煤矿供电交流.ppt

1、煤矿供电,中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所 刘建华 博士 ,中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,电气安全与智能电气研究所简介,电气安全与智能电器研究所隶属于中国矿业大学信电学院，是国家重点学科“电力电子与电力传动”下设的一个集理论研究、开发为一体的研究机构。 人员：教授1人（博导）、副教授4人（硕导）、讲师3人，博士研究生10余人，硕士研究生40余人。 研究方向：供电安全、配电自动化、无功及谐波治理、中性点接地方式及漏电保护。 获奖：国家科技进步三等奖 1项、中国煤炭工业科学技术二等奖 3项、中国煤炭工业科学技术三等奖 3项、教育部科技进步三等奖 1项。,目 录,一、煤矿

2、供电常见问题及对策 二、智能变电站-国网（数字化变电站-南网） 三、防越级跳闸系统 三、电网安全可靠性分析 四、电网防雷,3,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,目 录,一、煤矿供电常见问题及对策 二、智能变电站-国网（数字化变电站-南网） 三、防越级跳闸系统 三、电网安全可靠性分析 四、电网防雷,4,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,一、煤矿供电常见问题及对策,短路越级跳闸 漏电保护误动或据动 保护配置与整定 电能质量 电容电流治理 过电压,5,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与

3、智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因1,整定方法不合理 速断保护按躲过最大负荷电流整定，比按短路电流整定得到得值要小得多，发生短路后沿线保护均启动，跳闸取决于开关的机械特性。 解决方法 正确整定,6,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因2,短线路造成保护定值无法区分 短线路短路电流的变化平缓，始末端短路电流差值小，按躲过线路末端最大短路电流整定，一般保护灵敏度1。 电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保护，不准甩掉不用。 此时一般按同一灵敏系数法整定，造成线路在最小运行方

4、式下有保护范围，然而在最大运行方式下可能发生越级跳闸。 解决方法： 在短线路增设限流电抗器，注意端电压、井下条件限制。 改变保护原理：差动保护,7,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因2,短线路造成保护定值无法区分,8,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因3,系统的运行方式差异较大 系统运行方式差异较大，按躲过线路末端最大短路电流整定，一般保护灵敏度1。 电力系统规程建议在灵敏度小于1的情况下不适宜装设电流速断保护，但是煤炭规程规定井下必须装设速断保护，不准甩掉不用。

5、 此时一般按同一灵敏系数法整定，造成线路在最小运行方式下有保护范围，然而在最大运行方式下可能发生越级跳闸。 解决方法 电力自动化系统：随运行方式切换保护定值 改变保护原理：差动保护,9,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因3,系统的运行方式差异较大,10,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因4,短路电流过大 短路电流超出了保护装置短路电流的最大保护范围（现在井下高压综保一般为10倍），如线路末端母线的最大三相短路电流为3340A,而线路的CT的变比为200/5，也就是

6、保护的最大电流只能选取2000A。 解决方法 改变CT变比 加装限流电抗器 改变保护原理：差动保护,11,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,1、短路越级跳闸：原因5,失压保护延时难以整定导致的“越级跳闸” 大多井下保护器的失压保护动作延时不能整定，为瞬动，另外部分失压脱扣动作值不准确。馈线距离母线很近的地方发生短路故障时母线电压短时失压，该段母线上其他开关的失压保护误动作导致“越级跳闸” 。 解决方法 选择具有失压保护延时可整定或具有延时的保护装置； 改变保护原理：差动保护,12,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气

7、研究所,1、短路越级跳闸：原因6,开关据动 煤矿井下高爆开关质量参差不齐，开关动作速度差异较大，开关质量差异较大。 解决方法 保证开关质量,13,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保护误动或据动：原因1,高压漏电保护选择性原理有效性 零序过电流原理：适用于中性点不接地系统，且各出线电容电流差别不大。 零序无功方向型原理：适用于中性点不接地系统。 零序有功方向型原理：适用于中性点经并或串阻尼的消弧线圈接地。 五次谐波原理：适用于中性点各种接地形式，但灵敏度较低，不适合单条线路应用。 解决方法 根据系统中性点运行方式，选择具有正确原理的保护装置。

8、,14,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保护误动或据动：原因1-保护原理,15,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保护误动或据动：原因1-保护原理,16,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保护误动或据动：原因1-保护原理,17,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保护误动或据动：原因1-保护原理,18,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保

9、护误动或据动：原因2,高压漏电保护整定方法不合理 井下高压漏电保护同一条线路应按时限保证选择性。 零序过电流原理：在中性点不接地系统应按躲过本支路电容电流整定。 解决方法 正确整定,19,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,2、漏电保护误动或据动：原因3,接线不正确 选择性原理必须依靠电压与电流方向的判别。 电压互感器零序电压加、减极性接法不一。 误以为漏电试验动作即检验了漏电保护可靠。 解决方法 做经电阻接地或直接接地试验验证接线正确性。,20,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,3、保护配置与整定,保护配置

