（电气工程专业论文）煤矿供电继保系统优化改进的研究.pdf

山东大学工程硕士学位论文 摘要 本文分析了目前煤矿供电保护中存在的一些问题，对解决问题的各种办 法进行了探讨，并指出了低压配网保护中各段线路保护的优化改进措施，结合典 型系统模型给出了改进后的计算结果，现场实际应用效果良好。 继电保护作为电力安全生产体系中的重要环节，对确保电力系统的安全、稳 定、可靠和经济运行有着重要的作用。继电保护装置动作的性能，不仅与其所采 用的原理、设计等密切相关，而且也与其配置和整定密切相关。配电网络处于电 力系统的末端，是电能输送的最后一个环节，直接承担着对用户的供电，其安全 运行水平直接影响对用户的供电质量。因此根据实际电网的结构、参数和需求， 对配电网的继电保护进行优化，改善配电网保护的整定原则和配置，在理论上和 实际上都具有重要的意义。 随着电网结构的日趋复杂，继电保护整定计算的技术难度和工作量越来越 大。以往主要依靠人工并辅以专用计算工具进行整定计算的方式，由于计算量大， 计算时间长，计算精度低，已经无法满足生产需要。随着计算机技术的发展及其 在科研、生产领域的普及，利用计算机软件进行继电保护整定计算已经成为一种 趋势。研究开发一个实用的配电系统继电保护整定计算软件是提高配电系统继电 保护运行管理水平，提高劳动生产率的有效手段。 本文首先分析了低压配网保护的重要性，以兖矿集团兴隆庄煤矿供电系统为 例，参考由p s a s p 对系统建模计算得到的短路电流数据，针对现有继电保护的 不足，提出了优化整定方案。结合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。结 合典型系统模型给出了改进后的计算结果，从选择性、速断性、可靠性和灵敏性 四个方面分析评价了优化方案的合理性和优越性。 其次，本文简要介绍了南瑞继保电气有限公司r c s 一9 0 0 0 型分布式变电站综 合自动化系统的组成及功能。 最后，本文论述了改变现有保护原理的可行性，对电压保护、距离保护、速 切保护在本系统中应用的可行性进行了对比分析。 关键词：低压配电网、故障分析、速断保护、保护整定值 山东大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t r e l a yp r o t e c t i o ni st h ek e yp a r ta n dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep o w e rs y s t e m s a f e t yp r o d u c t i o n t h ef o u rc h a r a c t e r i s t i c so fr e l a yp r o t e c t i o n ：r e l i a b i l i t y , s e l e c t i v i t y , s p e e da n ds e n s i t i v i t y , i nac e r t a i nd e g r e el i e0 1 1t h er e l i a b i l i t yo fp r o t e c t i o ne q u i p m e n t i t s e l fa n dt h er a t i o n a l i t yo fp r o t e c t i o ns e t t i n g t h ed i s t r i b u t i o ns y s t e m ，w h i c hl o c a t e s i nt h ee n do f p o w e rs y s t e m ，i st h el a s tp a r to fp o w e re n e r g yt r a n s m i s s i o ns y s t e m ，a n d s u p p l i e se l e c t r i ce n e r g yt ou s e r sd i r e c t l y t h eo p e r a t i o no fd i s t r i b u t i o ns y s t e mh a s d i r e c ti n f l u e n c eo nt h eq u a l i f i c a t i o no fu s e r s e l e c t r i ce n e r g y i ti st h er e l i a b i l i t yo f d i s t r i b u t i o nn e t w o r kt h a ti n f l u e n c e su s e r sg r e a t l y a b o v ea l l ，i tw i l lb r i n gi ni m p o r t a n t e f f e c tt oo p t i m i z et