DOI:10.13436/j.mkjx.2013.09.012 0引言煤矿井下配电网的中性点接地方式是影响配电可靠性和矿井安全性的主要因素之一，也是影响煤矿安全生产的重要因素之一。中性点接地方式的选择影响着接地电流的大小，过电压的高低，跨步电压的大小和通讯质量电能质量的高低等。此外，电网中性点的接地方式决定着配电网的接地保护方式，它也是电力系统研究的一个重要课题。本文基于PSCAD仿真软件，就煤矿井下1140V供电系统中中性点经电阻接地方式及相应的接地电阻进行仿真分析研究，对于煤矿井下的安全生产和井下人员的人身安全具有一定的指导意义。1中性点接地方式分析目前我国煤矿井下1140V配电网中性点大多采用不接地方式运行。当系统发生单相接地故障时，故障相电压对地电压降为0，非故障相电压将升高为系统正常运行时的线电压（3姨倍相电压）。选择中性点不接地的运行方式，为了保证发生单相接地故障时井下设备可以安全正常运行，设备的绝缘水平必须按照线电压的标准来选择，这就额外增加了设备的绝缘投资。此外，当系统发生单相接地故障时，接地电流在故障发生处会产生稳定的间歇性电弧，而间歇性电弧会进一步引起弧光接地过电压，从而导致两相或三相短路，这将极大危害矿井的生产安全和井下工作人员的人身安全。而对于中性点经电阻的接地方式，可以在煤矿井下电网系统中提供阻尼作用，加快线路上残余电荷的泄漏速度，降低故障相恢复电压的上升速度，从而限制电弧接地产生的过电压幅值。此外，目前我国对人身触电是否有伤亡的衡量标准为人体触电电流与触电时间的乘积是否小于30mAs。当人体触电电流与触电持续时间的乘积小于30mAs时，触电人员是安全的；反之，触电人员是危险的。当中性点接地电阻阻值选择合适时，还可以有效减小人体触电电流值，从而有利于井下人员人身安全。2中性点接地电阻分析计算煤矿井下1140V低压等效电网如图1所示。图1煤矿井下1140V低压等效电网煤矿机械CoalMineMachineryVol.34No.09Sep.2013第34卷第09期2013年09月基于PSCAD的矿井1140V电网中性点接地电阻研究李彬，于群，崔琦（山东科技大学信息与电气工程学院，山东青岛266590）摘要：对矿井1140V配电网中性点经电阻接地方式及接地电阻阻值进行了仿真分析研究。根据某煤矿井下采区1140V供电系统参数，采用PSCAD软件搭建电网仿真模型，利用在负荷端供电线路设置单相接地故障模拟负荷设备绝缘损伤造成的单相接地故障，通过对中性点不接地系统和经电阻接地系统分别进行仿真。根据仿真结果分析比较中性点经电阻接地的优越性，然后根据仿真数据和电网的对地分布电容，进而得出中性点接地电阻阻值的取值范围。关键词：矿井1140V配电网；中性点接地方式；接地电阻；PSCAD中图分类号：TD61文献标志码：A文章编号：1003－0794（2013）09－0077－03ResearchonNeutralResistanceGroundingof1140VPowerSysteminCoalMineBasedonPSCADLIBin，YUQun，CUIQi（CollegeofInformationandElectricalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590，China）Abstract:Thispaperstudiesthe1140Vdistributionnetworkwithneutralgroundingthroughresistanceandthegroundingresistancethroughsimulation.Accordingtothe1140Vpowersupplysysteminundergroundminingareaofacoalparameters,thispapersetup1140VlowvoltagepowersystemsimulationmodelinPSCADsoftware,setthesingle-phasegroundingfaultusingtheloadpowersupplyline,tosimulatetheloadequipmentinsulationdamagecausedbythesingle-phasegroundingfault.Accordingtothesimulationresultsandata，thispaperobtainsthesuperiorityofneutralpointgroundingthroughresistance,andthencomesthevaluerangeoftheneutralpointgroundingresistance.Keywords：coalmine1140Vdistributionnetwork；neutralpointgrounding；groundingresistance；PSCADCBAUcUbUaK1RorXcrrXcXcK2RI77中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

