第二章 矿山供电系统故障分析 【精选】.ppt

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矿山电工学矿山电工学国家“国家“*”*”规划教材规划教材主编：

主编：

上页上页下页下页目录目录目录第一章第一章第一章第一章12第二章第二章第二章第二章矿山供电系统故障分矿山供电系统故障分矿山供电系统故障分矿山供电系统故障分析析析析3第三章第三章第三章第三章4第四章第四章第四章第四章5第五章第五章第五章第五章上页上页下页下页目录目录第二章矿山供电系统故障分析第二章矿山供电系统故障分析分析两个常见故障：

漏电故障和短路故障。

分析两个常见故障：

漏电故障和短路故障。

回答一个重要问题：

为什么“向井下供电的电网回答一个重要问题：

为什么“向井下供电的电网不允许直接接地”。

不允许直接接地”。

重点介绍两种故障计算：

人身触电电流（包括单重点介绍两种故障计算：

人身触电电流（包括单相接地电流）和短路电流。

相接地电流）和短路电流。

分析了矿井电网发生单相漏电和单相接地故障时分析了矿井电网发生单相漏电和单相接地故障时电网中零序电流的分布。

电网中零序电流的分布。

上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害漏电流：

泛指用电负荷工作电流以外的电流。

漏电流：

泛指用电负荷工作电流以外的电流。

漏电故障电流：

一般指的是流经漏电故障点的电漏电故障电流：

一般指的是流经漏电故障点的电流。

流。

漏电故障：

一般指的是电网某相或两相的绝缘损漏电故障：

一般指的是电网某相或两相的绝缘损坏、破裂或人身触电等。

坏、破裂或人身触电等。

（电网对地绝缘对称下降时电网对地绝缘对称下降时，虽然电网仍然对称的，并正常运行，但实际上电网已，虽然电网仍然对称的，并正常运行，但实际上电网已处于亚健康状态，尤其对煤矿井下电网，它将增加人身处于亚健康状态，尤其对煤矿井下电网，它将增加人身触电电流和单相接地电流，对供电安全极为不利，因此触电电流和单相接地电流，对供电安全极为不利，因此，这种电网绝缘对称下降也算为漏电故障，并称它为对，这种电网绝缘对称下降也算为漏电故障，并称它为对称性漏电故障。

称性漏电故障。

）上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害aUbUcUarbrcracbcccNZErRLZLZLZ0电网漏电故障等值示意电路电网漏电故障等值示意电路图中：

图中：

UaUa、UbUb和和UcUc是三相电源电压，是三相电源电压，ZLZL为负荷阻为负荷阻抗，抗，CaCa、CbCb、CcCc和和rara、rbrb、rcrc分别是分别是aa、bb和和cc相导线对相导线对地电容和绝缘电阻（见图地电容和绝缘电阻（见图2-12-1，bb），），ZNZN为变压器中性点接地元为变压器中性点接地元件（若中性点不接地，件（若中性点不接地，ZN=ZN=，若中性点经电抗接地，则，若中性点经电抗接地，则ZNZN为接为接地电抗的阻抗），地电抗的阻抗），RrRr是漏电故障电阻（若单相直接接地，则是漏电故障电阻（若单相直接接地，则Rr=0Rr=0）。

