矿井继电保护计算2

1、矿井供电继电保护培训班讲义（草案）一、总论继电保护装置与安全自动装置（简称继电保护）属于二次系 统，但是,它是电力系统的一个重要组成部分。它能反应电气 设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择性地动作 于断路器,将故障设备从系统中切除”保证无故障设备继续正 常运行，使事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最 大限度地保证向用户安全、连续供电。继电保护整走计算的基 本任务，就是要对各种继电保护给出整走值。（-）继电保护整走的前期工作：1、了解掌握电力系统情况并建立技术档案,其中包括:画 出电力系统图;了解变电所母线的接线方式；建立各种电气设 备（变压器、输配电线路、电抗器、电动机等）的

2、技术档案；了解 重要负荷的特征及要求;建立继电保护用的电流互感器技术档 案。2、了解掌握继电保护装置的原理及其技术说明书等。3、分析供电系统运行方式,因为,它是继电保护整走计算 的先决条件,主要内容有：可能出现的最大、最小方式；系统 潮流情况；线路的最大负荷电流；无功补偿工作方式及特征。（二）整定计算步骤：1) 井下供电系统继电保护整定(11画出供电系统图，并注明所带的负荷。(2 1对系统负荷进行统计,求出计算负荷。(3 1计算保护范围内最远点两相短路电流。(4 1按同一功能的保护进行整定计算,并对速断保护进行 灵敏系数校验。2) 地面高压供电系统继电保护整定(1)按照继电保护功能分类拟走短路

3、计算的运行方式，选 择短路类型,选择分支系数的计算条件。2、进行短路故障计算,选取结果。3、按同一功能的保护进行整走计算，选取出整定值并做出 定值图。4、对整定结果分析比较,重复修改，以选出最佳方案，最 后归纳出存在的问题，并提出运行要求(包括对运行方式的要 求及继电保护运行改变的要求1二.系统参数的计算在进行短路计算时,必须先了解供电系统的运行方式,即 最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最小的短 路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式， 一般根据系统最大运行方式的短路电流值来检验所选用的开关 电器的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时

4、，具有最大的短 路阻抗值，发生短路后产生的短路电流量最小一种运行方式。 一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置 的灵敏度。在继电保护整走计算中，必须考虑到可能发生的故障和不 正常的运行情况，因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的 正常工作。从电力系统的实际运行情况看,这些故障多数是由 短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认 识外，还必须对电力系统短路时参数进行计算,计算方法有标 么值法和有名值法等。由于采用标么值法计算时,把不同电压 等级中元件的阻抗，按照同一基准值进行换算，继而得出短路 回路总的等值阻，故对比较复杂高压供电系统，计算短路电流 时采用标么值计算比

5、较简单。故井上地面变电所我们通常采用采用标么值法，而井下供电系统相对简单,通常采用有名值法。在标么值的计算中，基准值是作为一个比较标准。经常使 用的有：基准容量(Sj)、基准电压(Uj)、基准电流(Ij)、基准阻抗 (Zj x这四个量中可选走两个，其他两个量即可用公式求得， 不可四个量均任意选走。标么值是指选走一个基准容量(Sj)和基准电压(Uj),将短路 计算中各个参数都转化为和该参数的基准值的比值(相当于基 准量的比值)，称为称为标么值。标么值计算中,基准条件一般选基准容量Sj-IOOMVA,基准电压Uj（电网线电压平均值）。当Sj、Uj确定后,对应的基准 电流Ij =Sj4-（ 卡 xU

6、j）;基准阻抗Zj二UjVSj。（1）电路中各种电气元件的电抗标么值计算 系统电源SjSk12式中：Xs*基准条件下的电抗标么值；Sk电源母线的短路容量 变压器SjXf=uk% ON式中：Uk%短路电压百分数（查看变压器铭牌） 电抗器XL*= Xl%IjUn ujT式中：Xl%额定百分电抗（查铭牌） 线路xr=XolSjUav2式中：Xo线路单位长度电抗值，Q/km;L线路长度,km（2）短路电流计算短路回路中各元件的标么电抗算出后，即可根据供电系统单线图做出它的等值电路图,然后计算出由电源到短路点的总U*阻抗后，同时，又可计算短路电流:Ik僅亍，由于电源电压的标1么值在取Uj = Uav时，

