麻家梁選煤廠屬于同煤集團(tuán)浙能麻家梁煤業(yè)公司配套選煤廠，年產(chǎn)1 200×104 t，有亞洲最大立井之稱。位于山西省朔州市朔南紅旗牧場，屬于特大動力型選煤廠，選煤廠配電和控制水平達(dá)到國內(nèi)一流水平，滿足國家最新選煤設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的一級裝備水平。礦井建設(shè)110 kV變電站，架設(shè)兩回路供電專線，一路從朔州市安榮220 kV變電站引入，另一路從寧武110 kV變電站引入。選煤廠電源由麻家梁礦井主井井口房配電室提供兩回不同母線出線，經(jīng)電纜引至選煤廠10 kV高壓配電室，兩回電源線路分列運(yùn)行。同時向原煤變配電室、產(chǎn)品倉變配電所各提供一回10 kV電源。選煤廠10 kV高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，主變壓器(10 A/0.69 kV)采用中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地系統(tǒng)，并在660 V供配電回路中設(shè)置漏電保護(hù)。380 V/220 V低壓配電采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。產(chǎn)品倉配電室和主廠房配電室各有一臺10 A/0.4 kV變壓器，分別為主廠房和產(chǎn)品系統(tǒng)提供控制、照明等設(shè)備供電。高壓配電柜使用無錫中科KYN44A-12系列配電柜，高壓接觸器采用進(jìn)口ABB VSC 12，均屬于國內(nèi)外先進(jìn)產(chǎn)品。

1 故障經(jīng)過

在產(chǎn)品倉配電室內(nèi)，分布精煤上倉皮帶315 kW雙電機(jī)、矸石上倉皮帶315 kW電機(jī)配電柜及裝車400 kW電機(jī)，4臺10 kV高壓配電柜在運(yùn)行1.5 a內(nèi)，未出現(xiàn)過故障，2014年9月8日控制柜出現(xiàn)故障，電機(jī)停止運(yùn)行，準(zhǔn)備就緒燈滅，抽出柜體檢查，高壓配電柜接觸器保護(hù)電路板燒毀，更換接觸器后，復(fù)位后試車顯示正常，在運(yùn)行4 h后，接觸器保護(hù)電路板又燒毀。

2 故障原因分析

保護(hù)裝置由交流及直流兩部分構(gòu)成，高壓保護(hù)裝置正常工作時的電源是由交流部分獲得，其保護(hù)電路動作時的電源是儲能電路提供的直流電。該保護(hù)裝置共有三級保護(hù)，燒毀元件屬于一級保護(hù)范圍，在測試控制系統(tǒng)電壓時，達(dá)到260 V以上，超出正常最大值242 V，造成控制回路不堪重壓，接觸器保護(hù)電路板燒毀。

針對控制電壓能夠達(dá)到260 V，有以下幾點(diǎn)看法：

a) 電網(wǎng)諧波太大，由于本企業(yè)用電屬于國家電網(wǎng)、地方電網(wǎng)交叉使用，電網(wǎng)中存在較大的諧波量，不間斷電源、電容補(bǔ)償無法完全消除諧波，較大的沖擊電壓造成控制回路瞬時高電壓;

b) 本來輸出的交流電壓就在260 V，然而在測量對地電壓時，對地電壓為240 V，在正常范圍。經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，控制電壓一直處在260 V左右，排除諧波及不間斷電源提供直流保護(hù)的影響，而且主廠房控制電壓正常，高壓設(shè)備無任何影響。(a)在該配電室內(nèi)某照明線路零線存在較大電壓，如果是零線斷線時：也可能存在電壓升高情況，這是因?yàn)?，電流由火線至照明燈具再到零線時，由于零線已斷，所以沒有回路，電流流不到零線的終端，這時這一段零線就等于是火線了，這條零線與地線之間有一個幾十伏的電壓，由于電流通過照明設(shè)備時產(chǎn)生了壓降，可能導(dǎo)致電壓升高[1];(b)經(jīng)過檢查卻不存在斷裂處、短路現(xiàn)象，判定這是由于負(fù)載不平衡導(dǎo)致。這是因?yàn)樵O(shè)備在實(shí)際工作及運(yùn)行中，線路的標(biāo)志、接電人員的疏忽再加上由于單相用戶的不可控增容、大功率單相負(fù)載的接入及單相負(fù)載用電的不同時性等，都可能造成了三相負(fù)載的不平衡;(c)在產(chǎn)品倉配電室，各用電設(shè)備沒有嚴(yán)格按照礦井要求配置，各相負(fù)載差距較大，這在三相四線制供電系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)不接地，低壓電網(wǎng)在三相負(fù)荷不平衡度較大情況下運(yùn)行，造成火線與零線電壓變大的情形;根據(jù)這一判斷，經(jīng)仔細(xì)查找，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品倉 380 V變壓器中性點(diǎn)不接地，由于負(fù)載嚴(yán)重不平衡，造成中性點(diǎn)移位(在三相電路中電源電壓三相對稱的情況下，不管有無中性線，中性點(diǎn)的電壓都等于零。如果三相負(fù)載不對稱，且沒有中性線或中性線阻抗較大，則三相負(fù)載中性點(diǎn)就會出現(xiàn)電壓)，由于中性點(diǎn)位移，引起負(fù)載各相電壓分配不對稱，以致會使某些相負(fù)載電壓過高，而另一些相負(fù)載電壓較正常時降低。正是由于三相不平衡，導(dǎo)致用作配電柜控制電壓的相電壓較高，燒壞保護(hù)裝置。