当开关K2闭合，R=1kΩ时，可模拟中性点经电阻接地方式下人身触电故障。此时，中性点对地零序电阻为接地电阻R0的3倍，零序阻抗为1Z0=13R0+1r+1jXC（1）零序电压为U0=UAZ03R+Z0（2）式中R0———中性点接地电阻；R———漏电电阻；r———对地绝缘电阻；XC———对地容抗。对式（1）进行转化Z0=3XC2R09R02+XC2-j9R02XC9R02+XC2＝Rb-jXb（3）设R0=KXC，则Rb=3KXC9K2+1（4）对式（4）求导计算得：当K=13时，Z0=0.5XC－0.5jXC）。即当中性点接地电阻为电容容抗的13时，此时对漏电电流而言电阻分量呈现最大值。所以，中性点接地电阻应为电网分布电容的1/3，即R0=XC3。而对于井下电网分布电容XC，图1中，当K1断开时，利用中性点电压位移测量法，此时可以方便计算电网的各相对地分布电容XC=［UC22-（UC-U0）2］［（UC+U0）2-UC22］姨6RU02（5）式中R———接地电阻；UC———故障前C相对地电压；UC2———接地相对地电压；U0———零序电压。具体计算方法为：断开开关K2，分别测量各相对地电压UA、UB、UC，然后闭合开关K2，再次测量故障接地相C相对地电压UC2和零序电压U0。把上述数据带入式（5），即可求得井下电网对地分布电容。3单相接地故障仿真分析（1）PSCAD软件简介EMTDC是由DennisWoodford博士于1976年在建安大曼尼托巴水电局开发的，是一种世界各国广泛应用的电力系统仿真软件，PSCAD是其前端图形化操作界面，利用PSCAD提供的元件模型，用户可以根据自己需要建立适合不同的系统模型，使复杂的部分电力系统可视化，从而更方便地进行电力系统仿真分析。（2）仿真模型的建立仿真模型参照某煤矿井下1140V供电系统图。由PSCAD/EMTDC软件平台搭建而成。仿真模型采用6kV/1140V变压器对电缆线路供电，电网电压为1140V，频率为50Hz,变压器采用△-Y形接法，其中在cable3末端设置单相接地故障模块，模拟单相接地故障。供电系统图如图2所示。图2某矿井1140V供电系统图各负荷参数如表1所示。表1各负荷参数仿真模型其他参数均采用系统典型数据。变压器与主线路连接处用BREAKERS&FAULTS库中的三相开关（3phasebreaker）代替组合开关和电磁启动器，在cable3末端用单相故障模块（SinglePhaseFualt）来模拟电缆单相接地故障，利用故障时间控制模块（TimeFaultLogic）来控制发生故障的时刻和持续时间。线路负载采用PASSIVEELEMENTS库中的固定负荷模型（FixedLoad）。图3为搭建的煤矿井下电网仿真模型。当变压器中性点所连接的接地开关断开时，为中性点不接地系统；当接地开关闭合时，为中性点经电阻接地系统。本文对中性点接地和不接地2种状态进行仿真。本模型接地故障发生在仿真时刻0.1s，持续时间为0.15s。图3煤矿井下1140V电网仿真模型（3）仿真结果及数据分析图4为系统在中性点不接地状态时，仿真模拟的负荷端电流、电压及故障接地点电流波形。第34卷第09期Vol.34No.09基于PSCAD的矿井1140V电网中性点接地电阻研究———李彬，等电压/kV1.141.141.14有功/kW360320144无功/kvar223.2198.489.28序号123设备名称乳化泵可弯曲刮板输送机工作面带式输送机BKD-400BKD-400KBSGZY-630/6600m6/1.14kVOJZ-200800mOJZ-200600mOJZ-200乳化泵200kVM~M~M~可弯曲输送机200kV工作面带式输送机600kVC1C2C3C1C2C3C1C2C3ABC800.0[MVA]R=06kVABC1.14kV#1BRK#2ABCABCBRKBRKEaEbEcTimedBreakerLogicClosed@t0C2C1C3C1C1C2C3CCCC2C2C1C3Cable2Cable2Cable2Cable3Cable3CableCableCableCCable3Cable1Cable1C3FaultlqP+jQ0.320[MVV]/ph0.1984[MVAR]/phTimedFaultLogicP+jQ0.144[MVV]/ph0.08928[MVAR]/phEqP+jQ0.360[MVV]/ph0.2232[MVAR]/ph78中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