7、Uy 则Ik* = ,X短路电流值为：Ik= Ik*Ij短路电流（三相）二短路电流标么值X对应电压等级的基准电 流短路电流（二相）二0.877 x短路电流（三相）短路容量=短路容量标么值x基准容量例题1 :某矿区供电系统图如图1所示,电源Si、S2为无限大电源, 35kV I最大运行方式下短路阻抗0.388 z最小运行方式下短路 阻抗0.5348 ; 35kVn最大运行方式下短路阻抗0.4063 z最J 运行方式下短路阻抗0.4765 ; 1#主变容量3600KVA, Uk%=6.25 , 1#主变容量 5000KVA, Uk%=7.25e 两条电源线 路一运一备,两台变压器分列运行。求35k

8、V母线和6kV母线 最大、最小运行方式时发生三相短路时的短路参数。（建议35KV 内容可以不谈）OsiOS1siSI35kV 1Ll11. 8 km35kV母线0 -i-16kV哥线35kVHL22.85kmXi 0.388 L5348X3Q, 344835kV母线_Jb_L 73616kV母线Ml 0.40630.4765XaD 0833解：1、已知参数上级母线参数按基准容量100MVA , 35kV母线基准电压37kV z 6kV母线基准电压6.3kV2、各元件的电抗标么值电源Si、S2为无限大电源，电源标么值为零X3=xLSb/Ub2=0.4xll.8xl00/372=0.3448X4=

9、xLSb/Ub2=0.4x2.85xl00/372=0.0.0833Sb100X5=5%：P0625x 需=1.7361Sb100X6= Uk% =0.0725x- =1.453、确走3 5 kV母线短路参数和线路、变压器电抗标么值, 可知当电源S2带35kVII在最大运行方式下带线路1_2运行时是 35kV母线最大运行方式；当电源Si带35kV I在最小运行方式 下带线路Li运行时是35kV母线最小运行方式。同样可知：当电源S2带35kVII在最大运行方式下带线路1_2 和2#主变运行时是6kV母线最大运行方式；当电源*带35kV I在最小运行方式下带线路Li和1#主变运行时是6kV母线最

10、小运行方式。4、计算各运行方式下的短路回路总阻抗(1) 35kV母线最大运行方式下的短路回路总阻抗X7= X2max+ X4=0.4063+0.0833=0.4896(2 ) 35kV母线最小运行方式下的短路回路总阻抗X8= Ximin+ Xs=0.5348+03448=0.8796(3 ) 6kV母线最大运行方式下的短路回路总阻抗X9= X2max+ X4 + X6=O.4O63+O.O833 + 1.45 = 1.9396(4 ) 6kV母线最小运行方式下的短路回路总阻抗Xio= Ximin+ X3+ Xs=0.5348+0.3448+1.7361=2.61575、求各短路点的短路参数(1

11、) 3 5 kV母线最大运行方式下的短路参数X7= 0.4896=Ib/ X7=1560/0.4896=3186(A)S =Sb/ X7=100/0.4896=204(MVA)(2) 35kV母线最小运行方式下的短路参数X8= 0.8796V =Ib/ X8=1560/0.8796=1774(A)S =Sb/ X8=100/0.8796=114(MVA)(3 ) 6kV母线最大运行方式下的短路参数X9= 1.93961 =Ib/ X9=9160/1.9396=4723(A)S=Sb/ X9=100/1.9396=52(MVA)(4 ) 6kV母线最小运行方式下的短路参数Xio=2.61571

12、=lb/ X9=9160/2.6157 = 3502(A)S “ =Sb/ X9=100/2.6157 = 38(MVA)2.有名值法在某点发生短路时，如短路回路的阻抗R、X以Q表示，则 三相短路电流的有效值为UavIk(3)=w式中：Ua豆路点所在线段的平均电压，V ；R、X短路点以前的总电阻和总电抗，均已折算到短路点所在处的电压等级（对于高压供电系统,因回路中各元件的 电抗占主要成分,电阻可忽略不计X若某点发生两相短路故障,则短路电流为:Ik（2）=Uav2X则I&）Ik（3）在短路电流计算中,首先是计算短路回路中各电气元件的 阻抗。几种主要元件的阻抗计算方法如下：（1）系统电抗Xs无限大