h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n gs c h e m ea n d c o n f i g u r a t i o n a l o n gw i t ht h ei n c e s s a n te m e r g e n c eo fn e wt e c h n o l o g i e s ，t h es e t t i n gc a l c u l a t i o n o fr e l a yp r o t e c t i o nh a sb e c o m em o r ea n dm o r ed i f f i c u l t t h ef o r m e rh a n d - b a s e dw i t h s p e c i a lc o u n ti n s t r u m e n ts e t t i n gc a l c u l a t i o nt y p eh a sm a n yl i m i t a t i o n s ，s u c ha st h e l a r g eq u a n t i t y , t i m el a s t i n g ，l o wp r e c i s i o no fc a l c u l a t i o n , a sar e s u l t ，t h ee f f i c i e n c yi s v e r yl o wa n d c a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t o fp r o d u c t i o n a l o n gw i t l lt h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n di t sg e n e r a l i z a t i o ni nt h ef i e l d so fr e s e a r c ha n d m a n u f a c t u r e ，i th a sb e c o m eat r e n dt of i n i s ht h er e l a yp r o t e c t i o ns e t t i n gc a l c u l a t i o n w i t hs o f t w a r e t h er e s e a r c ha n de x p l o i t a t i o no fap r a c t i c a lp o w e rs y s t e md i s t r i b u t i o n n e t w o r ks e t t i n gs o f t w a r ew i l lb ea ne f f e c t i v ew a yt ob o o s tt h eo p e r a t i o na n d m a n a g e m e n to fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kr e l a yp r o t e c t i o n , a sw e l l a st oa d v a n c et h e p r o d u c t i v i t y i nt h ef i r s tp l a c e ，t h i sp a p e rb r i e f l ya n a l y z e st h ei m p o r t a n c eo fl o wv o l t a g e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t a k et h es u p p l ys y s t e mo fy a n z h o ux i n g l o n g z h u a n gf o r e x a m p l e ，t a k ei n t oc o n s i d e r a t i o no ft h es h o r tc u r r e n td a t ac a l c u l a t e db yp s a s pa n d t h es h o r t a g eo fc u r r e n tp r o t e c t i o np r i n c i p l e ，a no p t i m i z e ds c h e m e di sg i v e n t a k ei n t o c o n s i d e r a t i o no ft h ep a r t i c u l a r i t yo fm i n es u p p l ys y s t e m ，t h eo p t i m i z a t i o nw a sm a d et o e v e r yp r o t e c t i o nt y p e 4 山东大学工程硕士学位论文 t h eo p