煤矿井下继电保护整定计算试行

XX理工大学工程硕士学位论文./XX煤炭工业〔集团有限责任公司<函>郑煤机电便字[2016]14号MERGEFIELD文号关于下发井下供电系统继电保护整定方案<试行>的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的管理,提高矿井供电的可靠性,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的实际情况,按照电力行业的有关标准和要求,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,结合本单位的实际情况,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,有意见和建议的,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的保护种类,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,敬请各单位在今后的实际工作中要针对新情况新问题不断总结和完善,对继电保护的整定计算方案提出改进意见和建议。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4第一节整定计算的准备工作5第二节短路计算假设与步骤6第三节各元件电抗计算7第四节短路电流的计算11第五节高压电气设备选择13第六节短路电流计算实例30第二章高压配电装置所具有的保护种类41第一节过流保护装置41第二节单相接地保护43第三节其它保护种类45第三章高压开关短路、过载保护整定原则及方法47第一节矿井供用电设备继电保护整定原则47第二节继电保护配置的基本原则49第三节继电保护整定计算方法50第四节高压开关整定计算实例62第四章高压漏电保护整定方案66第一节高压漏电保护整定原则66第二节漏电保护整定方案67第五章井下低压开关保护整定计算78第六章127伏供电系统的整定计算81第一节照明信号综保装置的整定值固定的情况81第二节智能型照明信号综合保护装置82第一章高低压短路电流计算在电力系统的电气设备,在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态,最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路,因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围,在变电站和供电系统的设计和运行中,必须进行短路电流计算,以解决下列技术问题。1、确定合理的主结线方案和主要运行方式；2、确定合理的继电保护方案,使之能正确地切除短路故障；3、确定合理的限流措施；4、确定合理的设备选择方案；5、校验设备的分断能力、动、热稳定性；6、校验继电保护的灵敏度。在进行短路电流计算时,由于电力系统中各开关状态的不同,造成短路回路的阻抗的变化。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"。最大运行方式的短路电流用于校验设备的分断能力和动、热稳定性,用于整定速断保护,最小运行方式的短路电流用于校验继电保护的灵敏度。第一节整定计算的准备工作一、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·设备参数和TA、TV变比的高、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、对工作面的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和图纸资料需要了解掌握的继电保护内容主要有：原理展开图、有关的二次回路、盘面布置图、继电保护的技术说明书等。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的最大、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,特别是线路的最大负荷电流。电力系统稳定极限功率,要求切除故障的时间。无功补偿工作方式及特性。安全自动装置的使用方式。五、学习有关的规章制度在进行继电保护整定计算前,应搜集和学习有关的规章制度,以促使整定计算工作顺利进行。有关的规章制度如：《电力工业技术管理法规》〔试行、《继电保护和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、所有电源的电动势相位角相同；3、电力系统中各元件的磁路不饱和,即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5、元件的电阻略去,输电线路的电容略去不计,及不计负荷的影响；6、系统短路时是金属性短路。二、基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗,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：Sj=100MVA基准电压：Vg〔KV3710.56.3三、短路电流计算的步骤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=EQ\R<,3>VjI˝短路电流冲击值：Icj=2.55I˝6、列出短路电流计算结果。第三节各元件电抗计算一、系统运行方式的确定最大、最小运行方式的选择,目的在于计算通过保护装置的最大、最小短路电流。电力系统中,为使系统安全、经济、合理运行,或者满足检修工作的要求,需要经常变更系统的运行方式,由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和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的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。最大运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最小的短路阻抗值,发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式,是系统在该方式下运行时,具有最大的短路阻抗值,发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。在线路末端发生短路时,流过保护的短路电流与下列因素有关：1、系统的运行方式,包括机组、变压器、线路的投入情况,环网的开环闭环,平行线路是双回运行还是单回路运行。2、短路类型。3、电流分配系数。二、各元件电抗的计算1、系统的电抗如果知道电源母线上的短路容量Sk和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、变压器的电抗由变压器的短路电压百分数Uk%的定义可知：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的电阻较小,一般可以忽略变压器的电阻,则变压器的电抗XT就等于其阻抗ZT。上式中没有采用变压器的额定电压,而是采用短路点所在处的线路的平均额定电压,是因为变压器的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的电阻RT时,可根据变压器的短路损耗ΔPK,按照下式计算：RT=ΔPK．U式中：ΔPK—变压器的短路损耗；UNT—变压器的额定电压；SNT—变压器的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的电抗。XT=Z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、电抗器的电抗电抗器的电抗以其额定值的百分数形式给出,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、线路的电抗线路的电抗随着导线间的几何均距及线径而变,可从手册中查出单位长度的电抗值,按照下式求得,有名值：Xl—线路的电抗值,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—线路的平均电压。第四节短路电流的计算一、有名制法短路计算公式：—系统中发生三相短路时,短路点的短路电流—系统短路点所在线段的平均电压—归算到短路点的综合正序等值电抗。