图4中性点不接地系统故障接地点、负荷端电流、电压波形由图4可以看出，对于中性点不接地系统，当系统发生单相接地故障时，故障相电压对地电压降为0，非故障相电压升高为正常运行时的线电压，故障接地点电流幅值较大。图5为系统在中性点经1000Ω接地状态时，仿真模拟的负荷端电流、电压及故障接地点电流波形。图5中性点经电阻（1000Ω）接地系统故障接地点、负荷端电流、电压波形由图5可以看出，对于中性点经电阻接地系统，仿真结果基本符合单相接地故障的规律。在系统发生单相接地故障时，故障相电压降为零，而非故障相电压升高为线电压，故障接地点电流幅值与中性点不接地系统相比，幅值有所减小，从而减小人体触电电流与触电时间乘积，有助于保护井下工作人员的人身安全。此外，与中性点不接地系统相比，中性点接地系统的负荷端电流、电压幅值也有一定的减小，这在一定程度上有利于矿用设备的安全以及整个矿井的安全生产。（4）中性点接地电阻阻值计算利用PSCAD中搭建的仿真模型，如图3所示，改变接地电阻的阻值，分别为0、49Ω、88Ω，可分别得到计算对地电容所需数据，如表2所示。表21140V电网仿真数据此时可由式（5）计算对地分布电容值。把上述数据代入式（5），可得结果如表3所示。表3电网每相分布电容数据仿真模型中所用的电缆长度为1.3km，故由此可推算出每公里电缆的单相分布电容约为0.265μF。而由该煤矿井下供电系统图得知，该矿井综采工作面多在200m左右，单台变压器所带总供电电缆大多不超过2.5km，由此可推算出整个1140V电网的每相对地分布电容应在0.1~0.7μF。中性点接地电阻R0为电容容抗XC的1/3，故对于煤矿井下1140V电网，其分布电容为0.10~0.66μF，故应选择R0=1.61~10.6kΩ。参考文献：［1］叶予光，庞元俊.电网接地方式与运行分析［J］.煤矿机械,2003,24(11):55-56.［2］唐轶,陈奎，吕良.矿井低压配电网中性点接地方式的研究［J］.煤炭科学技术,2002(7):40-43.［3］SeshaprasadB.J.Investigationofswitchingtransientsin3.3kVun-dergroundminepowersystem［J］.MiningTechnologyOct.1997,79(914):266-270.［4］赖昌干.矿山电工学［M］.北京：煤炭工业出版社,2006.［5］何仰赞，温增银.电力系统分析［M］.武汉：华中科技大学出版社,2002.［6］唐翔，王崇林.煤矿井下电网中性点接地电阻的研究［J］.高电压技术,2006(3):90-93.［7］侯玉强，高彦成，张晓.基于PSCAD的经消弧线圈接地系统仿真分析［J］.煤矿机电,2011(1):60-64.［8］刘明言.配电网中性点接地方式的选择［J］.电网技术,2004(16):86-89.作者简介：李彬(1987－)，山东淄博人，山东科技大学2012级硕士研究生，研究方向为电力系统自动化，电子信箱：lib-in04.07@163.com.责任编辑：卢盛春收稿日期：2013－04－07漏电实验电阻R/Ω对地电容C/μF490.3452880.345304988UA810810809UB812811813UC79979879704682783773748接地电阻R/Ω故障前各相对地电压/V接地相对地电压UC2/VU0/V零序电压第34卷第09期Vol.34No.09基于PSCAD的矿井1140V电网中性点接地电阻研究———李彬，等0.0500.1000.1500.2000.2500.3001.51.00.50-0.5-1.0-1.5y0.0500.1000.1500.2000.2500.3000.50.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5y0.0500.1000.1500.2000.2500.300y1.51.00.50-0.5-1.0-1.50.0500.1000.1500.2000.2500.300y1.51.00.50-0.5-1.0-1.50.0500.1000.1500.2000.2500.3000.50.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5y0.0500.1000.1500.2000.2500.300y1.51.00.50-0.5-1.0-1.5（a）故障接地点电流（b）负荷端电流（c）负荷端电压（a）故障接地点电流（b）负荷端电流（c）负荷端电压79中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net