t i m i z e ds c h e m ec a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fp o w e rs u p p l ys y s t e m ， m i n i m i z et h ef a u l tn u m b e r t h ea n a l y s i sw a sm a d eb a s e do nt h ef o u rc h a r a c t e r i s t i c so f t h ep o w e rs y s t e mp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t t h e n ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ep o s s i b i l i t yo fi n t r o d u c i n gs o m eo t h e rt y p e so f p r o t e c t i o ns c h e m et od i s t r i b u t i o ns y s t e m s s u c ha s l o w - v o l t a g ep r o t e c t i o ns c h e m e ， q u i c k - t r i pp r o t e c t i o ns c h e m e k e y w o r d s ：s e t t i n gc a l c u l a t i o n , d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，l i n ep r o t e c t i o n , t r a n s f o r m e r p r o t e c t i o n 5 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：。! 蔓l 涛 e l 期：蔓竺墨：z ：皇鸯 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名：f 当遗导师签名： 山东大学工程硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 煤矿供电系统是整个煤矿生产的动力来源，而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。 过电流是煤矿井下高压电网的常见故障形式之一，它直接影响着煤矿井下供 电的安全性、可靠性和连续性。井下三级高压线路距离都较短，传统的过流保护 方法，因各段短路电流幅值相差较小，时限设定受上级供电部门继电保护时限的 约束，故不能构成有效的纵向选择性过流保护系统，发生短路故障常导致越级跳 闸，有的矿井甚至越过多级，易引起井下大面积停电，严重时引起井下瓦斯急剧 增加，威胁矿井和人身的安全。 低压电网短路状态是煤矿井下最严重的故障形式之一。短路时系统的阻抗大 幅度减小，而电流则大幅度增加，通常短路电流可达正常工作电流时的几十倍甚 至几百倍。这样大的短路电流将会损坏电器设备，威胁井下安全生产，造成经济 严重的损失。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 电保护装置时，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。 1 1 2 意义 继电保护作为电网安全生产体系中的重要环节，在电力安全生产中起着重要 的作用，是电网安全稳定运行的第一道防线，担负着保卫电网和设备安全的重要 6 山东大学工程硕士学位论文 职责。继电保护的任何不正确动作都将造成或扩大事故，国内外电力系统中发生 的大面积停电事故大多和继电保护的不正确动作有关。继电保护快速性、灵敏性、 选择性、可靠性的体现在很大程度上取决于保护装置本身的可靠性及保护整定值 设置的合理性。 随着我国电网电压等级的升高，高压、超高压甚至特高压电网的保护配置和 安全运行已成为人们关注的焦点，人们往往忽视了对低压配电系统继电保护的研 究。然而，配电网是电力系统中同电力用户的关系最密切、最直接的部分，与人 们的生活、生产息息相关：配电网中的煤矿、钢铁、石油【和冶金等重要行业是 我国国民经济的支柱产业，随着我国经济的高速发展，对煤炭、钢铁、石油的需 求也日益增长，从而对这些企业的供电系统及用电设备的保护和管理提出了更高 的要求。 1 2 本课题的主要工作 本课题的主要工作分为三大部分：煤矿6 k v 1 0 k v 供电系统的保护配置现状 调查分析、煤矿中低压配电系统中继保装置的优化及配电系统中现用继电保护整 定软件的功能介绍。保护的优化又分为三大部分：整定原则的优化、电压保护、 纵联保护的应用及保护配置的改变。这三种优化方式都可以使中低压配电系统的 继电保护性能得到改善，解决现存越级跳闸等问题。 