煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置存在的主要問(wèn)題及優(yōu)化探討

么杰

【摘 要】煤礦供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)作為電力安全生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)確保電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性有著非常重要的作用。本文針對(duì)目前煤礦供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)配置存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)存在的問(wèn)題提出了優(yōu)化整定方案，通過(guò)優(yōu)化后的方案最大限度的滿足繼電保護(hù)的要求，最大程度的降低事故的發(fā)生率。

【關(guān)鍵詞】供電系統(tǒng) 繼電保護(hù)配置 整定計(jì)算 優(yōu)化方案

供電系統(tǒng)是整個(gè)煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的動(dòng)力保證，而供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障則是繼電保護(hù)系統(tǒng)，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠保證煤礦電網(wǎng)及負(fù)荷安全穩(wěn)定地運(yùn)行，煤礦系統(tǒng)的系統(tǒng)事故都直接或間接的與繼電保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作有關(guān)系。所以合理的配置繼電保護(hù)裝置是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要條件。低壓電網(wǎng)短路狀態(tài)是煤礦井下最嚴(yán)重的供電故障形式之一，它直接就影響著整個(gè)煤礦井下供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和連續(xù)性。為了使煤礦井下供電系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行，將發(fā)生短路故障時(shí)帶來(lái)的損失和危險(xiǎn)控制在最小范圍內(nèi)，就必須對(duì)井下低壓電網(wǎng)短路電流進(jìn)行計(jì)算，在選用各種開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)需要計(jì)算出可能通過(guò)用電設(shè)備的最大短路電流及產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)和熱效應(yīng)，以便能檢驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。其次在選擇和整定繼電保護(hù)裝置時(shí)，就需要計(jì)算出被保護(hù)范圍內(nèi)的最小短路電流，才能校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置的靈敏度，在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)保護(hù)裝置能夠可靠的動(dòng)作，迅速的切斷電源，保護(hù)供電系統(tǒng)，避免事故的發(fā)生。

1 煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置存在的主要問(wèn)題

煤礦供電系統(tǒng)一般為單側(cè)電源輻射狀電網(wǎng)，其階段式電流保護(hù)原則為：從電流段至負(fù)荷端動(dòng)作電流應(yīng)從大至小逐級(jí)遞減，動(dòng)作的事件也應(yīng)該從長(zhǎng)到短逐級(jí)遞減，下一級(jí)線路首端的最大短路電流必須要小于前一級(jí)電流保護(hù)的動(dòng)作電流。根據(jù)煤礦井下供電系統(tǒng)的特殊性可以分析得出煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置存在的主要問(wèn)題有：

（1）煤礦井下供電系統(tǒng)是一個(gè)單側(cè)電源輻射狀電網(wǎng)，由于采區(qū)變電所距離礦井供電系統(tǒng)電源較遠(yuǎn)，中間所經(jīng)過(guò)的開(kāi)關(guān)級(jí)數(shù)較多，需要較大的定值和較長(zhǎng)的時(shí)限進(jìn)行配合，然而供電部門(mén)已經(jīng)對(duì)電源保護(hù)的時(shí)限和定值都已經(jīng)限定，不能改變，這就導(dǎo)致了礦井供電系統(tǒng)的給定整定值過(guò)小，保護(hù)的時(shí)限過(guò)短，保護(hù)不能配合。（2）煤礦井下的供電采用的是銅芯電纜且供電距離較短，阻抗比較小，所以中央變電所以下的各級(jí)短路電流值相差很小，不利用保護(hù)的整定。一般煤礦上級(jí)變電所進(jìn)線保護(hù)的時(shí)限為1.2s，而下級(jí)保護(hù)的時(shí)限應(yīng)比上級(jí)保護(hù)的時(shí)限少0.5s或0.7s。如果按每級(jí)間保持0.5s的時(shí)限來(lái)計(jì)算的話，根本就起不到保護(hù)作用，甚至在供電線路故障的時(shí)候出現(xiàn)不越級(jí)跳閘的現(xiàn)象。（3）目前瞬時(shí)速斷的整定原則是先確定地面的6KV處定值，依次向下按照0.9的倍數(shù)進(jìn)行整定。這種整定原則有明顯的缺陷，其整定值過(guò)小而且逐級(jí)進(jìn)行減小，如果出現(xiàn)了短路故障，所有的速斷保護(hù)必定同時(shí)動(dòng)作，著就讓保護(hù)的選擇性變差，出現(xiàn)越級(jí)跳閘導(dǎo)致停電故障的影響范圍變大。（4）采取變電所的進(jìn)線開(kāi)關(guān)定值與上一級(jí)的定值進(jìn)行配合，在一定程度上確實(shí)增加了保護(hù)的可靠性，但是其是以犧牲保護(hù)的選擇性為前提的，這就不符合供電系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的要求。

