（陕西彬长文家坡矿业有限公司 陕西咸阳 713500）
摘要：煤矿井下的交流供电系统是矿井交流杂散电流的主要来源，它对交流杂散电流的分布有着极其重要的影响。现阶段，在我国的煤矿井下，交流杂散电流的产生的危害越来越明显，安全事故不断的发生，直接延缓甚至终结了矿井的生产，也严重的危害了人身安全，因此人们越来越关注矿井交流杂散电流的问题，对矿井供电系统接地网中交流杂散电流进行分析，将为有效的防治杂散电流提供了理论支撑。本文研究了矿井供电系统接地网中交流杂散电流，在低压电缆绝缘不对称因素对接地网中交流杂散电流分布规律的影响。
关键词：矿井供电系统；交流杂散电流；电缆绝缘
1交流杂散电流在接地网分布规律的仿真分析
为了明确相关因素对矿井交流杂散电流在接地网分布规律的影响，在确定矿井交流杂散电流模型中各参量取值的基础上，利用 MATLAB/Simulink 软件对所建立的交流杂散电流模型进行仿真分析，研究了低压电缆绝缘不对称、对交流杂散电流在接地网时的影响，从而为治理交流杂散电流提供相关依据。
1.1 低压电缆绝缘不对称
矿井供电电缆在长期运行过程中，受机械损伤、绝缘老化等条件的影响，使得电缆各相绝缘水平发生不同程度的下降，造成三相绝缘不对称，可用不平衡系数 K（三相中绝缘参数最大值与最小值的比值）来表示。低压电缆绝缘层包含绝缘电阻和分布电容两个参数，因此低压电缆绝缘不对称有绝缘电阻不对称和分布电容不对称两种情况，下面分别研究低压电缆绝缘电阻和分布电容在不同不平衡系数 K 下交流杂散电流在接地网的分布规律。
1）低压电缆绝缘电阻不对称
为了研究低压电缆绝缘电阻在不同不平衡系数 K 下交流杂散电流在接地网的分布规律，设高压电缆各相参数正常及低压电缆分布电容对称，低压电缆绝缘电阻不平衡系数 K 分别取值为 1.5、2 和 3。当 K=1.5 时，三相绝缘电阻 Rja=154 kΩ•km、Rjb=154 kΩ•km、Rjc=102.7 kΩ•km；当 K=2 时，三相绝缘电阻 Rja=154 kΩ•km、Rjb=154 kΩ•km、Rjc=77kΩ•km；当 K=3 时，三相绝缘电阻 Rja=154 kΩ•km、Rjb=154 kΩ•km、Rjc=51.3 kΩ•km；通过仿真计算，得到了低压电缆绝缘电阻在不同不平衡系数 K 下各段屏蔽层/地线芯的交流杂散电流有效值 Ip、各段金属网的交流杂散电流有效值 Iw及各接地极上交流杂散电流有效值 Ig的分布曲线。因低压电缆绝缘电阻不对称而产生的交流杂散电流，主要分布在低压电缆的屏蔽层/地线芯和低压电缆供电区间内的金属网等结构上，且由于整条低压电缆线路绝缘电阻不对称，泄漏产生的交流杂散电流在通过漏电保护装置返回电网的过程中，在回流路径中不断累积，所以各段屏蔽层/地线芯、各段金属网的交流杂散电流有效值 Ip和 Iw在低压电缆区间内从用电端到供电端不断增大，但在高压电缆区间内分布较少。除主接地极外，低压电缆区间内局部接地极上的交流杂散电流比高压电缆区间内局部接地极上的交流杂散电流大，这是因为低压电缆产生的交流杂散电流部分通过低压电缆区间内的局部接地极进入大地，然后通过高压电缆区间内的局部接地极返回电网，即流入地中电流值等于流出值，而高压电缆区间内的接地极数量大于低压电缆区间内的接地极数量。并由于主接地极接地电阻较小，所以该处交流杂散电流较大。
2）低压电缆分布电容不对称
为了研究低压电缆分布电容在不同不平衡系数 K 下交流杂散电流在接地网的分布规律，设高压电缆各相参数正常及低压电缆绝缘电阻对称，低压电缆分布电容不平衡系数K 分别取值为1.5、2和 3。当K=1.5 时，三相分布电容 Cja=0.518 µF/km、Cjb=0.518 µF/km、Cjc=0.777 µF/km；当 K=2 时，三相分布电容 Cja=0.518 µF/km、Cjb=0.518 µF/km、Cjc=1.036µF/km；当 K=3 时，三相分布电容 Cja=0.518 µF/km、Cjb=0.518 µF/km、Cjc=1.554 µF/km；通过仿真计算，得到了低压电缆分布电容在不同不平衡系数 K 下各段屏蔽层/地线芯的交流杂散电流有效值 Ip、各段金属网的交流杂散电流有效值 Iw及各接地极上交流杂散电流有效值 Ig的分布曲线。
除主接地极外，低压电缆区间内局部接地极上的交流杂散电流比高压电缆区间内局部接地极上的交流杂散电流大，主接地极由于接地电阻较小，所以该处交流杂散电流较大。随着低压电缆分布电容不平衡系数 K 增大，流经屏蔽层/地线芯、金属网及各接地极的交流杂散电流有效值均增大。总结以上分析可知，当低压电缆随着绝缘电阻或分布电容不对称程度（不平衡系数K）的增大，流经屏蔽层/地线芯、金属网及各接地极的交流杂散电流有效值均增大，反过来我们也可以监测屏蔽层/地线芯、金属网及各接地极处的交流杂散电流来反应电缆绝缘水平。电缆在实际运行过程中，绝缘水平的下降意味着绝缘电阻的变小和分布电容的增大，分析交流杂散电流时需将绝缘电阻不对称和分布电容不对称两种情况同时考虑。
结论
当低压电缆绝缘发生不对称时，产生的交流杂散电流主要分布在相应电缆的屏蔽层及该电缆对应的金属网结构上，交流杂散电流在返回电源的过程中由于整段电缆绝缘不对称，流经屏蔽层、金属网上的交流杂散电流从该段电缆的末端到供电端不断增大。随着电缆绝缘不对称程度（不平衡系数 K）的增大，流经屏蔽层、金属网及接地极的交流杂散电流也增大，因此，通过检测交流杂散电流的大小对判断电缆绝缘状态具有一定的指导意义。为进一步研究制定矿井交流杂散电流防治措施具有重要意义。井下接地网具有分流作用，交流杂散电流在各接地极处都有分布，主接地极接地电阻较局部接地极接地电阻小很多，因此主接地极处电流值较大；接地极是交流杂散电流散流路径之一，但其阻值远大于屏蔽层、金属网的阻值，因此接地电阻的变化对屏蔽层、金属网上的交流杂散电流分布影响不大。金属网阻值越大，流过金属网的交流杂散电流越小，屏蔽层、接地极处的交流杂散电流则越大。但是对于煤矿井下杂散的电流可以采取一定的防治措施，比如要按照要求接线，要缩短供电半径方式，减小接地网连接的电阻。
参考文献
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作者简介：
李海锋 （1987-）男，汉族，陕西彬州市，研究生，陕西彬长文家坡矿业有限公司，中级工程师（机电），供电系统；