本文第二章分析了煤矿供电系统的现存问题，以及应配置的继电保护装置。 第三章分析了低压配网保护的重要性，针对煤矿供电系统现有继电保护的不足， 以现有装置为基础，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 保护的整定规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，结合兖矿集团兴 隆庄煤矿典型系统模型给出了改进后各段的计算结果，并与改进前的数据进行对 比，从对继电保护要求的选择性、速断性、可靠性和灵敏性四个方面分析了该原 则的优越性。第四章简单介绍了南瑞r c s 9 0 0 0 型分布式变电站综合自动化系统 的组成及功能等。本文第五章结合配电网中现有保护存在的问题，指出了电压保 护、纵联保护在配电网中应用的可行性。 7 山东大学工程硕士学位论文 第二章煤矿供电系统现存问题分析 2 1 煤矿供电系统概述 在我国工矿企业中，6 k v l o k v 供电系统的应用非常广泛。随着我国国民经 济的高速发展，各类工矿企业对电能的需求越来越多，与此同时也促使了各类工 矿企业对6 k w l o k v 供电系统及用电设备的保护和管理提出了更高的要求。现有 的6 k v 1 0 k v 电压等级供电系统要达到安全可靠高质量地供电，就要对供电系统 和设备的运行状况实行保护和监控，继电保护和自动装置就是保护和监控供电系 统安全运行的重要设备。它们可以按照预定的要求迅速而有选择性地动作，并在 发生故障时及时报警，迅速、准确地切除故障设备，避免事故扩大和引发其他事 故，确保工业生产的安全。 6 k v 1 0 k v 供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行， 不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要 全面地理解和执行各地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规 范。6 k v 1 0 k v 系统中包含着一次系统和二次系统，由于一次系统比较简单、直 观，在考虑和设置上较为容易；而二次系统相对较为复杂，并且二次系统包括了 大量的继电保护装置、自动装置和二次回路。为了确保6 k v 1 0 k v 供电系统的正 常运行，必须正确的设置继电保护装置。 2 2 煤矿6 k w l o k v 系统中应配置的继电保护 按照企业6 k v 1 0 k v 供电系统的设计规范要求，在6 k v 1 0 k v 的供电线路、 配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置： ( 1 ) 6 k v l o k v 线路应配置的继电保护：6 k v 1 0 k v 线路一般均应装设过电流保 护。当过电流保护的时限不大于0 5 s 0 7 s ，且没有保护配合上的要求时，可不 装设电流速断保护；自重要的变配电所引出的线路应装设瞬时电流速断保护。当 瞬时电流速断保护不能满足选择性动作时，应装设略带时限的电流速断保护。 ( 2 ) 6 k v 1 0 k v 配电变压器应配置的继电保护 当配电变压器容量小于4 0 0 k v a 时，一般采用高压熔断器保护； 8 山东大学工程硕士学位论文 当配电变压器容量为4 0 0 6 3 0 k v a ，高压侧采用断路器时，应装设过电流 保护，而当过流保护时限大于0 5 s 时，还应装设电流速断保护；对于车间内浸 没式配电变压器还应装设瓦斯保护； 当配电变压器容量为8 0 0 k v a 及以上时，应装设过电流保护，而当过流保 护时限大于o 5 s 时，还应装设电流速断保护；对于浸没式配电变压器还应装设 气体保护；另外尚应装设温度保护。 ( 3 ) 6 k v 1 0 k v 分段母线应配置的继电保护 对于不并列运行的分段母线，应装设电流速断保护，但仅在断路器合闸的瞬 间投入，合闸后自动解除；另外应装设过电流保护。如采用的是反时限过电流保 护时，其瞬时动作部分应解除；对于负荷等级较低的配电所可不装设保护。 2 3 煤矿6 k v lo k v 系统中继保装置存在的问题 目前，一般的工业企业高压供电系统中均为6 k v 1 0 k v 系统。除早期建设的 6 k v 1 0 k v 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 6 k v 1 0 k v 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。 煤矿供电系统一般为单侧电源辐射状电网，其阶段式电流保护原则为：从电 源端至负荷端动作电流应从大至小逐级递减，动作时间亦应从长到短逐级递减； 本级电流保护的动作电流必须大于下一级线路首端的最大短路电流。 如图2 1 所示为一条简化的煤矿供电系统保护配置图。