煤矿供电系统继电保护配置存在的主要问题及优化探讨

么杰

【摘 要】煤矿供电系统中的继电保护作为电力安全生产系统中的一个重要环节，对确保电力系统的安全性、稳定性、可靠性有着非常重要的作用。本文针对目前煤矿供电系统中的继电保护配置存在的主要问题进行了分析，对存在的问题提出了优化整定方案，通过优化后的方案最大限度的满足继电保护的要求，最大程度的降低事故的发生率。

【关键词】供电系统 继电保护配置 整定计算 优化方案

供电系统是整个煤矿生产系统的动力保证，而供电系统安全运行的重要保障则是继电保护系统，继电保护系统能够保证煤矿电网及负荷安全稳定地运行，煤矿系统的系统事故都直接或间接的与继电保护装置的不正确动作有关系。所以合理的配置继电保护装置是保障电网安全运行的重要条件。低压电网短路状态是煤矿井下最严重的供电故障形式之一，它直接就影响着整个煤矿井下供电系统的安全性、稳定性和连续性。为了使煤矿井下供电系统可靠安全的运行，将发生短路故障时带来的损失和危险控制在最小范围内，就必须对井下低压电网短路电流进行计算，在选用各种开关设备时需要计算出可能通过用电设备的最大短路电流及产生的电动力效应和热效应，以便能检验电气设备的动稳定性和热稳定性。其次在选择和整定继电保护装置时，就需要计算出被保护范围内的最小短路电流，才能校验继电保护装置的灵敏度，在被保护范围内发生短路故障时保护装置能够可靠的动作，迅速的切断电源，保护供电系统，避免事故的发生。

1 煤矿供电系统继电保护配置存在的主要问题

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：从电流段至负荷端动作电流应从大至小逐级递减，动作的事件也应该从长到短逐级递减，下一级线路首端的最大短路电流必须要小于前一级电流保护的动作电流。根据煤矿井下供电系统的特殊性可以分析得出煤矿供电系统继电保护配置存在的主要问题有：

（1）煤矿井下供电系统是一个单侧电源辐射状电网，由于采区变电所距离矿井供电系统电源较远，中间所经过的开关级数较多，需要较大的定值和较长的时限进行配合，然而供电部门已经对电源保护的时限和定值都已经限定，不能改变，这就导致了矿井供电系统的给定整定值过小，保护的时限过短，保护不能配合。（2）煤矿井下的供电采用的是铜芯电缆且供电距离较短，阻抗比较小，所以中央变电所以下的各级短路电流值相差很小，不利用保护的整定。一般煤矿上级变电所进线保护的时限为1.2s，而下级保护的时限应比上级保护的时限少0.5s或0.7s。如果按每级间保持0.5s的时限来计算的话，根本就起不到保护作用，甚至在供电线路故障的时候出现不越级跳闸的现象。（3）目前瞬时速断的整定原则是先确定地面的6KV处定值，依次向下按照0.9的倍数进行整定。这种整定原则有明显的缺陷，其整定值过小而且逐级进行减小，如果出现了短路故障，所有的速断保护必定同时动作，着就让保护的选择性变差，出现越级跳闸导致停电故障的影响范围变大。（4）采取变电所的进线开关定值与上一级的定值进行配合，在一定程度上确实增加了保护的可靠性，但是其是以牺牲保护的选择性为前提的，这就不符合供电系统对继电保护的要求。

2 解决方法分析

对于煤矿井下供电距离较短导致的问题可以在地面6KV配电站到井下中央变电所的线路中装设电抗器，短路电流的值将从电源至负荷方向在井上下有明显的差距，这就有利于速断保护动作电流的区分。对于继电保护配置存在的其他几个问题，在不改变现有保护配置的前提下，可以通过调整线路保护每一段的整定原则和各级之间时限的这两个方面进行优化，以最大程度的满足煤矿供电系统特殊情况的要求。对于Ⅰ段瞬时速断保护，可以改变原来的上一级保护的0.9倍进行整定的原则，根据末端的最大短路电流进行整定，对于Ⅱ段限时速断保护，采用灵敏度系数法进行整定，时限就由原来的与相邻Ⅰ段配合改为与相邻Ⅱ段进行配合，这就从根本上降低了越级跳闸的可能性，对于Ⅲ段过流保护则用躲峰值电流进行整定。

3 整定原则的优化

通过前面的分析、结合煤矿供电系统的特殊性及现场出现的井下供电网络发生故障的几率远高于地面架空线路等，得出总体的线路保护系统的优化方案为既要限制井下发生短路时大电流对上级变电所主要变电所的冲击，还要注意井上下保护动作值的配合及全线电压损失与保护系统的可靠性等要求。对于采区变电所出线保护保持原有的两段式保护不变，而将Ⅰ段的动作电流按照保护线路的全长来处理，只需要注意避开定时过流的动作电流，将Ⅱ段的延时进行缩短，这将有利于快速的切除故障，而且在时限上能够更好的与上级进行保护配合。针对中央变电所的出线开关进行设置瞬时速断、限时速断和定时过流相结合的三段式保护。采区变电所的进线保护Ⅱ段时限与出线二段进行配合，由于地面至井下采区变电所的路線中没有负荷的存在，所以这一条线路的出线和进线可以整定为同一时限。还有就是在地面6KV的出线开关上设置三段式的电流保护，定时过流时限与变压器过流保护相配合，动作电流就保护下井下路的全长。本级的瞬时速断就按照常规主要保护下井线路的前段线路，限时速断动作电流也可以放开一定的数值，这就使纵向的选择更为的可靠。通过优化后的方案对XX煤矿的线路进行改造，采用上述措施后，整个供电系统的运行一切正常且发生故障时的过流保护跳闸准确，相比原来的供电系统更为优越。

4 结语

综合前文所述，从继电保护设置与设计的角度进行考虑，可靠性主要是要求有完备的后备保护和较高的灵敏度，动作于跳闸的继电保护在技术上要满足四个基本要求，就是可靠性、选择性、速动性和灵敏性。这四个要求是评价和研究继电性能的基础，继电保护的科学研究、设计和制造、运行的大部分工作也是围绕这四者的关系进行的。所以本文对目前煤矿供电系统继电保护中存在的越级跳闸和时限配合效果差的问题，提出了配电网络继电保护的优化配置方案，给出了集体的瞬时速断、限时速断、和限时过流保护的整定原则。通过与时限的配合使得保护能够最大程度的满足井下供电系统的要求，同时就降低了事故的发生率。从对继电保护要求的选择性、可靠性、速动性和灵敏性四个方面分析了该原则的优越性。针对本文提出的优化整定方案进行实际的运用后实践后得出，其在解决煤矿供电系统继电保护配置存在的主要问题中能取得良好的效果。