（神华神东煤炭集团公司寸草塔二矿内蒙古鄂尔多斯017209）
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。目前煤矿进行此项工作时普遍采用供电软件计算和手工整定计算的方法，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。
关键词：煤矿供电整定计算继电保护整定原则
当前，国内电网电压等级不断升高，高压、超高压甚至特高压电网的保护配置及安全运行备受业界关注。低压配电系统继电保护与高压电网保护一样重要。煤矿、钢铁、石油、冶金等重工业是我国国民经济的支柱产业，随着社会经济的发展，国内市场对石油、钢铁和煤矿的需求量越来越大，相应的对矿企、油企等生产企业的供电系统的要求也愈发严格。
一、煤矿井下供电优化方案研究的意义
根据我煤矿企业采场接续的要求，井下供电本着既满足生产需求，又降低供电成本提高效益的原则，我公司制定了井下供电系统优化方案，该优化方案有利于解决供电负荷大带来供电电缆过热、过载，保护装置校验不灵敏，供电线路不合理，供电线路损耗大、无用功大等问题，为公司的安全供电提供有力的保障。
二、煤矿井下供电方式及现状分析
某煤矿公司受水威胁严重，矿井主排水和供电压力日益加大，随着采场的延伸，生产战线的延长，供电设备的增加，电缆布局越来越复杂。井下6KV电源分别有35KV变电所供至各水平中央变电所，各水平中央变电所供至各采区变电所，采区变电所供至各采煤面、掘进头，树干式接线方式供电可靠性差，一个故障点可引起多个地点停点，且故障点排查难，随着2012年新采区的增加，干式变压器的更换，现供电线路、供电空间己不能满足生产需求。
井下高压供电线路己深入各个采掘负荷中心，其供电是否安全可靠，不仅影响产量，而且影响工程进度。因此井下高压供电可靠运行在矿井供电中有着很重要的地位，煤矿井下高压供电可靠运行不仅与系统设计有关，还与组成系统每个组件的安全可靠有关，因为井下高压供电系统中各种设备只要一个出现故障，整个系统就会受到影响。因此不仅要关心系统本身的设计还要在设备出现故障的薄弱环节出现故障前进行预防、检修、更换。一般煤矿井下高压供电系统常出现的问题有以下几种：
（1）高压线路故障：由于煤矿井下环境比较复杂，井下高压供电系统中电缆成了安全可靠性的薄弱环节。
（2）高压防爆开关故障：虽然井下矿用高压防爆开关都具有高压漏电和绝缘监视保护功能，但由于变压器高低压侧腔体之间没有有效的连锁保护装置，使得高压开关和变压器、低压馈电开关之间的保护不能够形成有效的配合，致使高压开关失去了应有的保护功能，因此，会出现漏电、过流和短路等问题，另外，高压负荷开关出头接触不良，产生弧光或放电，高压负荷开关带载停送变电站，也会导致高压断电事故心。
（3）继电保护故障：目前，煤矿井下高压供电系统中均为6KV系统，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，保护整定的计算效验起着至关重要的作用。保护定值的配合及整定不合理，在出现故障时，会出现越级动作的现象，造成事故的扩大化，影响正常的生产。
（4）变电所数量较多，管理有难度：目前采区变电所较多且为分级供电，点多面广地点分散，一旦发生供电事故影响范围较大，而且恢复供电时间较长，从而影响正常生产，对公司顺利完成生产目标有较大影响。进一步完善矿井供电，优化供电系统，采用集中供电方式，减少供电地点多而带来的检修难度以及事故后恢复供电时间长等不利因素，减少供电事故对安全生产带来的影响，对矿井安全生产具有重要意义。
三、煤矿供电系统存在的问题
煤矿供电系统通常是单电源辐射状网，电流保护秉承一个原则――从电源至负荷动作电流由大到小呈梯次递减，动作时间由长至短呈级次递减。按照电路设计要求，本级速断保护动作电流值要比下一级线路首端最大短路电流值大。因此存在以下几方面的问题：
（1）煤矿井下中央变电所、采区变电所和采区配电点供电距离短，而电缆采用铜芯电缆阻抗较小，所以短路电流值相差不大，不利于保护整定。
（2）煤矿供电继电保护级数多。地面变电所与采区配电点之间的线路必须设置层层保护。两级变电所进线保护时间应相差0.5秒，也就是说假设上一级变电所进线保护时间设定为1.2秒，下级保护的时限就要设定为0.7秒。按每级保持0.5秒的时限来计算起不到保护作用，甚至难以保证出现故障时不会发生越级的现象。
（3）瞬时速断的整定原则：确定地面10kV处定值后，依次向下按0.9倍整定。基于该原则整定的电路往往存在供电保护缺陷。如果整定值低于最低限度，电路短路后所有速断保护会同时动作，选择性保护功能失效，进而产生越级跳闸的问题，并由此引发大面积停电事故。
四、煤矿供电系统优化方案分析
从安全运行的角度出发，煤矿电网的继电保护装置必须灵活可靠，具有选择性和速动性，由于煤矿生产对供电可靠性的要求越来越高，制定适合于煤矿生产实际情况的继电保护整定规范是重要的和必要的。下面就对供电系统优化给出几点建议：
（1）对于10kV出线处，全线路的主保护与后备保护的任务分别由限时速断保护和定时过流保护承担，而全线路20%-80%的快速保护则由瞬时速断保护承担。其余各线路均由限时速断为主保护保护全线路，定时过流为各自的近后备保护，上级或上上级的保护均可作为下级或下下级的远后备保护。