10、 配置原则不统一。 互感器变比选择混乱。 出线与进线保护的配置。 配置不完善。 如母线保护的配置。 保护整定 整定原则不统一。 整定计算错误。 解决方法 进行系统分析。,21,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,4、电能质量,电能质量标准 GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差 GB 12326-2000 电能质量 电压波动和闪变 GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度 GB/T 15945-1995 电能质量 电力系统频率允许偏差 GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 目前煤矿主要电能质量

11、问题 谐波 三相电压不平衡 末端电压低,22,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,4、电能质量：谐波,煤矿谐波源 调速设备：直流调速、变频调速、变频软启动 整流设备：充电器、整流器 节能设备：节能灯、开关电源等 谐波种类 特征谐波：有规律的谐波次数 k*p1 ; k = 1,2,3 . ，p为6,12,24次脉动整流。 非特征谐波：系统不平衡 、电力电子设备工作不正常产生，如2,4 . 等。 零序谐波：系统不平衡 造成，3*(2n+1) ,n = 0,1,2 例如 3,9,15,21. 等。,23,刘建华中国矿业大学信电学院电

12、气安全与智能电气研究所,4、电能质量：谐波危害,24,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,4、电能质量：谐波防治,谐波的流向 上网、下网 防治原则 谁污染谁治理，就地治理 建立设备电能治质量检测准入机制 定期测试 谐波治理技术 无源治理技术：无源调谐滤波器（调谐分组投切无功补偿设备、SVC） 有源治理技术：有源滤波器APF、具有谐波治理功能的SVG,25,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,4、电能质量,三相电压不平衡 主要是系统电源质量问题：如进线侧有铁路牵引站 治理设备：TCR-SVC，SVG 末端电压低

13、原因：超供电范围供电，供电能力不足，大设备启动 治理：就地无功补偿,26,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,5、电容电流治理,煤矿电容电流产生原因 电缆长度大 估算：所有使用电缆长度(1.21.5) 电容电流大的危害（发生单相接地后） 易造成二次故障：接地发展为短路（放炮） 易产生单相电弧接地过电压：可达2.53倍的相电压峰值 易产生铁磁谐振过电压：PT熔断器熔断或烧毁 干扰通信系统 治理措施 分区供电（分列运行、采用隔离变压器） 中性点改造为经消弧线圈接地 采用消弧消谐柜(接地分流)：容易扩大事故，治标不治本,27,刘建华

14、中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,5、电容电流治理：消弧线圈,原理：相地电感电流抵消相地电容电流 调谐方法： 预调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈预先自动调谐到合理补偿位置。一般需加装阻尼电阻，以保证中性点位移电压不大于额定相电压的15。 随调式：是指电网无接地故障情况下，消弧线圈处于欠补偿状态，在电网发生单相接地故障时，消弧线圈自动调谐到合理补偿位置。不需阻尼电阻，但接地瞬间无法达到全补偿。 调节方法： 有档调节：调节精度低，残流大，如：调匝式、调容式。 无级调节：调节精度高，残流小，如：调感式、磁控式。,28,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与

15、智能电气研究所,5、电容电流治理：消弧线圈,29,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,6、过电压,谐振过电压 PT谐振产生铁磁谐振过电压：加装一次消谐电阻、二次消谐器 消弧线圈谐振与虚幻接地：中性点加装阻尼 谐波谐振：无功补偿设备参数配置 电弧接地过电压 间歇性电弧接地故障：加装消弧线圈、提高电缆绝缘 关于过电压保护器 建议使用纯氧化锌型 有气隙的易爆炸造成事故扩大,30,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,目 录,一、煤矿供电常见问题及对策 二、智能变电站-国网（数字化变电站-南网） 三、防越级跳闸系统 三、

16、电网安全可靠性分析 四、电网防雷,31,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、智能变电站：智能电网,32,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,智能变电站是智能电网的核心。,二、智能变电站（数字化变电站）,智能变电站（数字化变电站） 智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分三层构建，即站控层、间隔层、过程层，两级网络，能够实现智能设备间信息数字化共享和互操作，可实现网络化二次功能、程序化操作、状态检修、电网故障分析隔离等功能的智能化的变电站。 智能变电站特点,33,刘建华

17中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,一次设备智能化 二次设备网络化 基础数据完备化 信息交换标准化 运行控制自动化 信息展示可视化,分析决策在线化 设备检修状态化 保护决策协同化 设备安装就地化 系统设计统一化 二次系统一体化,二、数字化变电站设计模式1,仅站控层遵循IEC 61850标准 全国约有400座此类变电站。 通常认为，这种仅站控层遵循IEC 61850标准变电站，在技术上已经相当成熟。在浙江、湖北、广东等地已经作为新建或改造变电站的基本要求（如浙江海宁500kV变电站）。 这种模式变电站仍属于常规性质的变电站设计。,34,刘建华 133826799

