基于煤礦供配電系統繼電保護的設計探究

文敬忠

摘要：供配電系統，是煤礦工程運轉過程中的基礎設備之一。在供配電系統運作期間，謹慎做好繼電保護措施，必能減少安全事故的發生。為充分體現煤礦供配電系統繼電保護的運用價值，必當結合煤礦實際生產情況，對繼電保護進行合理設計，進而有效彌補運行期間存在的缺陷，提高供配電系統質量，提升煤礦生產質量及效率。本文從供配電系統繼電保護的相關概述入手，剖析了煤礦供配電系統中繼電保護現存問題，強調煤礦應遵循供配電系統設計要求配置繼電保護，在此基礎上提出了一些優化設計策略。

關鍵詞：煤礦;供配電系統;繼電保護;設計探究

前言：

煤炭是我國社會經濟發展的支柱產業，目前生產經營的多個領域均需利用煤炭資源，且國家對煤炭的需求亦在飆升。為獲得更多經濟效益，在煤礦生產期間，設備超負荷運行的情形尤為常見，供配電系統也是其中之一。平穩、可靠的電力供配電系統，是煤礦安全生產的重要保障。而繼電保護于供配電系統中的主要作用，是在發生故障后的第一時間給予指示，及時切斷故障點，從而確保電力系統正常運行，減小事故的范圍。故此，繼電保護在供配電系統中的重要性顯而易見，為充分發揮繼電保護作用，優化設計將永不止步。

1、供配電系統繼電保護的相關概述

1.1供配電系統的運行

目前，運行狀態主要分為以下三種。

第一，系統正常運行。是指系統中的各類設備、線路均在其額定狀態（電壓、電流等）之中工作，各類信號、指示及儀表均在限額內正常工作的狀態。第二，系統故障。是指部分設備、線路發生了危及自身或系統平穩運行的事件，并有可能致使事態擴大的非正常運行狀態。第三，系統異常運行。是指系統正常運行遭到損壞，但還未構成故障事件的運行狀態。

1.2供配電系統繼電保護裝置

第一，供電線路。一般而言，6kV線路需裝置過流保護。當過流保護時限低于0.5-0.7s，并未達到要求時，可不裝置電流速斷保護。然而，關鍵性的變配電所引線路需安裝瞬時電流速斷保護。而當其無法滿足選擇性動作之時，應加裝略帶時限的電流速斷保護。

第二，配電變壓器。例如，當配電變壓器容量低于400kVA時，一般采用高壓熔斷器進行保護。當配電變壓器容量為400-630kVA時，高壓側在斷路器上應加裝過流保護，而當過流保護時限超過0.5s時，還應加裝電流流量保護。對于油浸式配電變壓器，還應配備瓦斯保護裝置。此外，還應配備溫度報警保護。

第三，分段母線。對于不并聯運行的分段母線，應安裝電流速斷保護。然而，只在斷路器合閘瞬間放入，在合閘后自動拆下。若采用逆時過流保護，應將其瞬動部分拆除，負荷等級低的配電負荷中心或母線不得安裝保護。

2、煤礦供配電系統中繼電保護現存問題

煤礦開采工作期間，井下環境復雜，井下供電系統電源與變電站距離可能較遠，因此兩者之間的電源開關數可能較多。這種情況下，繼電保護裝置與供配電系統很可能難以發揮實效，且彼此間配合度不高[1]。其次，煤礦的供配電系統通常較為復雜，用電功耗大，故此系統進行繼電保護的層級較多，且所需的技術水平較高。但當前的一些煤礦企業并未真正意識到繼電保護的重要性，使用材料多為安全系數較低的銅芯電纜。在實際應用過程中，當功耗較大時往往難以承載負荷，對繼電保護的要求也較高。但事實上，而今繼電保護的設計由于部門配電企業資金等多方面的考慮并不理想，難以有效保護供配電系統。

3、煤礦遵循供配電系統設計要求配置繼電保護

近年來，因煤礦配電網運行較為粗放，使得網架基礎薄弱[3]。其中一個重要因素，是配電網的設計在煤礦企業發展中多年未改，存在嚴重過載問題，特別是低壓問題。從煤礦配電網的結構來看，主要由架空線路、龜纜、配電變壓器、無功補償電容器及輔助設備構成。因缺少配電布點，電能質量無法滿足煤礦用電需求，同時也說明煤礦配電網配置的繼電保護器，已無法滿足當前煤礦供配電系統的設計要求。在選擇繼電保護裝置時，要依托變壓器容量選擇。煤礦配電網的分段母線并非并列運行的時，就需安裝電流速斷保護裝置。當配電網負荷低，則無需在分段母線上安裝保護裝置。

4、煤礦供配電系統繼電保護設計的優化策略

4.1?優化定時限時過流保護

煤礦中，對于過流保護的計算大多是根據最大工作電流的整定作為依據，但實際上，煤礦設計并不存在自啟動現象。故此，在進行繼電保護設計時，需要根據不接觸被保護線路的尖峰電流進行設定，或用最大工作電流代替尖峰電流。當具有最大容量的電動機啟動時，短時間內在線路上產生最大工作電流，根據井下防爆電機的實際情況，其啟動電流倍數可為5-6倍。繼電保護裝置在運行過程中，需按照實際要求慎重操作，否則將無法達到預期保護效果。

4.2優化瞬時速斷保護

煤礦供配電系統10kV接地出線開關極為重要，因此瞬時斷速保護可設為三斷式保護。瞬時速斷動作電流可根據線路末端避開井下的最大三相短路電流設定。在最小運行模式下發生兩相短路時，線路總長度不小于20%，剩余80%受限時速斷保護。

4.3優化限時速斷保護

依托煤礦井下的實際情況，各大母線之間的短路電流差距實際上是較小的。雖在地面10kV與中心變電站之間增加了電抗器，但中心變電站多級保護之間的動作電流差距仍無法保證系統的縱向選擇性。為解決這一問題，可嘗試改變傳統的II段時限與相鄰的I段時限之間協調的整定原則，在各出線處II段時限遵循與相鄰線路出線處II段時限配合原則開展整定，如此也能有效降低跳閘比例，保確保煤礦供配電系統的安全性。

結語：

綜上所述，煤礦開采之時，對供配電系統繼電保護開展優化設計，能更加有效地解決設備運行中所存在的不足，提高電力系統穩定性，保障煤礦安全、高效生產。對煤礦企業而言，必當注重煤礦供配電系統繼電保護設計的優化探究，持續進行技術革新。

參考文獻：

[1]王強.煤礦供配電系統繼電保護的設計研究[J].內蒙古石油化工，2020，46（12）：24-25.

[2]侯尹.煤礦供配電系統繼電保護的設計與研究[J].科技展望，2015，25（22）：86.

[3]韻凱.煤礦配電網微機繼電保護裝置設計[J].江西煤炭科技，2015（4）：97-99.DOI：10.3969/j.issn.1006-2572.2015.04.037.

[4]許帥.煤礦數字化變壓器繼電保護系統設計[J].機電工程技術，2019，48（8）：140-142.DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2019.08.050.