论文部分内容阅读
[摘 要]本文针对煤矿供电系统现有继电保护装置的不足，对目前使用的整定原则提出了优化方案，结合一般配电线路保护的整定原则和煤矿供电系统的特殊性，对三段式保护的每一段都进行了改进，优化后方案能使保护最大限度满足要求，降低事故发生率，从对继电保护要求的可靠性、选择性、速动性和灵敏性四个方面分析了该原则的优越性。
[关键词]煤矿供电；继电保护装置；优化
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0047-01
引 言：煤矿供电系统是整个煤矿生产的动力来源，继电保护系统是供电系统安全运行的重要保障，它可以保证煤矿电网及负荷安全稳定地运行，几乎涉及范围较大的大型系统事故都与继电保护装置的不正确动作有直接或间接的关系。因此，合理配置继电保护装置是保障电网安全运行的重要条件。
低压电网短路状态是煤矿井下最严重的故障形式之一。为了使供电系统可靠、安全地运行，并将短路带来的损失和危害限制在最小范围内，必须进行井下低压电网短路电流的计算。一方面在选用各种开关设备时，需要计算出可能通过电器设备的最大短路电流及其产生的电动力效应和热效应，以便检验电气设备的动稳定性和热稳定性；另一方面在选择和整定继电保护装里时，需要计算出被保护范围内可能产生的最小短路电流，以便校验继电保护装置灵敏度，在被保护范围内发生任何短路时，保护装置可靠动作，迅速切断电源。
为了提高电力输送能力，最优解决方式就是提高供电电压，即在煤矿上采用10kV供电系统，将10kV电源直接送到井下。经过多年努力，目前的10kV并下开关设备、电动机、变压器、电缆等电气设备的各项指标已能够满足井下10kV供电的要求。
1 整定原则的优化
1.1 瞬时速断保护的优化
考虑到地面10kV出线开关的重要性，设置为三段式保护，瞬时速断动作电流按躲过下井线路末端最大三相短路电流来整定，在最小运行方式下发生两相短路时，至少具有线路全长约20%的保护范围。剩下的80%由限时速断来解决。
1.2 限时速断保护的优化。
根据煤矿井下电网的特殊情况，各母线间短路电流的差距很小，虽在地面10kV至中央变电所之间增设电抗器，中央变电所之后多级保护之间动作电流的差距仍不能保证系统纵向的选择性。为解决这个问题，改变传统的II段时限与相邻线路I段时限配合的整定原则，在各出线处II段时限按与相邻线路出线处II段时限配合的原则进行整定；进线保护II段亦与相邻线路出线处II段进行配合。此原则降低了越级跳闸的可能性。
整定原则：按同一灵敏度系数法整定，在最小运行方式下线路末端发生两相短路时有足够的灵敏度。
1.3 定时限过流保护的优化
一般定时限过流保护均按能躲过正常最大工作电流Ic.max整定，但考虑煤矿特点是没有自启动现象，故按躲过被保护线路的尖峰电流Ii.max来整定，或用尖峰电流来代替正常最大工作电流。线路尖峰电流的概念是：该线路其它设备正在以半小时最大负荷运行，而线路中一台最大容量的电动机正在启动时，在线路中产生的短时最大工作电流。启动电流倍数根据井下防爆电动机的实际情况可取5～6倍。定时过流要求能保护全长，故应用线路末端最小两相短路电流来校验其灵敏度Klm，Klm应不小于1.5。
2.系统优化方案效果分析
动作于跳闸的继电保护在技术上要满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辨证统一关系进行的。
2.1 可靠性分析
从继电保护设置与设计的角度考虑，可靠性主要是要求有完备的后备保护和较高的灵敏度。对于10kV出线处，限时速断作为主保护保护全长，定时过流作为全线的近后备保护，瞬时速断作为线路
20%～80%全长的快速保护，保护的可靠性是较高的，另外，35kV变电所主变电流保护，还可以作为下井线路开关上保护的远后备保护。
其余各条线路，均由限时速断为主保护保护全长，定时过流为各自的近后备保护，且凡上级甚至再上一级的保护均可作为下级甚至再下一级相应保护的远后备保护，因而保护的可靠性没有问题。
2.2 选择性分析
