煤矿井下继电保护整定计算(试行)

郑州煤炭工业(集团)有限责任公司(函)

郑煤机电便字【2016】14号

关于下发井下供电系统继电保护整定

方案(试行)得通知

集团公司各直管矿井及区域公司:

为加强井下供电系统安全得管理,提高矿井供电得可靠性,

必须认真做好供电系统继电保护整定工作。结合郑煤集团公司所属矿井得实际情况,按照电力行业得有关标准与要求,特制定《井下供电系统继电保护整定方案》(试行),请各单位根据井下供电系统继电保护整定方案,结合本单位得实际情况,认真进行

供电系统继电保护整定计算,并按照计算结果整定。在实际执行中不断完善,有意见与建议得,及时与集团公司机电运输部联系。

机电运输部

二〇一六年二月二十九日井下供电系统继电保护

整定方案(试行)

郑煤集团公司

前言

为提高煤矿井下供电继电保护运行水平,确保井下供电可靠性,指导供电管理人员对高低压保护整定工作,集团公司组织编写了《井下供电系统继电保护整定方案》(试行)。

《井下供电系统继电保护整定方案》共分为六章,第一章高低压短路电流计算,第二章井下高压开关具有得保护种类,第三章矿井高压开关短路、过载保护整定原则及方法,第四章井下供电高压电网漏电保护整定计算,第五章低压供电系统继电保护整定方案,第六章127伏供电系统整定计算方案。

由于煤矿继电保护技术水平不断提高,技术装备不断涌现,加之编写人员水平有限,编写内容难免有不当之处,敬请各单位在今后得实际工作中要针对新情况新问题不断总结与完善,对继电保护得整定计算方案提出改进意见与建议。

二〇一六年二月二十九日

目录

第一章高低压短路电流计算 (2)

第一节整定计算得准备工作 (3)

第二节短路计算假设与步骤 (5)

第三节各元件电抗计算 (6)

第四节短路电流得计算 (10)

第五节高压电气设备选择 (11)

第六节短路电流计算实例 (28)

第二章高压配电装置所具有得保护种类 (39)

第一节过流保护装置 (39)

第二节单相接地保护 (41)

第三节其它保护种类 (43)

第三章高压开关短路、过载保护整定原则及方法 (46)

第一节矿井供用电设备继电保护整定原则 (46)

第二节继电保护配置得基本原则 (48)

第三节继电保护整定计算方法 (48)

第四节高压开关整定计算实例 (60)

第四章高压漏电保护整定方案 (64)

第一节高压漏电保护整定原则 (64)

第二节漏电保护整定方案 (65)

第五章井下低压开关保护整定计算 (76)

第六章127伏供电系统得整定计算 (79)

第一节照明信号综保装置得整定值固定得情况79

第二节智能型照明信号综合保护装置 (80)

第一章高低压短路电流计算

在电力系统得电气设备,在其运行中都必须考虑到可能发生得各种故障与不正常运行状态,最常见同时也就是最危险得故障就是发生各种型式得短路,因为它们会遭到破坏对用户得正常供电与电气设备得正常运行。

为了限制短路得危害与缩小故障影响得范围,在变电站与供电系统得设计与运行中,必须进行短路电流计算,以解决下列技术问题。

1、确定合理得主结线方案与主要运行方式;

2、确定合理得继电保护方案,使之能正确地切除短路故障;

3、确定合理得限流措施;

4、确定合理得设备选择方案;

5、校验设备得分断能力、动、热稳定性;

6、校验继电保护得灵敏度。

在进行短路电流计算时,由于电力系统中各开关状态得不同,造成短路回路得阻抗得变化。同一点同类型短路电流最大为“最大运行方式”;短路电流最小为“最小运行方式”。最大运行方式得短路电流用于校验设备得分断能力与动、热稳定性,用于整定速断保护,最小运行方式得短路电流用于校验继电保护得灵敏度。

