煤矿井下高压供电保护整定分析及应用

煤矿井下高压供电保护整定分析及应用

张健

国家能源集团神东补连塔煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209

摘要：现阶段，地面供电系统继电保护整定无论是国家电网还是企业供电都有明确的计算方法；但煤矿井下系统因为其线路短等原因，其整定计算都是依据自身制定的规范，没有统一的标准规定。这就造成不同的规范应用于实践时，有的会经常出现越级跳闸，有的则运行良好。

关键词：煤矿；高压防爆开关；井下高压供电；整定；

高压供电系统整定速断整定采用幅值和延时极差的方法，提高了灵敏度和安全性；短路电流校验整定采用最小运行方式下短路电流校验，简化了计算方法，提高了准确度；干式变压器保护开关整定采用经验公式，提高了准确性和灵敏度。

一、单台干式变压器防爆开关保护整定计算

在煤矿井下供电系统中，给变压器供电的防爆开关或高压柜都应该有过流、短路、接地以及欠压等保护功能。以图1所示的井下配电简图为例，

图1煤矿井下带单台干式变压器供电

T1为没有集成高压开关的干式变压器，其必须单独配备高压防爆开关D1。同时，高压防爆开关D1需要设置瞬时短路保护Ⅰ段和带时限的过载保护Ⅲ段的2段保护措施。

1.瞬时短路保护Ⅰ段整定计算（保护到变压器二次侧）针对不同的保护装置，瞬时短路保护Ⅰ段整定的计算方法也不同。对于电磁式保护装置计算公式为：

式中：I^Iop为Ⅰ段瞬时短路电流，A；Kb为变压器的变压比；KX为变压器负荷的需用系数，一般取0.5～1；Ieq为容量最大1台或几台电机的额定启动电流，A；ΣIe为其余电机的额定电流之和，A。对于微机或电子式综合保护器计算公式为：

保护装置的灵敏系数按最小运行方式下变压器二次侧两相短路时流过一次侧的短路电流值进行校验，计算公式为：

若动作时间tI=0 s，则

式中I(2)2k.min为最小运行方式下变压器二次侧两相短路时流过一次侧的电流值，A。煤矿一般用最小运行方式下变压器二次侧两相短路时流过一次侧的短路电流值由不小于1.5的灵敏系数进行逆向计算Ⅰ段保护整定值。这种整定方法能确保变压器二次侧发生最小两相短路故障时能可靠动作，又能满足《煤矿井下供电的三大保护细则》的规定，同时克服了用最大负荷电流计算定值偏小和不够准确等缺点。

2.带时限的过载保护Ⅲ段整定计算。动作时限按躲过变压器二次侧最大1台或1组设备的最长启动时间整定。对于微机或电子式高压综合保护器，按电流互感器二次额定电流值的倍数计算短路保护和过载保护倍数，计算公式如下：

式中：n_I.zd为短路电流保护倍数；n_Ⅲ.zd为过载电流保护倍数；I^Ⅲop为Ⅲ段时限过载保护电流，A；Ike为高压配电装置的额定电流，A；I1N为变压器一次侧额定电流，A。而大部分煤矿的高压开关短路保护Ⅰ段倍数是按过载电流的倍数进行整定计算。

2. 优化矿井短路电流计算方法

取某矿需要部分进行计算，省略了最大运行方式下短路电流计算，提高了整定值保护的灵敏度，减少了计算强度从最原始的书面文件到各种计算方法有实际值计算方法，依靠电脑设计软件计算方法，和潮流计算方法。供电队井下工程技术人员根据矿井供电实际情况，采用标幺值计算短路电流的计算方法，基准容量采用1000MVA，很大程度上减少了计算人员劳动强度，提高了计算效率，杜绝了因基准值过小而出现误差过大的问题。通常的计算方法，将高压电缆电阻忽略不计，存在一定程度误差，经过实践，发现省略电阻情况下，计算出的短路电流值与实际短路电流值相差在50-100A之间，为此，高压供电短路电流计算时，不省略高压电缆电阻，提高了计算值的准确性。通常的计算方法，将最大运行方式下三相短路电流也计算在内，用最大三相运行方式下两相短路电流校验整定值的灵敏系数，这样在计算过程中需要计算最小运行方式下三相短路电流，最大运行方式下三相短路电流，画两个阻抗图，计算比较繁琐，经反复实践发现，因矿上级变电所短路容量较大，即短路电流较大，若采用最小运行方式下两相短路电流同样能满足灵敏系数要求。且最小运行方式下两相短路电流比最大运行方式下两相短路电流小，若用最小运行方式下两相短路电流校验灵敏系数，即能满足灵敏系数要求，又提高了供电的可靠性，同时省略了最大运行方式下三相短路电流的计算。即降低计算强度，又提高了计算值的灵敏可靠性，可谓一劳多得。

