煤矿供电继电保护整定计算研究-.doc

中国矿业大学本科生毕业设计 姓名学号 学院应用技术学院 专业电气工程及其自动化 设计题目煤矿供电继电保护整定计算研究 专题 指导教师职称教授 2009年6月徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院应用学院专业年级电气05-1 学生姓名周艺博 任务下达日期2009年3月9 日 毕业设计日期2009年3月9日至2009年6月5日 毕业设计题目煤矿供电继电保护整定计算研究 毕业设计专题题目 毕业设计主要内容和要求 内容 1.继电保护综述及煤矿配电网特点介绍 2.基于煤矿电网特点的继电保护配置 3.煤矿配电网整定配合原则 4.煤矿配电网整定计算研究 5.煤矿继电保护软件开发与应用 要求 在相关课程学习的基础上,通过毕业设计,掌握煤矿配电网的特点,以及基于煤矿配电网特点的继电保护整定计算和保护配置配合问题,在此基础上,协助完成继电保护整定计算软件的开发。 院长签字指导教师签字 指导教师评语①基础理论及基本技能的掌握;②独立解决实际问题的能力;③研究内容的理论依据和技术方法;④取得的主要成果及创新点;⑤工作态度及工作量;⑥总体评价及建议成绩;⑦存在问题;⑧是否同意答辩等 成绩指导教师签字 年月日 评阅教师评语①选题的意义;②基础理论及基本技能的掌握;③综合运用所学知识解决实际问题的能力;④工作量的大小;⑤取得的主要成果及创新点;⑥写作的规范程度;⑦总体评价及建议成绩;⑧存在问题;⑨是否同意答辩等 成绩评阅教师签字 年月日 评阅教师评语①选题的意义;②基础理论及基本技能的掌握;③综合运用所学知识解决实际问题的能力;④工作量的大小;⑤取得的主要成果及创新点;⑥写作的规范程度;⑦总体评价及建议成绩;⑧存在问题;⑨是否同意答辩等 成绩评阅教师签字 年月日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况 提出问题 回答问题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没 有 回 答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年月日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 年月日 摘要 随着煤矿生产对供电可靠性的要求越来越高,各煤矿企业对继电保护整定工作日益重视,越发认识到制定一套适合于煤矿生产实际情况的继电保护整定规范的必要性与重要性。 煤矿电网是电力系统的一个重要组成部分,它是联系电力系统与煤矿用电设备的桥梁,由于以电缆供电为主,具有负荷集中、电气设备运行环境恶劣、供电可靠性要求高等特点,其继电保护计算与系统电网和普通电力用户相比有一些特殊的地方。目前煤矿电气技术员进行此项工作时普遍采用手工故障计算和人工整定计算的方法,因此对继电保护整定计算的手工计算作一些总结是有一定的意义的 随着煤矿生产对供电可靠性的要求越来越高,各煤矿企业对继电保护整定工作日益重视,越发认识到制定一套适合于煤矿生产实际情况的继电保护整定规范的必要性与重要性。 本论文是基于煤矿电工手册和煤炭工业部关于煤矿电网继电保护整定计算原则的理论基础上,采用分为章节的阐述方式,对关于继电保护整定计算的详细过程作一些细化的总结,主要是介绍了煤矿电网继电保护整定计算的意义及发展趋势等基础性知识,又进一步阐述了继电保护运行的设置的基本原则及继电保护整定计算的一些规程,并详细分析了继电保护的整定原则及具体阶段式电流保护的内容。 关键词煤矿供电;继电保护;整定原则;整定计算 ABSTRACT With coal production power supply reliability of the increasingly high demand for coal mining enterprises of the relay setting on the work of growing importance to the development of a more understanding for the actual situation in the coal production of the relay setting