礦山繼電保護(hù)優(yōu)化配合可靠性方案研究

摘要：礦山供電系統(tǒng)直接影響礦山的日常運(yùn)行，屬于礦山的命脈所在，如果供電系統(tǒng)運(yùn)行不安全，可靠性較低，會(huì)給人員以及設(shè)備帶來(lái)危害。針對(duì)礦山供電系統(tǒng)，需要做好相應(yīng)的監(jiān)控與保護(hù)，才可以滿(mǎn)足系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性的要求。其中，在礦山供電系統(tǒng)安全與穩(wěn)定方面，繼電保護(hù)是核心。但是目前，礦山供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)配置與整定還有一定的問(wèn)題沒(méi)有解決。本文基于繼電保護(hù)的角度，對(duì)于礦山安全供電可靠性進(jìn)行分析，以保證礦山的開(kāi)采始終可以處于安全的狀態(tài)下。

關(guān)鍵詞：礦山;安全;供電;可靠性;繼電保護(hù)

1礦山供電系統(tǒng)中繼電保護(hù)配合問(wèn)題

目前，在礦山的井下供電系統(tǒng)中，一般會(huì)選擇6kV和10kV的高壓電壓，但是整定的繼電保護(hù)原則卻有所缺失：如線(xiàn)路偏短，但是負(fù)荷較大，供電線(xiàn)路偏多，這些問(wèn)題都會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)繼電保護(hù)整定的原則加以約束，導(dǎo)致其無(wú)法與電力行業(yè)的原則一致。所以，想要擁有自己的特點(diǎn)，就需要考慮井下實(shí)際情況。另外，礦山電源進(jìn)線(xiàn)保護(hù)已經(jīng)對(duì)整定值與動(dòng)作時(shí)間產(chǎn)生限定，供電系統(tǒng)作為下一級(jí)系統(tǒng)，需要確保其匹配到上一級(jí)，但是傳統(tǒng)的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，并且還會(huì)影響其本身的可靠性。所以，需要由一套滿(mǎn)足穩(wěn)定運(yùn)行要求的繼電保護(hù)裝置才能夠滿(mǎn)足礦山生產(chǎn)的實(shí)際需求。

2礦山繼電保護(hù)優(yōu)化配合方案

本文作者通過(guò)井下線(xiàn)路保護(hù)、變壓器保護(hù)以及采區(qū)變電所反時(shí)限電流保護(hù)3個(gè)方面對(duì)礦山的優(yōu)化配合方案進(jìn)行分析。

2.1井下線(xiàn)路的保護(hù)

2.1.1定時(shí)限過(guò)流保護(hù)

定時(shí)的限過(guò)流保護(hù)整定原則，就是在最大負(fù)荷電流基礎(chǔ)上，將定時(shí)過(guò)流值直接避開(kāi)，其靈敏度高于1.5，在進(jìn)行校驗(yàn)分析的時(shí)候，主要是通過(guò)線(xiàn)路末端兩相短路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。考慮到階梯時(shí)限，就可以滿(mǎn)足整定方面的處理。

2.1.2限時(shí)速斷保護(hù)

礦山井下高壓供電系統(tǒng)本身存在特殊性，由于其高壓電網(wǎng)是電纜線(xiàn)路直接構(gòu)成的，各個(gè)線(xiàn)路距離都小于1km，這樣就使得母線(xiàn)短路電流差值不大，所以，縱向選擇無(wú)法依靠工作電流差來(lái)保護(hù)，但是在配合上也可以選擇延時(shí)時(shí)限來(lái)進(jìn)行，利用0.3s的短延時(shí)，就能符合要求，也能滿(mǎn)足縱向需求。所以，確定動(dòng)作電流整定值，還需要合理的進(jìn)行闡述。

第一，整定動(dòng)作電流值，需要考慮到末端最小兩相短路電流以及靈敏系統(tǒng)。

動(dòng)作電流值躲過(guò)線(xiàn)路的最大負(fù)荷電流：

式中：Kco為1.3～1.5。

3.1.3瞬時(shí)速斷保護(hù)

如10KV的饋出開(kāi)關(guān)，其本身為三段的保護(hù)模式，就可以利用線(xiàn)路末端的三相短路電流來(lái)對(duì)動(dòng)作電流值進(jìn)行驗(yàn)證和分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)三相短路電流的躲過(guò)。假設(shè)存在兩相短路，其保護(hù)范圍能夠囊括線(xiàn)路的20%，這樣就可以保護(hù)好剩余的60%的線(xiàn)路。

瞬時(shí)速斷的設(shè)定，一般需要基于三相短路電流的躲過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如采區(qū)的變電所、井下中央變電所的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和饋出開(kāi)關(guān)，雖然電纜線(xiàn)路很短，但是在最小的運(yùn)行方式下，其兩端短路保護(hù)范圍直接為0，不過(guò)無(wú)限時(shí)速斷的保護(hù)靈敏度較高，并且時(shí)限很短，這樣就能在短時(shí)間內(nèi)直接切除故障。所以，將順勢(shì)速斷保護(hù)投入開(kāi)關(guān)之中，就可以提升供電的可靠性，但是對(duì)于靈敏度的要求并不高。

3.2變壓器的保護(hù)

3.2.1變壓器主保護(hù)

在變壓器的主保護(hù)之中主要包含比率差動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)速斷保護(hù)，具體如圖1所示。圖中，Id為動(dòng)作電流，Ir為制動(dòng)電流，Kb1為比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)，Icdqd為差動(dòng)電流起動(dòng)值，Ie為變壓器額定電流。