）。

aracbrbccrcc上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害漏电流大可能带来以下危险：

漏电流大可能带来以下危险：

（1）

（1）增加人身触电伤亡的可能。

增加人身触电伤亡的可能。

（2）

（2）引燃或引炸瓦斯和煤尘。

引燃或引炸瓦斯和煤尘。

（3）（3）烧损电气设备。

烧损电气设备。

（4）（4）引起电气雷管的先期爆炸。

引起电气雷管的先期爆炸。

上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害造成人体触电危害的最主要因素有：

造成人体触电危害的最主要因素有：

通过人体的触电电流的大小。

电流越大越通过人体的触电电流的大小。

电流越大越危险。

危险。

人身触电的持续时间。

时间越长越危险。

人身触电的持续时间。

时间越长越危险。

上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害通过人体的触电电流大小影响：

通过人体的触电电流大小影响：

11、感知电流指：

当人的手握住带电导体时，在、感知电流指：

当人的手握住带电导体时，在直流情况下能感知手心轻微发热；交流情况下则直流情况下能感知手心轻微发热；交流情况下则因神经受到刺激而感知轻微刺捅。

其平均值为因神经受到刺激而感知轻微刺捅。

其平均值为1.1mA1.1mA。

22、反应电流指：

能引起预料不到的不自主反、反应电流指：

能引起预料不到的不自主反应，并有可能造成事故。

应，并有可能造成事故。

33、摆脱电流指：

人体能忍受的最大电流，在这、摆脱电流指：

人体能忍受的最大电流，在这一电流作用下，人体受刺激的肌肉能摆脱带电体。

一电流作用下，人体受刺激的肌肉能摆脱带电体。

反复经受不会对人体有不良后果；不用借助于他反复经受不会对人体有不良后果；不用借助于他人的帮助而自主脱离危险。

是一个人身触电的绝人的帮助而自主脱离危险。

是一个人身触电的绝对安全的极限电流。

正常男性为对安全的极限电流。

正常男性为9mA9mA。

44、心室颤动电流。

心室颤动除电流大小因素外、心室颤动电流。

心室颤动除电流大小因素外，触电时间的影响也很大。

，触电时间的影响也很大。

上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害人体的电气安全参量人体的电气安全参量9mA9mA摆脱电流是绝对安全电流，是最为保险摆脱电流是绝对安全电流，是最为保险的。

的。

我国一直延用的我国一直延用的30mA30mA极限安全电流。

极限安全电流。

30mAS30mAS是人体触电的极限电气安全参量，是人体触电的极限电气安全参量，是国标。

是国标。

取取l000l000为计算参考值。

为计算参考值。

上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害人身触电的预防人身触电的预防人身接触到正常情况下不带电，由于绝缘损坏可人身接触到正常情况下不带电，由于绝缘损坏可能带电的各种电气设备的金属外壳。

采用保护接地能带电的各种电气设备的金属外壳。

采用保护接地解决。

解决。

人身接触到正常带电的导体。

有人身接触到正常带电的导体。

有66条预防措施：

条预防措施：

（1）

（1）将带电导体、电器元件和电缆的接插头等，都封闭在坚固将带电导体、电器元件和电缆的接插头等，都封闭在坚固的外壳内。

并在电气设备的外壳与盖之间设置可靠的机械闭锁装的外壳内。

并在电气设备的外壳与盖之间设置可靠的机械闭锁装置。

从而保证末合上外盖时，不能送上电；当给上电源时，便不置。

从而保证末合上外盖时，不能送上电；当给上电源时，便不能打开外盖，暴露带电体。

能打开外盖，暴露带电体。

（2）

（2）对于那些不能被封闭在外壳内的裸露带电导体，如电机对于那些不能被封闭在外壳内的裸露带电导体，如电机车用的架空线，应将其悬挂在一定高度，勿使人身触电。

按照车用的架空线，应将其悬挂在一定高度，勿使人身触电。

按照煤矿安全规程煤矿安全规程规定，在一般的行人巷道内，高度不得低于规定，在一般的行人巷道内，高度不得低于2m2m；在井底车场，从井底到乘车场的巷道内，不得低于；在井底车场，从井底到乘车场的巷道内，不得低于222m2m。

上页上页下页下页目录目录第一节漏电流及其危害第一节漏电流及其危害（3）（3）加强手持式电动工具（如煤电钻等加强手持式电动工具（如煤电钻等）手柄的绝缘手柄的绝缘，以免带电时引起触电事故。

