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摘要煤矿6KV电网单相接地电流不许超过20A，否则必须采取技术措施加以限制，因此,必须经常对单相接地电容电流进行测量，以确定其是否需要采取补偿措施。本文针对传统测试方法必须接触到一次设备，存在试验危险、操作繁杂，工作效率低等缺点，采用电网电容电流测试仪法来测量配电网单相接地电容电流数值，该方法安全、简单、快捷，且测试结果准确、稳定、可靠。并根据测试结果对电网采取了电网中性点经消弧线圈接地补偿措施。
关键词煤矿电网，单相接地，电容电流，测试方法，补偿；中图分类号 TD61
0 引言
煤矿6KV电网是从井上延深到井下，由于井下恶劣环境的影响，电缆和电气的绝缘水平较低，极易发生接地故障。单相接地后，引起电网过电压，两相异地短路、扩大到三相短路的或然率也很高，造成供电中断，影响生产，危及人身和设备安全。接地电流超限，是煤矿电气治理“三流一高”(短路电流、接地电流、杂散电浇、高次谐波)中尚未得到很好解决的一流。为此，《煤矿安全规程》第434条明确规定，“矿并6kV电网的单相接地电流不许超过20A，否则必须采取技术措施加以限制”。因此,必须经常对单相接地电容电流进行测量，以确定其是否需要采取补偿措施。
目前，我国配电系统的电源中性点一般是不直接接地的，所以当线路单相接地时流过故障点的电流实际是线路对地电容产生的电容电流。另外，配电网的对地电容和PT的参数配合会产生PT铁磁谐振过电压，为了验证该配电系统是否会发生PT谐振及发生什么性质的谐振，也必须准确测量配电网的对地电容值。传统的测量配网电容电流的方法有单相金属接地的直接法、外加电容间接测量法等，这些方法都要接触到一次设备，因而存在试验危险、操作繁杂，工作效率低等缺点。
为解决这些问题，霍州煤电集团辛置矿机电科与大专院校共同潜心研究，开发出采用电容电流测试仪来测量配电网单相接地电容电流的方法。该方法采用智能化测试仪直接从PT的二次侧测量配电网的电容电流，与传统的测试方法相比，该仪器无需和一次侧直接相连，因而试验不存在危险性，无需做繁杂的安全工作和等待冗长的调度命令，只需将测量线接于PT的开口三角端就可以测量出电容电流的数据。由于从PT开口三角处注入的是微弱的异频测试信号，所以既不会对继电保护和PT本身产生任何影响，又避开了50Hz的工频干扰信号，同时测试仪的输出端可以耐受100V的交流电压，若测量时系统有单相接地故障发生，亦不会损坏PT和测试仪，因而无需做特别的安全措施，使这项工作变得安全、简单、快捷，且测试结果准确、稳定、可靠。
1单相接地电容电流的测量方法
电力网单相接电流的测量方法很多，电业系统积累了丰富的经验，但煤矿电网因为对安全可靠性有其特殊要求，特别是井下电网，还有电气防爆的要求，所以一直未能将安全、可靠、简单易行的测试方法探讨确定下来，影响到测试与治理。近两年。由山东科技大学等单位进行研究摸索，协助生产现场做了大量工作，实测一些矿井，取得一定的经验。但是，生产现场在进行测试时，仍然存在对测试方法进行理论认识和分析选择的问题。经验认为：
(1)直接接地测试法：这种测试很不安全，人为接地测试与故障接地无异，虽然准确，但电网的安全和测试人员的安全要担一定风险。就为摸清接地电流的数值而言，也不需要十分准确，不如采用误差较小的间接法好。但也不完全排除直接法在特殊情况下的采用，如调整消弧线圈的补偿度、肖弧线圈调整完，需验证其主要参数。校验高压选择性接地保护时，需要直接接地，也必须采取一定的技术措施，如停止主要大型设备、绝缘很差的电缆和设备，防止测试时造成意外事故。