3 解決方案探索

由于三相不平衡，可以采取消除三相不平衡負(fù)載或防止中性點(diǎn)位移的方法來解決這一問題。

a) 方案一：嚴(yán)格平衡三相電路的負(fù)載，三相負(fù)載不平衡率最大不得超過10%，在安裝電路負(fù)載時，盡量使各相負(fù)載達(dá)到相互平衡;同時把單相用戶均衡地接在A、 B、C三相上，減少中性線電流。同時減少單相負(fù)載接線的總長度。如果單相用戶功率因數(shù)較低，就應(yīng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。由于已建廠運(yùn)行1 a多，各設(shè)備聯(lián)接已固定，重新分配設(shè)備難度較大;

b) 方案二：為了保證控制電壓在正常范圍，將10 A/0.4 kV變壓器中性點(diǎn)采取直接接地制式，變壓器中性點(diǎn)接地，就形成了“中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)”，也叫“大電流接地系統(tǒng)”。具有以下特點(diǎn)：(a)變壓器中性點(diǎn)接地，使變壓器中性點(diǎn)鎖定為零電位，在三相負(fù)載不平衡時，避免中性點(diǎn)位移而造成相電壓不平衡;(b)變壓器中性點(diǎn)接地，可以將系統(tǒng)發(fā)生單相接地變?yōu)閱蜗喽搪罚Ｕ侠^電保護(hù)裝置迅速可靠動作跳閘。而且220 V/380 V的配電系統(tǒng)的星形結(jié)點(diǎn)接地后，相線對地電位就大體鉗住在220 V電壓。系統(tǒng)接地提供故障電流流經(jīng)大地返回電源的通路，使線路上的防護(hù)電器動作，消除危險(xiǎn)[2]。

針對兩種方案，通過調(diào)節(jié)負(fù)載，三相很難達(dá)到平衡，故通過變壓器中性點(diǎn)接地，亦稱作系統(tǒng)接地，其作用是給配電系統(tǒng)提供一個參考電位并使配電系統(tǒng)正常、安全地運(yùn)行。具體方法就是將變壓器的中性點(diǎn)直接與接地裝置相連，而為了消除原來接地裝置阻值不為零，需重新布設(shè)接地裝置，經(jīng)過接地電阻表測試能夠達(dá)到4 Ω以下，保證接地裝置可靠性。另外，可以裝置三相斷相保護(hù)器，當(dāng)任何一相斷相時， 能立即切斷電源以消除三相不平衡。當(dāng)然，不會有絕對的平衡，但要達(dá)到相對的平衡，以平衡度指標(biāo)為限，在實(shí)際工作中加大負(fù)荷調(diào)查分析力度，將各配變各類負(fù)載最大、平均負(fù)荷及發(fā)展趨勢記錄在案，經(jīng)常性對變負(fù)荷電流進(jìn)行測試，及時發(fā)現(xiàn)不平衡超標(biāo)情況，反饋負(fù)荷分析，同時不定期組織進(jìn)行有針對性地調(diào)整。只有這樣，才能從根本上控制不平衡現(xiàn)象發(fā)生，避免發(fā)生損壞用電設(shè)備等故障和事故[3]。

4 結(jié)語

在煤礦井下，變壓器中性點(diǎn)采用不接地系統(tǒng)，由于限制了單相接地電流，對通訊的干擾較小;另外單相接地可以運(yùn)行一段時間，提高了供電的可靠性。而在煤礦井下以外的三相四線制系統(tǒng)中，必須采用中性點(diǎn)接地，變壓器中性點(diǎn)的接地即工作接地[4]。工作接地的主要作用是：a) 一相接地的危險(xiǎn)性。如果中性點(diǎn)不接地，當(dāng)有一相碰地時，接地電流不大，設(shè)備仍能運(yùn)行，故障可能長時間存在。如有人觸及漏電設(shè)備，電流將通過人體經(jīng)設(shè)備回到零線，此時，人體承受幾乎為全部對地電壓，是很危險(xiǎn)的。發(fā)生上述故障時，在電網(wǎng)中所有接零的電氣設(shè)備都處于危險(xiǎn)狀態(tài)。同時在沒有碰地的另兩相，對地電壓也隨之升高，大大增加了觸電危險(xiǎn)性;b) 穩(wěn)定系統(tǒng)電位。工作接地能穩(wěn)定系統(tǒng)的電位，限制系統(tǒng)電壓不超過某一范圍，減輕高壓竄入低壓的危險(xiǎn)，穩(wěn)定控制系統(tǒng)使用的220 V電壓。