矿井供电系统继电保护配置及整定计算规范

1、矿井供电系统继电保护配置与整定计算规范1 范围 本标准规定了矿井供电系统的线路、 变压器、 电动机的继电保护配置及定值 整定计算的原则、方法和具体要求。本标准适用于矿井供电系统的线路、变压器、电动机的继电保护运行整定。 本标准以微机型继电保护装置为主要对象，对于非微机型装置可参照执行。2 规范性引用文件及参考文献2.1 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。 煤矿安全规程 国家安全生产监督管理总局 国家煤矿安全监察局2011年版矿山电力设计规范 GB50070-2009 中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督检疫总局煤矿井下供配电设计规范 GB

2、50417-2007 中华人民共和国建设部 煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则 原煤炭部 煤生字 1998 第 237 号继电保护及安全自动装置技术规程 GB/T 14285 2006 中华人民 共和国国家标准化委员会3-110kv 电网继电保护装置运行整定规程DL/T 584 2007 中华人民共和国国家发展和改革委员会2.2 参考文献 煤矿电工手册第二分册：矿井供电（上） （下） 1999年2月第 1版3. 术语与定义3.1 进线开关：指变电所进线开关。3.2 出线开关：指变电所馈出干线开关。3.3 负荷开关：指直接控制电动机、变压器的高压开关。3.4 母联开关：指变电所高压母线分段开

3、关。3.5 配合 电力系统中的保护互相之间应进行配合。 根据配合的实际情况， 通常可将之 分为完全配合、不完全配合、完全不配合三类。完全配合：指需要配合的两保护在保护范围和动作时间上均能配合， 即满足 选择性要求。不完全配合： 指需要配合的两保护在动作时间上能配合， 但保护范围无法配 合的情况。完全不配合： 指需要配合的两保护在保护范围和动作时间上均不能配合， 即 无法满足选择性要求。3.6 时间级差根据保护装置性能指标， 并考虑断路器动作时间和故障熄弧时间， 能确保保 护配合关系的最小时间。4 总则4.1 本标准是矿井供电系统继电保护配置及定值整定计算过程中应遵守的基本 原则。4.2 各级电

4、网之间继电保护的运行整定，应以保证电网全局的安全稳定运行为 根本目标。 电网继电保护的整定应满足速动性、 选择性和灵敏性要求。 如果由于 电网运行方式、装置性能等原因，不能兼顾速动性、选择性或灵敏性要求时，应 在整定时合理地进行取舍，优先考虑灵敏性，并执行如下原则：a. 矿井电网服从矿区电网；b. 下一级电网服从上一级电网；c. 局部问题酌情消化；d. 尽可能照顾下一级电网的需要；e. 保证重要负荷供电。4.3 上、下级继电保护之间的整定，一般应遵循逐级配合的原则，满足选择性 的要求，即当下一级线路或元件故障时， 故障线路或元件的继电保护整定值必须 在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的继

5、电保护整定值相互配合， 以保 证电网发生故障时有选择性地切除故障。 对不同原理的保护之间的整定配合， 原 则上应满足动作时间上的逐级配合。 在不能兼顾速动性、 选择性或灵敏性要求时， 可以采用时间配合保护范围不配合的不完全配合方式。4.4 电流速断保护应校核被保护线路出口短路的灵敏系数，在常见运行大方式 下，三相短路的灵敏系数不小于 1 时即可投运。4.5 当速断保护灵敏系数不能满足要求， 且过电流保护的动作时限不大于 0.5 0.7s，可不设瞬时电流速断保护。4.6 各变电所出线开关定时限过流保护动作时限设置，与上下级变电所出线开 关定时限过流保护动作时限配合， 视供电线路级数多少， 优先考

6、虑阶梯配置。 时限的配置应保证地面变电所进线开关过电流保护时限不超过0.7s 。若按逐级配合的原则使地面变电所进线开关过电流保护时限超过 0.7s ，则可采取下列措施：1）将某些不重要的中间变电所按 T 接变电所或不配合点处理（即进出线开 关设为同一时限）。02）将同级干线两端开关过流保护动作时限设为同一时间。3）井下各变电所进线开关不设保护，以减少配合级数，缩短地面变电所进 线开关过电流保护动作时间。4.7 定时限过电流保护定值必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工 作成组的电气设备能够起动。4.8 除电动机、变压器过负荷保护采用反时限保护方式外，干线保护均不宜采 用此方式。4.9 上