(2)经电容接地间接法。此类方法很多，要从理论上的严密性和准确性上加以选择。假定的先决条件和一些参数处理上不一定符合现场实际。目前由中国矿大采用的建立在不平衡的电网基础上的“零序电流电压法”理论严谨，安全准确，方便易行。已用于国内不少矿井，但其中间折算公式较繁，计算工作量大。由于其误差很小，一般不超过3％，可取代直接接地测试。可做为预测和调整弧线圈时的测试较为实用。
(3)经电阻接地间接法。与上一间接法相比，同样是理论严密，简单易行，安全可靠。仅准确性略低于零序电流电压法，一般误差在2.6％～4.2％。但对接地电流的折算非常简单，计算量很小，而且直观。
(4)采用专用配电网电容电流测试仪测量。直接从PT(电压互感器)的二次侧测量配电网的電容电流，与传统的测试方法相比，该仪器无需和一次侧打交道，因而不存在试验的危险性，无需做繁杂的安全措施和等待冗长的调度命令，只需将测量线接于PT的开口三角端就可以测量出电容电流的数据。本文中选用此种方法来测量6KV配电网单相接地电容电流。
2电网电容电流测试仪法
2.1测试原理
利用电容电流测试仪测试配电网接地电容电流是从PT 开口三角侧来测量系统的电容电流的。其测量原理如图一所示。
在图一中，从PT开口三角注入一个异频的电流（非50Hz的交流电流，目的是为了消除工频电压的干扰），这样在PT高压侧就感应出一个按变比减小的电流，此电流为零序电流，即其在三相的大小和方向相同，因此它在电源和负荷侧均不能流通，只能通过PT和对地电容形成回路，所以图一又可简化为图二。
根据图二的物理模型就可建立相应的数学模型，通过检测测量信号就可以测量出三相对地电容值3Co，再根据公式I=3ωCoUφ（Uφ为被测系统的相电压）计算出配网系统的电容电流。
2.1测试步骤
使用测试仪测量配网电容电流前必须完成以下操作：
(1) 检查测量用的PT高压侧中性点是否安装高阻消谐器，如有，将其短接。
(2) 检查消弧线圈是否全部退出运行。在有电气联系的被测电压等级系统中所有消弧线圈均要退出运行，并非只退出该变电站的消弧线圈。
(3) 退出PT 开口三角的消谐装置。
(4) 确保将测试仪的电流输出端正确接到图四的开口三角N-L上。一般在二次的端子编号为N600和 L630。为了确保连接正确，可以按下列方法进行检查：（1）用万用表分别测量PT二次侧三相电压和开口三角电压；将三相电压中的最大值减去最小值得到的差和开口三角电压比较，如果两者差不多，就说明找到的开口三角端是正确的；如果两者差别很大，则说明没有正确找到开口三角端。
(5) 选择正确的PT变比，也就是选择正确的PT接线方式。FS500P型电容电流测试仪是通过选择PT接线方式和系统电压来达到选择PT变比的作用，这样对于试验人员会更方便、快捷。PT一般是采用100/3V的二次绕组连接成开口三角，但也有特殊的情况，有些变电站的PT采用100V二次绕组组成开口三角。为了确保选择变比的正确，可以通过测量组成开口三角的各绕组的电压来确定。
做完以上检查后，按图接线，将测试仪的电流输出端与PT开口三角端连接。接通电源后，面板上绿色发光二极管点亮，仪器进入图开机界面。开始测量，开始测量前，将测量输入开关拨向通，此时面板上的红色发光二极管被点亮。然后记录数据。
3 测试结果
对霍州煤电集团辛置煤矿6KV母线对地电容电流值进行测试，母线的补偿电容全部退去，中性点对地没有加装消弧线圈，PT开口三角采用变比为100/3。测试数据如表一所示。
4 补偿措施
测量的接地电流数据已经超过《煤矿安全规程》规定的最大电流值，应采取补偿措施。辛置矿采取的措施为电网中性点经消弧线圈接地。消弧线圈的主要作用就是在电网发生单相接地时以其感性电流来补偿电容电流。一般采取过补偿，补偿后的接地电流很小，其主要优越性是当发生接地时，接地电弧不能维持，而在电流过零，电弧熄灭之后，能显著减小故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能性，单相接地故障将自动消除。所以装用消弧线圈不但可以使单相接地故障所引起的停电事故大大减少，而且还能减少系统中发生扩大为多相短路故障的次数。
