煤礦井下繼電保護(hù)系統(tǒng)的研究

【摘要】本文介紹了煤礦井下繼電保護(hù)的基本任務(wù)與要求，通過對錢家營礦井下三采區(qū)變電所變壓器短路電流的計(jì)算、繼電保護(hù)的整定，針對性的提出了煤礦井下采區(qū)變電所開關(guān)繼電保護(hù)的方法。

【關(guān)鍵詞】變壓器；短路電流；繼電保護(hù)

Abstract： This paper describes the coal mine and the protection of the basic tasks required by the calculation Third District Substation Qianjiaying mine under short-circuit current of the transformer， relay tuning， targeted coal mine proposed mining area substation relay protection switching method.

Keywords： transformers，short circuit current，relay protection

1、前言

隨著科技的發(fā)展，煤礦設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，煤礦生產(chǎn)中對供電安全的要求越來越高，各煤礦企業(yè)對繼電保護(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)整定方法的必要性與重要性。

煤礦井下和一般的10kV配電網(wǎng)有很大的區(qū)別，井下的電網(wǎng)以單端輻射狀供電為主，高壓短線路較多，負(fù)荷與供電結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常地變動(dòng)，同時(shí)煤礦生產(chǎn)的工作條件具有特殊性，其主要負(fù)荷集中在井下，井下空氣濕度大，瓦斯積聚、屬于易燃易爆場所。發(fā)生短路故障時(shí)可能造成主通風(fēng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，井下有害氣體的大量聚集，礦井主排水設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在涌水量大的礦井中會(huì)造成淹井事故。所以煤礦企業(yè)的供電和電氣設(shè)備與普通電力用戶相比有其特殊地方，為保證礦井安全生產(chǎn)，就必須采取措施，確保礦井中主要機(jī)電設(shè)備供電的不中斷，因此對繼電保護(hù)有更高的要求。

2、煤礦繼電保護(hù)的基本任務(wù)與基本要求

（1）基本任務(wù)

通過繼電保護(hù)裝置對供電系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握，一旦出現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行故障或者是其它的異常的情況。通過繼電保護(hù)裝置對發(fā)生故障的電路元件附近的電路進(jìn)行跳閘，將電路切斷，來實(shí)現(xiàn)對其它電路的保護(hù)，合理的繼電保護(hù)整定能有效的預(yù)防越級(jí)跳閘，縮小事故影響范圍。同時(shí)當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，能夠及時(shí)的發(fā)出告警信號(hào)，使工作人員迅速的采取應(yīng)對措施，能夠有效的防止異常情況擴(kuò)展成為嚴(yán)重的故障，確保供電系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)工作的穩(wěn)定性，減少異常情況對供電系統(tǒng)的影響。

（2）基本要求

①動(dòng)作的可靠性。要求保護(hù)裝置處于良好狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備動(dòng)作。保護(hù)裝置的誤動(dòng)作是造成正常情況下停電、事故情況下擴(kuò)大事故的直接根源，因此必須避免，即不誤動(dòng)、不拒動(dòng)。

②動(dòng)作的選擇性。選擇性是指當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)該有選擇性地切除故障部分，讓非故障部分繼續(xù)運(yùn)行，使停電范圍盡量縮小。首先由故障線路或元件本身的保護(hù)切除故障，當(dāng)保護(hù)或開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，才允許相鄰保護(hù)動(dòng)作。

③動(dòng)作的靈敏性。反映保護(hù)裝置的靈敏程度叫靈敏性，習(xí)慣上常叫靈敏度。

④動(dòng)作的速動(dòng)性。短路故障引起電流的增大、電壓的降低，要求保護(hù)裝置能夠快速地?cái)嚅_故障，有利于減輕設(shè)備的損壞程度，為負(fù)荷創(chuàng)造盡快恢復(fù)的條件。

3、變壓器繼電保護(hù)的整定

現(xiàn)以三采變電所15#高爆所帶變壓器為例計(jì)算（如下圖），首先計(jì)算遠(yuǎn)點(diǎn)變壓器（1397溜子）繼電保護(hù)。

（1）短路電流的計(jì)算

①系統(tǒng)最大運(yùn)行方式阻抗：Xmax=0.7349。最小運(yùn)行方式阻抗Xmin=1.5462

基準(zhǔn)容量：Sb=1000MVA，基準(zhǔn)電壓Ub=6.3kV，基準(zhǔn)電流Ib= 91.64kA

主變?nèi)萘浚篠n=20000KVA，主變短路組抗百分比：Ud%=10.53%

主變電抗：Xb=（Ud%×Sb）/Sn=5.265

110KV變電站至三采變電所15#高爆處高壓電纜阻抗標(biāo)幺值：

MYJV42 240mm2（600米）+MYJV22 240mm2（3600米）=4200米

Z1=R*+JX*=（Sb×L）/（Ub2×γ×S）+j（Sb×Xb×L）/Ub2

= 0.47538L/S+j2.01562L （銅芯20℃）

=8.3192+j8.4656

式中 L ——電纜長度m。S ——電纜截面積 mm2 。Xb——電纜平均單位電抗（3～10KV，0.08Ω /KM）。γ——電導(dǎo)率（20℃：銅：γ=53 m/Ω*mm2）