norms the necessity and importance. The coalmine power network is a vital component of the power system,and it is the bridge linking with power system and the mining electrical equipment.there are some special spots in calculation of coalmine protection relay system compared with the calculating s of the power grid and the normal power consumers because that the cable power network is the main supply mode in main which has some characteristics such as loads centralizing,running under the terrible circumstances,higher power supply reliability,etc.At present,coalmine electricians usually choose the s of manual fault analysis and protection relay setting when carrying the calculating of relay protection system.so research in this field has some practical meaning. With coal production power supply reliability of the increasingly high demand for coal mining enterprises of the relay setting on the work of growing importance to the development of a more understanding for the actual situation in the coal production of the relay setting norms the necessity and importance. This paper is based on the coal mine electrical manuals and Ministry of Coal Industry Coal Power relay setting calculation principles of the theory, based on the use of divided into sections by means of relay setting calculation on the detailed process of some refinement sum up, mainly coal power grid introduced relay setting calculation of the significance and trends in the development of basic knowledge has been further elaborated in the set protection operation and the basic principles of relay setting calculation of some point of order, and a detailed analysis of Setting the relay protection principles and the specific stage of the content of current protection. KEY WORDSCoal supply;relay protection; relay protection principles; relay setting calculation 目录 1绪论 1 1.1 本课题的目的与意义 1 1.2煤矿电网继电保护及整定计算软件现状 2 1.3 本文的工作重点 2 2 煤矿电网继电保护原则归纳 3 2.1煤矿电网供电结构描述 3 2.2煤矿电网继电保护原则归纳 4 2.2.1煤矿电网主变压器保护 5 2.2.2 6kV线路电流速断保护 10 2.2.3 漏电保护 12 2.2.4煤矿电网高压电气设备保护配置 16 2.3本章小结 17 3 煤矿电网故障计算的实现 19 3.1 煤矿电网故障计算的特点 19 3.2 三相对称短路计算 20 3.2.1 网络数学模型的建立 20 3.2.2 故障点辐射状等值网络形成 25 3.2.3 指定时刻对称短路电流的计算 32 3.2.4 短路全电流与冲击电流的计算 35 3.3 两相短路故障电流的计算 36 3.4 单相接地电容电流的计算 37 3.5 故障电流计算的实现流程 39 3.6 本章小结 40 4 整定配合基本原则 41 4.1整定配合基本原则概述 41 4.2保护的整定方法 41 4.3差动保护 41 4.3.1纵联差动保护 42 4.4阶段式保护 43 4.4.1保护原则概述 43 4.4.2 电流速断保护 43 4.4.3 延时电流速断保护 47 4.4.4 过电流保护 52 4.5 本章小结 56 5 煤矿电网继电保护系统计算软件的实现 57 5.1 软件的总体结构及功能介绍 57 5.2 煤矿电网继电保护系统计算软件的运行 61 5.3 本章小结 64 6总结与展望 65 6.1 总结 65 6.2 展望 65 参考文献 67 英文文献 69 中文翻译 77 致谢 85 1绪论 1.1 本课题的目的与意义 煤矿企业是电力系统的重要用户并且对可靠性要求比较高。煤矿的供电系统是矿区生产的主要动力源,而继电保护是整个煤矿电力系统安全运行的重要保障。它应该保障矿区电力网络正常的生产和运行,并且在出现故障的时候能迅速准确的切除故障。 从安全运行的角度出发,煤矿电网中继电保护装置应满足可靠性、灵敏性、选择性和速动性这四个基本要求,而继电保护整定计算是确保“四性”的主要手段。因此继电保护定值的整定工作一直是煤矿电气技术人员日常工作中的重点和难点。矿区电网和一般的10kV配电网有很大的不同,矿区的电网以单端辐射状供电为主,高压短线路较多,负荷与供电结构需要经常地变动,同时煤矿生产的工作条件具有特殊性,其主要负荷集中在井下,井下空气湿度大,空气中浮游大量杂质如煤尘并且腐蚀性气体如CO2、NO、NO2、SO2等含量高,属于易燃易爆场所,发生短路故障时可能造成火灾事故,甚至引起瓦斯煤尘爆炸,所以煤矿企业的供电和电气设备与普通电力用户相比有其特殊地方,并且对继电保护有更高的要求。 煤矿生产的工作条件是具有十分特殊性的,其电网的安全、稳定运行是煤矿企业安全生产的重要保障。要保障煤矿企业主设备安全可靠运行,正确、合理的保护定值整定是必不可少的措施之一。但是目前煤炭系统内,继电保护整定管理水平总体上比较低,至今没有形成统一的,被系统内认可的整定计算规范,目前各单位还处于手动计算,各自为阵的状态。 随着煤矿生产对供电可靠性的要求越来越高,各煤矿企业对继电保护整定工作日益重视,越发认识到制定一套适合于煤矿生产实际情况的继电保护整定规范的必要性与重要性。 本软件设计的目的就是如何利用目前先进的软件编程技术,开发出具有使用价值的图形化的煤矿电网继电保护整定计算与管理系统,实现对供电系统中高压电气设备参数、继电保护配置、保护整定计算及继电保护定值单等进行管理,计算机根据人为选择各设备的继电保护整定原则,对其进行整定计算与灵敏度校验。整个系统操作简单、方便、灵活,使保护整定技术人员的工作量降低到最小。本软件在设计开发过程中,将可视化技术、数据库技术、面向对象程序设计方法与煤矿继电保护整定计算相结合,对煤矿电网主设备继电保护原则、供电结构拓扑分析、数据库管理作了一些很有意义的基础性研究应用工作。 1.2煤矿电网继电保护及整定计算软件现状 煤炭行业由于历史条件,以及对煤矿电网继电保护投入资金和认识不足等客观原因,到目前为止煤矿电气技术人员的继电保护整定工作仍然延用传统的手工计算与人工校验的方法,即根据已有的系统一次接线图查找图纸中各电气设备的相关参数,然后根据供电系统的不同运行方式分别计算出各点的最大与最小短路电流,最后根据所得故障电流与设备参数计算出各项保护的定值。