保护系统的横向选择性由过流保护本身的原理所保证，纵向选择性则主要由限时速断的短阶梯时限配合动作电流值的优化来保证。对于下井线路的瞬时速断，虽然无时限，但动作电流拉开较大的差距（因有限流电抗器的作用），而在中央变电所母线以后的任何地点发生短路，其短路电流均小于首端动作电流，不会使开关的瞬时速断动作，没有发生越级跳闸的可能。
对于限时速断，由于引入短阶梯延时原则，共设置0.6s，0.4s，0.2s三级阶梯延时，确保纵向的选择性；各级动作电流整定除第一级有一定差距外，其余各级因各级短路电流差距很小，故动作电流也不易拉开差距，但仅时限的差别就可以保证其纵向的选择性，不会发生越级跳闸，而且上级保护均可作为下级保护的远后备保护。
对于定时过流，同样是采用短阶梯延时原则，在10KV出线和中央变电所出线设置O.Os，0.6s两级阶梯延时，同样能确保该段保护的纵向选择性；各级动作电流可以拉开一定的差距，对确保选择性，亦起到一定的作用。
2.3 速动性分析
对于下井线路全长的前20%部分，发生最小两相短路时，可实现无时限跳闸，当发生最大运行方式下的三相短路时，瞬时速断的保护距离可达80%左右，对于瞬时速断保护区外的短路，其短路电流小于首端动作电流，对主变压器的冲击相对较小，则由限时速断来保护。
2.4 灵敏性分析
除瞬时速断的最小保护区有时为全长的20%外，其余所有的保护其范围均为全长，动作灵敏度均不小于I .5，故系统灵敏性完全有保证。
结束语
在电压等级不断增高，对供电可靠性要求越来越高的今天，重视配电系统继电保护的配置，增加配电系统继电保护的可靠性有着十分重要的意义。针对中低压配电系统继电保护现存问题，可以考虑借鉴高压系统中更多的保护配置及保护原则，通过从原理上进行简化来达到经济性和安全性的双重目的。
参考文献
[1] 孔令英.煤矿6kV供电系统继电保护的设置与管理.山东煤炭科技.2001， 1：16-17.
[2] 李本瑜.母线保护中电压闭锁元件存在的问题及解决办法.电力系统自动化.2004， 28（1）：97-98.
[3] 梁进秋.？微光机电系统国内外研究进展.？光机电信息，2000（8）？
[4] 宋云夺编译.？光机电一体化业的未来.？光机电信息，2003（12）？
作者简介
石秋娥（1981-），女，河北唐山，电气工程师，2013年1月毕业于河北工程大学。现主要从事机电、电气设备的内修与外修的工作。
[关键词]煤矿供电；继电保护装置；优化
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0047-01
引 言：煤矿供电系统是整个煤矿生产的动力来源，继电保护系统是供电系统安全运行的重要保障，它可以保证煤矿电网及负荷安全稳定地运行，几乎涉及范围较大的大型系统事故都与继电保护装置的不正确动作有直接或间接的关系。因此，合理配置继电保护装置是保障电网安全运行的重要条件。
低压电网短路状态是煤矿井下最严重的故障形式之一。为了使供电系统可靠、安全地运行，并将短路带来的损失和危害限制在最小范围内，必须进行井下低压电网短路电流的计算。一方面在选用各种开关设备时，需要计算出可能通过电器设备的最大短路电流及其产生的电动力效应和热效应，以便检验电气设备的动稳定性和热稳定性；另一方面在选择和整定继电保护装里时，需要计算出被保护范围内可能产生的最小短路电流，以便校验继电保护装置灵敏度，在被保护范围内发生任何短路时，保护装置可靠动作，迅速切断电源。
为了提高电力输送能力，最优解决方式就是提高供电电压，即在煤矿上采用10kV供电系统，将10kV电源直接送到井下。经过多年努力，目前的10kV并下开关设备、电动机、变压器、电缆等电气设备的各项指标已能够满足井下10kV供电的要求。
1 整定原则的优化
1.1 瞬时速断保护的优化
考虑到地面10kV出线开关的重要性，设置为三段式保护，瞬时速断动作电流按躲过下井线路末端最大三相短路电流来整定，在最小运行方式下发生两相短路时，至少具有线路全长约20%的保护范围。剩下的80%由限时速断来解决。
1.2 限时速断保护的优化。