为了限制和减少系统单相接地电容电流，应采用中性点经消弧线圈接地方式，以消弧线圈的电感电流抵消接地点流过的电容电流，若调节合适，可以避免由电弧所引起的过电压危害。
5 结论
本文采用电容电流测试仪方法来测量配电网单相接地电容电流，与传统的测试方法相比，该仪器无需和一次侧直接相连，因而试验不存在危险性，无需做繁杂的安全工作和等待冗长的调度命令，只需将测量线接于PT的开口三角端就可以测量出电容电流的数据。因而无需做特别的安全措施，使这项工作变得安全、简单、快捷，且测试结果准确、稳定、可靠。
对配电电网接地电容电流测试并采取电网中性点经消弧线圈接地补偿措施，可大大减少由单相接地引起的故障短路而导致速断保护跳闸的情况，提高了供电可靠性，对井下作业顺利进行提供了保证，为工人的健康安全提供了保障。
参考文献
[1] 张妍妍，赵静.矿区6KV供电系统单相接地电容电流治理.科技信息,2010,21: 979-979
[2] 温志宏，杜继萍. 10KV不接地系统电容电流测试方法应用比较.冶金动力[J].2001，83(1):14-15
[3] 王政. 东滩煤矿6～35KV电网各相接地电容电流的测定. 煤矿现代化[J]. 2006，72(3):54-55
[4] 李凤银，关铭芝，李光明，李国营. 6KV电网单相接地电容电流的自动补偿装置.中州煤炭[J].2004，129(3):57-58
苏纪朋、1978年出生、男、汉族、山西芮城人、工学学士、设备管理工程师、副科长、工作于山西省霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿机电科、研究方向为机电应用、通讯地址为山西省霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿机电科、邮政编码031412、联系电话13453487621
苏春建、1980年出生、男、汉、山东菏泽人、工学博士、山东科技大学副教授、研究方向为矿山监测监控系统、金属成形及其智能化控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词煤矿电网，单相接地，电容电流，测试方法，补偿；中图分类号 TD61
0 引言
煤矿6KV电网是从井上延深到井下，由于井下恶劣环境的影响，电缆和电气的绝缘水平较低，极易发生接地故障。单相接地后，引起电网过电压，两相异地短路、扩大到三相短路的或然率也很高，造成供电中断，影响生产，危及人身和设备安全。接地电流超限，是煤矿电气治理“三流一高”(短路电流、接地电流、杂散电浇、高次谐波)中尚未得到很好解决的一流。为此，《煤矿安全规程》第434条明确规定，“矿并6kV电网的单相接地电流不许超过20A，否则必须采取技术措施加以限制”。因此,必须经常对单相接地电容电流进行测量，以确定其是否需要采取补偿措施。
目前，我国配电系统的电源中性点一般是不直接接地的，所以当线路单相接地时流过故障点的电流实际是线路对地电容产生的电容电流。另外，配电网的对地电容和PT的参数配合会产生PT铁磁谐振过电压，为了验证该配电系统是否会发生PT谐振及发生什么性质的谐振，也必须准确测量配电网的对地电容值。传统的测量配网电容电流的方法有单相金属接地的直接法、外加电容间接测量法等，这些方法都要接触到一次设备，因而存在试验危险、操作繁杂，工作效率低等缺点。