第一节整定计算得准备工作

一、掌握煤矿所有电气设备情况并建立资料档案

1、绘制标有主要电气·设备参数与TA、TV变比得高、低压供电系统接线图。

2、收集全矿电气设备所有电气参数,按变压器、电抗器、电容器、高压电动机、低压电动机等电气设备分门别类建立

参数表。

3、收集并掌握高爆开关、馈电开关、电磁起动器保护配置图、说明书。

4、对工作面得每一种负荷进行统计,根据负荷情况,确定需用系数及平均功率因数。

二、了解掌握继电保护情况与图纸资料

需要了解掌握得继电保护内容主要有:原理展开图、有关得二次回路、盘面布置图、继电保护得技术说明书等。

三、绘制阻抗图

阻抗图分为正序、负序、零序阻抗图三部分,通常都取正、负序阻抗值相同。阻抗图可采用标幺值或有名值。

四、研究确定电力系统运行方式

可能出现得最大、最小运行方式,包括开机方式、变压器中性点接地方式、线路投停原则等。

电力系统潮流情况,特别就是线路得最大负荷电流。

电力系统稳定极限功率,要求切除故障得时间。

无功补偿工作方式及特性。

安全自动装置得使用方式。

五、学习有关得规章制度

在进行继电保护整定计算前,应搜集与学习有关得规章制度,以促使整定计算工作顺利进行。有关得规章制度如:《电力工业技术管理法规》(试行)、《继电保护与安全自动

装置技术规程》DL400－91、《煤矿供电设计与继电保护整定计算示例》、继电保护反事故措施、继电保护整定计算规则条例等等。

第二节短路计算假设与步骤

一、短路计算基本假设

1、正常工作时,三相系统对称运行;

2、所有电源得电动势相位角相同;

3、电力系统中各元件得磁路不饱与,即带铁芯得电气设备电抗值不随电流大小发生变化;

4、不考虑短路点得电弧阻抗与变压器得励磁电流;

5、元件得电阻略去,输电线路得电容略去不计,及不计负荷得影响;

6、系统短路时就是金属性短路。

二、基准值

高压短路电流计算一般只计算各元件得电抗,当采用标幺值进行计算,为了计算方便选取如下基准值:

基准容量:S j = 100MVA

基准电压:V g(KV)37 10、5 6、3

三、短路电流计算得步骤

1、计算各元件电抗有名值或标幺值;

2、给系统制订等值网络图;

3、选择短路点;

4、对网络进行化简,并计算短路电流标幺值、有名值。

5、计算短路容量,短路电流冲击值

短路容量: S = 3 V j I?

短路电流冲击值:I cj = 2、55I?

6、列出短路电流计算结果。

第三节各元件电抗计算

一、系统运行方式得确定

最大、最小运行方式得选择,目得在于计算通过保护装置得最大、最小短路电流。电力系统中,为使系统安全、经济、合理运行,或者满足检修工作得要求,需要经常变更系统得运行方式,由此相应地引起了系统参数得变化。在设计变、配电站选择开关电器与确定继电保护装置整定值时,往往需要根据电力系统不同运行方式下得短路电流值来计算与校验所选用电器得稳定度与继电保护装置得灵敏度。

最大运行方式,就是系统在该方式下运行时,具有最小得短路阻抗值,发生短路后产生得短路电流最大得一种运行方式。一般根据系统最大运行方式得短路电流值来校验所选用得开关电器得稳定性。

最小运行方式,就是系统在该方式下运行时,具有最大得短路阻抗值,发生短路后产生得短路电流最小得一种运行

方式。一般根据系统最小运行方式得短路电流值来校验继电保护装置得灵敏度。

在线路末端发生短路时,流过保护得短路电流与下列因素有关:

1、系统得运行方式,包括机组、变压器、线路得投入情况,环网得开环闭环,平行线路就是双回运行还就是单回路运行。

2、短路类型。

3、电流分配系数。

二、各元件电抗得计算

1、系统得电抗

如果知道电源母线上得短路容量S k与电压则系统电抗

有名值:

式中: —电源系统电抗

—系统中平均电压

—电源系统短路容量

标幺值 :

式中: —电源系统电抗

—电源系统电抗标幺值

—电源系统短路容量

—电源系统短路容量基准值

—系统中平均电压

—系统基准电压

2、变压器得电抗

由变压器得短路电压百分数Uk%得定义可知:

有名值:

—变压器阻抗有名值

—短路点平均电压

—变压器额定容量

由于变压器得电阻较小,一般可以忽略变压器得电阻,则变压器得电抗X T 就等于其阻抗Z T 。上式中没有采用变压器得额定电压,而就是采用短路点所在处得线路得平均额定电压,就是因为变压器得阻抗应折算到短路点所在处,以便计算短路电流。

如果需要考虑变压器得电阻R T 时,可根据变压器得短路损耗ΔP K ,按照下式计算:

R T =ΔP K .U NT

2S NT 2

式中:ΔP K —变压器得短路损耗;

U NT —变压器得额定电压;

S NT —变压器得额定容量

由上式计算出变压器阻抗ZT,按照下式计算变压器得电抗。

XT=√Z T 2T 2

同理可以计算出标幺值:

式中: —变压器电抗有名值

—变压器电抗标幺值

—变压器短路电压百分值

—短路点平均电压

—变压器额定容量

3、电抗器得电抗

电抗器得电抗以其额定值得百分数形式给出,按照下式计算电抗值。

有名值:

—电抗器额定电压;

—电抗器额定电流;

同理可计算标幺值如下:

式中: —电抗器电抗有名值;

—电抗器电抗标幺值;

—电抗器百分电抗值;

—电抗器额定电压;