现行的整定原则为： 地面6 k v 处设两段式保护，i 段速断按保护本条线路电缆的5 0 进行整定，段 过流按躲过最大负荷电流进行整定，动作时限为0 9 s ；中央变和采区变出线处i 段按上一级速断保护的0 9 倍整定，i i 段按最大负荷电流整定；中央变进线处只 设速断保护，按上一级速断保护的0 9 倍进行整定；采区变进线处设两段式保护， i 段按上级速断的0 9 倍进行整定，i i 段按上级i i 段定值进行整定。 山东大学工程硕士学位论文 图2 1 煤矿系统现行保护配置图 采区变电所母线 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： ( 1 ) 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。 ( 2 ) 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且距离短， 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 2 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 2 s ，而下级保护的时限应比上级保护的时限少0 5 s ( 或 0 7 s ) 。由此可见，按每级间保持0 5 s 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。 ( 3 ) 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。 由于目前速断保护整定值过小，一旦出现短路故障，必然是所有速断保护同时动 作，使得继电保护没有选择性，出现越级跳闸，扩大了停电故障影响范围。 l o 黄 荷 山东大学工程硕士学位论文 ( 4 ) 瞬时速断的整定原则是先确定地面6 k v 处定值，依次向下按0 9 倍整定。 这种原则有明显的缺陷：由于整定值过小，并且逐级减小，一旦出现短路故障， 必然是所有速断保护同时动作，使得保护的选择性差，出现越级跳闸，从而扩大 停电故障的影响范围。 ( 5 ) 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。 如图2 2 所示兖矿集团兴隆庄煤矿供电系统简图，其供电系统一般为单侧电 源辐射状电网，且其线路长度( 图中线路型号后数字示出) 一般很短，井下供电 线路多为短线路。其阶段式电流保护原则为：从电源端至负荷端动作电流应从大 至小逐级递减，动作时间亦应从长到短逐级递减；本级电流保护的动作电流必须 大于下一级线路首端的最大短路电流。 兴隆庄煤矿供电系统继电保护现行的整定原则为：地面6 k v 处设两段式保 护，i 段速断按保护本条线路电缆的5 0 进行整定，段过流按躲过最大负荷电 流进行整定，动作时限为0 9 s ；中央变和采区变出线处i 段按上一级速断保护的 0 9 倍整定，段按最大负荷电流整定；中央变进线处只设速断保护，按上一级 速断保护的0 9 倍进行整定；采区变进线处设两段式保护，i 段按上级速断的0 9 倍进行整定，段按上级段定值进行整定。因此，如果采区变电所某条出线停 电，很容易越级跳闸至地面变电所。 2 4 解决方法概述 针对煤矿下井线路距离较短的问题，可在6 k v 至中央变下井线路中装设电 抗器，短路电流值从电源至负荷方向将在井上、井下有明显的差距，从而有利于 速断保护动作电流的区分。 对于其它几个问题，可通过改进线路保护每段的整定原则和各级之间时限的 配合两个方面对煤矿供电系统继电保护进行优化，以最大限度满足煤矿供电特殊 情况的要求。 山东大学工程硕士学位论文 鼍纱_ 。 塞。i + 竺! ! 竺i f 女幔f = * 幔 兴隆庄煤矿井_ 卜供电系统简图 图2 2 兴隆庄煤矿供电系统简图 山东大学工程硕士学位论文 第三章煤矿供电系统继保装置的优化改进 煤矿供电系统是整个煤矿生产的主要动力源泉，而继电保护是供电系统安全 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，并且在其出现事 故时能够迅速、准确地切除故障元件。煤矿继电保护装置应满足可靠性、选择性、 速动性和灵敏性四个基本要求，而继电保护的整定原则的优化及计算是确保“四 性”的主要手段。 3 1 整定原则的优化 3 1 1 瞬时速断保护的优化 考虑到地面6 1 ( v 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2 0 的保护范围，剩下的8 0 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。虽然由于电缆线路太短，在最小运行方式下线路末端两相短路时保护区很短， 但由于i i 段的限时速断保护灵敏度较高，并具有短延时，可以在较短时间内就切 除故障，因此不需要i 段有很高的灵敏度。 