煤矿井下供电继电保护设置与设计

【摘 要】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。本文从煤矿供电系统存在的问题、煤矿供电系统优化方案分析和各种保护优化方案分析三方面进行了分析。

【关键词】煤矿；井下供电；继电保护；设计；

【分类号】：TD611.5

一、煤矿供电系统存在的问题

1.1 瞬时速断的整定原则

确定地面 6kV 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。

1.2 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。

1.3 煤矿供电继电保护级数多

地面变动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]。

二、煤矿供电系统优化方案分析

（1）对于 6kV 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[1]。

（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 以上。所以灵敏度有可靠的保证。

三、各种保护优化方案分析

3.1 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[2]。

3.2漏电保护方式

目前使用的漏电保护装置种类很多，有电子电路的，也有单片计算机控制的。这里介绍的漏电保护，从原理上附加直流电源漏电保护，漏电保护方式有漏电保护、选择性漏电保护、漏电闭锁。如果图 1 中性点不接地多支路电网单相漏电原理图中的电网发生漏电，漏电电阻越小，电网中性点对地电压就会越高，由图可知电网中性点地电压 VN 就是零序电压V。所有非故障支路零序电流Igo之和为故障支路的零序电流Igo 电网中，流过故障支路的零序电流是所有非故障支路零序电流的总和。而各非故障支路只流过本支路的零序电流的值必然小于故障支路的零序电流的值。因此，可以在各支路首端装设零序电流互感器，利用它就叮以反应各支路零序电流的大小，可以作到有选择性地漏电保护。

3.3 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。

3.4 井下保护接地网

保护接地对保证人身触电安全是非常重要的。由于接地电阻的数值被控制在《煤矿安全规程》规定的范围内，因此，通过接地装置的有效分流作用，就可以把流经人身的触电电流降低到安全值以内，确保人身的安全。此外，由于装设了保护接地装置，带电导体碰壳处的漏电电流经接地装置流入大地，即使设备外壳与大地接触不良而产生电火花，但由于接地装置的分流作用，可以使电火花能量大大减小，从而避免了引爆瓦斯、煤尘的危险[4]。

3.5 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。

四、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。

【参考文献】

[1]刘明东。 煤矿井下分区供电关键技术研究及应用[J]。 山西煤炭，2013，（7）。

[2]卫小兵。 煤矿井下高压供电系统继电保护配置分析[J]。 科技与企业，2013，（13）。

[3]刘士光。 煤矿井下高压供电系统过电压的分析与预防[J]。 科技创新导报，2013，（19）。

[4]王树君。 煤矿井下供电可靠性探讨[J]。 中国产业，2013，（4）。