煤礦井巷供電系統(tǒng)短路保護計算探討

馮妞妞

(鄭州煤炭工業(yè)(集團)有限責任公司，河南 鄭州 450042)

1 配電變壓器短路保護對比

1.1 變壓器短路保護整定規(guī)則

地面6-10kV/0.4kV配電變壓器一般采用微機綜合保護裝置對配電變壓器進行保護。配電變壓器高壓側(cè)中性點不接地，配電變壓器的低壓側(cè)是三相四線制供電。電流速斷保護接在相電流上的保護整定電流按躲過外部短路故障(最大運行方式配電變壓器低壓母線三相短路)時，流過保護的最大短路電流整定。同時還應(yīng)考慮躲過配電變壓器勵磁涌流，使配電變壓器能夠正常啟動。校驗保護靈敏系數(shù)時，采用保護安裝處(配電變壓器高壓側(cè))兩相短路故障時流過電流互感器的最小短路電流進行校驗?？梢哉J為，配電變壓器電流速斷保護是不考慮配電變壓器低壓側(cè)兩相短路故障的。

1.2 煤礦井巷10kV配電變壓器短路保護整定規(guī)則

地面6-10kV/0.69(1.2)kV配電變壓器內(nèi)部以及低壓側(cè)出線端發(fā)生的短路故障，是用高壓配電箱來切除的。因此，電流速斷保護整定電流按大于配電變壓器的尖峰負荷電流(一般在大負荷啟動時)，小于低壓側(cè)出線端的最小兩相短路電流整定。校驗保護靈敏系數(shù)時，采用配電變壓器低壓側(cè)兩相短路故障時流過保護安裝處(配電變壓器高壓側(cè))電流互感器的最小短路電流進行校驗?？梢哉J為，配電變壓器電流速斷保護必須在配電變壓器低壓側(cè)兩相短路故障情況下，可靠動作。

1.3 兩者的對比

對繼電保護裝置的要求，根據(jù)不同的需求，往往有所側(cè)重。無論地面還是煤礦井巷，配電變壓器都是供電系統(tǒng)中最關(guān)健的設(shè)備，對其保護裝置的靈敏度都有很高的要求。通過對比可以得出以下結(jié)論:(1)保護范圍不同。對地面車間終端配電變壓器，電流I段(無時限電流速斷保護)可以不考慮低壓側(cè)的最小兩相短路故障，而把這種保護功能放在電流II段(定時限過電流保護)，經(jīng)一定時間延時來切除故障。而對煤礦井配電變壓器，電流I段(無時限電流速斷保護)必須在低壓側(cè)的最小兩相短路故障情況下可靠動作。(2)兩者的差別，反映出煤礦井巷對電流保護“確?？煽啃院涂焖傩?，兼顧選擇性”的特點。(3)煤礦井巷，在配電變壓器低壓側(cè)短路故障時，某些情況下會失去選擇性，造成高壓側(cè)保護動作與低壓側(cè)故障，即所謂的越級跳閘。(4)煤礦井巷配電變壓器保護計算中也應(yīng)考慮配電變壓器勵磁涌流的影響，使配電變壓器能夠正常啟動運行。

2 煤礦井巷配電變壓器短路保護整定計算公式的對比說明

《細則》中針對新型電子式高壓綜合保護器，對原有電磁式過電流繼電器保護裝置的計算公式進行了改進，主要是考慮電子式保護裝置硬件性能更好，有較高的靈敏性和可靠性，因此，取消了原有公式中“1.2～1.4”的可靠系數(shù)。《手冊》中則認為，新型高壓真空配電箱盡管采用的是電子式過流保護裝置，性能各異，但整定計算的原則是一樣的，也沒有另行列出計算公式。《細則》相對于《手冊》，計算公式中最大的不同是引入了需用系數(shù)，不管是電磁式還是電子式的保護裝置，在其余電氣設(shè)備的額定電流求和后，引入需用系數(shù)加以調(diào)節(jié)?？紤]到需用系數(shù)通常小于1，計算結(jié)果應(yīng)該相對引入需用系數(shù)前有所減小。