三、带单台移动变电站高压防爆开关整定计算

不同于干式变压器，移动变电站自身集成了高压防爆开关，并配置有Ⅰ段和Ⅲ段保护，其整定计算与干式变压器的高压防爆开关D1相同。而与移动变电站配套的高压防爆开关D2一般只需要设Ⅰ段和Ⅱ段保护，如图2所示。

图2煤矿井下带单台移动变电站供电

1瞬时电流速断保护Ⅰ段整定计算Ⅰ段保护整定值按躲过最大运行方式下移动变电站T2二次侧三相短路时流过一次侧的短路电流值进行计算，其动作时限为tI=0 s，计算公式如下

式中I(3)2k.max为最大运行方式下变压器二次侧三相短路时流过一次侧的短路电流，A。保护装置的灵敏系数按移动变电站一次侧最小两相短路电流进行校验，计算公式如下：

式中：KIsen为瞬时电流速断保护的可靠系数，一般取1.2～1.3；I(2)1k.min为最小运行方式下变压器组一次侧最小两相短路电流，A。

2.限时电流速断保护Ⅱ段整定计算。图2中防爆开关D2的Ⅱ段保护整定值需要按移动变电站T2本身的高压防爆开关Ⅰ段保护整定值的1.1～1.2倍进行整定，煤矿井下建议取1.1倍。动作时限比其大一个时间段，对微机或电子式高压综合保护器应为△t=0.3～0.5 s。

四、带多台移动变电站高压防爆开关整定计算

在多采区工作面，经常使用多台移动式变电站。以带4台移动变电站为例，图3中T3到T6为自身集成有高压防爆开关的移动变电站，其保护配置有Ⅰ段和Ⅲ段保护，整定计算方法与干式变压器的高压防爆开关D1相同。而高压防爆开关D3一般只需要设瞬时电流速断保护Ⅰ段和限时电流速断保护Ⅱ段2段保护，有时候也会设Ⅲ段保护。

图3煤矿井下带多台移动变电站供电

瞬时电流速断保护Ⅰ段整定计算在最大运行方式下，分别计算出T1、T2、T3、T44台变压器二次侧三相短路时流过一次侧的短路电流，取其短路电流中的最大一个数值，Ⅰ段保护整定值按躲过这个最大值与其它变压器的一次侧额定电流之和进行整定，动作时限tI=0 s，保护装置的灵敏系数按系统最小运行方式下变压器组一次侧最小两相短路电流进行校验。

2. 限时电流速断保护Ⅱ段整定计算。高压防爆开关D3的Ⅱ段保护定值按4台移动变电站本身集成的高压防爆开关Ⅰ段保护整定值进行整定。取4台集成的高压防爆开关Ⅰ段保护定值中的最小值，动作时限比其大一个时间段，对微机或电子式高压综合保护器△t=0.3～0.5 s。对于微机或电子式高压综合保护器，按电流互感器二次额定电流值（5A）的倍数计算短路保护和过载保护倍数。

总之，目前，煤矿井下高压供电保护整定计算方法还存在一些问题，有待于进一步规范和优化。结合企业实践经验，给出了不同线路配置下，井下高压防爆开关的整定计算方法，可以供相关的煤矿企业参考借鉴。

参考文献：

［1］张芳忠.井下高压供电系统运行可靠性分析.2018.

［2］王爱国.浅谈煤矿井下高压供电保护整定分析及应用.2019.