（2）过流保护本身可以横向选择，限时速断的阶梯式时限需要配合动作电流才能实现保护的纵向选择。对于井下线路的瞬时速断保护时间无时限，但动作电流由于限流电抗器的作用拉开很大的差距，而在中央变电所母线段下的任一部位短路后，短路电流也无法与动作电流持平，开关不会瞬时速断动作出现越级跳闸现象。
（3）如果最小两相线路发生短路故障，井下线路全长的五分之一能够无时限跳闸；如果最大三相线路出现短路故障，井下线路全长的五分之四能够实现瞬时速断保护，除此之外的部分如发生短路可采用限时速断保护，因为这部分线路短路电流比线路首端的动作电流小，不会对主变压器的运行状态造成重大的影响。
（4）从整定的计算结果看出，除瞬时速断的保护范围达到了全线路80%以上，其余的保护范围都为全线路。动作灵敏度必须达到1.5倍以上。所以灵敏度有可靠的保证。
五、各种保护优化方案分析
5.1过电流保护
一般来讲，与电源端相距越近的短路故障电流值越大。通过上述分析可知，此时过电流保护动作将短路故障切除的时限较长，这就暴露了保护的缺点。基于此，为了将故障电流快速切除，全线路的主保护与后备保护应分别采用电流速断和限时电流速断装置以及过电流保护装置。过电流保护还可作为全线路相邻元件的后备保护，但仅能在远处实现，因此过电流保护属于远后备保护。当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求是K1m>1.3～1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求是K1m>1.2。在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏系数相互配合，即对同一故障点而言，要求越靠近故障点的保护应具有越高的灵敏系数。后备保护之间，只有当灵敏系数和动作时限都互相配合时，才能切实保证动作的选择性，这一点在复杂网络的保护中，尤其应该注意。当过电流保护的灵敏系数不能满足要求时，应该采用性能更好的其它保护方式。
5.2电流速断保护
电流速断保护就是在整定保护装置起动参数时确保下一条线路出口部位发生短路故障时不起动。从继电保护技术领域来分析，电流速断保护还可以称为按躲开下一条线路出口部位短路故障的条件整定。第二种状况是基于特殊情况的分析要求立即切除短路故障，可应用无选择性的速断保护，而通过自动重合闸对这种无选择性保护动作进行纠正，对反应于电流升向而动作的电流速断保护来说，显然必须当实际的短路电流与保护装置的起动电流相当或比它大时，才可以使保护装置动作。保护装置起动值所代表的是：在被保护线路的一次侧电流与该数值相当的情况下，装设在这个部位的保护装置就可以起动。
5.3延时电流速断保护
保护装置的工作原理以及签定计算的主要原则：限时速断保护的运行范围是整个线路，这必然牵涉下一线路的运行状态。当下一条线路出口部位发生短路故障，它就起动。在此状况下，为了使保护动作具有选择性，就应该根据保护动作的延伸范围设定时限。为尽量压缩这个时限，先要缩减其动作范围，使其无法到达下一线路的速断保护范围，而该线路速断保护的动作时限明显多于下一线路，该时间段应包括故障线路断路器的跳闸时间（即从操作电流送入跳闸线圈TQ的瞬间到电弧熄灭的瞬间）。这个时段线路故障仍然存在，受故障电流的影响，一系列保护还处于起动状态。对于应用最频繁的断路器以及间接作用的二次式继电器来说，保护装置起动电流的数值一般都超过0.5秒。如果线路配有限时电流速断保护装置以及电流速断保护装置，二者协调运作速动性更强，能够保证不出0.5秒全部切除整个线路的故障。
六、未来优化方向
（1）根据煤矿现有供电系统的特点，受其制约，只有中央变电所、采区变电所及后级负荷能够通过延时级差实现上级与下级的较好配合。但由于井简电缆的特殊性以及35kV、部分10kV馈出线路较短，从系统安全稳定方面考虑，无法通过拉级差进行较好的配合：特别是井筒电缆，为既能实现保护配合，又能对井筒电缆进行全长保护，考虑加纵差保护：又因井筒电缆为双回路并列运行，考虑同时加横差保护，来解决纵差保护“死区”。
（2）由于较大短路电流对电网的冲击，造成电网电压瞬间降低，可能引起部分开关失压跳闸，考虑除高防开关失压增加0.5S延时外，并将低防开关失压动作值尽量调低，避免因短路冲击造成的部分低压开关掉电。
（3）中央变电所反时限速断保护整定值在能保护到全程电缆并满足灵敏度系数的情况下，尽量放大，以防止因部分开关在跳闸机构不是很灵活的情况0.15S的延时无法躲过下一级发生的短路电流。
（4）整定要灵活。对于线路配合要求不太高，越级跳闸影响范围很小的情况下，考虑以线路安全可靠为主。
（5）在运配合整定值以后要动态校验，发现存在不合理的地方进行适当修改。
总结
以上几个方面都是从继电保护设置与设计的角度考虑的，并结合继电保护要求的选择性、速断性、可靠性和灵敏性四个方面给出了分析，此分析提出的优化方案建立在原有保护的基础上，经济实用。完全符合继电保护的要求，较比以前在性能上有较大提高。但是，优化后对保护装置的性能要求较高。
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