2 解決方法分析

對(duì)于煤礦井下供電距離較短導(dǎo)致的問(wèn)題可以在地面6KV配電站到井下中央變電所的線路中裝設(shè)電抗器，短路電流的值將從電源至負(fù)荷方向在井上下有明顯的差距，這就有利于速斷保護(hù)動(dòng)作電流的區(qū)分。對(duì)于繼電保護(hù)配置存在的其他幾個(gè)問(wèn)題，在不改變現(xiàn)有保護(hù)配置的前提下，可以通過(guò)調(diào)整線路保護(hù)每一段的整定原則和各級(jí)之間時(shí)限的這兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，以最大程度的滿足煤礦供電系統(tǒng)特殊情況的要求。對(duì)于Ⅰ段瞬時(shí)速斷保護(hù)，可以改變?cè)瓉?lái)的上一級(jí)保護(hù)的0.9倍進(jìn)行整定的原則，根據(jù)末端的最大短路電流進(jìn)行整定，對(duì)于Ⅱ段限時(shí)速斷保護(hù)，采用靈敏度系數(shù)法進(jìn)行整定，時(shí)限就由原來(lái)的與相鄰Ⅰ段配合改為與相鄰Ⅱ段進(jìn)行配合，這就從根本上降低了越級(jí)跳閘的可能性，對(duì)于Ⅲ段過(guò)流保護(hù)則用躲峰值電流進(jìn)行整定。

3 整定原則的優(yōu)化

通過(guò)前面的分析、結(jié)合煤礦供電系統(tǒng)的特殊性及現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的井下供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的幾率遠(yuǎn)高于地面架空線路等，得出總體的線路保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化方案為既要限制井下發(fā)生短路時(shí)大電流對(duì)上級(jí)變電所主要變電所的沖擊，還要注意井上下保護(hù)動(dòng)作值的配合及全線電壓損失與保護(hù)系統(tǒng)的可靠性等要求。對(duì)于采區(qū)變電所出線保護(hù)保持原有的兩段式保護(hù)不變，而將Ⅰ段的動(dòng)作電流按照保護(hù)線路的全長(zhǎng)來(lái)處理，只需要注意避開(kāi)定時(shí)過(guò)流的動(dòng)作電流，將Ⅱ段的延時(shí)進(jìn)行縮短，這將有利于快速的切除故障，而且在時(shí)限上能夠更好的與上級(jí)進(jìn)行保護(hù)配合。針對(duì)中央變電所的出線開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置瞬時(shí)速斷、限時(shí)速斷和定時(shí)過(guò)流相結(jié)合的三段式保護(hù)。采區(qū)變電所的進(jìn)線保護(hù)Ⅱ段時(shí)限與出線二段進(jìn)行配合，由于地面至井下采區(qū)變電所的路線中沒(méi)有負(fù)荷的存在，所以這一條線路的出線和進(jìn)線可以整定為同一時(shí)限。還有就是在地面6KV的出線開(kāi)關(guān)上設(shè)置三段式的電流保護(hù)，定時(shí)過(guò)流時(shí)限與變壓器過(guò)流保護(hù)相配合，動(dòng)作電流就保護(hù)下井下路的全長(zhǎng)。本級(jí)的瞬時(shí)速斷就按照常規(guī)主要保護(hù)下井線路的前段線路，限時(shí)速斷動(dòng)作電流也可以放開(kāi)一定的數(shù)值，這就使縱向的選擇更為的可靠。通過(guò)優(yōu)化后的方案對(duì)XX煤礦的線路進(jìn)行改造，采用上述措施后，整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行一切正常且發(fā)生故障時(shí)的過(guò)流保護(hù)跳閘準(zhǔn)確，相比原來(lái)的供電系統(tǒng)更為優(yōu)越。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合前文所述，從繼電保護(hù)設(shè)置與設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行考慮，可靠性主要是要求有完備的后備保護(hù)和較高的靈敏度，動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)在技術(shù)上要滿足四個(gè)基本要求，就是可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性。這四個(gè)要求是評(píng)價(jià)和研究繼電性能的基礎(chǔ)，繼電保護(hù)的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)和制造、運(yùn)行的大部分工作也是圍繞這四者的關(guān)系進(jìn)行的。所以本文對(duì)目前煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)中存在的越級(jí)跳閘和時(shí)限配合效果差的問(wèn)題，提出了配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)的優(yōu)化配置方案，給出了集體的瞬時(shí)速斷、限時(shí)速斷、和限時(shí)過(guò)流保護(hù)的整定原則。通過(guò)與時(shí)限的配合使得保護(hù)能夠最大程度的滿足井下供電系統(tǒng)的要求，同時(shí)就降低了事故的發(fā)生率。從對(duì)繼電保護(hù)要求的選擇性、可靠性、速動(dòng)性和靈敏性四個(gè)方面分析了該原則的優(yōu)越性。針對(duì)本文提出的優(yōu)化整定方案進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)用后實(shí)踐后得出，其在解決煤礦供電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置存在的主要問(wèn)題中能取得良好的效果。