中央变电所和采区变电所的进线开关，考虑到优先保证保护的选择性，不设 瞬时速断。 整定原则：按最大运行方式下线路末端三相短路整定。 定值：，7 埘= k xx ，( 3 ) 拉懈 ( 3 1 ) 校验公式： ：去弦毕1 2 ， l j 一般厶1 i 血2 l 2 0 时符合整定要求。 山东大学工程硕士学位论文 3 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 6 k v 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，改变传统的段时限与相邻线路i 段时 限配合的整定原则，在各出线处段时限按与相邻线路出线处段时限配合的原 则进行整定；进线保护i i 段亦与相邻线路出线处段进行配合。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。 定值，口埘：丁l ( 2 ) d 2 m i n ( 3 3 ) o 、拥 式中，口耐i i 段限时速断保护一次动作电流； f 2 ) 以血最小运行方式下，d 2 点两相短路电流； 灵敏系数，取1 5 。 校验公式：， 1 5 厶一 ( 3 4 ) 厶一一最大负荷电流。 3 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厶一整定，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矗嗍来整定，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 ，应不小于1 5 。 整定原则：按躲过尖峰电流计算。 1 4 出东大学工程硕学位论文 定值，口，埘2 斑如弩 式中， ，厨埘一段定时限过流保护次侧定值； 酸可靠系数，糇据不同继电器类型取值； 如继电器接线系数； ，f 一一保护线路尖峰电流； 每返回系数。 校验公式：尝扣 1 j e t 大于1 5 符合要求。 3 1 4 整体配合的优化 ( 3 5 ) ( 3 6 ) 根据前面分析，考虑到煤矿供电系统的特点，以及并下电缆网络发生短路故 障的几率远高于地面6 k v 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，又要兼顾并上、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。 采区变电所蹴线保护保持原有两段式傺护不变，薹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；i i 段延时改为为0 2 s 。 有利予快速切除故障，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，采区交电所进线保护嚣段时限与粥线l l 段配合，动作时限整定为0 4 s 。 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 定为同时限。每段母线的进线和懑线的l l 段保护时限级差为0 2 s 。从。2 7 0 变和 十采变进线直到6 k v 出线，i i 段保护时限按阶梯时限整定，级差为0 2 s 。 在地面6 k v 出线开关上设置三段式电流傈护，定时过流时限与变压器过流保 护配合，整定为0 9 s ；本级限时速断整定为0 6 s ，动作电流应保护下井线路的全 山东大学工程硕士学位论文 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。 从地面6 k v 母线直至采区变，因全部线路均为6 k v 电缆组成，而且最大长度 应该非常短，故短路电流相差很小，所以限时速断的动作电流也相差很小，但其 纵向的选择性可以由短阶梯时限来保证。考虑到瞬时速断的选择性较差，一般只 能保护线路全长的2 5 ，各级保护以限时速断为主保护，而由本级定时过流作为 近后备保护，同时，上一级的保护均可作为本级保护的远后备保护，提高了保护 的可靠性。 前述兴隆庄煤矿供电系统配置及阻抗值如下图3 1 所示。由p s a s p 计算得到 的各条线路的最大运行方式下的三相短路及最小运行方式两相短路的短路电流 值如下表3 1 、表3 2 所示，按上述整定原则配合整定此系统的整定结果如图3 3 所示。 1 6 山东大学工程硕士学位论文 表3 - 1 增加电抗器后短路电流变化表 无电抗 器 母线襄 3 5 k v 地面6 l ( v 孛央变段 中央交i h 段 十采2 殿 采1 段 三横2 墩 三横1 段 孛央交l 段 2 7 0 交1 段 2 7 0 变2 段 侯孛上仓 供中翼四中 变 撰袭童仓 供西上仓 供一采主皮 短路电流 揍秘 7 ，5 l 1 5 0 8 1 3 1 3 2 2 8 2 7 8 。5 l 5 6 6 5 9 7 l l 。酾 l o 1 2 l l 。4 1 9 。