但是由于煤矿生产的特殊性,其负荷与供电结构经常需要变动,特别是井下部分,每次负荷与供电结构的变动都要求对定值进行重新计算,其工作量非常大且十分繁琐。 同时必须引起重视的是整个煤炭系统内至今并未形成一套与本行业生产实际情况相适应的继电保护整定规范,这样首先对煤矿继电保护整定软件的开发与推广形成了最根本的障碍,以及由于煤矿电气技术人员本身的技术水平原因,在进行煤矿电网继电保护整定计算时采用的整定计算和保护之间配合的方法有时是错误的,这样会带来的井下线路经常性的越级跳闸、无选择性跳闸等很多问题,影响整个系统的供电可靠性。 与煤矿系统相比电力系统使用的继电保护整定软件则相对的完备与成熟,主要软件有中恒博瑞图形化继保整定软件、四方博瑞图形化继保整定软件、中国电力科学院的PSASP中的继电保护模块等,它们面向的是10kV、35kV、110kV、220kV和500kV的电网或是发电厂,而煤矿电网是以6kV辐射状供电为主,继电保护的配置与整定远没有电力系统电网那么复杂,同时电力系统的软件单价都十分的昂贵。因此煤矿企业采用电力系统的继保软件进行整定计算是不合适同时也是不经济的 1.3 本文的工作重点 目前随着煤炭形势的转好,产量不断的扩大,煤矿企业对供电的可靠性有了更高的要求。煤矿企业的继电保护工作非常需要一种针对煤矿生产实际情况的具有可视化功能、继电保护配置规范合理的保护整定软件。本论文选择了煤矿电网继电保护整定计算与管理系统的开发作为研究方向,在煤矿电网继电保护整定原则的整理方面作了一些研究和应用工作。 2 煤矿电网继电保护原则归纳 煤矿生产的工作条件是具有十分特殊性的,其电网的安全、稳定运行是煤矿企业安全生产的重要保障。要保障煤矿企业主设备安全可靠运行,正确、合理的保护定值整定是必不可少的措施之一。但是目前煤炭系统内,继电保护整定管理水平总体上比较低,至今没有形成统一的,被系统内认可的整定计算规范,目前各单位还处于手动计算,各自为阵的状态。 随着煤矿生产对供电可靠性的要求越来越高,各煤矿企业对继电保护 整定工作日益重视,越发认识到制定一套适合于煤矿生产实际情况的继电保护整定规范的必要性与重要性。 2.1煤矿电网供电结构描述 S 6kV 等效系统 S 6kV 等效系统选煤厂变电所 6kVI 段母线 6kVII 段母线 限流电抗器限流电抗器 中央变电所 采区变电所变电硐室 图2-1典型煤矿供电结构 图2-1为典型的煤矿供电网络的一部分。 为保证煤矿供电的可靠性,煤矿安全生产规程中规定每一矿井应有两回电源线路。当任一回进线发生故障停止供电,另一回进线应能担负整个煤矿的全部负荷。不仅是煤矿35kV 或110kV 变电所,其他井下各采区变电所等,也是采用一回路运行,另一回路带电备用方式,确保煤矿生产过程中供电的连续性、可靠性。 从整体上来看煤矿电网可以分为地面与井下两大部分地面部分如选煤 厂变电所、锅炉房变电所的电源,是由地面35kV或110kV变电所的6kV母线直接供电;井下部分一般由地面6kV母线,经限流电抗器或隔离变压器,用高压电缆从井筒向井下中央变电所供电,中央变电所经过本身的分段母线和高压配电装置将6kV电能分配给其附近的高压用电设备,如主排水泵、动力变压器等,并向各采区变电所供电,采区变电所的动力变压器一般将电压降到660V,通过低压电缆分送到工作面配电点,在由工作面配电点分送到工作面的各设备。如果采区内还有其他的工作面,6kV电能则由采区变电所的高压配电装置送到附近的变电硐室中,然后经过降压再送到工作面配电点。 通过以上的描述可以看出,煤矿电网正常运行方式下,整体上是辐射状结构。从细节上看它结合了电力系统中的输电网与配电网两者的特点,现将煤矿电网供电结构的特征总结如下 1.煤矿电网供电结构在正常运行方式下为辐射状类似于配电网,但传输线路上并无T型分支线路,同时也不存在像10kV配网中的线路分段开关,其又具有输电网的特点。 2.地面的各高压配电点基本上是由35kV或110kV变电所6kV母线直接供电,供电距离一般不会超过1000m,而下井线路供电级数较多,其中央变电所以下部分每一级之间供电距离大都很短,有的线路长度不足500m。 3.煤矿电网中的所有高压开关设备都安装在变电所内,如高压断路器都位于选煤厂等变电所中,高压防爆开关都位于中央变电所、各采区变电所或配电硐室中。 