7、下级线路过电流保护及接地保护，动作时间配合级差取 0.23s 。4.10 必须用最小两相短路电流校验定时限过电流保护装置的灵敏度。 作为主保 护，取本级线路末端最小两相短路电流，要求灵敏系数 KL1.5；作为远后备保 护时，取相邻下级线路末端最小两相短路电流，要求 KL1.2。4.11 矿井地面变电所上级供电线路，其速断保护范围不应越过地面变电所高压 母线；其过电流保护延时应不小于 1s。4.12 高压供电线路短路后备保护采用远后备方式。4.13 出线开关保护应随矿井供电系统运行方式的不同设置多套可切换的定 值。4.14 必须用配电网路的最大三相短路电流校验开关设备过电流保护电流互感 器误差不

8、大于 10%。4.15 电缆线路所装设过负荷保护宜带时限动作于信号 。4.16 井下向多处供电的单电源终端线路采用经高压配电装置 T 接的方式接入 的供电变压器高压开关保护的整定计算，仿照变电所负荷开关整定。4.17 地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上， 必须装设有选择性的单相 接地保护装置； 供移动变电站的高压馈电线上， 必须装设有选择性的动作于跳闸 的单相接地保护装置。4.18 地面变电所各馈线接地保护动作于信号。4.19 井下变电所高压馈出线的单相接地保护装置应作用于信号； 当单相接地故 障危及人身、 设备及供配电系统安全时， 保护装置应动作于跳闸， 动作时间配合 按阶梯整定，时限

9、级差 0.23s 。4.20 井下各高压电机及动力变压器接地保护动作于瞬时跳闸。4.21 与保护配套的零序电流互感器， 其伏安特性和角误差应满足接地保护装置的要求。5 继电保护对矿井供电系统结构的要求 合理的电网结构是矿井供电系统安全稳定运行的基础， 继电保护装置能否发 挥积极作用， 与电网结构是否合理有密切关系， 必须把它们作为一个有机整体统 筹考虑，全面安排。下列问题应综合考虑：a. 矿井电源应采用分列运行方式。b. 井下中央变电所高压母线接线及运行方式， 宜与相对应的地面变电所母线 接线及运行方式相适应。 高压母线应采用单母线分段接线方式， 并应设置 分段联络开关， 正常情况下分列运行，

10、 且高压母线分段数应与下井电缆回 路数相协调。c. 由井下中央变电所向采区供电的单回电缆供电线路上串接的采区变电所 数不宜超过 2 个（即矿井供电级数不超过三级） 。d. 由采区变电所向移动变电站供电的单回电缆供电线路， 宜采用经高压配电 装置 T 接的方式接入移动变电站， T接的移动变电站数不宜超过 3 个。不 同工作面的移动变电站不应共用电源电缆。e. 尽量避免多级短线路分段串联供电的接线方式。6 继电保护的配置6.1 矿井 3-10kV 供电干线保护6.1.1 矿井 3-10kV 供电干线各开关均设防止相间短路的保护、过负荷保护及防 止单相接地的高压接地保护。6.1.2 相间短路设两段式

11、电流保护， 第一段瞬时速断电流保护 （或电流电压联锁 速断保护） 作为本线路辅助保护， 第二段定时限的过电流保护作为本线路相间短 路的主保护及相邻下级线路的远后备保护。具体配置如下：a. 地面变电所进线开关设定时限过流保护作为母线的主保护； 设电流电压联 锁时限速断作为主保护的辅助保护， 动作时限与入井电缆出线电流电压联 锁速断保护配合。b. 地面变电所入井电缆出线开关设定时限过流作为本线路的主保护及相邻 下级线路的远后备保护，设电流电压联锁速断作为辅助保护。c. 井下各级变电所进线开关均设定时限过流保护作为母线的主保护。 井下各 级变电所出线开关， 设定时限过流保护作为本线路的主保护及相邻下

12、级线 路的远后备保护，设瞬时电流速断作为辅助保护。6.2 井下动力变压器保护 应设速断、过电流、过负荷、接地和低电压保护；过电流保护兼作低压侧出 线短路的远后备，动作时限与低压侧过流保护一致，按不配合点处理。6.3 高压电动机保护 应设速断、过负荷、接地和欠压释放保护。6.4 井下低压供电系统保护6.4.1 井下由采区变电所、 移动变电站或配电点引出的低压总馈电开关上， 装设 短路、过负荷和带延时的附加直流电源式检漏保护装置； 分开关上设短路、 过负 荷、零序功率方向型选择性漏电保护装置。6.4.2 低压电动机磁力启动器应设短路、 过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置。7 继电保护整定计算7.1