18、66,中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站设计模式2,站控层遵循IEC 61850标准、过程层采用GOOSE网络。 一次设备采用常规互感器，在技术上规避了电子式互感器不成熟的风险，成本也相对较低。 在华东等地区有应用（如浙江兰溪500kV变电站、浙江外陈220kV变电站）。 这种变电站属于一种过渡性的变电站设计模式。,35,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站设计模式3-全数字化,站控层遵循IEC 61850标准、过程层采用GOOSE网络。 过程层设备全部为电子式CT/PT及智能开关。 目前尚在方案试验阶段,3

19、6,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站与传统自动化变电站比较,37,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站：GOOSE网络,什么是GOOSE及特点？ GOOSE：面向对象的变电站通用事件（Generic object oriented substation event ） 是IEC61850定义用于快速和可靠传送变电站自动化系统中实时性要求高的信息事件的通信模型。 为什么需要GOOSE？ 在运行中，由于系统发生故障保护会产生：启动、跳闸、重合等动作；运行状态发生变化时出现电网结构

20、、一次设备被控制切换会产生：启动、停止、闭锁、解锁、触发、解除、状态变化等动作及信号。 以前这些快速动作命令信号基本上由继电器完成，随着信息化、数字化的技术进步发展，改由通信技术完成。,38,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站：非常规互感器,39,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站：非常规互感器优点,优良的绝缘性能，造价低。 不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。 低压侧无开路高压危险。 暂态响应范围大。 频率响应范围宽。 没有因充油而产生易燃、易爆炸等危险。 体积小、重量

21、轻，运输方便。 抗电磁干扰能力强。 由于信息载体是光，用光纤传输信号，因此具有光学敏感和光纤传输的优点，例如耐腐蚀、耐老化等。 适应了电力计量与保护数字化、微机化和自动化发展的潮流。,40,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站：罗氏线圈ECT,41,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,适用于大范围保护，精度一般不高为0.5S,二、数字化变电站：罗氏线圈ECT,罗柯夫斯基（Rogowski）线圈原理是种电磁耦合原理。与传统的电磁式电流互感器不同，它是密绕于非磁性骨架上的空心螺绕环。 优点： 罗柯夫

22、斯基线圈电流互感器消除了磁饱和现象，提高了电磁式电流互感器的动态响应范围。 由于它不与被测电路直接接触，可方便地对高压回路进行隔离测量。 缺点： 罗柯夫斯基线圈易受电磁干扰，在运行中传感线圈应严格屏蔽； 高压传感头需要电源供给。一旦掉电将停止工作； 罗柯夫斯基线圈直接输出的信号是电流微分信号，不能测量非周期分量。,42,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站：纳米晶低功率（LPCT）,43,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,适用于高精度计量，精度为0.1/0.2S,二、数字化变电站：电子式电流互

23、感器ECT,44,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,kv系列,kv系列,二、数字化变电站：电子式电流互感器,45,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,开关柜安装的小信号模拟量输出的电子互感器,二、数字化变电站：法拉第旋光效应电流互感器,法拉第磁光效应：线偏振光的偏振方向在磁场中发生改变的效应，已知线偏振光在磁光材料(如重火石玻璃)中受磁场的作用其偏振面将发生旋转，线偏振光旋转的角度与被测电流I成正比。,46,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,二、数字化变电站：性能比

24、较,47,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,目 录,一、煤矿供电常见问题及对策 二、智能变电站-国网（数字化变电站-南网） 三、防越级跳闸系统 三、电网安全可靠性分析 四、电网防雷,48,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,三、防越级跳闸系统：常规模式,从地面到井下所有变电所连接线上光纤纵差保护 线路纵差保护作为线路的主保护 过流II段为后备保护 高爆综合保护应改造为具有光纤差动保护的微机保护测控单元 地面到井下所有变电所连接光纤,49,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研

25、究所,三、防越级跳闸系统：纵差保护原理,正常运行和线路外部故障时 线路内部故障,50,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,三、防越级跳闸系统：数字化变电站模式,51,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,52,刘建华中国矿业大学信电学院电气安全与智能电气研究所,三、防越级跳闸系统：数字化变电站模式,特点： 基于数字化变电站模式，三层网络结构，两层网络。 具有数字化变电站典型特点，符合发展趋势。 地面井下一体数字化实现方案。 过程层设备：综合保护测控合并智能终端 采用传统PT/CT。 高爆开关中安装具有光纤通讯的综合保护测控合并智能终端，通信网络正常时，起数字化变电站合并器作用，当双光纤网络断开时，起微机综合保护作用。 过程层与间隔层之间网络：将IEC61850标准的GOOSE网、采样值网、GPS同步网三网合一，集成在同一对光纤通道（双重化）上实现 ；以矿用光纤网络接入分站为核心构成（单台可接入最多3