煤矿电网中地面的高压配电点如选煤厂变电所、锅炉房变电所,井下的采区变电所从结构和功能上都十分的类似于10kV配网中的开闭所。 2.2煤矿电网继电保护原则归纳 煤矿电网中电气设备主要以线路、变压器、电动机为主,每种设备对应若干种保护原则,本软件继电保护原则主要以中华人民共和国电力行业标准3110kV电网继电保护装置运行整定规程中华人民共和国电力工业部1995-11-27批准1996-06-01实施、煤矿安全生产规程2005年1月1日起实行为参考,并结合煤矿生产运行实际,讨论煤矿电网电气设备继电保护整定原则应该如何配置。 以下结合煤矿电网特点与继电保护整定计算工作中存在的问题,就主变压器的差动保护与后备保护、6kV线路速断保护与漏电保护这四个方面进行详细的讨论分析。 2.2.1煤矿电网主变压器保护 矿区主变压器是煤矿电网中最重要的电气设备之一,担负着整个矿区的用电负荷,电压等级一般为35kV,但规模较大,产量较高的矿井可为110kV。正常情况下煤矿电网安装有23台主变,之间互为备用。由于主变发生故障对整个电网的影响很大,因此应加强其继电保护装置的功能,以提高整个系统安全运行。按技术规程的规定,并结合煤矿生产实际,其继电保护的配置原则为 1.瓦斯保护 用来反映变压器的内部故障和漏油造成的油面降低。同时也能反映绕组的开焊故障。即使是匝数很少的短路故障,瓦斯保护同样能可靠反应。瓦斯保护有重、轻之分,一般重瓦斯动作于跳闸,轻瓦斯动作于信号。 2.纵差动保护 用来反映变压器绕组的相间短路故障,绕组的匝间短路故障,以及引出线的相间短路故障。应当看到,对于变压器内部的短路故障,如绕组尾部的相间短路故障,绕组很少的匝间短路故障,纵差动保护和电流速断保护是反应不了的,即存在保护死区;此外也不能反映绕组的开焊故障。注意到瓦斯保护不能反映油箱外部的短路故障,故纵差动保护和瓦斯保护均是变压器的主保护。 3.短路故障后备保护 用作变压器外部短路故障和作为变压器的瓦斯保护、纵差动保护的后备保护。根据变压器6kV侧母线是否接有自备电厂,可采用过复合电压方向过电流保护等。 4.接地保护 煤矿主变压器高压侧中性点为不接地运行110kV主变在操作时为防止过电压,临时将高压侧中性点接地,操作完成后将其断开,可用零序电压保护构成变压器的接地保护,此外如果装有放电间隙,还应设有中性点间隙零序电流保护。 5.过负荷保护 为防止长期过负荷对变压器的损害,应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护,带延时动作于信号。 6.非电量保护 非电量保护包括变压器本体和有载调压的油温保护;变压器的压力释放保护,此外还有变压器带负荷后启动风冷的保护;过负荷闭锁有载调压的保护。 2.2.1.1主变差动保护 随着煤矿企业对继电保护工作的重视,经过技术升级已经基本淘汰了老式的BCH 型继电器构成的差动保护装置,普遍采用微机式的变压器测控单元,其差动保护部分主要包括差动速断保护、比率差动保护、低压侧过流保护、CT 断线判别。主变差动保护整定计算主要是确定差动速断电流倍数、二次谐波制动系数、最小启动电流、比率制动斜率。 1. 比率差动保护整定 图2-2为目前被微机保护广泛采用的三折线比率差动保护的动作曲线以南瑞RCS-9671/3变压器差动保护装置为例,制动特性由AB 、BC 、CD 直线段组成,制动特性为式2-1所示,其变量有动作电流op I ,制动电流res I ,差动电流启动值q I ,1S 比率制动系数0.30.75可调,变压器的额定电流n I ,折线上半部分为保护动作区。 I op I res I q I OP2 I g1 I g2A B C D S 1 S 2 图2-2 三折线比率差动保护动作特性曲线 11112121222op q res g op q res g g res g op q g g res g res g I I I I I I S I I I I I I I S I I S I I I I ⎧≤⎪⎪⎪---⎪⎩ 2-1 两个拐点电流1g I 和2g I ,1g I 通常固定为0.5n I ,2g I 固定3n I ,2S 固定为1。在整定计算时只需确定1S 、q I 及可。 因为差动保护为设备的主保护,在定值上和其他设备不存在上下级的配合关系,本身有很高的灵敏度,所以通常情况下采用工程计算的方式确定1S 值如式2-2,q I 值如式2-3[56]。