三采變電所15#高爆至1397干變高壓電纜阻抗標(biāo)幺值：

MVV32 35mm2（950米）

Z2=12.9032+j1.9148

1397干變?yōu)椋篕BSG-500KVA，Ud1=4.01%

Z3= Xb=（Ud%×Sb）/Sn=80.2

②三采變電所15#高爆進(jìn)線側(cè)短路

最大運(yùn)行方式：I1k·max=Ib/（Xmax+Xb+Z1）=5.4907kA，I1k2·max=0.866 I1k3·max=4.7549 kA

最小運(yùn)行方式：I1k3·min= Ib/（Xmin+Xb+Z1）=5.2682kA，I1k2·min=0.866 I1k3·min =4.5622kA

③1397溜子干變低壓側(cè)短路

最大運(yùn)行方式：I2k3·max= Ib/（Xmax+Xb+Z1+Z2+Z3）=0.9268 kA，

I2k2·max=0.866 I2k3·max =0.8026 kA

最小運(yùn)行方式：I2k3·min=Ib/（Xmin+Xb+ Z1+Z2+Z3）=0.9194 kA，

I2k2.min=0.866 I2k3·min =0.7962 kA

（2）單代1397溜子（500KVA變壓器）保護(hù)整定

電流速斷保護(hù)：Iop·k=KrelKjxI2k3max/nTA=1.3×1×0.9268/60=20.08A，取20A

靈敏系數(shù)校驗(yàn)：Ksen= I1k2.min/Iop=3.8>2，校驗(yàn)合格

過電流保護(hù)：Iop·k=KrelKjxKghI1rT/nTA=1.3×1×1.3×48.2/60=1.36A，取1.3A

靈敏系數(shù)校驗(yàn)：Ksen=I2k2.min/Iop=10.2>1.5，校驗(yàn)合格，時(shí)間取0.5秒

反時(shí)限過流：Iop·k =Kjx I1rT/nTA=0.8A，時(shí)間系數(shù)：0.3（2倍額定電流時(shí)3秒動(dòng)作）

取一般反時(shí)限：

（3）存在的問題：

由于井下供電的特殊性，很多變電所一臺(tái)開關(guān)代2～3臺(tái)變壓器，而變壓器的保護(hù)定值的整定將存在困難。

如本例中當(dāng)選擇保護(hù)遠(yuǎn)點(diǎn)500KVA變壓器時(shí)，630KVA近點(diǎn)變壓器將存在速斷值過小，開關(guān)誤動(dòng)作情況。而且開關(guān)反時(shí)限過流保護(hù)中的I1rT如果選擇兩臺(tái)變壓器額定電流之和，將導(dǎo)致單臺(tái)變壓器過載時(shí)開關(guān)無法保護(hù)，變壓器長期過負(fù)荷絕緣損壞，最終燒毀變壓器。

根據(jù)井下長期繼電保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)對開關(guān)繼電保護(hù)做如下調(diào)整將滿足現(xiàn)場保護(hù)需要。

①精確核準(zhǔn)變壓器所帶負(fù)荷，計(jì)算低壓負(fù)荷容量，分析電機(jī)啟動(dòng)特性。實(shí)際井下變壓器一般負(fù)載率都低于70%，采掘工作面負(fù)荷電機(jī)容量一般250KW以下。對速斷值可以降低，盡量滿足遠(yuǎn)點(diǎn)小容量變壓器保護(hù)要求。

②反時(shí)限過流保護(hù)可以投報(bào)警、跳閘，報(bào)警值以保護(hù)小容量變壓器，跳閘值必須躲開單臺(tái)大電機(jī)啟動(dòng)電流。

③三采變電所15高爆整定值如下：

速斷取700A（參考變壓器低壓側(cè)兩相短路電流），Iop·k=700/60=11.67A，取11A

限時(shí)速斷取1.3A，0.5S

反時(shí)限報(bào)警取0.8A，時(shí)間系數(shù)0.3

反時(shí)限跳閘取1.9A，時(shí)間常數(shù)0.3

實(shí)際運(yùn)行中若電機(jī)經(jīng)常過載，可以對反時(shí)限定值進(jìn)行調(diào)整，確保不誤動(dòng)作。

4、結(jié)論

錢家營礦井下開關(guān)自改造3年來，井下高爆開關(guān)已全部實(shí)現(xiàn)微機(jī)智能保護(hù)，供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化，這些給繼電保護(hù)工作創(chuàng)造了很多有利條件。但由于井下供電系統(tǒng)的特殊性，線路短，單條線路上有多級(jí)配電室，井下負(fù)荷變化頻繁，繼電保護(hù)工作仍有困難。如果做到預(yù)防越級(jí)跳閘，開關(guān)動(dòng)作可靠，必須對井下電纜、開關(guān)、變壓器、低壓負(fù)荷、負(fù)荷啟動(dòng)特性等有非常詳細(xì)的記錄與分析，繼電保護(hù)必須隨著負(fù)荷的變化及時(shí)更新，充分的總結(jié)各種故障經(jīng)驗(yàn)，確保供電系統(tǒng)的安全。

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作者簡介

張?zhí)疲?980年-），男，湖北省隨州市，河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院培訓(xùn)部，工程師，研究方向：電氣工程。