淺析煤礦井下供電保護方面的優化

田玉虎

摘要：隨著煤礦生產對供電可靠性的要求越來越高，各煤礦企業對繼電保護整定工作日益重視，越發認識到制定一套適合于煤礦生產實際情況的繼電保護整定規范的必要性與重要性。煤礦電網是電力系統的一個重要組成部分，它是聯系電力系統與煤礦用電設備的橋梁，由于以電纜供電為主，具有負荷集中、電氣設備運行環境惡劣、供電可靠性要求高等特點，其繼電保護計算與系統電網和普通電力用戶相比有一些特殊的地方。目前煤礦進行此項工作時普遍采用供電軟件計算和手工整定計算的方法，因此對繼電保護整定計算的手工計算作一些總結是有一定的意義的。

關鍵詞：煤礦供電 整定計算 繼電保護 整定原則

0 引言

當前，國內電網電壓等級不斷升高，高壓、超高壓甚至特高壓電網的保護配置及安全運行備受業界關注。低壓配電系統繼電保護與高壓電網保護一樣重要。煤礦、鋼鐵、石油、冶金等重工業是我國國民經濟的支柱產業，隨著社會經濟的發展，國內市場對石油、鋼鐵和煤礦的需求量越來越大，相應的對礦企、油企等生產企業的供電系統的要求也愈發嚴格。

1 煤礦供電系統存在的問題

煤礦供電系統通常是單電源輻射狀網，電流保護秉承一個原則——從電源至負荷動作電流由大到小呈梯次遞減，動作時間由長至短呈級次遞減。按照電路設計要求，本級速斷保護動作電流值要比下一級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、采區變電所和采區配電點供電距離短，而電纜采用銅芯電纜阻抗較小，所以短路電流值相差不大，不利于保護整定。

1.2 煤礦供電繼電保護級數多。地面變動所與采區配電點之間的線路必須設置層層保護。兩級變電所進線保護時間應相差0.5秒，也就是說假設上一級變電所進線保護時間設定為1.2秒，下級保護的時限就要設定為0.7秒。按每級保持0.5秒的時限來計算起不到保護作用，甚至難以保證出現故障時不會發生越級的現象。

1.3 瞬時速斷的整定原則：確定地面6kV處定值后，

依次向下按0.9倍整定。基于該原則整定的電路往往存在供電保護缺陷。如果整定值低于最低限度，電路短路后所有速斷保護會同時動作，選擇性保護功能失效，進而產生越級跳閘的問題，并由此引發大面積停電事故。

2 煤礦供電系統優化方案分析

從安全運行的角度出發，煤礦電網的繼電保護裝置必須靈活可靠，具有選擇性和速動性，由于煤礦生產對供電可靠性的要求越來越高，制定適合于煤礦生產實際情況的繼電保護整定規范是重要的和必要的。下面就對供電系統優化給出幾點建議：

2.1 對于6kV出線處，全線路的主保護與后備保護的任務分別由限時速斷保護和定時過流保護承擔，而全線路20%-80%的快速保護則由瞬時速斷保護承擔。其余各線路均由限時速斷為主保護保護全線路，定時過流為各自的近后備保護，上級或上上級的保護均可作為下級或下下級的遠后備保護。

2.2 過流保護本身可以橫向選擇，限時速斷的階梯式時限需要配合動作電流才能實現保護的縱向選擇。對于井下線路的瞬時速斷保護時間無時限，但動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作電流持平，開關不會瞬時速斷動作出現越級跳閘現象。

2.3 如果最小兩相線路發生短路故障，井下線路全長的五分之一能夠無時限跳閘；如果最大三相線路出現短路故障，井下線路全長的五分之四能夠實現瞬時速斷保護，除此之外的部分如發生短路可采用限時速斷保護，因為這部分線路短路電流比線路首端的動作電流小，不會對主變壓器的運行狀態造成重大的影響。

2.4 從整定的計算結果看出，除瞬時速斷的保護范圍達到了全線路80%以上，其余的保護范圍都為全線路。動作靈敏度必須達到1.5以上。所以靈敏度有可靠的保證。

3 各種保護優化方案分析

3.1 電流速斷保護。電流速斷保護就是在整定保護裝置起動參數時確保下一條線路出口部位發生短路故障時不起動。從繼電保護技術領域來分析，電流速斷保護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，可應用無選擇性的速斷保護，而通過自動重合閘對這種無選擇性保護動作進行糾正，對反應于電流升向而動作的電流速斷保護來說，顯然必須當實際的短路電流與保護裝置的起動電流相當或比它大時，才可以使保護裝置動作。保護裝置起動值所代表的是：在被保護線路的一次側電流與該數值相當的情況下，裝設在這個部位的保護裝置就可以起動。

3.2 延時電流速斷保護。保護裝置的工作原理以及簽定計算的主要原則：限時速斷保護的運行范圍是整個線

路，這必然牽涉下一線路的運行狀態。當下一條線路出口部位發生短路故障，它就起動。在此狀況下，為了使保護動作具有選擇性，就應該根據保護動作的延伸范圍設定時限。為盡量壓縮這個時限，先要縮減其動作范圍，使其無法到達下一線路的速斷保護范圍，而該線路速斷保護的動作時限明顯多于下一線路，該時間段應包括故障線路斷路器的跳閘時間（即從操作電流送入跳閘線圈TQ的瞬間到電弧熄滅的瞬間）。這個時段線路故障仍然存在，受故障電流的影響，一系列保護還處于起動狀態。對于應用最頻繁的斷路器以及間接作用的二次式繼電器來說，保護裝置起動電流的數值一般都超過0.5秒。如果線路配有限時電流速斷保護裝置以及電流速斷保護裝置，二者協調運作速

動性更強，能夠保證不出0.5秒全部切除整個線路的故障。

3.3 過電流保護。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，此時過電流保護動作將短路故障切除的時限較長，這就暴露了保護的缺點?；诖耍瑸榱藢⒐收想娏骺焖偾谐?，全線路的主保護與后備保護應分別采用電流速斷和限時電流速斷裝置以及過電流保護裝置。過電流保護還可作為全線路相鄰元件的后備保護，但僅能在遠處實現，因此過電流保護屬于遠后備保護。當過電流保護作為本線路的主保護時，應采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求是K1m>1.3～1.5；當作為相鄰線路的后備保護時，則應采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗，此時要求是K1m>1.2。在各個過電流保護之間，還必須要求靈敏系數相互配合，即對同一故障點而言，要求越靠近故障點的保護應具有越高的靈敏系數。后備保護之間，只有當靈敏系數和動作時限都互相配合時，才能切實保證動作的選擇性，這一點在復雜網絡的保護中，尤其應該注意。當過電流保護的靈敏系數不能滿足要求時，應該采用性能更好的其它保護方式。

4 總結

以上幾個方面都是從繼電保護設置與設計的角度考慮的，并結合繼電保護要求的選擇性、速斷性、可靠性和靈敏性四個方面給出了分析，此分析提出的優化方案建立在原有保護的基礎上，經濟實用。完全符合繼電保護的要求，較比以前在性能上有較大提高。但是，優化后對保護裝置的性能要求較高。

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