13、 地面变电所进线开关7.1.1定时限过电流保护电流一次整定值按以下两项计算取较大者：(1)按躲启动电流整定：有高压电机时Idz KK (Iq. m ax Kx 1 IeD Kx 2IeB )无高压电机时Idz K K (KbI q. m a x K2 IeB )1)2)3)4)Idz 定时限过流整定一次电流值，A；2)按躲自启动电流整定：IdzK K K zqI js二次整定值：Idzj Kf nl式中：A；Idzj 定时限过流整定二次电流值，KK 可靠系数，取 1.2 。同时起动时)高压电动机的额定起动I q.max 起动电流最大的一台或几台 电流，A；Kb 变压器的变压比；Kx1，Kx2需

14、用系数， 0.5-1；IeD 其余高压电动机的额定电流之和， A ；IeB 变压器高压侧额定电流之和， A；Kzq 电动机自起动系数，由试验或实际运行经验确定，可取为1.53 ；Ijs 线路计算电流，一般用长时最大工作电流 Igm 来代替 ；Kf 返回系数，电子式继电器取 0.850.9，数字式继电器可取 0.90.95 nl 电流互感器的变流比。灵敏度校验：Id.2minKL I d.min（5）I dz式中：I d.min 被保护线路末端最小两相短路电流；Idz 保护装置的整定电流一次值；KL 保护装置的灵敏度， 对于主保护， I d.min 取本级线路末端最小两相短路 电流，要求 KL1

15、.5；作为远后备保护时， I d2.min 取相邻下级线路末端 最小两相短路电流，要求 KL1.2；对进线开关仅校远后备灵敏度。 动作时限与上下级出线开关配合，按阶梯整定。7.1.2电流电压联锁时限速断保护 电流元件、电压元件均作为测量元件，以正常运行方式作为整定方式(3)6）Up3 (Zx t Z xl/K nk) l二次整定值：2）电压定值：（ 1）电流定值： 按正常运行方式下馈出干线在 Zxl / Kk 处的三相短路电流整定。按正常运行方式下， 定。二次整定值：馈出干线在 Zxl / K k处三相短路时保护安装处的残压整100ZxlU xlUdzj Z Z / Kxt .minxl k（

16、 7）nl式中 ：I dzj 电流定值， A ；Id 正常运行方式下馈出干线在 Zxl /Kk 处的三相短路电流， A；Up 线电压平均值， V；Udzj 电压定值， V；Kk 可靠系数，取 2；Zxt 系统正常运行方式下，保护背后电源至保护安装处母线短路阻抗，以 标幺值或有名值表示；Zxl 线路阻抗， ；(3)动作时限与母线馈出支线速断配合，7.2 地面变电所入井电缆出线开关7.2.1 定时限过电流保护定值计算同 7.1.17.2.2 电流电压联锁速断保护定值计算同 7.1.27.2.3 电缆过负荷保护KI二次整定值 ：Idz j KKI g(8)nl式中：Ig 入井电缆干线正常工作电流，

17、A。KK 可靠系数，取 1.05保护动作于信号，动作时限：取 10s。7.3 井下各级变电所进线开关设定时限过流保护。定值计算同 7.1.1。7.4 井下各级变电所出线开关7.4.1瞬时速断保护按躲过被保护线路末端的最大三相短路电流 I d32.max 来整定：二次整定值：I dzj9）式中：I d32 max 被保护线路末端母线的最大三相短路电流；KK 可靠系数，一般取 1.2 1.3 保护范围判断：10)则设，否则不设。式中：Id13max 被保护线路首端母线的最大三相短路电流；7.4.2 定时限过电流保护定值计算同 7.1.1。时限按阶梯整定。7.5 地面变电所配电变压器7.5.1 速断

18、保护 一次整定值按以下原则计算取两者其中较大者。（1）按躲过变压器负荷侧短路时流过保护的最大短路电流整定，IdzKkI(3) d2max式中：I d32.max 变压器负荷侧最大三相短路电流；KK可靠系数，一般取 1.3-1.4；Kb 变压器变比2）按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定。I dz (4 5)I eB式中：IeB 变压器高压侧额定电流， A。 二次整定值：I dzjdzK f nl灵敏系数校验：按变压器高压侧最小两相短路电流校验即（11）12)(13)Kl Id1min 2 l I dz14)7.5.2过电流保护整定计算：按躲过负荷自启动的最大工作电流整定一次整定值：IdzKkK

