供电可靠性. 电气设备和线路的对地绝缘应按线电压考虑. 中性点经消弧线圈接地后，能有效地减少单相接地故障时接地处的电流，迅速熄灭接地处电弧，防止间歇性电弧接地时所产生的过电压，故广泛应用在不适合采用中性点不接地的3-35kV系统。,自动跟踪补偿的消弧线圈可以实时跟踪电网系统单相接地电容电流变化情况，调节出不同的感性电流进行补偿，高压电网单相接地电流主要是电容电流，因此可使故障点的单相接地电流减小到最小。（动态补偿）,自动跟踪补偿消弧线圈原理,自动跟踪补偿消弧线圈分类 按调节原理： 预调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈预先自动调谐到合理补偿位置。一般需加装阻尼电阻，以保证中性点位移电压不大于额定相电压的15。 随调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈处于欠补偿状态，在电网发生单相接地故障时，消弧线圈自动调谐到合理补偿位置。不需阻尼电阻，但接地瞬间无法达到全补偿。 按调节方法： 有档调节：调节精度低，残流大，一般有调匝式、调容式。 无级调节：调节精度高，残流小，一般有调感式、偏磁式。,常用的自动跟踪补偿消弧线圈形式： 调匝式 调气隙式（动铁式） 偏磁式（直流助磁式） 磁阀式 调容式 调感式,问题的提出 煤矿安全规程第457条规定： 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。 井下低压馈电线必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置，保证自动切断漏电的馈电线路。,二 井下电网的漏电保护,在电力系统中，如果带电导体对大地的绝缘阻抗降低到一定的程度，会使经该阻抗流入大地的电流大大增加，这就是漏电（电流）。,1、什么是漏电?,2、 井下漏电种类,集中性漏电: 由于电网某处或某点的绝缘损伤而发生的漏电。 分散性漏电：由于整个电网或某条线路的对地绝缘电阻降低而发生的漏电。,3、漏电危害,人身：触电伤亡事故 设备：烧坏设备，造成火灾 矿井：瓦斯、煤尘爆炸 引爆电雷管,4、 怎样防止低压电网的触电事故, 尽量降低使用电压；, 井下电机车架线应装设有一定高度；, 严格执行停送电制度，严禁约时送电；, 维护好接地保护装置；, 严格遵守各项安全用电作业制度；, 不任意甩掉漏电保护装置；, 不带电处理故障、维修、安装电气设备。,5、井下漏电保护装置的类型, 漏电跳闸（附加直流电源检测式）, 漏电闭锁,漏电闭锁指在开关合闸之前对电网的绝缘进行检测，如果电网的对地绝缘电阻低于规定的漏电闭锁动作电阻值，则使开关不能合闸。, 选择性漏电保护,当电网绝缘降到危险程度时能使馈电开关跳闸切断电源的装置。,（1）附加直流电源式漏电保护,保护原理：电网若发生漏电故障，最容易检测的是电网各相对地绝缘电阻的下降。如果在三相电网附加一个直流电源，使之作用于三相电网与大地之间。这样，在三相对地的绝缘电阻上将有一个直流电流流通，该电流的大小就间接反映了电网对地绝缘电阻的变化。有效地检测和运用电流，就可以构成附加直流电源的漏电保护。,（1）附加直流电源式漏电保护,工作原理：漏电继电器用直流进行绝缘监视，当人体触电时，绝缘电阻降低，直流监测电流达到继电器动作电流，ZJ吸合，其常开触点ZJ1闭合，跳闸线圈TQ有电触点断开，馈电开关DW断开，切断供电回路。,（1）附加直流电源式漏电保护,直流回路：电源（+）接地极人体负荷线C相SK（三相电抗器）LK（零序电抗器）（欧姆表） ZJ（直流继电器） 电源（-）。 动作回路：ZJ吸合，其常开触点ZJ1闭合，跳闸线圈TQ有电触点断开，馈电开关DW断开，切断供电回路。如果绝缘阻值高于整定值时，直流监测电流小于ZJ的动作电流，馈电开关不跳闸。,（2）零序电流式漏电保护,零序电流式漏电保护,1）线路正常工作时，电网三相电压对称，三相负载相同，因而三相电压、三相电流的矢量和都等于零，电流互感器二次没有电流和电压，执行继电器不动作。 2）当发生不对称漏电故障时，各相对地电压不再平衡，电网出现零序电压U0，因而必有零序电流I0，这个零序电流通过电网对地绝缘和分布电容构成通路。在零序电流互感器二次侧产生电流，经二极管整流后，可使执行继电器动作，带动开关跳闸。