根据煤矿井下电网的特殊情况，各母线间短路电流的差距很小，虽在地面10kV至中央变电所之间增设电抗器，中央变电所之后多级保护之间动作电流的差距仍不能保证系统纵向的选择性。为解决这个问题，改变传统的II段时限与相邻线路I段时限配合的整定原则，在各出线处II段时限按与相邻线路出线处II段时限配合的原则进行整定；进线保护II段亦与相邻线路出线处II段进行配合。此原则降低了越级跳闸的可能性。
整定原则：按同一灵敏度系数法整定，在最小运行方式下线路末端发生两相短路时有足够的灵敏度。
1.3 定时限过流保护的优化
一般定时限过流保护均按能躲过正常最大工作电流Ic.max整定，但考虑煤矿特点是没有自启动现象，故按躲过被保护线路的尖峰电流Ii.max来整定，或用尖峰电流来代替正常最大工作电流。线路尖峰电流的概念是：该线路其它设备正在以半小时最大负荷运行，而线路中一台最大容量的电动机正在启动时，在线路中产生的短时最大工作电流。启动电流倍数根据井下防爆电动机的实际情况可取5～6倍。定时过流要求能保护全长，故应用线路末端最小两相短路电流来校验其灵敏度Klm，Klm应不小于1.5。
2.系统优化方案效果分析
动作于跳闸的继电保护在技术上要满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辨证统一关系进行的。
2.1 可靠性分析
从继电保护设置与设计的角度考虑，可靠性主要是要求有完备的后备保护和较高的灵敏度。对于10kV出线处，限时速断作为主保护保护全长，定时过流作为全线的近后备保护，瞬时速断作为线路
20%～80%全长的快速保护，保护的可靠性是较高的，另外，35kV变电所主变电流保护，还可以作为下井线路开关上保护的远后备保护。
其余各条线路，均由限时速断为主保护保护全长，定时过流为各自的近后备保护，且凡上级甚至再上一级的保护均可作为下级甚至再下一级相应保护的远后备保护，因而保护的可靠性没有问题。
2.2 选择性分析
保护系统的横向选择性由过流保护本身的原理所保证，纵向选择性则主要由限时速断的短阶梯时限配合动作电流值的优化来保证。对于下井线路的瞬时速断，虽然无时限，但动作电流拉开较大的差距（因有限流电抗器的作用），而在中央变电所母线以后的任何地点发生短路，其短路电流均小于首端动作电流，不会使开关的瞬时速断动作，没有发生越级跳闸的可能。
对于限时速断，由于引入短阶梯延时原则，共设置0.6s，0.4s，0.2s三级阶梯延时，确保纵向的选择性；各级动作电流整定除第一级有一定差距外，其余各级因各级短路电流差距很小，故动作电流也不易拉开差距，但仅时限的差别就可以保证其纵向的选择性，不会发生越级跳闸，而且上级保护均可作为下级保护的远后备保护。
对于定时过流，同样是采用短阶梯延时原则，在10KV出线和中央变电所出线设置O.Os，0.6s两级阶梯延时，同样能确保该段保护的纵向选择性；各级动作电流可以拉开一定的差距，对确保选择性，亦起到一定的作用。
2.3 速动性分析
对于下井线路全长的前20%部分，发生最小两相短路时，可实现无时限跳闸，当发生最大运行方式下的三相短路时，瞬时速断的保护距离可达80%左右，对于瞬时速断保护区外的短路，其短路电流小于首端动作电流，对主变压器的冲击相对较小，则由限时速断来保护。
2.4 灵敏性分析
除瞬时速断的最小保护区有时为全长的20%外，其余所有的保护其范围均为全长，动作灵敏度均不小于I .5，故系统灵敏性完全有保证。
结束语
在电压等级不断增高，对供电可靠性要求越来越高的今天，重视配电系统继电保护的配置，增加配电系统继电保护的可靠性有着十分重要的意义。针对中低压配电系统继电保护现存问题，可以考虑借鉴高压系统中更多的保护配置及保护原则，通过从原理上进行简化来达到经济性和安全性的双重目的。
参考文献
[1] 孔令英.煤矿6kV供电系统继电保护的设置与管理.山东煤炭科技.2001， 1：16-17.
[2] 李本瑜.母线保护中电压闭锁元件存在的问题及解决办法.电力系统自动化.2004， 28（1）：97-98.
[3] 梁进秋.？微光机电系统国内外研究进展.？光机电信息，2000（8）？
[4] 宋云夺编译.？光机电一体化业的未来.？光机电信息，2003（12）？
作者简介
石秋娥（1981-），女，河北唐山，电气工程师，2013年1月毕业于河北工程大学。现主要从事机电、电气设备的内修与外修的工作。