为解决这些问题，霍州煤电集团辛置矿机电科与大专院校共同潜心研究，开发出采用电容电流测试仪来测量配电网单相接地电容电流的方法。该方法采用智能化测试仪直接从PT的二次侧测量配电网的电容电流，与传统的测试方法相比，该仪器无需和一次侧直接相连，因而试验不存在危险性，无需做繁杂的安全工作和等待冗长的调度命令，只需将测量线接于PT的开口三角端就可以测量出电容电流的数据。由于从PT开口三角处注入的是微弱的异频测试信号，所以既不会对继电保护和PT本身产生任何影响，又避开了50Hz的工频干扰信号，同时测试仪的输出端可以耐受100V的交流电压，若测量时系统有单相接地故障发生，亦不会损坏PT和测试仪，因而无需做特别的安全措施，使这项工作变得安全、简单、快捷，且测试结果准确、稳定、可靠。
1单相接地电容电流的测量方法
电力网单相接电流的测量方法很多，电业系统积累了丰富的经验，但煤矿电网因为对安全可靠性有其特殊要求，特别是井下电网，还有电气防爆的要求，所以一直未能将安全、可靠、简单易行的测试方法探讨确定下来，影响到测试与治理。近两年。由山东科技大学等单位进行研究摸索，协助生产现场做了大量工作，实测一些矿井，取得一定的经验。但是，生产现场在进行测试时，仍然存在对测试方法进行理论认识和分析选择的问题。经验认为：
(1)直接接地测试法：这种测试很不安全，人为接地测试与故障接地无异，虽然准确，但电网的安全和测试人员的安全要担一定风险。就为摸清接地电流的数值而言，也不需要十分准确，不如采用误差较小的间接法好。但也不完全排除直接法在特殊情况下的采用，如调整消弧线圈的补偿度、肖弧线圈调整完，需验证其主要参数。校验高压选择性接地保护时，需要直接接地，也必须采取一定的技术措施，如停止主要大型设备、绝缘很差的电缆和设备，防止测试时造成意外事故。
(2)经电容接地间接法。此类方法很多，要从理论上的严密性和准确性上加以选择。假定的先决条件和一些参数处理上不一定符合现场实际。目前由中国矿大采用的建立在不平衡的电网基础上的“零序电流电压法”理论严谨，安全准确，方便易行。已用于国内不少矿井，但其中间折算公式较繁，计算工作量大。由于其误差很小，一般不超过3％，可取代直接接地测试。可做为预测和调整弧线圈时的测试较为实用。
(3)经电阻接地间接法。与上一间接法相比，同样是理论严密，简单易行，安全可靠。仅准确性略低于零序电流电压法，一般误差在2.6％～4.2％。但对接地电流的折算非常简单，计算量很小，而且直观。
(4)采用专用配电网电容电流测试仪测量。直接从PT(电压互感器)的二次侧测量配电网的電容电流，与传统的测试方法相比，该仪器无需和一次侧打交道，因而不存在试验的危险性，无需做繁杂的安全措施和等待冗长的调度命令，只需将测量线接于PT的开口三角端就可以测量出电容电流的数据。本文中选用此种方法来测量6KV配电网单相接地电容电流。
2电网电容电流测试仪法
2.1测试原理
利用电容电流测试仪测试配电网接地电容电流是从PT 开口三角侧来测量系统的电容电流的。其测量原理如图一所示。
在图一中，从PT开口三角注入一个异频的电流（非50Hz的交流电流，目的是为了消除工频电压的干扰），这样在PT高压侧就感应出一个按变比减小的电流，此电流为零序电流，即其在三相的大小和方向相同，因此它在电源和负荷侧均不能流通，只能通过PT和对地电容形成回路，所以图一又可简化为图二。
根据图二的物理模型就可建立相应的数学模型，通过检测测量信号就可以测量出三相对地电容值3Co，再根据公式I=3ωCoUφ（Uφ为被测系统的相电压）计算出配网系统的电容电流。
2.1测试步骤
使用测试仪测量配网电容电流前必须完成以下操作：
(1) 检查测量用的PT高压侧中性点是否安装高阻消谐器，如有，将其短接。
(2) 检查消弧线圈是否全部退出运行。在有电气联系的被测电压等级系统中所有消弧线圈均要退出运行，并非只退出该变电站的消弧线圈。
(3) 退出PT 开口三角的消谐装置。
(4) 确保将测试仪的电流输出端正确接到图四的开口三角N-L上。一般在二次的端子编号为N600和 L630。为了确保连接正确，可以按下列方法进行检查：（1）用万用表分别测量PT二次侧三相电压和开口三角电压；将三相电压中的最大值减去最小值得到的差和开口三角电压比较，如果两者差不多，就说明找到的开口三角端是正确的；如果两者差别很大，则说明没有正确找到开口三角端。