2 6 6 7 5 1 0 9 7 l o 5 8 l o 1 2 有电抗 器 母线名 3 s k v 地面6 k v 夸突变挥段 中央变i i i 段 十采2 段 专l 凌 兰横2 段 三横1 段 孛央交l 交 2 7 0 变1 段 - 2 7 0 变2 段 供孛主仓 供中翼四中 交 供岽上仓 供西上仓 供一采主皮 短路电流 嗡 7 5 l 1 5 0 8 6 。4 3 6 0 9 5 1 3 4 。9 l 4 0 8 4 o l 6 国 5 7 5 7 5 4 7 4 6 2 5 6 5 5 2 5 4 1 出东大学王程硕士学位论文 表3 2 必隆装煤矿供电系统最大运行方式三相短路电流值 母线名 i d 3 m a x ( k a ) 地嚣6 k v 中央交段 十采2 段 巾央变i i i 段 十采1 段 三横2 段 三横1 段 中央交i 段 2 7 0 变1 段 - 2 7 0 交2 段 供中上仓 供中翼四中 变 供东上仓 供西上仓 供一采主受 3 5 k v 1 5 。o s 6 4 3 5 1 3 6 汐 4 。9 l 4 0 8 4 。o l 6 ，0 9 5 7 5 7 5 4 7 最大运行方式 斑路容量( m v a ) 1 6 4 5 6 7 0 1 9 5 6 0 2 6 6 4 1 5 3 6 2 4 4 5 7 4 3 7 l 6 6 4 l 6 2 1 6 6 2 。1 6 5 9 7 3 蓑夺遮行方式 i d 2 m i n ( k a ) 短路容量( m v a ) 1 1 8 l 5 7 6 4 7 1 5 。4 8 4 5 2 3 8 2 3 於 5 。4 8 5 1 7 5 1 7 4 9 9 1 2 8 。8 7 6 2 8 l 5 1 3 6 5 9 。7 6 4 9 3 3 4 1 7 3 4 0 9 4 5 9 7 6 5 6 3 7 5 6 + 3 7 5 4 4 3 4 。6 25 0 4 34 。2 94 6 ，8 5 6 5 5 2 5 。4 1 7 5 l 6 1 1 5 6 0 2 5 9 。9 8 4 8 1 ，4 6 5 0 9 5 0 2 4 。9 4 4 ，1 5 5 5 5 6 5 4 8 l 5 3 ，9 l 2 6 5 9 6 山东大学工程硕士学位论文 等教m 机 x m 爿o3 7 g x m i , ：j o2 0 7 7 图3 一i 兴隆装煤矿供电系统线路参数图 山东大学工程硕士学位论文 图3 2 兴降庄煤矿供电系统优化整定结果 山东大学正程硕士学位论文 3 。2 实例分析 以图3 - 2 所示q f l 一l 所在线路为例，改进后，q f l 1 和q f l 3 设为三段式保 护；q f l - 4 1 和q f l 4 2 设为两段式保护；q f l 2 ，q f l - 4 只设h 段。由p s a s p 求 得线路各短路点短路电流f 7 1 如表3 - 1 所示。各级保护的定值和动作时限详细结果 如表3 3 、表3 4 和图3 - 4 所示。 表3 3 典型线路备短路点三相和两相短路电流计算结果 最大运行方式 短路点三稆短路电流短路容量 d 1 舵 d 3 d 4 d 5 a ) 1 5 0 8 6 0 8 6 5 6 9 7 5 4 7 4 4 6 2 2 ( m v a ) 1 6 4 5 6 6 6 4 0 9 6 2 1 6 4 5 9 7 3 2 5 0 4 3 4 最小运行方式 两相短路电流短路容量 ( k a ) ( m v a ) 1 0 2 2 71 2 8 8 6 6 4 7 4 3 5 9 。7 6 3 4 4 7 4 5 6 3 6 8 4 3 2 3 7 1 5 5 4 。4 3 l 4 6 。8 3 以最大运行方式下2 雾负荷线路末端发生三相短路为例，此时短路惫流为 4 6 2 2 k a ，由图3 3 中保护定值可以看出，q f l 。4 2 1 段不动作，由于1 4 l 不设i 段，向上各级i 段定值较高，不会发生越级跳闸，保证了保护的选择性。由q f l - 4 2 i i 段经短延时o 2 s 跳阑，0 。2 s 的延时也能满足速动性的要求。 图3 3典型系统优化整定结果 2 1 荷 啼 f 巨醪 圈碟 百 产零嗽磐 匮一洲 9 一 | 十山 山东大学工程硕士学位论文 表3 4 典型线路保护定值一览表 i 段i i 段i i i 段 动 c t 变 二次动作一次二次动作 q f一次定值二次定值 作一次定值 比定值时限定值定值 时限 ( k a ) 时 ( 1 诅) ( a ) ( s ) t y 。a )( a ) ( s ) 限 1 12 0 07 3 0 83 6 5 4o3 1 6 21 5 8 l0 61 2 66 3 o 9 l - 22 0 0 2 9 81 4 9 o 6 1 3 1 2 0 6 8 3 6 5 6 9 7o 2 9 82 4 8 30 4o 7 260 6 1 - 41 2 02 4 82 0 6 70 4 l _ 4 18 06 5 6 98 2o2 8 83 60 2 l _ 4 26 05 5 4 69 2o2 4 84 20 2 3 3 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。 