，以免带电时引起触电事故。

（4）（4）对于人身触电机会较多的电气设备，应采用较对于人身触电机会较多的电气设备，应采用较低的供电电压，以减少触电的危险。

例如，控制电源等低的供电电压，以减少触电的危险。

例如，控制电源等的额定电压为的额定电压为36V36V。

（5）（5）按照按照煤矿安全规程煤矿安全规程规定：

向井下供电的变规定：

向井下供电的变压器的中性点禁止直接接地，以减小人身触电电流。

同压器的中性点禁止直接接地，以减小人身触电电流。

同时，也禁止使用地面上中性点直接接地的变压器或发电时，也禁止使用地面上中性点直接接地的变压器或发电机直接向井下供电。

机直接向井下供电。

（6）（6）装设灵敏可靠的漏电保护装置，一旦发生漏电装设灵敏可靠的漏电保护装置，一旦发生漏电或人身触电事故，立即切除故障线路电源，以保证人身或人身触电事故，立即切除故障线路电源，以保证人身的安全。

的安全。

上页上页下页下页目录目录第二节井下供电的变压器中性点第二节井下供电的变压器中性点禁止直接接地分析禁止直接接地分析向井下供电的变压器中性点接地方式是影向井下供电的变压器中性点接地方式是影响人身触电电流、漏电故障电流和单相接地响人身触电电流、漏电故障电流和单相接地故障电流大小的最重要因素之一，进而也是故障电流大小的最重要因素之一，进而也是影响人身触电危险程度和井下电火灾与瓦斯影响人身触电危险程度和井下电火灾与瓦斯、煤尘爆炸危险程度的最重要因素之一，因、煤尘爆炸危险程度的最重要因素之一，因此，很有必要对向井下供电的变压器中性点此，很有必要对向井下供电的变压器中性点接地方式作一分析。

接地方式作一分析。

上页上页下页下页目录目录变压线中性点直接接地的供电系统变压线中性点直接接地的供电系统人触及一相带电导体时人触及一相带电导体时电网单相接地故障电网单相接地故障aUbUcUEaUbUcUE0k3（）phNRrErEUUIRRRR=+6600.38A380mA3（10002）RI=+660190A32kI=上页上页下页下页目录目录变压器中性点绝缘的供电系统变压器中性点绝缘的供电系统忽略电网对地电容忽略电网对地电容考虑电网对地分布电容考虑电网对地分布电容aUbUcUarbrcracbccc0UE0aUbUcUarbrcr0E0U0/3aaRrrUUUIRRr+=+&6600.03A30mA3（100035000/3）RI=+22222222/3（6）（6）119

（1）9

（1）phNRRrrrrrrUUIIrrRrrRRRRCrRCrww=+&22622660/335000（3500061000）10001910001314（0.510）35000154mA30mARI-=+创创=?

上页上页下页下页目录目录变压器中性点采用电感接地变压器中性点采用电感接地全补偿全补偿aUbUcUarbrcracbcccNRENL0222222/331311（）21（）2113131（）（31/）（）（31/）phNRRrrNNrrrNrNNNUUIIRRrRrRRRRCLRCLrRrRwwww=+-+-&22623660/36100013500010001311000（）（33140.510）350003140.676161030mARI-=+创创=上页上页下页下页目录目录电网单相接地故障电网单相接地故障不考虑电网分布电容，取不考虑电网分布电容，取Rr=1Rr=1全补偿，取全补偿，取Rr=1Rr=1考虑电网分布电容，取考虑电网分布电容，取Rr=1Rr=16600.0326A32.6mA3（135000/3）RI=+2622660/335000（350006）1911314（0.510）35000182.4mARI-=+创创=622660/335000（350006）11911（3140.510）3500033140.6761632.6mARI-=+-创创创=上页上页下页下页目录目录分析结论分析结论11、变压器中性点直接接地方式与变压器中性点不接地、变压器中性点直接接地方式与变压器中性点不接地和电感接地方式相比较，不管是人身触电电流还是单相和电感接地方式相比较，不管是人身触电电流还是单相接地故障电流都要大得多，人身触电电流大会增大人的接地故障电流都要大得多，人身触电电流大会增大人的生命安全的威胁，漏电流和单相接地故障电流大会增大生命安全的威胁，漏电流和单相接地故障电流大会增大点燃瓦斯、煤尘的可能。