,（3）零序电流式选择性漏电保护,从图中可以看出，流过故障支路零序电流互感器（LH1）的零序电流是所有非故障支路零序电流之和，方向是由支路指向母线，流过非故障支路零序电流互感器（LH2、LH3）的零序电流就是本支路的零序电流，方向是由母线指向支路。,由于只有零序电流可以流入大地，和接地故障点构成回路，总的零序电流之和就等于流过接地电阻的电流IE，方向相反。,零序功率方向式选择性漏电保护,当某支路发生不对称漏电故障时，各个支路都将取得I0和U0信号，经放大整形后，由相位比较电路进行相位比较鉴别，选择出故障支路后推动电路动作，切断故障支路的电源，从而实现了横向选择漏电保护。,目前610kV电网的接地保护多采用零序电流、零序无功功率方向等的保护原理。 其中零序电流原理是基于故障线路零序电流大于非故障线路零序电流的特点，区分出故障和非故障元件，从而构成接地保护。 零序无功功率方向原理是利用故障线路零序电流（线路流向母线）滞后零序电压90 、非故障线路零序电流（母线流向线路）超前零序电压90 的特点来实现。由于这一原理对零序电流大小的要求降低，使之在实际电网中得到广泛应用。,（4）漏电闭锁,漏电闭锁,开关合闸前对电网进行绝缘监测,主接触器XLC 常闭触点XLC3,漏电闭锁继电器BHJ,漏电闭锁,1.在磁力启动器未吸合送电时，主接触器XLC的常闭辅助点XLC3闭合，接通直流绝缘检测电路：附加直流电源E“+”端地电动机及其供电线路的对地绝缘电阻r三相线路人工星形三相硅堆GZ常闭辅助触头XLC3取样电位器W直流电源E“-”端，形成回路，从而对r进行检测。,漏电闭锁,2.若电动机及其供电线路的对地绝缘水平较低，小于规定漏电闭锁动作电阻值或已存在漏电，检测电路中将流过较大的直流电流，从取样电位器W上取得一个较大的信号电压，使反相放大器输出零伏电压，三极管BG截止，漏电闭锁继电器BHJ断电，其常开触点BHJ1不能闭合，主接触器XLC线圈控制电路不接通，磁力启动器不能合闸送电，实现漏电闭锁。,漏电闭锁,3.若电动机及其供电线路的绝缘良好，大于规定漏电闭锁动作电阻值，则在检测电路中将流过较小的直流电流，从取样电位器W上取得一个较小的信号电压，使反相放大器输出较高电压，三极管BG导通，漏电闭锁继电器BHJ有电，其常开触点BHJ1闭合，为主接触器XLC线圈控制电路接通做好了准备，此时只要按下启动按钮QA，磁力启动器吸合送电，电动机启动运转。 启动器合闸送电后，常闭触点XLC3断开，漏电闭锁解除。,漏电闭锁相关知识,漏电闭锁是指在开关合闸前对电网进行绝缘监测，当电网对地绝缘阻值低于闭锁值时开关不能合闸，起闭锁作用。 如果在合闸后其供电线路及电动机在运行过程中发生漏电时，则由上一级开关的检漏继电器进行保护，来实现跳闸。,6、漏电保护装置的整定原则,（1）漏电继电器动作电阻值是以网路绝缘电阻为基准确定的，即当低压电网绝缘水平下降到对人触电有危险时，漏电继电器应动作，并切断电源。,（2）漏电保护装置及漏电闭锁的动作电阻整定值,7、漏电保护装置的作用, 连续监视电网对地绝缘状态；, 当电网对地绝缘电阻降到危险程度，人触及带电体或电网一相接地时，使馈电开关自动切断电源；, 可以补偿人体触电和电网一相接地时的容性电流。,8、漏电保护装置的安装运行和维护,（1） 安装注意事项,1) 应装在总开关上；,2)应接开关负荷侧；,3) 同一低压电网只许安装一台检漏继电 器；,4) 漏电继电器的主、辅助接地极之间间 距不应小于5米。,（2） 检漏继电器的运行与维护,1) 煤矿安全规程457条规定,每天必须对低压检漏装置的运行情况进行一次跳闸试验。,2) 维护工每月至少对检漏继电器进行一次详细检查。,3) 在瓦斯检查员的配合下每月进行一次远方人工漏电试验。,3) 远方漏电试验,在供电系统中取最远一处的磁力开关，在此开关负荷接线柱与地之间接一只试验电阻，然后合闸送电，变电所检漏继电器跳闸即远方漏电试验合格。,试验电阻选取： 660V取11K 1140V取20K,（3） 分散性漏电的寻找方法,由于电网绝缘水平降低，尚未发生一相 接地时，继电器动作跳闸，可以采取拉开全部分路开关，再将各分路开关逐个合闸，并观察检漏继电器的欧姆表指数变化情况。确定是哪一支路的绝缘水平最低，然后用摇表（兆欧表）摇测，检查到某设备或电缆绝缘水平太低时，则应更换。,漏电保护的侧重点是故障发生后的跳闸时间，一旦发生漏电或人身触电，应尽快切断电源，将故障存在的时间减少到最短。 