19、 zqIeB15)式中：KK 可靠系数， 1.2。Kzq电动机自起动系数，由试验或实际运行经验确定，可取为1.53 ；二次整定值：dzdzjK fnl（16） 灵敏系数校验：KId(2m) inKll KbIdz（17）作为近后备保护，取变压器二次侧为校验点， Kl 1.5 ，远后备保护， Kl 1.2.动作时限比相邻元件保护的最大时限大 0.23s 7.5.3 过负荷保护二次整定值：IdzjKkK f nleB18)式中：Kk 可靠系数，取 1.05 时限按躲电机启动时间整定，取 15-20s7.6 井下动力变压器7.6.1 速断保护速断电流一次整定值：1）按躲过变压器负荷侧短路时流过保护的

20、最大短路电流整定，即dzKk I d 2max19)式中 ：I d32.max 变压器负荷侧短路时流过保护的最大三相短路电流； KK可靠系数，一般取 1.3-1.4；（2）按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定。 一次整定值：20)I dz （4 5）I eB 式中：IeB 变压器高压侧额定电流， A。 取两者其中较大者。二次整定值：I dzjIdzK f nl(21)灵敏系数校验：按变压器高压侧最小两相短路电流校验(2)Kld1min22)dz7.6.2 过电流保护 按躲过负荷的最大工作电流整定。一次整定值：KIdz k （Iq.max K x Ie）（23）Kb或 Idz Kk （Iq.ma

21、x K b K xI eB ）二次整定值：I dz j I dz（ 24）nl式中：Idz 高压配电箱过电流保护一次整定值， A；Idzj 高压配电箱过电流保护二次整定值， AI q.max 起动电流最大的一台或几台（同时起动时）电动机的额定起动电流， A；Kk 可靠系数，取 1.2-1.4；Kx 需用系数，取 0.5-1；Ie 其余电动机的额定电流之和， A ；Kb 变压器的变压比；nl 电流互感器的变流比； 灵敏度校验：1）对于 Y/Y 接线的变压器，灵敏度按下式校验Kld.minKbIdz1.525)式中：Kl 灵敏度系数；I d min （ 2） 变压器低压侧母线上的最小两相短路电流，

22、 A；2）对于 Y/ 接线的变压器，灵敏度应按下式校验Id.min（2）Kld.min 1.5（26）3KbIdz动作时限与变压器速断保护配合。7.6.3 过负荷保护二次整定值：dzjKf nlI eB(27)动作时限 15-20s 7.7 高压电动机7.7.1 速断保护 二次整定值：Idzj KK Iqe（28）nl式中：Iqe =( 5 6) IeD ；Idzj 过电流继电器的动作电流整定值， A；Iqe 电动机的额定起动电流， A；对于鼠笼型电动机，IeD 电动机的额定电流， A ；nl 电流互感器的变流比；K K 可靠系数 ,取1.2 1.4。灵敏度校验：Id.min（2）Ks d.m

23、in 2（29）nl Idzj式中：Id.min 电动机端子上的最小两相短路电流， A。7.7.2 过负荷保护 电动机的过负荷保护按躲过电动机的额定电流整定。 二次整定值：dz.jKkIeDK f nl式中：Kk 可靠系数。当保护动作于信号时，（30）Kk取 1.05；当保护动作于跳闸时，Kk 取 1.2。过负荷保护时限定值： 一般取 15-20s。7.7.3低电压保护 对电动机的低电压保护应按下列原则整定：（ 1） 当电压短时降低或短时中断又恢复时，为保证重要电机自启动而需 要切除的次要电机，其低电压保护动作电压按 60%-70%额定电压整定，动作时 间按 0-0.5 秒整定。（ 2） 当电

24、压短时降低或短时中断后，根据生产情况不允许或不需要自启 动的电机，其低电压保护动作电压按 40%-50%额定电压整定， 动作时间按 0.5-1.5 秒整定。（ 3） 对允许自启动，但为保证人身和设备安全，当电压长时间消失后亦 须从电力系统自动切除的电机，其低电压保护动作电压按40%-50%额定电压整定，动作时间按 5-10 秒整定。低电压保护整定值选择表负荷类别动作电压 /V动作时间 /S备注次要电机60-700-0.5不允许或不需要自启动的电机40-500.5-1.5保安负荷40-505-10主通风机等7.8 6kV 电网接地保护（1）定值整定一次零序电流： 0.5A I0 6A 二次零序电