并且，煤矿井下空气湿度大，点燃瓦斯、煤尘的可能。

并且，煤矿井下空气湿度大，巷道狭窄，大的人身触电电流和单相接地故障电流对人巷道狭窄，大的人身触电电流和单相接地故障电流对人身和设备的安全是极为不利的，因此，身和设备的安全是极为不利的，因此，煤矿安全规煤矿安全规程程443443条明文规定：

“严禁井下配电变压器中性点直条明文规定：

“严禁井下配电变压器中性点直接接地”。

接接地”。

22、由于电网接地电容的影响，人身触电电、由于电网接地电容的影响，人身触电电流有较大的增长，并且，这时人身触电电流中主要是电流有较大的增长，并且，这时人身触电电流中主要是电容电流分量，因此，提高电网的绝缘水平对减小人身触容电流分量，因此，提高电网的绝缘水平对减小人身触电电流没有太大帮助。

电电流没有太大帮助。

上页上页下页下页目录目录分析结论分析结论33、当电网供电距离比较长，供电容量比较大，即电缆、当电网供电距离比较长，供电容量比较大，即电缆比较长、截面积比较大时，人身触电电流比较大时，可比较长、截面积比较大时，人身触电电流比较大时，可采用变压器中性点电感接地方式，只要补偿电感值选择采用变压器中性点电感接地方式，只要补偿电感值选择得当，它对减小人身触电电流是有利的。

得当，它对减小人身触电电流是有利的。

44、比较例、比较例2-62-6中后中后22例可见，电感接地对减小单相接例可见，电感接地对减小单相接地故障电流效果明显。

对于煤矿井下高压（地故障电流效果明显。

对于煤矿井下高压（6kV6kV或或10kV10kV）电网，大的接地电流对井下安全供电威胁极大）电网，大的接地电流对井下安全供电威胁极大，因此，对单相接地故障电流比较大的井下高压电网，因此，对单相接地故障电流比较大的井下高压电网，应该采用电感（消弧线圈）接地方式，以限制煤矿井下应该采用电感（消弧线圈）接地方式，以限制煤矿井下高压电网的单相接地故障电流。

高压电网的单相接地故障电流。

煤矿安全规程煤矿安全规程457457条规定：

“矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地条规定：

“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电容电流不超过20A20A。

”。

”上页上页下页下页目录目录第三节单相漏电或接地故障时电网中第三节单相漏电或接地故障时电网中零序电流的分布零序电流的分布基于稳态分析的选择性漏电保护原理都是依据零基于稳态分析的选择性漏电保护原理都是依据零序电流的大小或是依据零序电流和零序电压的相位序电流的大小或是依据零序电流和零序电压的相位关系来选择故障线路的，因此，要理解选择性漏电关系来选择故障线路的，因此，要理解选择性漏电保护的工作原理，首先必须清楚发生单相漏电故障保护的工作原理，首先必须清楚发生单相漏电故障和单相接地故障时，电网中的零序电流是如何分布和单相接地故障时，电网中的零序电流是如何分布的。

本节讨论单相漏电故障或单相接地故障时，电的。

本节讨论单相漏电故障或单相接地故障时，电网中零序电流的分布。

网中零序电流的分布。

上页上页下页下页目录目录对称分量法简介对称分量法简介对称分量法相量图对称分量法相量图0021122211111AAABaaAXACaaAA骣骣骣骣琪琪琪琪=琪琪琪琪琪琪琪琪桫桫桫桫&g&0121221111131AAAAXBaaBACaaC-骣骣骣骣琪琪琪琪=琪琪琪琪琪琪琪琪桫桫桫桫&g&2211111Xaaaa骣琪=琪琪桫01201322jaej=-+上页上页下页下页目录目录对称分量法简介对称分量法简介不对称电网不对称电网021221111131abcUUUaaUUaaU骣骣骣琪琪琪=琪琪琪琪琪琪桫桫桫&0201221111131abcIIIaaIIaaI骣骣骣琪琪琪=琪琪琪琪琪琪桫桫桫&0212211111abcUUUaaUUaaU骣骣骣琪琪琪=琪琪琪琪琪琪桫桫桫&02012211111abcIIIaaIIaaI骣骣骣琪琪琪=琪琪琪琪琪琪桫桫桫&上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用中的应用单相漏电故障电网单相漏电故障电网故障点的边界条故障点的边界条件为：