其中rel K 取1.5,ap K 为非周期分量系数两侧同为P 级电流互感器TA 时取2.0,cc K 为TA 同型系数,取1.0,er K 为TA 变比误差,取0.1,U ∆为偏离额定电压最大调压百分数,如调压抽头为5.22⨯,则U ∆5,m ∆为由于微机保护电流平衡调整不连续引起的 不平衡电流系数,实际上0≈∆m ,为可靠起见,仍沿用常规取值,05.0m ∆。 1m U K K K K S er ap cc rel ∆∆ 2-2 n rel n q I m U K I I 3.0∆∆ 2-3 2. 二次谐波制动系数整定 变压器空载合闸或外部短路故障切除电压突然恢复时,变压器会有很大的励磁电流及励磁涌流通过,而励磁涌流仅在变压器的一侧流通,故流入差动回路。当变压器发生内部故障时差动回路也会流过很大的短路电流。所以当二次谐波制动判别差动回路的电流为励磁涌流时闭锁差动保护,一般 二次谐波电流与基波电流的比值一般整定为1520,微机保护的制动系数可选0.15即可。 3. 差动电流速断保护整定 当差动保护的保护区内发生严重短路故障时会产生相当大的短路电流,电流互感器会发生饱和,这时应该无时限地切除故障。差动电流速断值一般可取6n I 8n I 。 2.2.1.2主变后备保护 为反映变压器外部相间短路引起的过流以及作为差动保护、瓦斯保护的后备保护或相邻元件的后备,变压器应装设反映相间短路故障的后备保护,由于煤矿企业的主变电压等级大都为35kV 或110kV ,因此最常采用的方式是复合电压闭锁的方向过流保护作为变压器的后备保护。 当作为差动保护和瓦斯保护的后备保护时,高压侧后备保护动作于各侧断路器,此时装设在主电源侧的保护段对变压器各电压侧的故障应均能满足灵敏度要求,变压器其他侧装设的后备保护,主要作为各侧母线和线路的后备保护,动作后跳开本侧或两侧断路器;此外,当变压器断路器和CT 之间发生故障时死区范围,后备保护同样可以反应,起到后备保护作用。根据以上要求主变压器的后备保护的配置原则如下 1. 对于单侧电源的变压器,后备保护一般装设在变压器的电源测高压侧,但从加强设备保护装置的可靠性出发一般在低压侧也装设后备保护,见图2-3。因为6kV 侧无电源,系统进线正常为一用一备,这样高压侧后备保护保护1就无须和电力系统一样分成两段时限或三段时限,先跳开高压侧母联,然后跳变压器两侧开关,而是只设一段复压闭锁过流时限1t 跳开变压器两侧开关及能满足要求。同时应注意到,PT 断线时不退出与其电压有关的保护,因为宁可使用不经过复合电压闭锁的过流保护,也不能失去变压器保护的最后一道防线。 低压侧后备保护2保护设两段时限,由于煤矿变电所6kV 母线并未 装设专门的母线保护,因此低压侧后备第I 段时限2t 跳开断路器QF5,第II 段时限“2t 跳开高、低压侧断路器QF1、QF2或只跳断路器QF2。各后备保护的 动作时限如式2-4所示 t t t ∆522-4a t t t ∆2“22-4b t t t ∆“212-4c S S 1 2H_BUS H_BUS 6kV_BUS 6kV_BUS G G 自备电厂自备电厂QF1QF2 QF4 QF3QF5 ---开关闭合---开关断开 QF6 图2-3 主变后备保护配置图 2. 对于6kV 母线接有自备电厂的变压器,高压侧后备除了应有的一段不带方向的复压闭锁过流保护外,还应装设一带方向的过流保护段,方向由变压器指向母线,该保护段起到高压侧外部短路故障的后备保护作用。当线路发生短路时,可由QF4的方向保护元件跳开进线,如果QF4因某种原因据动,则由QF1带方向保护段经一延时动作跳开断路器,然后6kV 母线通过切除非重要负荷,由自备电厂带保安负荷运行,直到进线线路切换成功并恢复全矿供电。 低压侧后备保护同1中保护设置相似。各后备保护的动作时限如式2-5所示,F t .1为带方向过流保护段时间 t t t F ∆4.1 2-5a {}t t t t ∆≥652,max 、t t t ∆≥62 2-5b t t t ∆2“2 2-5c t t t ∆“21 2-5d 2.2.1.3 主变限时电流速断保护 由于煤矿高压电网的地面部分的供电半径一般很小,高压负荷非常集中,如变电所6kV 母线至洗煤厂高压配电点的线路大概一般不足1000m ,同时因为煤矿电网中通常只有下井线路才装设限流装置或隔离变压器,其他出线均未装设。