保护接地的侧重点是限制裸露漏电电流和人身的触电电流的大小。 两者相辅相成，缺一不可。,漏电保护与接地保护,吸取教训,想一想,事故案例,新邵县胜利煤业“813”触电事故案例,胜利煤业有限责任公司位于新邵县坪上镇袁家村境内。1978年建矿，1980年正式投产，设计和核定能力3万吨/年, 2005年实际采煤2.8万吨。 事故地点概况: 事故发生在+100m西翼运输巷。该运输巷布置在5煤底板中，长300m，巷道坡度7。巷道高度1.8m，宽2.0m，砌碹支护。巷道中安装12Kg/m单轨。采用人力推车，矿车采用非正规厂家生产的0.6T荷叶车。在+100西翼运输巷五煤石门叉道口右侧处安装的一台QBC-60/660（380）局扇启动开关，供电电源是从+287m变电所下来的，与采掘共一台变压器。在距局扇供电开关后面40m处有一配电点。配电点没有安装漏电继电器。,事故发生与抢救经过 2006年8月13日16时30分，李建良等5名作业人员下井并到达+100m西一石门5煤工作面。大工李建良同辅助大工李思文负责挖煤和支护，小工袁余国、钟绍民拖煤，小工钟明华负责推车运输。19时30分，钟明华从西一石门煤斗口推出1辆装满煤炭的重车行至约50m转弯岔道处时，车速过快，重车掉道并撞在巷道右侧的一台局扇启动开关上。重车脱轨后侧翻将开关出线侧电缆线外皮撞破，芯线裸露,导致钟明华触电并倒在侧翻的矿车边。 事故发生后。正在西一石门采煤工作面的值班长李广华发现局扇停风了，离开工作面，走到距离西一石门50m处的叉道口时，发现钟明华伏倒在脱轨侧翻的矿箱碰头处，估计是发生了触电事故。李广华立即到配电点关了总电源并组织人员抢救。关了电源后，李广华等人发现钟明华己死亡。至此，事故抢救工作结束。,新邵县胜利煤业“813”触电事故案例,事故性质及原因 （一）事故直接原因 安装在+100m西翼运输巷五煤石门叉道口右侧的局扇启动开关正带电运行， 钟明华推车速度过快导致重车脱轨侧翻将开关出线侧电缆线外皮撞破，芯线裸露，重车压在裸露的芯线上，导致钟明华触电死亡。,新邵县胜利煤业“813”触电事故案例,（二）事故间接原因 1、局扇启动开关安装位置不符合安全要求，没有安装在设备硐室，容易受到脱轨矿车的撞击。 2、运输安全管理不到位，造成矿车容易脱轨。一是+100西翼运输巷坡度达7，采用人力推车难以控制车速。二是采用非正规厂家生产的0.6吨荷叶车，稳定性差。三是轨道维护不及时，岔道口安装的道岔尖端松动，矿车过岔道时易脱轨。 3、电气设备“三大保护”不完善。局扇供电启动开关的配电点没有安装漏电继电器，开关出线侧电缆被撞漏电时，漏电保护不起作用。 4、安全监管不到位。事故当班没有安全员下井，由值班长兼任安全员和瓦斯检查员。矿对井下存在的机电、运输方面的安全隐患及职工违章放飞车的行为查处不力。 5、对职工安全教育培训不够。电工肖化文没有取得操作资格证上岗。职工素质低，“放飞车”等“三违”行为严重。,新邵县胜利煤业“813”触电事故案例,吸取教训,想一想,事故案例,缺少保护造成的触电死亡事故 一、事故经过：1979年10月19日，某矿井下一电工受命给原来故障局部通风机电缆接线，安装好后送电，发现局部通风机不转，电工上前检查，当手触及到局部通风机时，电工触电倒地死亡。,无保护接地、无漏电闭锁,事故案例,事故案例,二、事故原因分析：前一个班电工在处理该处的局部通风机不转故障时，发现一根火线芯线断线，当即将断的芯线解开，拆下电缆作接地线的芯线顶替断的芯线向局部通风机供电。送电后局部通风机仍不转，经检查发现局部通风机电源接线柱一相开焊，当即将局部通风机侧电缆接线拆下，电缆留在原位，更换新局部通风机。当时并没有按要求及时恢复新局部通风机接地装置的连接。,事故案例,二、事故原因分析： 下一个班电工在连接新换来的局部通风机的电源时，按照正常的接线方式接上了电源，送电后，因前一个班电工将电缆芯线换位的结果，等于将一根火线接到局部通风机的接地接线柱上，故使局部通风机的外壳带电，人触电时相当于直接触碰相电压，人体通过的接地电流显然已经超过危险限度，造成触电伤亡事故。,事故案例,事故定性： 这是一起在没有接地保护和漏电保护的情况下，因一相触及外壳带电，人员触及带电设备外壳而造成的触电伤亡事故。,事故案例,吸取教训,想一想,事故案例,总 结,煤矿供电系统 中性点运行方式 漏电保护,谢谢大家,