件为：

arbrcracbcccNZ0UErRaIbIcIRI0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLwLLLZLZLZLZLZLZarbrcracbcccwLLwLLwLLNZwLRwLRwLRaUbUcU0UEaEUbEUcEURI0000aEaarbEbcEcUUUIRUUUUUU=+=+=+&0bcaRIIII=-&上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用分析中的应用不对称的电流相量分解为正序、负序和零序三组对称不对称的电流相量分解为正序、负序和零序三组对称电势源和相应的对称电流相量电势源和相应的对称电流相量0221222111111331aEaEbEcEbEaEbEcEcEaEbEcEUUUUUUaaUUaUaUUaaUUaUaU骣骣骣+骣琪琪琪琪=+琪琪琪琪琪琪琪琪+桫桫桫桫&0212211111103310RRRRIIIIaaIIaaI骣骣骣-骣琪琪琪琪=-琪琪琪琪琪琪琪琪-桫桫桫桫&arbrcracbcccNZ0UERI1aU1bU1cU2aU2bU2cU0U0U0U0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLLZLZLZwLL上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用中的应用根据线性电路的叠加原理分解为正序、负序和零序路。

根据线性电路的叠加原理分解为正序、负序和零序路。

arbrcracbcccNZ0UE1EI1aU1bU1cU0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLLZLZLZwLLarbrcracbcccNZ0UE2EI2aU2bU2cU0aUbUcUwLRwLRwLRwLLLZLZLZwLLwLLarbrcracbcccNZ0UE03I0U0U0U0aUbUcUwLRwLRwLRwLLwLLLZLZLZwLL上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用分析中的应用正序电路、负序电路和零序电路的单相分析电路正序电路、负序电路和零序电路的单相分析电路只有零序电流流过故障只有零序电流流过故障点点aU1aIwLRwLL1aUwLRwLL2aU2aIrc3NZwLR0UwLL0I11（）/（）aaawWIUURjX=-+&11110abcEIIII+=&22/（）aawWIURjX=-+&22220abcEIIII+=&000/（）wWIUZRjX=+&0（/3）/（1/）NZZrjCw=000/IUZ=&上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用中的应用分析结论：

分析结论：

11、在变压器中性点不接地或经电感接地的电网中（更、在变压器中性点不接地或经电感接地的电网中（更一般地说，所有“非有效接地”电网中，只要满足一般地说，所有“非有效接地”电网中，只要满足Z0RWZ0RW和和Z0XWZ0XW条件），分析单相接地故障或是单相条件），分析单相接地故障或是单相漏电故障时，可以将单相故障的不对称电路利用对称分漏电故障时，可以将单相故障的不对称电路利用对称分量法分解为三个对称电路来分析。

由于正序和负序电路量法分解为三个对称电路来分析。

由于正序和负序电路的对称性，正序和负序电流对单相接地故障或是单相漏的对称性，正序和负序电流对单相接地故障或是单相漏电故障电流没有贡献，因此，只要单纯地分析零序电路电故障电流没有贡献，因此，只要单纯地分析零序电路就可准确地分析单相接地故障或是单相漏电故障电路。

就可准确地分析单相接地故障或是单相漏电故障电路。

上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用中的应用22、零序相量是、零序相量是33个大小相等方向相同的分量，依据结个大小相等方向相同的分量，依据结论论11，下图可准确描述变压器中性点不接地或经电感接，下图可准确描述变压器中性点不接地或经电感接地的电网中单相接地故障或是单相漏电故障电路。