13、电源容量系统的内部电抗分为两种情况：一种是认 为系统电抗等于零；另一种情况是电源内电抗远小于短路回路 总阻抗，如果知道电源母线上的短路容量Sk和平均电压Uav , 则系统电抗可有下式求得：%Xs=V说明：短路容量Sk不是一个定值，计算时不能使用教科书 中提供的50MVA或100KVA , 一般由供电处远动班（电话: 2914493）提供。（2 ）变压器阻抗I 12zT=uk% Rt=PgXt 二寸 Z2R2t式中：Uk%T豆路电压百分数（可在铭牌中查得）Sn变压器额走容量Pk变压器短路损耗(3 )电抗器的电抗XLUeXl= Xl%A/3Ie式中：Xl%电抗器的百分电抗值；Ue电抗器的额定电压；

14、Ie电抗器的额走电流(4)线路的电抗X|=xol式中：I导线长度,km ；xo单位长度电抗，Q/kmoRi= Ro I式中：Ro单位长度电阻Z| 二寸 X|2+R|2例题2:某矿井低压供电系统如下图2所示，井下中央变电所用6kV 电缆h向采区供电，采区变电所以660V向机组供电，线路参 数如图注。试计算K点最小二相短路电流。图2liZQ3x 50-2000 ; l2ZQ3x95-10 ; l3ZQ3x70-800 ;l4 UC3 x 35-264;TKBSG315,6/0.69kV,Pk=6070W/Uk%=4.5%解：各元件阻抗的计算井下中央变电所母线短路容量估算为50MVA（实际计算时应从

15、 供电处索取实际数据）U2aV 63Xs=-=0.7940Sk 50电缆li阻抗Xn=xoli=0.08x2=0.160Rn=roli=0.99x2 = 1.980电缆k阻抗Xi2=xoli=0.06x0.01=0.00060Rl2=roli=0.238x0.01=0.002380电缆I3阻抗Xi3= 0.06x0.8=0.0480Ris= 0.322x0.8=0.2580 电缆k阻抗Xi4= 0.06x0.264=0.01580R|3= 0.672x0.264=0.1770变压器阻抗Rt=ZT=Uk%6902= 0.0670PkU2S2e0.69=6070x(莎)2=0.02820Xt=Z2

16、t-R2t =0.0608Q总阻抗0.69XI=(Xs+Xn)( )2+Xt+Xi2+X|3+X|4=0.137Q6.30.69R=Rii ( r o 尸+Rt+R12+R13+R|4=O489Q 6.3Z产寸 R2+ X2 =0.5170G)K点短路时两项短路电流UavIk：=2ZZ =667A三、地面高压供电系统继电保护整定(-)线路保护装置的整定计算36kV线路常采用无时限速断和走时限过流两段过流保护装置。K|1.5laKj式中：Ik2minT呆护线路末端最小两相短路电流。过电流保护动作时限ts=tse+t式中:tse末端相邻保护元件整定时间，S ； t级差（相邻的上下级保护间的动作时间

17、差）,在继 电保护中，取0.5s。（二）36kV电动机保护整定计算1、电流速断保护异步电动机：应躲过启动电流，保护装置的动作电流：KkKdstIa=n1.5式中：Ik2min系统最小运行方式下，保护装置安装处两相短路 电流。2、过载保护动作电流13=-动作时限应躲过启动时间式中：Kf返回系数,为返回量与故障量的比值。（三）配电变压器保护整定1、电流速断保护应按照躲过变压器二次三相短路电流计算保护动作电流:KkKcIk3maxk2式中：Ik3maxk2变压器二次三相最大短路电流；Ki变压器变比。2、过电流保护KkKJeIa=Kf Kj式中：Ie变压器一次侧额定电流。灵敏度校验：多相短路灵敏系数中

18、，速断保护灵敏系数应大于2 ,过流 保护灵敏系数应大于1.52 ;单相短路灵敏系数应大于1.5 2。例题3 :O 500kW200kVA在例题1中的6kV母线上有开关1 ,电流互感器变比 100/5 ,带LJ-120导线1.5km ,导线末端接6kV变电所,主 要负荷有：500kW电动机两台，一运一备z Ie=63A ; 200kVA 变压器一台，带矿区地面照明，变压器负荷率70% ;请计算开 关1保护走值。LJ-120/1 5km开关1O SOOkW图3解：由例题 1 可知：6kV 母线的 Xk3max= 1.9396, Xk3min = 2.6157/Ik3max = 3502线路阻抗 X

