淺析煤礦井下供電保護(hù)方面的優(yōu)化

田玉虎

摘要：隨著煤礦生產(chǎn)對(duì)供電可靠性的要求越來越高，各煤礦企業(yè)對(duì)繼電保護(hù)整定工作日益重視，越發(fā)認(rèn)識(shí)到制定一套適合于煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況的繼電保護(hù)整定規(guī)范的必要性與重要性。煤礦電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它是聯(lián)系電力系統(tǒng)與煤礦用電設(shè)備的橋梁，由于以電纜供電為主，具有負(fù)荷集中、電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣、供電可靠性要求高等特點(diǎn)，其繼電保護(hù)計(jì)算與系統(tǒng)電網(wǎng)和普通電力用戶相比有一些特殊的地方。目前煤礦進(jìn)行此項(xiàng)工作時(shí)普遍采用供電軟件計(jì)算和手工整定計(jì)算的方法，因此對(duì)繼電保護(hù)整定計(jì)算的手工計(jì)算作一些總結(jié)是有一定的意義的。

關(guān)鍵詞：煤礦供電 整定計(jì)算 繼電保護(hù) 整定原則

0 引言

當(dāng)前，國內(nèi)電網(wǎng)電壓等級(jí)不斷升高，高壓、超高壓甚至特高壓電網(wǎng)的保護(hù)配置及安全運(yùn)行備受業(yè)界關(guān)注。低壓配電系統(tǒng)繼電保護(hù)與高壓電網(wǎng)保護(hù)一樣重要。煤礦、鋼鐵、石油、冶金等重工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)石油、鋼鐵和煤礦的需求量越來越大，相應(yīng)的對(duì)礦企、油企等生產(chǎn)企業(yè)的供電系統(tǒng)的要求也愈發(fā)嚴(yán)格。

1 煤礦供電系統(tǒng)存在的問題

煤礦供電系統(tǒng)通常是單電源輻射狀網(wǎng)，電流保護(hù)秉承一個(gè)原則——從電源至負(fù)荷動(dòng)作電流由大到小呈梯次遞減，動(dòng)作時(shí)間由長(zhǎng)至短呈級(jí)次遞減。按照電路設(shè)計(jì)要求，本級(jí)速斷保護(hù)動(dòng)作電流值要比下一級(jí)線路首端最大短路電流值大。因此存在以下幾方面的問題：

1.1 煤礦井下中央變電所、采區(qū)變電所和采區(qū)配電點(diǎn)供電距離短，而電纜采用銅芯電纜阻抗較小，所以短路電流值相差不大，不利于保護(hù)整定。

1.2 煤礦供電繼電保護(hù)級(jí)數(shù)多。地面變動(dòng)所與采區(qū)配電點(diǎn)之間的線路必須設(shè)置層層保護(hù)。兩級(jí)變電所進(jìn)線保護(hù)時(shí)間應(yīng)相差0.5秒，也就是說假設(shè)上一級(jí)變電所進(jìn)線保護(hù)時(shí)間設(shè)定為1.2秒，下級(jí)保護(hù)的時(shí)限就要設(shè)定為0.7秒。按每級(jí)保持0.5秒的時(shí)限來計(jì)算起不到保護(hù)作用，甚至難以保證出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)發(fā)生越級(jí)的現(xiàn)象。

1.3 瞬時(shí)速斷的整定原則：確定地面6kV處定值后，

依次向下按0.9倍整定?；谠撛瓌t整定的電路往往存在供電保護(hù)缺陷。如果整定值低于最低限度，電路短路后所有速斷保護(hù)會(huì)同時(shí)動(dòng)作，選擇性保護(hù)功能失效，進(jìn)而產(chǎn)生越級(jí)跳閘的問題，并由此引發(fā)大面積停電事故。

2 煤礦供電系統(tǒng)優(yōu)化方案分析

從安全運(yùn)行的角度出發(fā)，煤礦電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置必須靈活可靠，具有選擇性和速動(dòng)性，由于煤礦生產(chǎn)對(duì)供電可靠性的要求越來越高，制定適合于煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況的繼電保護(hù)整定規(guī)范是重要的和必要的。下面就對(duì)供電系統(tǒng)優(yōu)化給出幾點(diǎn)建議：

2.1 對(duì)于6kV出線處，全線路的主保護(hù)與后備保護(hù)的任務(wù)分別由限時(shí)速斷保護(hù)和定時(shí)過流保護(hù)承擔(dān)，而全線路20%-80%的快速保護(hù)則由瞬時(shí)速斷保護(hù)承擔(dān)。其余各線路均由限時(shí)速斷為主保護(hù)保護(hù)全線路，定時(shí)過流為各自的近后備保護(hù)，上級(jí)或上上級(jí)的保護(hù)均可作為下級(jí)或下下級(jí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。

2.2 過流保護(hù)本身可以橫向選擇，限時(shí)速斷的階梯式時(shí)限需要配合動(dòng)作電流才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)的縱向選擇。對(duì)于井下線路的瞬時(shí)速斷保護(hù)時(shí)間無時(shí)限，但動(dòng)作電流由于限流電抗器的作用拉開很大的差距，而在中央變電所母線段下的任一部位短路后，短路電流也無法與動(dòng)作電流持平，開關(guān)不會(huì)瞬時(shí)速斷動(dòng)作出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