图中地的电网中单相接地故障或是单相漏电故障电路。

图中，ZNZN为变压器中性点接地元件，为变压器中性点接地元件，rr是电网对地每相总是电网对地每相总的分布绝缘电阻，的分布绝缘电阻，CC是电网对地每相总的分布电是电网对地每相总的分布电容，容，ZNZN、rr和和CC准确地描述了电网的零序元件；准确地描述了电网的零序元件；U0U0是是不对称故障点的等效电势源，是由单相接地故障或是单不对称故障点的等效电势源，是由单相接地故障或是单相漏电故障产生的。

相漏电故障产生的。

03INZ3r3c0U上页上页下页下页目录目录对称分量法在单相漏电和接地故障分析对称分量法在单相漏电和接地故障分析中的应用中的应用33、由故障点的边界条件得：

、由故障点的边界条件得：

单相漏电故障点单相漏电故障点等值电路等值电路单相漏电故障单相漏电故障等值计算电路等值计算电路0aRrUUIR=-+&03RIIrRaUaU3rNZRIrR0U3c上页上页下页下页目录目录单相漏电或接地故障时电网中零序电流单相漏电或接地故障时电网中零序电流的分布的分布借助于以上分析结论借助于以上分析结论-单纯零序电路就单纯零序电路就可准确地描述和分析单相接地故障或是单相可准确地描述和分析单相接地故障或是单相漏电故障电路，零序电压漏电故障电路，零序电压U0U0是不对称故障点是不对称故障点的等效电势源，复杂电网中单相接地故障或的等效电势源，复杂电网中单相接地故障或是单相漏电故障时的零序电流便可得到清楚是单相漏电故障时的零序电流便可得到清楚的描述的描述上页上页下页下页目录目录变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网03r3r3r3c3c3c2r2r2r2c2c2cE1r1r1r1c1c1cEcUbUaUE4r4r4r4c4c4cErR上页上页下页下页目录目录变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网所有非故障馈出线的零序电流所有非故障馈出线的零序电流故障馈出线的零序电流故障馈出线的零序电流13r13cEEEE33r23r43r23c33c43c0U013I023I033I0043I0.01（）,1,2,3iiiIUjCirw=+=&0.40.10.20.30123123111（）（）IIIIUjCjCjCrrrwww=-+=-+&上页上页下页下页目录目录变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网11、所有非故障馈出线的零序电流的大小与、所有非故障馈出线的零序电流的大小与该馈出线的每相对地（零序）导纳成正比，该馈出线的每相对地（零序）导纳成正比，方向为由母线流向馈出线（即与零序电压同方向为由母线流向馈出线（即与零序电压同方向）。

方向）。

22、故障馈出线的零序电流的大小是所有非、故障馈出线的零序电流的大小是所有非故障馈出线的零序电流大小的总和，方向为故障馈出线的零序电流大小的总和，方向为由该故障馈出线流向母线（即与零序电压同由该故障馈出线流向母线（即与零序电压同方向相反）。

方向相反）。

这这22条结论是变压器中性点不接地电网设计条结论是变压器中性点不接地电网设计选择性漏电保护的依据。

选择性漏电保护的依据。

上页上页下页下页目录目录变压器中性点经电感接地电网变压器中性点经电感接地电网变压器中性点不接地电网变压器中性点不接地电网03r3r3r3c3c3c2r2r2r2c2c2cE1r1r1r1c1c1cEcUbUaUE4r4r4r4c4c4cErR上页上页下页下页目录目录变压器中性点经电感接地电网变压器中性点经电感接地电网所有非故障馈出线的所有非故障馈出线的零序电流零序电流故障馈出线的零序电流故障馈出线的零序电流13r13cNRNLEEEEE33r23r43r23c33c43c0U013I03NI023I033I043I0.01（）,1,2,3iiiIUjCirw=+=&30.40.10.20.30.