實(shí)際上，差動(dòng)的速斷保護(hù)器本身為差動(dòng)電流過(guò)電力繼電器的反應(yīng)，其本身是針對(duì)嚴(yán)重故障過(guò)程中保護(hù)好快速動(dòng)作跳閘，一般來(lái)說(shuō)，其出口的動(dòng)作時(shí)間不會(huì)超出15ms。

3.2.2變壓器后備保護(hù)

第一，符合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)原理。一旦出現(xiàn)三相短路故障，當(dāng)不存在負(fù)序電壓的情況下，就不會(huì)出發(fā)負(fù)序電流繼電器。當(dāng)1FTJ1處于閉合狀態(tài)，所以降低三相電壓，低壓繼電器保持繼續(xù)的工作，這樣就會(huì)直接閉合1YJ1（其中1YJ表示的低電壓繼電器，1FYJ表示的負(fù)序過(guò)電壓繼電器）。當(dāng)直接閉合之后，在發(fā)生故障的同時(shí)，也能讓三相電流繼電器開(kāi)始動(dòng)作，這樣就會(huì)啟動(dòng)出口繼電器BCJ，進(jìn)而保護(hù)出口跳閘。在變壓器過(guò)流保護(hù)之中，通過(guò)符合電壓閉鎖元件的使用，就可以整定其動(dòng)作電流。當(dāng)動(dòng)作電流處于相對(duì)較小值的時(shí)候，就能夠提升其靈敏度。

第二，由于電流的整定值較少，并且上下級(jí)的變壓器線(xiàn)路本身就很短。無(wú)論出現(xiàn)哪一方面的線(xiàn)路故障，都會(huì)直接啟動(dòng)電流與案件，但是本身欠缺選擇性，并且無(wú)論是低電壓元件，還是負(fù)序電壓元件，其本身都屬于啟動(dòng)的元件，所以本身并不存在多大的整定值。一旦面臨故障，會(huì)直接啟動(dòng)電流元件，進(jìn)而引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)。在使用復(fù)壓閉鎖的時(shí)候，需要對(duì)低電壓定值和負(fù)序電壓定值進(jìn)行重新的整定。這一刻，電壓主要是對(duì)故障加以判斷，基于對(duì)線(xiàn)路的保護(hù)處理，可以直接針對(duì)性地進(jìn)行整定，并且還會(huì)存在一定的保護(hù)范圍，直接轉(zhuǎn)化成為電流啟動(dòng)電壓的模式。但是，考慮到電壓等級(jí)以及線(xiàn)路長(zhǎng)短的問(wèn)題。當(dāng)故障出現(xiàn)在6kV一段母線(xiàn)和二段母線(xiàn)井下的線(xiàn)路末端，這樣就會(huì)出現(xiàn)后備的保護(hù)拒動(dòng)，甚至還可能燒壞。基于靈敏性和可靠性的保護(hù)，盡量不要使用復(fù)壓閉鎖元件。

2.3采區(qū)變電所反時(shí)限電流保護(hù)

圖2所示為反時(shí)限繼電器特性曲線(xiàn)，通過(guò)瞬時(shí)動(dòng)作電流、啟動(dòng)電流以及反時(shí)限特征曲線(xiàn)來(lái)對(duì)反時(shí)限的特性進(jìn)行表達(dá)。其反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)在采區(qū)的變電所裝設(shè)，其動(dòng)作特征方程如下：

當(dāng)啟動(dòng)電流比通過(guò)繼電器的電流大，則不會(huì)有動(dòng)作出現(xiàn)在繼電器之中。如果繼電器流過(guò)的電流比瞬時(shí)動(dòng)作電流大，那么反時(shí)限繼電器可以基于動(dòng)作的時(shí)間。如果包含在電流的范圍值之中，在電流繼電器出發(fā)啟動(dòng)之后，觸點(diǎn)的延時(shí)閉合的時(shí)間和電流的比值之間存在一定的關(guān)聯(lián)度。K為時(shí)間設(shè)定的系數(shù)，K值不同的時(shí)候，會(huì)有不同的動(dòng)作曲線(xiàn)存在，當(dāng)K值越小，氣動(dòng)作的實(shí)際時(shí)間也會(huì)逐漸的減少。

逐級(jí)的配合各個(gè)保護(hù)工作時(shí)限，如此才可以滿(mǎn)足保護(hù)之間的動(dòng)作選擇性。基于下述的設(shè)定，可以保護(hù)各個(gè)線(xiàn)路保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性。

如，各個(gè)啟動(dòng)電流按照躲過(guò)最大負(fù)荷電流的原則來(lái)加以整定，其計(jì)算從距離電源最遠(yuǎn)的保護(hù)開(kāi)始，Iop.1屬于整定值，t1為動(dòng)作時(shí)間，如此可以將點(diǎn)a1確定。一旦點(diǎn)k1有故障，受到Ik1.max電流作用，可以讓繼電器本身固有的時(shí)間tb整定成為保護(hù)1的時(shí)限，進(jìn)而確定好點(diǎn)b。具體見(jiàn)圖2中的曲線(xiàn)1，通過(guò)a1和b兩點(diǎn)，按照上述的兩個(gè)條件即可確定。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)于礦山這一環(huán)境而言，供電系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的，因?yàn)楣╇姯h(huán)境的復(fù)雜性，再加上礦井下的特殊之處，無(wú)法保障供電系統(tǒng)的可靠性和安全性。所以，希望通過(guò)文中的分析，可以確保礦山供電系統(tǒng)的安全性。

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作者簡(jiǎn)介

王金（1980.1.31），性別：男;籍貫：山東;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱(chēng)：電氣高級(jí)工程師;研究方向：企業(yè)供配電