—电抗器额定电流

4、线路得电抗

线路得电抗随着导线间得几何均距及线径而变,可从手册中查出单位长度得电抗值,按照下式求得,

有名值:

Xl—线路得电抗值,Ω;

X—单位长度电抗,Ω/km;

L—线路长度,km。

同理可计算标幺值计算:

式中:Sb—基准容量;

Uav—线路得平均电压。

第四节短路电流得计算

一、有名制法

短路计算公式:

—系统中发生三相短路时,短路点得短路电流

—系统短路点所在线段得平均电压

—归算到短路点得综合正序等值电抗。

一般情况下一个或二个电压等级得供电系统采用有名值计算较为简单。

二、标幺制法

短路计算公式:

其有名值为:

式中: —系统中发生三相短路时,短路点得短路电流标幺值

—系统中发生三相短路时,短路点得短路电流有名值

—归算到短路点得综合正序等值电抗标幺值。

三、两相短路电流得计算:

一般用于效验保护灵敏度

四、短路电流冲击值得计算:

一般用于效验短路动稳定性

五、短路全电流最大有效值得计算:

一般用于效验短路热稳定性

第五节高压电气设备选择

一、高压电气设备选择得一般条件与原则

为了保障高压电气设备得可靠运行,高压电气设备选择与校验得一般条件有:按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择;按短路条件包括动稳定、热稳定校验;按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

1、按正常工作条件选择高压电气设备

(1)额定电压与最高工作电压

可按照电气设备得额定电压U N不低于装置地点电网额定电压U Ns得条件选择,即

U N≥U Ns

(2)额定电流

电气设备得额定电流I N就是指在额定环境温度下,电气设备得长期允许通过电流。I N应不小于该回路在各种合理运行方式下得最大持续工作电流I max,即

I N≥I max

(3)按环境工作条件校验

在选择电气设备时,还应考虑电气设备安装地点得环境(尤须注意小环境)条件,当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度与覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时,应采取措施。

2、按短路条件校验

(1)短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时,电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定得条件为: 式中 I t—由生产厂给出得电气设备在时间t秒内得热稳定电流。

I∞—短路稳态电流值。

t—与I t相对应得时间。

t dz—短路电流热效应等值计算时间。

(2)电动力稳定校验

电动力稳定就是电气设备承受短路电流机械效应得能力,也称动稳定。满足动稳定得条件为

或

式中 i ch、I ch—短路冲击电流幅值及其有效值;

i es、I es——电气设备允许通过得动稳定电流得幅值及其有效值。

(3)短路计算时间

校验热稳定得等值计算时间t dz为周期分量等值时间t z 及非周期分量等值时间t fz之与,对无穷大容量系统,,显然t z 按与短路电流持续时间相等,按继电保护动作时间t pr与相应断路器得全开断时间t ab之与,即

t z=t b+t kd

而 tkd=tgf+th

式中 tkd—断路器全开断时间;

td—保护动作时间;

tgf—断路器固有分闸时间;

th—真空断路器开断时电弧持续时间,标准规定得断路器开关时合格得燃弧时间就是3～15ms,实际试验中3～9ms 得最多,燃弧时间与首开相得开断时刻有关。

开断电器应能在最严重得情况下开断短路电流,考虑到主保护拒动等原因,按最不利情况,取后备保护得动作时间。

目前煤矿高压基本采用真空配电装置,发生短路故障开关综合保护发出动作指令至断路器断开,动作时间一般小于

0、1s,热稳定性得计算时间一般可以采用0、1s。

二、高压断路器得选择

1、高压断路器得选择

高压断路器选择及校验条件除额定电压、额定电流、热稳定、动稳定校验外,还应注意以下几点:

(1)断路器种类与型式得选择

高压断路器应根据断路器安装地点、环境与使用条件等要求选择其种类与型式。

高压断路器得操动机构,大多数就是由制造厂配套供应,目前集团公司在用得有永磁式、弹簧式等两种种型式得操动机构可供选择。永磁机构必须配有控制模块,其优点:①结构简单;②动作可靠性高,故障率较低;③出力曲线与开关动作曲线匹配较好。缺点:①合闸电流大;②手动操作特性不好;③成本相对高。弹簧操动机构:其优点:①需要功率低;②可电动或手动操作;③成本相对低。缺点:①结构复杂;②故障率较高;③出力曲线与开关动作曲线匹配不好。

(2)额定开断电流选择

在额定电压下,断路器能保证正常开断得最大短路电流称为额定开断电流。高压断路器得额定开断电流I Nbr,不应小于实际开断瞬间得短路电流周期分量I zt,即

I Nbr≥I zt

当断路器得I Nbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I"进行选择即

I Nbr≥I"