19、L=xLSb/Ub2=0.4585x 1.5x100/6.32=1.905线路末端 Xk3max2 Xk3maxl + Xl= 3.8446； Ik3max2 = 2382；Xk3min2 = Xk3minl+XL=4.5207； Ik3max2 = 2026；变压器负荷电流200If=70%x =13.5A1.732 x6j开关1的最大计算负荷电流为Iim = 13.5 + 63=76.5A1、电流速断保护1.2x1x2382KkKcIk3max5=20= 142.92A22按15%检验最小保护范围X|1.5时限整定：t=0.5s ,上级保护过流时限为1.5s ,所以开关1过流时限为1.0s

20、o(-X井下变电所负荷统计负荷统计是我们井下高低压开关继电保护整走计算的基 础，统计正确与否直接关系着继电保护的可靠性和灵敏性。工矿企业变电所的负荷统计一般采用需用系数法计算。对 井下变电所进行负荷统计时，一般把负荷分组,先统计出各组 的计算负荷，然后把各组的负荷相加乘以同时系数即得整个的 计算负荷。1、有关负荷计算的几个参数1)需用系数需用系数Kx是用电设备组实际从电网吸收的最大负荷与该用电设备组的额走总容量的比值。即：PmaxKx=p式中：Pn一用电设备组的额定容量(1)综采工作面需用系数P maxKx=0.4+06 Pn式中：Pmax工作面最大电动机功率P NI工作面所有功率之和(2)般

21、机采工作面需用系数PmaxKx=0.286+0714Pnj井下变电所需用系数、平均功率因数表序号名称需用系数Kx平均功率因数COS(p1严面垃1-十n 79垃f-才n c n 7QT 炸面/進倆 a 恒 F=nn a n rn uA怕亚丁柞丽角炳仝畑曰、n只n aA 7Rn q n in uGn 2ndn a n 77zjpfctrtqin 才匸敕 wn /it; n crn 2 n qQ垂中 “b中in TfcNX中n qn q n qc；Qn c n 7n 71 n+ 左立+乙/木右1今士 tdtrrk 弓n a n 7n 711+今士比1：72 韦、C 7U n QRn q1 9n 7n

22、 72)同时系数在配电干线上，多个用电设备组同时工作，但是各个用电 设备组的最大负荷并非同时出现,因此在求配电干线计算负荷 时，应再计入一个系数，即同时系数(有的文献称之为同期系 数,混合系数X同时系数见下表各级变电所同时系数序号变电所名称负荷情况同时系数1采区变电所供一个工作面1.00供两个工作面0.90供三个工作面0.852各采区变电所0.800.903井下中央变电所所担负的全部负荷0.850.95注：井下主排水泵及其他大型固走设备间的同时系数，只有主排水泵时取1.00 ,有其他大型固 走设备时取0 90 0.95。2、负荷统计1)中央变电所负荷统计(1)高压总开关负荷统计目前我们矿井采用

23、的供电方式为多回路供电，分列运行, 但鉴于到当一回路停止供电时,其余回路应担负起矿井井下的 全部负荷，故在对变电所高压总开关整定时,按事故状态下最 大负荷整定。Ss=S Ksi+Pn Ks2/COS(p 式中：Ss高压开关所带总负荷的视在功率5STTF各变电所千伏母线上的视在功率之禾口PnTT下主排水泵或其他大型固定设备的计算功率 COScp井下主排水泵或其他大型固定设备的加全平均 功率因数Ksi下各变电所之间的同时系数KS2下主排水泵与其他大型固定设备间的同时系数(2)高压分开关负荷统计当高压分开关所带的负荷包括变电所时,负荷统计同总开 关负荷统计,否则按所带的负荷进行分组,然后再乘以同时系

24、 数 Ks ( 0.850.95 )。S=IP nXKxXKs/COScp2)采区变电所负荷统计采区变电所总开关一般为双回路供电，分列运行，考虑到 当一回路停止供电时，另一回路应能担负起全部负荷，故按事 故状态下最大负荷整定；分开关按所带负荷整定即可。(1) 总开关所带负荷S=IP nXKxXKs/COScp式中：Ks各工作面间的同时系数(见同时系数表)(2) 分开关所带负荷S=IPnXKx /COS(p(二I井下高压系统过流保护整定在井下高压配电开关中,由于我们公司井下统一采用的为 南京国辰电子综合保护器，其接线系数为1,所以在整定公式 中不再出现接线系数符号。1、变压器保护(1)短路保护整