3 3 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6 k v 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2 0 8 0 全长的快速保护，保护的可靠 性是较高的，另外，3 5 k v 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。 由东大学工程硕士学位论文 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缴相应保护的远焉 备保护，因而保护的可靠性没有问题。 3 3 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 。6 s ，0 4 s ，0 2 s 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6 k v 出线和中央变出线设置 0 9 s ，o 6 s 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。 3 3 3 速动性分析 对于下井线路全长的蘸2 0 部分，发生最小两相短路时，可实现无时限跳阑， 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8 0 左右，对于 瞬时速断保护嚣外的短路，其短路电流小于蕾端动作毫流，对主变压器的冲击相 对较小，则由限时速断来保护。 3 3 4 灵敏性分析 从实例分析可以看出，除瞬时速断的最小保护区有时为全长的2 0 外，其余所 有的保护其范围均为全长，动作灵敏度均不小于1 5 ，故系统灵敏性完全有保证。 由东大学工程硕士学位论文 第四章煤矿6 州1o 心系统中微机继保的配置现状 4 1 配置概况 配电网中的继电保护与整个电力系统的继电保护一样，历经了电磁型、晶体 管型、集成电路型、微机型的发展过程，不同形式的保护至今还在配电系统中广 泛存在并发挥作用瀚一。微机型继电保护装置由于性能优越、运行可靠，越来越 得到用户的认可而在配电系统中大量使用。同时，由于用户对供电质量要求不断 提高和制造厂家的努力，继电保护技术在配电网中得到很大的发展，并且超越原 有的行业范围，走向多功能智能化。而传统意义上的独立的继电保护装置正在消 失。继电保护装置和设备必须遵循配电系统的发展规划和建设要求，具有合适的 环境适应能力，同时配置有必要的通讯接口，支持多种介质的通讯方式，时限运 行监视控制和数据采集，具备与调度控制中心通信的功能。 目前，在配电网特别是工矿企业电网继电保护的整定过程中，主要工作还是 由人工来完成的。继电保护整定计算时，一般先对整个电网进行分析，确定继电 保护的整定顺序以及各继电器之间的主从保护顺序，然后应用计算机进行故障 计算，按照继电保护的整定规程，在考虑了各种可能发生的故障情况下，获取保 护的整定值，同时应注意到各继电器之间的配合关系，以保证继电保护的速动性、 选择性和灵敏性的要求。随着电网的规模不断扩大，电网的结构日趋复杂，需要 耗费大量的人力、物力对整个电力网络进行分析计算，因此迫切要求能够应用计 算机来进行继电保护的整定计算与分析。 4 2r c s - 9 0 0 0 型分布式变电站综合自动化系统配置 4 2 1 基本功雏 r c s 。9 0 0 0 型分布式变电站综合自动化系统是鬻瑞继保电气有限公霹为适应 变电站综合自动化的需要，而推出的集保护、测控功能于一体的新型变电站综合 自动纯系统。适耀予高蕊、超高压等各种电压等级变电站，满足3 5 k v 一- - - 5 0 0 k v 山东大学工程硕士学位论文 各种电压等级变电站综合鲁动纯的需要。基前兴隆庄煤矿地匿变电站和并下6 k v 系统的线路保护主要采用这种装置，变压器保护主要采用9 7 8 系列。 4 2 2r c s - 9 0 0 0 系列保护装置 壁箜二鱼q ! 垒型超迤压绫堕堡塑用作2 2 0 k v 一- - 5 0 0 k v 输电线路主保护及后备保 护。保护方面主要功能有：1 ) 以纵联变化量方向和零序方向元件为主体的快速 主保护；2 ) 工频变化量距离元 譬构成的快速王段保护；3 ) 三段式褶闻和接地距 离及二个延时段零序方向过流构成的全套后备保护；4 ) 重合闸功能。单相、三 相和综合重合闸；5 ) 分相出口。 r c s - 9 0 2 a 型超高压绫路堡塑用作2 2 0 k v 5 0 0 k v 输电线路主徐护及蜃备保 护。保护方面主要功能有：1 ) 以纵联距离和零序方向元件为主体的快速主保护： 2 ) 工频变化量距离元件构成的快速i 段保护；3 )