2.3 如果最小兩相線路發(fā)生短路故障，井下線路全長(zhǎng)的五分之一能夠無時(shí)限跳閘；如果最大三相線路出現(xiàn)短路故障，井下線路全長(zhǎng)的五分之四能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時(shí)速斷保護(hù)，除此之外的部分如發(fā)生短路可采用限時(shí)速斷保護(hù)，因?yàn)檫@部分線路短路電流比線路首端的動(dòng)作電流小，不會(huì)對(duì)主變壓器的運(yùn)行狀態(tài)造成重大的影響。

2.4 從整定的計(jì)算結(jié)果看出，除瞬時(shí)速斷的保護(hù)范圍達(dá)到了全線路80%以上，其余的保護(hù)范圍都為全線路。動(dòng)作靈敏度必須達(dá)到1.5以上。所以靈敏度有可靠的保證。

3 各種保護(hù)優(yōu)化方案分析

3.1 電流速斷保護(hù)。電流速斷保護(hù)就是在整定保護(hù)裝置起動(dòng)參數(shù)時(shí)確保下一條線路出口部位發(fā)生短路故障時(shí)不起動(dòng)。從繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域來分析，電流速斷保護(hù)還可以稱為按躲開下一條線路出口部位短路故障的條件整定。第二種狀況是基于特殊情況的分析要求立即切除短路故障，可應(yīng)用無選擇性的速斷保護(hù)，而通過自動(dòng)重合閘對(duì)這種無選擇性保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行糾正，對(duì)反應(yīng)于電流升向而動(dòng)作的電流速斷保護(hù)來說，顯然必須當(dāng)實(shí)際的短路電流與保護(hù)裝置的起動(dòng)電流相當(dāng)或比它大時(shí)，才可以使保護(hù)裝置動(dòng)作。保護(hù)裝置起動(dòng)值所代表的是：在被保護(hù)線路的一次側(cè)電流與該數(shù)值相當(dāng)?shù)那闆r下，裝設(shè)在這個(gè)部位的保護(hù)裝置就可以起動(dòng)。

3.2 延時(shí)電流速斷保護(hù)。保護(hù)裝置的工作原理以及簽定計(jì)算的主要原則：限時(shí)速斷保護(hù)的運(yùn)行范圍是整個(gè)線

路，這必然牽涉下一線路的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)下一條線路出口部位發(fā)生短路故障，它就起動(dòng)。在此狀況下，為了使保護(hù)動(dòng)作具有選擇性，就應(yīng)該根據(jù)保護(hù)動(dòng)作的延伸范圍設(shè)定時(shí)限。為盡量壓縮這個(gè)時(shí)限，先要縮減其動(dòng)作范圍，使其無法到達(dá)下一線路的速斷保護(hù)范圍，而該線路速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限明顯多于下一線路，該時(shí)間段應(yīng)包括故障線路斷路器的跳閘時(shí)間（即從操作電流送入跳閘線圈TQ的瞬間到電弧熄滅的瞬間）。這個(gè)時(shí)段線路故障仍然存在，受故障電流的影響，一系列保護(hù)還處于起動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于應(yīng)用最頻繁的斷路器以及間接作用的二次式繼電器來說，保護(hù)裝置起動(dòng)電流的數(shù)值一般都超過0.5秒。如果線路配有限時(shí)電流速斷保護(hù)裝置以及電流速斷保護(hù)裝置，二者協(xié)調(diào)運(yùn)作速

動(dòng)性更強(qiáng)，能夠保證不出0.5秒全部切除整個(gè)線路的故障。

3.3 過電流保護(hù)。一般來講，與電源端相距越近的短路故障電流值越大。通過上述分析可知，此時(shí)過電流保護(hù)動(dòng)作將短路故障切除的時(shí)限較長(zhǎng)，這就暴露了保護(hù)的缺點(diǎn)。基于此，為了將故障電流快速切除，全線路的主保護(hù)與后備保護(hù)應(yīng)分別采用電流速斷和限時(shí)電流速斷裝置以及過電流保護(hù)裝置。過電流保護(hù)還可作為全線路相鄰元件的后備保護(hù)，但僅能在遠(yuǎn)處實(shí)現(xiàn)，因此過電流保護(hù)屬于遠(yuǎn)后備保護(hù)。當(dāng)過電流保護(hù)作為本線路的主保護(hù)時(shí)，應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行校驗(yàn)，要求是K1m>1.3～1.5；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時(shí)，則應(yīng)采用最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流進(jìn)行校驗(yàn)，此時(shí)要求是K1m>1.2。在各個(gè)過電流保護(hù)之間，還必須要求靈敏系數(shù)相互配合，即對(duì)同一故障點(diǎn)而言，要求越靠近故障點(diǎn)的保護(hù)應(yīng)具有越高的靈敏系數(shù)。后備保護(hù)之間，只有當(dāng)靈敏系數(shù)和動(dòng)作時(shí)限都互相配合時(shí)，才能切實(shí)保證動(dòng)作的選擇性，這一點(diǎn)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)中，尤其應(yīng)該注意。當(dāng)過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)該采用性能更好的其它保護(hù)方式。

4 總結(jié)

以上幾個(gè)方面都是從繼電保護(hù)設(shè)置與設(shè)計(jì)的角度考慮的，并結(jié)合繼電保護(hù)要求的選擇性、速斷性、可靠性和靈敏性四個(gè)方面給出了分析，此分析提出的優(yōu)化方案建立在原有保護(hù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。完全符合繼電保護(hù)的要求，較比以前在性能上有較大提高。但是，優(yōu)化后對(duì)保護(hù)裝置的性能要求較高。

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