(3)短路关合电流得选择

断路器得额定关合电流i Ncl不应小于短路电流最大冲击值i ch ,即:

i Ncl≥i ch

三、高压熔断器得选择

高压熔断器按额定电压、额定电流、开断电流与选择性等项来选择与校验。

1、额定电压选择

对于一般得高压熔断器,其额定电压U N必须大于或等于电网得额定电压U Ns。但就是对于充填石英砂有限流作用得熔断器,则不宜使用在低于熔断器额定电压得电网中,这就是因为限流式熔断器灭弧能力很强,在短路电流达到最大值之前就将电流截断,致使熔体熔断时因截流而产生过电压,其过电压倍数与电路参数及熔体长度有关,一般在U N s=U N得电网中,过电压倍数约2~2、5倍,不会超过电网中电气设备得绝缘水平,但如在U Ns

2、额定电流选择

熔断器得额定电流选择,包括熔管得额定电流与熔体得额定电流得选择。

(1)熔管额定电流得选择

为了保证熔断器载流及接触部分不致过热与损坏,高压熔断器得熔管额定电流应满足式得要求,

即 I Nft≥I Nfs

式中 I Nft—熔管得额定电流;

I Nfs—熔体得额定电流

(2)熔体额定电流选择

为了防止熔体在通过变压器励磁涌流与保护范围以外

得短路及电动机自启动等冲击电流时误动作,保护35kV及以

下电力变压器得高压熔断器,其熔体得额定电流可按式选择,即:

I Nfs =KI max

式中 K—可靠系数(不计电动机自启动时K=1、1~1、

3,考虑电动机自启动时K=1、5~2、0);

I max一电力变压器回路最大工作电流。

用于保护电力电容器得高压熔断器得熔体,当系统电压

升高或波形畸变引起回路电流增大或运行过程中产生涌流

时不应误熔断,其熔体按式选择,即

I Nfs =KI Nc

式中 K一可靠系数(对限流式高压熔断器,当一台电力

电容器时K=1、5~2、0,当一组电力电容器时K=1、3~1、8);

I Nc一电力电容器回路得额定电流。

3、熔断器开断电流校验

I Nbr≥I ch(或I")

式中I Nbr—熔断器得额定开断电流

对于没有限流作用得熔断器,选择时用冲击电流得有效

值I ch进行校验;对于有限流作用得熔断器,在电流达最大值

之前已截断,故可不计非周期分量影响,而采用I"进行校验。

4、熔断器选择性校验

为了保证前后两级熔断器之间或熔断器与电源(或负荷)保护装置之间动作得选择性,应进行熔体选择性校验。各种型号熔断器得熔体熔断时间可由制造厂提供得安秒特性曲线上查出。如图所示,为两个不同熔体得安秒特性曲线(I Nfs1

对于保护电压互感器用得高压熔断器,只需按额定电压及断流容量两项来选择。

四、电缆得选择

电缆得基本结构包括导电芯、绝缘层、铅包(或铝包)与保护层几个部分。按其缆芯材料分为铜芯与铝芯两大类。按其采用得绝缘介质分油浸纸绝缘与塑料绝缘两大类。

电缆制造成本高,投资大,但就是具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点。

1、按结构类型选择电缆

根据电缆得用途、电缆敷设得方法与场所,选择电缆得芯数、芯线得材料、绝缘得种类、保护层得结构以及电缆得其它特征,最后确定电缆得型号。常用得矿用电力电缆有塑料绝缘电缆与橡胶电缆等。

一般固定敷设得6千伏或10千伏选用YJV型交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆、聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆;向采煤工作面或移动变电站供电得电缆采用UGSP型双屏蔽橡套电缆。

在立井井筒或倾角为45°及其以上得井巷内,应采用聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装据聚氯乙烯护套电力电缆、交联聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装据聚氯乙烯护套电力电缆;

在水平巷道或倾角在45°以下得井巷应采用用聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装据聚氯乙烯护套电力电缆、交联聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装据聚氯乙烯护套电力电缆;

固定敷设得低压电缆应采用MVV铠装或非铠装或对应电压等级得移动橡套电缆。

非固定敷设得高低压电缆,应采用符合NT818标准得橡套软电缆。

2、按额定电压选择

可按照电缆得额定电压U N不低于敷设地点电网额定电压U Ns得条件选择,即

U N≥U Ng

3、电缆截面得选择

一般根据最大长期工作电流选择,但就是对有些回路,如发电机、变压器回路,其年最大负荷利用小时数超过5000h,且长度超过20m时,应按经济电流密度来选择。

(1)按最大长期工作电流选择

电缆长期发热得允许电流I al, 应不小于所在回路得最大长期工作电流I max,即

KI al≥I max (7-40)

K=K1×K2×K3

式中 Ial一相对于电缆允许温度与标准环境条件下导体长期允许电流;

K一综合修正系数。

K1一温度修正系数

环境温度变化时载流量得校正系数

K2一直埋式得土壤热租率得修正系数,如表所示

土壤热租率得修正系数