3 整定系數(shù)對計算結(jié)果的影響

3.1 整定系數(shù)

繼電保護計算公式中引入整定系數(shù)，使整定計算結(jié)果符合電力系統(tǒng)正常運行及故障狀態(tài)下的規(guī)律，達到正確整定的目的。整定系數(shù)應(yīng)根據(jù)保護裝置的構(gòu)成原理、檢測精度、動作速度、整定條件以及電力系統(tǒng)運行特性等因素來選擇。整定系數(shù)的引入，使計算公式有一點的彈性，有更好的適用性。對于配電變壓器短路保護計算公式，有可靠系數(shù)和需用系數(shù)兩個整定系數(shù)。

3.2 可靠系數(shù)

由于計算、測量、調(diào)試及繼電器等各項誤差的影響，使保護整定值偏離預(yù)定數(shù)值可能引起動作，為此，整定計算公式中引入可靠系數(shù)。采用電子式保護裝置的配電變壓器瞬時速斷電流保護計算，應(yīng)該引入可靠系數(shù)，主要理由如下。(1)計算過程中，電動機的啟動電流，其它負荷的工作電流和工作狀態(tài)，都有變化的因素，不可能絕對精確，需要引入可靠系數(shù)加以平衡。(2)煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護延伸至配電變壓器二次側(cè)，配電變壓器二次側(cè)低壓開關(guān)瞬時速斷保護計算公式與配電變壓器原理相同，如果出于配合的需要，想有所調(diào)節(jié)，需要引入可靠系數(shù)。(3)煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護是一個下限值，考慮配電變壓器起動時勵磁涌流的影響，實際整定值不可能太小，去掉可靠系數(shù)沒有實際意義。

3.3 需用系數(shù)

需用系數(shù)是用電設(shè)備組實際從電網(wǎng)吸收的最大負荷與該用電設(shè)備組的額定總?cè)萘康谋戎怠Ｃ旱V井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護計算公式中，不建議引入需用系數(shù)，主要有以下考慮。(1)需用系數(shù)的意義是用電設(shè)備組的最大負荷達不到用電設(shè)備組標稱的總?cè)萘?，所以在負荷統(tǒng)計和負荷計算中應(yīng)該引入需用系數(shù)以反映實際情況。但在保護計算中，應(yīng)該考慮到最極限的情況，用電設(shè)備或用電設(shè)備組是有可能達到甚至短時間段超過額定值運行，即保護計算應(yīng)該考慮到極端情況，不應(yīng)該因為這種可能的情況不存在或存在幾率小就不考慮。(2)煤礦井巷設(shè)備規(guī)格比較清楚，為方便煤礦技術(shù)人員計算，用電設(shè)備組的總電流一般采用電動機的額定電流相累加，非常方便。如果引入需用系數(shù)，會降低保護計算實現(xiàn)的便利性。(3)在實際應(yīng)用中，計算公式引入調(diào)節(jié)系數(shù)過多(超過兩個)，會使計算過程難度加大。因為有可靠系數(shù)的存在，不建議再引入需用系數(shù)。

4 結(jié)語

本文對煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護計算公式進行了探討，分析了保護原理的特點，對計算公式提出了自己的看法:速斷保護延伸至配電變壓器二次側(cè)，保護裝置應(yīng)在配電變壓器二次側(cè)出線端最小兩相短路情況下可靠動作。保護可靠性很高，但會喪失一部分選擇性;計算公式中不應(yīng)該取消可靠系數(shù)，同時也不應(yīng)該引入需用系數(shù);針對電磁式保護的計算公式，適用于電子式保護裝置的整定計算，沒必要引入新公式。無論采用哪種公式計算，對計算結(jié)果沒有本質(zhì)的影響。