25、走In.s+KxInIa1,2庶式中：la电流保护的整定值,A ；In. s启动电流最大的一台或几台（同时启动）电动机的 额走启动电流，A ；Kx需用系数Kt变压器的变比Ki电流互感器的变比灵敏度校验：曲）Kf-nl5KgTZrZla式中：Id（ 2）_变压器低压侧母线上的最小两相短路电流KgT变压器组别系数，对于Y/Y接线的变压器zKgT=l ；对于Y/接线的变压器z KgT = 3。（2 ）、过负荷保护整走由于目前我公司采用的南京国辰电子综合保护器其过负荷 保护为反时限保护，故按变压器额走电流值整定。2、高压电动机（1）、短路保护整走t 1.2 1.4 tIa 二 In. sKi式中：In

26、.s高压电动机额走启动电流，A ；对于鼠笼型电动机z In.s=（56） In ；对于绕线型电动机z In.s=（1.5-2） In ；In高压电动机的额定电流。灵敏度校验：Kr=Id232式中：Id（2）高压电动机端子上的最小两相短路电流（21过负荷整走1.2In3、高压电缆线路保护 （11短路保护1.2la IZ In- m式中：In.线路的最大工作电流（尖锋电流）,可以现场监测,也可以根据In. s+ KxIIn进行估算。灵敏度校验:Id（2）1.5式中：Id（2）保护范围末端的最小两相短路电流，A。（2 1过负荷保护1.2In式中：In线路长时工作电流，可以现场监测，也可以根KxIIn

27、 进行估算。(三L井下低压系统过流保护整定1、电动机保护(1 )单台电动机IaIn. m式中：Inm电动机的额定启动电流(2)同时启动的多台电动机式中：工In. m同时启动的几台电动机的额走启动电流之和，A (3 )不同时启动的多台电动机laIn. m +lN式中：In- m最大电动机的额定启动电流，A刀N已经运转的全部电动机的额走电流之和,A。灵敏度校验IseKs= 1.5 la式中Isc( 2)电动机端子上的最小两相短路电流，A2、配电线路(干线)保护IalN.s + PN 式中：In. s启动电流最大的一台电动机的额走起动电流，A对于数台电动机同时启动的工作机械，若其总的起 动电流大于单

28、台起动时的最大起动电流，则In. s应 为这几台同时起动的电动机的额定起动电流之和；刀n其余电动机的额定电流之和，A灵敏度校验:IseKs=-7 1.5la式中Isc（ 2）下一级保护范围末端的最小两相短路电流，A。3、变压器保护对于变压器二次侧总自动馈电开关，原则上应考虑对配出 线路的过电流保护装置起后备保护作用，其过流动作电流整走 值以及灵敏度校验可按配电线路保护进行计算。4、过负荷保护IaBe式中：Ie电动机的额定电流五.GCS2321B系列数字式高压保护测控装置我公司井下高压开关综合保护器目前广泛采用的是南京国 辰GCS2321B系列数字式高压保护测控装置，此高压综合保护 装置过流保护

29、有瞬时速断保护、定时限过流保护和过载保护三 种：1、瞬时速断保护是根据瞬时过电流定值，故障时无时限跳闸；2、定时限过流保护是根据设走的过流值、过电流时限,故 障时跳闸，可作为短路保护的后备保护,过电流时间一般设为 0.5s ;3、过载保护是对变压器、电机或其他负载在出现过载时， 施行反时限保护,反时限曲线可根据实际的负荷特性决定。六.例题4已知某炮采（急倾煤层）采区供电系统图如下图所示，3 5号开关所带的负荷均为SGB11输送机z 6号开关所带负 荷为SGB40输送机。高压开关母线上的短路容量为 1140KVA ,变压器的短路损耗Pk=6070W , Uk%=7.5% ,试 整走高压开关及低压1号、2号禾口 6号开关中过电流继电器的 动作电流值。BGP9L-6KBSG-315采区变电所供电系统图（图4）1、过电流继电器的动作电流值计算1）高压开关SGB-40输送机额走启动电流为：In.s=291AIn.s+KxVIn291+0.6x43.2Iai1.2 =1.2x =41.8AKt9.1式中：Kx需用系数,取0.6IIn = 3x14.4=43.2AKt变压器变比，取9.1高压开