煤矿供电系统保护装置的配置及效果质量分析

煤矿供电系统保护装置的配置及效果质量分析

郑庆乐

天地（常州）自动化股份有限公司 江苏 常州 213015

摘要：相对于煤矿生产实际来讲，供电系统在这当中有着很重要的作用，对于煤矿安全生产的保障起着非常重要的作用，若是供电系统当中存在相应的不安全以及不可靠因素，对于煤矿的正常安全生产有着直接的影响，并且对操作人员和设备也会造成伤害，因此，就需要加强对煤矿供电系统保护装置的合理优化，保证供电系统的安全稳定运行。本文就对煤矿供电系统保护装置的配置及效果质量进行分析和探讨。

关键词：煤矿供电系统；保护装置；配置；效果质量

1供电系统保护装置的问题分析

现阶段，煤矿井下作业已经从低压作业朝向高压作业转化，在高压作业系统当中，就很容易产生短路等故障，从而出现越级跳闸情况，高压系统大部分主要使用的纵向逐级选择性控制方法，因为煤矿当中地面变电所和井下采区的变电所距离一般比较长，这就需要在地面和井下变电所之间进行多个开关的安装，以此使得供电系统保护装置有着良好的定值以及较长的时限。

既有的供电系统保护装置自身的定值比较小，时限往往很短，若是系统井下变电所产生母线短路时，瞬时速断保护时限的电流不能及时的实施整定配合，在主变压器当中的过流保护作用当中会使得矿井出现突然断电的情况。井下开采区变电所通常采用反时限过流保护，若是采区变电所产生短路，因为继电保护装置的选择性比较差，多级保护往往会同时动作，使得其会产生越级跳闸的事故。并且，供电线路较长以及负荷量较大，在一定意义上对于电网的稳定性会产生影响，甚至使得煤矿重新开采很难启动，从而给煤矿的正常生产带来非常大的危害。

2供电系统保护装置的配置方案

为了对于保护装置当中所存在的问题有效解决，就需要制定科学合理的保护装置配置方案，以此使得供电系统的安全。

2.1井下保护装置配置方案

定时限过流保护是按照工作时最大负荷所产生的电流原则来进行整定，时限是按照阶梯时限的原则来进行整定，采用尖峰电流来代替正常工作的最大电流，最大容量的电机在启动时会产生短时最大工作电流，灵敏度校验是通过计算线路末端两相最小短路电流，一般＞1.5，可以实现全长防护，可将启动电流控制在5-6倍，以改进保护装置。

限时速断保护是按照灵敏度系数法的原则来进行整定，由于井下高压电网采用电缆线路，有一定的特殊性，每一段线路之间的短路电流有很小的距离，一般＜1km，且每一段母线之间的短路电流基本一致，虽然在线路中增设了电抗器，但由于多级防护动作电流的变化难以确保系统的纵向选择性，因此考虑对各级的配合适当考虑使用短延时时间差来实现，确保在最小运行方式下，线路末端两相短路的灵敏度，以满足纵向性要求。

瞬时速断保护主要采用三段式保护方式进行保护，其动作电流是根据线路末端最大三相短路电流来确定，避开三相短路电流，如果出现两相短路时，在线路全长范围内，有20%线路被保护，剩余部分的60%采用限时速断进行保护。对于井下变电所的进线和馈出开关，由于电缆的线路很短，在最小的运行方式下线路末端两相短路保护的范围为零，而限时速断保护的时限短、灵敏度高，在很短的时间内即可切除故障开关，因此，对于这类开关，使用瞬时速断保护，可以确保供电的可靠性。

2.2变压器保护装置配置方案

对变压器的主保护依据二次谐波制动原理，其整定曲线如图1所示，其中，Ir是制动电流，Id是动作电流，Ie是额定电流，Icdqd是差动电流的启动值，Kb1是比例差动系数，阴影部分是动作保护区域。

对于差动速断保护，在变压器内部出现故障时，反差过电流继电器出现快速跳闸，出口时间一般≤15ms。对于比率差动保护，根据三折线的动作特性，避开因外部出现而产生的不平衡电流。采用复合电压闭锁过电流保护，让继电器和过电流继电器同时工作，提高过电流保护的灵敏度。

图1变压器主保护整定曲线

2.3反时限电流保护装置配置方案

反时限电流保护装置是按照启动电流避开最大负荷启动电流的原则来进行整定，其特性曲线如图2所示。

当继电器的电流小于启动电流时，继电器不进行动作，当继电器的电流大于瞬时动作的电流时，反时限继电器按照时间进行动作，当继电器的电流在启动电流和瞬时动作电流之间时，电流继电器启动，触点的延时闭合时间考虑启动电流和继电器电流的比值，设定时间系数，设定系数不同，动作的时间曲线也不同，可以看出，系数越小，动作时间越短。只有逐级配合好各级保护装置间动作时限，才能确保保护装置的动作选择性。

图2反时限过流保护特性曲线

3供电系统保护装置效果质量分析

3.1性能分析

结合系统的速断性角度来讲，若是井下线路产生最小的两相短路时，在线路的前部分会产生瞬时跳闸的情况，若是井下线路产生了最大的三相短路时，可以对于不在瞬时速断保护区域当中的线路实施无时限跳闸保护，以此降低对于变压器造成的冲击。

在系统选择性方面来讲，保护装置横向性选择主要采用过流保护装置来实现，纵向性选择采用短阶梯时限以及动作电流的定值进行实现。相对于没有限速断保护线路来讲，对于电抗器的安装，使得线路当中产生故障的短路电流小于动作电流，瞬时保护不起作用，防止越级跳闸的情况出现。

在系统可靠性方面来讲，需要确保保护装置有着良好的灵敏度以及后备保护，首端线路自身的可靠性比较高，后备保护作为定时速断，主保护作为限时速断，以此使得保护装置自身的可靠性良好。

3.2效益分析

对供电系统的保护装置进行优化配置后，煤矿地面和井下变电所之间配合合理，越级跳闸现象明显减少，停电范围大大缩小，系统的可靠性得到提高，煤矿的生产效率有所保障。

结语

针对煤矿地面变电所与井下变电所距离过长而出现的供电系统保护装置配合等问题，提出供电系统保护装置的配置方案，结果如下：

（1）从井下线路、变压器、反时限保护装置三方面进行优化配置。对井下线路采取定时限流保护、限时速断保护以及瞬时速断保护改进方案，以确保供电系统的可靠性；对变压器采用复合电压闭锁过电流保护，让继电器和过电流继电器同时工作，提高过电流保护的灵敏度；对反时限电流保护装置按照启动电流避开最大负荷电流的原则进行改进，逐级配合好各级保护装置的动作时限，确保动作选择性。

（2）从速断性、选择性、可靠性方面对配置后的供电系统保护装置进行性能分析，结果表明：越级跳闸现象明显减少，停电范围大大缩小，系统的可靠性得到提高，煤矿的生产效率有所保障。

参考文献

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