如果地面线路发生短路故障,由于供电线路较短,这样产生的故障电流值很大和母线发生短路无多大区别。 假如故障线路保护据动或故障发生母线上,这时值很大的短路电流只有靠低压侧后备动作切除。这样保护动作时间过长很可能会引起变压器内部受损,发生线圈的匝间短路,最后导致差动保护动作。如在进行山东济宁三号煤矿的电网安全分析项目中发现,其主变现低后备的复压闭锁过流保护I 段时间定值长达1.8s 。还有近年河南永煤集团发生过,由于35kV 变电所6kV 母线出线柜隔离开关损坏造成6kV 母线短路,同时由于低后备保护装置据动,造成主变绝缘损坏的事故。 所以根据煤矿电网结构的实际情况,认为非常有必要在低压侧增设带时限的电流速断保护。为了增加保护的可靠性,限时电流速断保护和原来的复压闭锁过流保护尽量不公用一套过流保护设备和电流互感器TA ,直流操作电流引自不同直流母线。在实际中我们可选用了差动保护单元中未使用的低压侧过流单元作为限时电流速断保护,也可以用低后备单元中的尚未被利用的复压闭锁过流,将过流保护经复压闭锁控制字改成退出,作为限时电流速断保护。 限时电流速断定值,可按两种方法取值 1. 按躲过母线所有出线电流速断保护I 段的最大动作值整定。 2. 按母线发生最小两相短路时,保证最小灵敏度1.3整定。 限时电流速断保护动作时间和6kV 出线的I 段或II 段配合,考虑煤矿的实际情况选择和I 段配合,一般取0.6s 。 2.2.2 6kV 线路电流速断保护 2.2.2.1煤矿井下越级跳闸原因分析 从图2-1煤矿电网典型供电结构图,可以看出煤矿供电主要分为地面与井下两大部分,其中地面的各高压配电点基本上是由35kV 或110kV 变电所6kV 母线直接供电,而下井线路供电级数较多。当井下发生短路故障时经常会发生越级跳闸现象,特别是有时采区变电所的短路故障,会越级跳到地面6kV 母线的出线开关处。现简要的分析,煤矿井下发生越级跳闸的主要原因 1. 整定方法不合理 通过多次与煤矿有关电气技术人员的现场交流,发现有些煤矿现有的井下线路的电流速断保护的整定方法,是采用煤炭工业部制定的煤矿井下供电的三大保护细则煤炭工业出版社中第6条中用于1200V 及以下低压电缆线路的短路保护的整定计算方法,其值整定如式2-6,dz I 为速断保护的整定值,Qe I 为容量最大的电动机的额定启动电流,对于数台电动机启动同时启动的情况,假如其总的功率大于单台启动的容量最大的电动机功率时,则Qe I 为这几台同时启动的电动机的额定电流之和,k K 需求系数,∑e I 为其余电动机的额定电流之和。∑≥e k Qe dz I K I I 2-6 这种方法所得到得值要比按最大短路电流计算得到得值要小得多,这使得速断保护的范围大大伸出了下一级线路,由于井下的高压线路每一级之间的长度基本上都很短,大约只有500800m ,因此当下级线路发生严重短路故障时,就很可能造成越级跳闸。 2. 高压短距离线路较多 当线路较长时,其始端和末端的短路电流差别较大,因而短路电流的变化趋势比较陡,速断保护范围较大,而当线路较短的时候,由于线路短路电流的变化平缓,速断保护的整定值在考虑了可靠系数后,其保护范围将很小甚至等于零。如在井下有的电缆线路大约只有500800m ,有的甚至只有几十米,上下级的短路电流很难区分,速断保护范围为零,此时的瞬时速断形同虚设,电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护,但是煤炭规程规定井下必须装设速断保护不准甩掉不用。因此认为供电线路较短是造成井下越级跳闸的主要原因。 3. 保护装置原因 煤矿井下的保护装置速断保护动作定值的设定和电力系统的保护装置有很大的不同,它不是连续可调的,而是根据高防开关所装设的TA 的一次侧额定电流设定的如北京顺诚的综保装置,其保护装置的档位只有2倍、3 倍、4倍、5倍、6倍、8倍、10倍,比如TA的变比为400/5A,根据档位选择,其速断定值最小为800A,最大为4000A,级差最小为400A,最大为800A。这样很难根据整定计算得到的值,来设定保护装置的准确的动作值。这样造成设定值可能偏大导致灵敏度校验不通过,没有最小保护范围,可能使保护装置据动,而选较小档的时候,可能又使值偏小造成越级跳闸。