试论煤矿供电系统中继保装置的存在的问题和改进

　　摘要：煤矿继电保护系统是煤矿供电系统中安全运行的重要保障，合理配置煤矿供电系统中的继电保护装置是保障煤矿电网安全运行的重要条件。本文主要对当前矿供电系统中继保装置的存在的问题和改进做了探讨。
　　关键词：煤矿供电，继保装置，改进
　　一引言
　　煤矿供电系统中的继电保护作为煤矿电力安全生产体系中的重要环节，对确保煤矿电力系统的安全、稳定以及可靠运行有着重要的作用。供电系统中继电保护装置的性能，与其配置和整定密切相关。因此对煤矿供电网的继电保护存在的问题进行优化，在理论上和实际上都具有重要的意义。
　　二煤矿供电系统中继保装置存在的问题分析
　　目前，一般的工业企业高压供电系统中较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外，近些年来飞速建设的电网上一般均采用了环网或手车式高压开关柜，继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置。很多重要企业为双路6kV/10kV电源、高压母线分段但不联络或虽能联络但不能自动投入。在系统供电的可靠性、故障响应的灵敏性、保护动作的选择性、切除故障的快速性以及运行方式的灵活性、运行人员的熟练性上都存在着一些急待解决的问题。如图1所示为一条简化的煤矿供电系统保护配置图。
　　                     
　                                                      　图1煤矿企业供电系统现行继电保护配置图
　　由图中定值与时限的配合，结合煤矿井下供电的特殊性，可以看出煤矿供电系统线路保护中存在的主要问题有：
　　㈠目前煤矿采区变电所的整定原则是确定最远端的负荷性质和大小，根据计算结果整定供此处负荷的开关定值，然后逐级向采区变电所计算，根据所供负荷中功率最大者确定过流保护定值，以最远端的短路电流整定速断保护。依次向上逐级配合，速断保护和过载保护的定值和时限从采区变电所向下逐级降低。
　　㈡煤矿井下供电系统是一个单侧电源辐射状电网，由于采区变电所距电源较远，中间经过的开关级数较多，需要较长的时限和较大的定值配合，而电力部门对电源保护的时限和定值已经限定，无法更改，造成给定整定值过小，保护时限过短，保护无法配合。
　　㈢煤矿供电系统继电保护级数多，井下供电大都采用铜芯电缆，距离短，阻抗较小，故中央变以下各级短路电流值相差很小，不利于保护的整定。上图1所示简化系统地面至采区变处的线路保护就有5级。一般煤矿上级变电所进线保护的时限是固定为1.25，而下级保护的时限应比上级保护的时限少0.55（或0.75）。由此可见，按每级间保持0.55的时限来计算，根本就不能起到保护，甚至难以保证在供电线路故障时，出现不越级跳闸的现象。
　　㈣采区变电所进线开关定值与上一级定值配合，虽在一定程度上增加了保护的可靠性，但大大降低了选择性，不符合供电系统对继电保护的要求。并且采区变电所保护一般采用反时限过流保护，一直以来没有进行很好的定值配合计算，采区变电所出线故障时，保护没有选择性。
　　三煤矿供电系统中继保装置的改进分析
　　㈠继保装置中瞬时速断保护的优化
　　考虑到地面6KV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。中央变电所和采区变电所的出线开关，瞬时速断用常规的按躲过线路末端最大三相短路电流的整定原则代替原有的按上级速断保护的0.9倍进行整定的原则。
　　㈡继保装置中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6KV至中央变之间增设电抗器，中央变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。优化原则是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。
　　㈢继保装置中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Icmax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Iimax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气，气应不小于1.5。优化原则是按躲过尖峰电流计算。
　　㈣继保装置中整体配合的优化
　　根据前面分析，考虑到煤矿供电系统的特点，以及井下电缆网络发生短路故障的几率远高于地面6KV架空线路等，总体的线路保护系统优化方案，既要限制井下发生短路时大电流对上级变电所主变压器的冲击，又要兼顾井上、井下保护动作值的配合，还要考虑全线电压损失和保护系统的可靠性，选择性等要求。采区变电所出线保护保持原有两段式保护不变，I段的动作电流突破常规方法按保护线路全长处理，但应躲过定时过流的动作电流；II段延时改为为0.25。有利于快速切除故障，并能在时限上更好的与上级保护配合。
　　中央变出线开关设置瞬时速断和具有短阶梯时限的限时速断和定时过流三段式保护，采区变电所进线保护II段时限与出线II段配合，动作时限整定为0.45。由于从下井线路到采区变电所线路上没有负荷，同一条线路的出线和进线可以整定为同一时限‘每段母线的进线和出线的II段保护时限级差为0.25。在地面6kV出线开关上设置三段式电流保护，定时过流时限与变压器过流保护配合，整定为0.95；本级限时速断整定为0.65，动作电流应保护下井线路的全长(包括电抗器)，本级瞬时速断按常规主要保护下井线路的前段线路。限时速断动作电流因有电抗器的存在也可以拉开一定的数值，以使纵向的选择性更为可靠。
　　
　　
　　参考文献：
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