25、压： 3V U 0 25V 具体整定可参照下表进行。6kV 电网接地保护定值选择表电网对地电容（ F）12345678910单相接地电流一次值（ A ）3.266.529.781316.319.522.82629.332.6起动电流一次值 I 0（A）0.50.50.50.50.60.70.80.911起动电压二次值 U0（V ）157543333332）接地保护动作类型1）地面变电所各馈线接地保护动作于信号。2）井下各变电所干线接地保护动作于跳闸，动作时间配合按阶梯整定，时 限级差 0.23s。3）井下各高压电机及动力变压器接地保护动作于瞬时跳闸。7.9 低压电网继电保护7.9.1 过电流保

26、护（1）低压干线延时过电流保护Idz I q.max Kx I e（31）式中：Idz 过流保护电流整定值， A；I q.max 容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的 工作机械，若其总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时， I Qe 则为这几台同时起动的电动机的额定电流之和， AK x 需用系数， 0.5-1；Ie 其余电动机的额定电流之和， A； 动作时限与变压器速断保护配合。（2）低压支线速断保护I dz Iq.32)灵敏度校验：KlId.min(2)1.533)dz式中：Id.min（2） 被保护干线或支线距变压器最远点的最小两相短路电流， A（3）低压支线过载

27、保护 过载保护按实际负荷的电流近似值进行整定：dzIe.34)7.9.2 井下低压开关漏电保护（ 1） 井下低压总馈电开关上，装设带延时的附加直流电源式检漏保护装 置。（ 2） 分开关上设零序功率方向型选择性漏电保护装置。（ 3） 漏电保护和漏电闭锁保护的电阻整定值按下表整定：漏电保护和漏电闭锁保护的电阻整定值选择表额定电压 /V单相漏电动作电阻 整定值 /k单相漏电闭锁动作电阻 整定值 /k1271.533803.57660112211402040附录 1：短路电流计算一、 标幺值法1、基准值选择功率、电压、电流、电抗的基准值分别为 Sd、Ud、Id、 X d ,其单位分别为 MVA 、 k

28、V 、 kA 、：其对应关系为：Xd3IdSd3U d I dId Sd / 3U d为了便于计算，基准容量 Sd 通常选为 100MVA由基准值确定的标幺值分别如下：SdSSdSdXd2、元件的标幺值计算（1）变压器的电抗标幺值由于变压器绕组电阻比电抗小得多，高压短路计算时忽略变压器的绕组电 阻，以变压器的阻抗电压百分数（ us% ）作为变压器的额定电抗，故变压器的电抗标幺值为：XTdus% SdSNTSNT 变压器的额定容量， MVA2）线路电阻、电抗值XL*X0LSd其中：L线路长度kmX0架空线路或电缆每公里电抗.电阻/km（6kV电缆取 0.08 /k，m架空线路取 0.4 /km）

29、3）电抗器的电抗标幺值其中：xk% 电抗器的额定百分电抗U NL 电抗器额定电压， kVI NL 电抗器的额定电流， AXLdxk %I dU NLI NLUd输电线路的电抗标幺值4)xld X0l Ud25)短路电流三相短路电流：Ik(3)Id两相短路电流：Ik(2)0.866I k( 3)6)短路容量SdSKX其中： X0 输电线路单位长度电抗值， /km有名值法选择短路保护装置的整定电流时，需计算两相短路电流值，可按公式(1)计算：Id(2)UN1)2 ( R)2 ( X)2R R1 / Kb2 Rb R2X Xx X1/ Kb2 Xb X2(2)式中 I d 两相短路电流，A；RX短路回路内一相电阻、电抗值的总和，;Xx 根据三相短路容量计算的系统电抗值，；R1、X1高压电缆的电阻、电抗值，；Kb 矿用变压器的变压比，若一次电压为10000V，二次电压为 400V、690V、 1200V时，则变比依次为25、14.5、8.3；当一次电压为3000V，二次电 压为 400V时，变压比为7.5；Rb 、Xb 矿用变压器的电阻、电抗值，；R2 、X2 低压电缆的电阻、电抗值，；UN 变压器二次侧的额定电压，对于380V网路，U N 以400V计算；对于6