目前很多煤矿企业已经认识到了此种保护装置的局限性,正逐步的使用性能更好,保护定值可以连续调节的高开综保装置,如上海山源电子的ZBT-11高开综合保护器。 2.2.2.2 6kV线路电流速断保护整定 煤矿6kV线路的电流速断保护的整定,是煤矿继电保护整定工作的重点与难点,其定值的是否合理,直接关系到电网能否安全可靠性运行。如前文煤矿电网典型供电结构描述中,可以看出煤矿供电主要分为地面与井下两大部分,其中地面部分供电级数基本上只有一级,而下井线路供电级数较多,而且所有线路的断路器或高防开关都装设在各个高压配电点和采区变电所中。因此6kV线路电流速断保护整定可以按线路的类型与开关安装位置进行 1.当线路为35kV或110kV变电所6kV母线至地面高压配电点出线时,因其供电的距离较短,当发生短路故障时相当于6kV母线近点短路,其电流值很大,6kV母线的残压较低,为了能快速切断故障一般其出线的电流保护只设置电流速断保护I段与过电流保护III段。因为线路较短速断保护的最小灵敏度很难保证,因此可采取保证I段保护有最小灵敏度整定。 2.当线路为6kV母线至井下中央变电所出线时,因其一般都接有限流电抗器,所以电流I段按线路末端最大短路电流整定可以保证其最小灵敏度。为保证其可靠性可以装设带时限电流速断保护II段,其动动作值与下一级开关的电流速断定值相配合。 3.当线路为井下部分的供电线路时,根据线路连接对象的不同可分为中央变电所至各采区变电所的供电线路与给隔爆变压器、移动变压器、高压电动机供电的线路两种。对于前者的整定方法与1类似,当为后者时可采用线路-变压器组的方式进行整定,动作值与变压器或高压电动机的速断配合,以扩大保护范围。 4.如开关为变电所进线开关,可以按照配网中开闭所进线开关的保护整定方法进行处理。 6kV线路的电流速断保护的整定原则如下所示 1.按躲过本线路末端故障最大三相短路电流整定,可靠系数K K,默 认值1.3,3max ⋅D I 为本线路末端故障最大三相短路电流。 3max .⋅≥D K I D Z I K I 2-7 2. 与本线路末端的变压器或高压电动机的速断定值配合,可靠系数 K K ,默认值1.3,.TM d I 为变压器或高压电动机的速断定值。 ..TM d K I D Z I K I ≥ 2-8 3. 按I 段保护有最小灵敏度整定,sen K 灵敏系数,默认值1.5,2“min .1d I 为 线路始端故障的最小两相短路电流。 sen d I DZ K I I 2“min .1.≤ 2-9 4. 如开关为变电所进线开关,可按本侧母线短路满足灵敏度要求计算,m ax .d I 为本侧母线短路时流过保护安装处的最大短路电流,sen K 灵敏系数,默认值1.5。 s e n d I DZ K I I max ..≤ 2-10 但是对于上下级之间只有几百米的线路而言,当发生严重短路故障时很难保证不发生越级跳闸现象,这是由于线路本身的结构造成的,不过对于煤矿电网的6kV 线路电流速断保护整定,我们可以通过选择合理的速断保护整定原则,尽量减小越级跳闸的范围。 2.2.3 漏电保护 煤矿电网为6kV 小电流接地系统,发生单相接地时不形成短路回路,在电力系统安全运行规程规定可继续运行12小时。但是长时间的接地运行,极易形成两相接地短路,弧光接地还会引起全系统过电压。特别是矿井电网,因其大部分为电缆供电,环境恶劣,故障多,高压电缆经常发生单相漏电或单相接地故障,这种故障如不及时发现和处理,就会造成多相短路而使供电中断,影响正常生产,并给矿井和人身安全带来严重威胁。 在煤矿电网中,一般用漏电来泛指电网中的各种接地故障,这与供配电网中通常讲的单相接地故障实际上是同一概念。所谓漏电,就是指三相电网中的任一相导线经电阻与地或地线相接;而单相接地是指任一相导线直接与地或地线相接,又称金属性接地。据统计,煤矿电网中金属性接地故障只占5,而漏电故障高达95,也就是说,绝大部分故障是漏电故障。 2.2. 3.1 选择性漏电保护 选择性漏电保护是指当电网的某一线路发生接地或漏电故障时,保护装置仅使开关切除或发出信号指示接地漏电故障所在线路,保证非故障线路正常供电。对选择性接地漏电保护问题,由于电网中性点接地方式的不同,则处理的方式也各不相同。 1. 中性点不接地系统 假设如图2-4中性点不接地系统中,线路1L 的A 相经过渡电阻R 接地,