(5) 选择正确的PT变比，也就是选择正确的PT接线方式。FS500P型电容电流测试仪是通过选择PT接线方式和系统电压来达到选择PT变比的作用，这样对于试验人员会更方便、快捷。PT一般是采用100/3V的二次绕组连接成开口三角，但也有特殊的情况，有些变电站的PT采用100V二次绕组组成开口三角。为了确保选择变比的正确，可以通过测量组成开口三角的各绕组的电压来确定。
做完以上检查后，按图接线，将测试仪的电流输出端与PT开口三角端连接。接通电源后，面板上绿色发光二极管点亮，仪器进入图开机界面。开始测量，开始测量前，将测量输入开关拨向通，此时面板上的红色发光二极管被点亮。然后记录数据。
3 测试结果
对霍州煤电集团辛置煤矿6KV母线对地电容电流值进行测试，母线的补偿电容全部退去，中性点对地没有加装消弧线圈，PT开口三角采用变比为100/3。测试数据如表一所示。
4 补偿措施
测量的接地电流数据已经超过《煤矿安全规程》规定的最大电流值，应采取补偿措施。辛置矿采取的措施为电网中性点经消弧线圈接地。消弧线圈的主要作用就是在电网发生单相接地时以其感性电流来补偿电容电流。一般采取过补偿，补偿后的接地电流很小，其主要优越性是当发生接地时，接地电弧不能维持，而在电流过零，电弧熄灭之后，能显著减小故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能性，单相接地故障将自动消除。所以装用消弧线圈不但可以使单相接地故障所引起的停电事故大大减少，而且还能减少系统中发生扩大为多相短路故障的次数。
为了限制和减少系统单相接地电容电流，应采用中性点经消弧线圈接地方式，以消弧线圈的电感电流抵消接地点流过的电容电流，若调节合适，可以避免由电弧所引起的过电压危害。
5 结论
本文采用电容电流测试仪方法来测量配电网单相接地电容电流，与传统的测试方法相比，该仪器无需和一次侧直接相连，因而试验不存在危险性，无需做繁杂的安全工作和等待冗长的调度命令，只需将测量线接于PT的开口三角端就可以测量出电容电流的数据。因而无需做特别的安全措施，使这项工作变得安全、简单、快捷，且测试结果准确、稳定、可靠。
对配电电网接地电容电流测试并采取电网中性点经消弧线圈接地补偿措施，可大大减少由单相接地引起的故障短路而导致速断保护跳闸的情况，提高了供电可靠性，对井下作业顺利进行提供了保证，为工人的健康安全提供了保障。
参考文献
[1] 张妍妍，赵静.矿区6KV供电系统单相接地电容电流治理.科技信息,2010,21: 979-979
[2] 温志宏，杜继萍. 10KV不接地系统电容电流测试方法应用比较.冶金动力[J].2001，83(1):14-15
[3] 王政. 东滩煤矿6～35KV电网各相接地电容电流的测定. 煤矿现代化[J]. 2006，72(3):54-55
[4] 李凤银，关铭芝，李光明，李国营. 6KV电网单相接地电容电流的自动补偿装置.中州煤炭[J].2004，129(3):57-58
苏纪朋、1978年出生、男、汉族、山西芮城人、工学学士、设备管理工程师、副科长、工作于山西省霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿机电科、研究方向为机电应用、通讯地址为山西省霍州煤电集团有限责任公司辛置煤矿机电科、邮政编码031412、联系电话13453487621
苏春建、1980年出生、男、汉、山东菏泽人、工学博士、山东科技大学副教授、研究方向为矿山监测监控系统、金属成形及其智能化控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。