一般情况下一个或二个电压等级的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,短路点的短路电流标幺值—系统中发生三相短路时,短路点的短路电流有名值—归算到短路点的综合正序等值电抗标幺值。三、两相短路电流的计算：一般用于效验保护灵敏度四、短路电流冲击值的计算：一般用于效验短路动稳定性五、短路全电流最大有效值的计算：一般用于效验短路热稳定性第五节高压电气设备选择一、高压电气设备选择的一般条件和原则为了保障高压电气设备的可靠运行,高压电气设备选择与校验的一般条件有：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额定电压和最高工作电压可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择,即UN≥UNs〔2额定电流电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下,电气设备的长期允许通过电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax,即IN≥Imax〔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的环境<尤须注意小环境>条件,当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和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。满足热稳定的条件为：式中It—由生产厂给出的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。I∞—短路稳态电流值。t—与It相对应的时间。tdz—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是电气设备承受短路电流机械效应的能力,也称动稳定。满足动稳定的条件为或式中ich、Ich—短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。〔3短路计算时间校验热稳定的等值计算时间tdz为周期分量等值时间tz及非周期分量等值时间tfz之和,对无穷大容量系统,,显然tz按和短路电流持续时间相等,按继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之和,即tz=tb+tkd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,标准规定的断路器开关时合格的燃弧时间是3～15ms,实际试验中3～9ms的最多,燃弧时间和首开相的开断时刻有关。开断电器应能在最严重的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,取后备保护的动作时间。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,热稳定性的计算时间一般可以采用0.1s。二、高压断路器的选择1、高压断路器的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断路器种类和型式的选择高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用条件等要求选择其种类和型式。高压断路器的操动机构,大多数是由制造厂配套供应,目前集团公司在用的有永磁式、弹簧式等两种种型式的操动机构可供选择。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的最大短路电流称为额定开断电流。高压断路器的额定开断电流INbr,不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量Izt,即INbr≥Izt当断路器的INbr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INbr≥I"〔3短路关合电流的选择断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路电流最大冲击值ich,即：iNcl≥ich三、高压熔断器的选择高压熔断器按额定电压、额定电流、开断电流和选择性等项来选择和校验。1、额定电压选择对于一般的高压熔断器,其额定电压UN必须大于或等于电网的额定电压UNs。但是对于充填石英砂有限流作用的熔断器,则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中,这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UNs=UN的电网中,过电压倍数约2~2.5倍,不会超过电网中电气设备的绝缘水平,但如在UNs<UN的电网中,因熔体较长,过电压值可达3.5~4倍相电压,可能损害电网中的电气设备。2、额定电流选择熔断器的额定电流选择,包括熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。〔1熔管额定电流的选择为了保证熔断器载流及接触部分不致过热和损坏,高压熔断器的熔管额定电流应满足式的要求,即INft≥INfs式中INft—熔管的额定电流；INfs—熔体的额定电流〔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和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作,保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器,其熔体的额定电流可按式选择,即：INfs=KImax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>；Imax一电力变压器回路最大工作电流。用于保护电力电容器的高压熔断器的熔体,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INfs=KINc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>；INc一电力电容器回路的额定电流。3、熔断器开断电流校验INbr≥Ich<或I">式中INbr—熔断器的额定开断电流对于没有限流作用的熔断器,选择时用冲击电流的有效值Ich进行校验；对于有限流作用的熔断器,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>保护装置之间动作的选择性,应进行熔体选择性校验。各种型号熔断器的熔体熔断时间可由制造厂提供的安秒特性曲线上查出。如图所示,为两个不同熔体的安秒特性曲线〔INfs1<INfs1,同一电流同时通过此二熔体时,熔体1先熔断。所以,为了保证动作的选择性,前一级熔体应采用熔体1,后一级熔体应采用熔体2。对于保护电压互感器用的高压熔断器,只需按额定电压及断流容量两项来选择。四、电缆的选择电缆的基本结构包括导电芯、绝缘层、铅包〔或铝包和保护层几个部分。按其缆芯材料分为铜芯和铝芯两大类。按其采用的绝缘介质分油浸纸绝缘和塑料绝缘两大类。电缆制造成本高,投资大,但是具有运行可靠、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的用途、电缆敷设的方法和场所,选择电缆的芯数、芯线的材料、绝缘的种类、保护层的结构以及电缆的其它特征,最后确定电缆的型号。常用的矿用电力电缆有塑料绝缘电缆和橡胶电缆等。一般固定敷设的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的电缆采用UGSP型双屏蔽橡套电缆。在立井井筒或倾角为45°及其以上的井巷内,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°以下的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；固定敷设的低压电缆应采用MVV铠装或非铠装或对应电压等级的移动橡套电缆。非固定敷设的高低压电缆,应采用符合NT818标准的橡套软电缆。2、按额定电压选择可按照电缆的额定电压UN不低于敷设地点电网额定电压UNs的条件选择,即UN3、电缆截面的选择一般根据最大长期工作电流选择,但是对有些回路,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的允许电流Ial,应不小于所在回路的最大长期工作电流Imax,即KIal≥Imax〔7-40K=K1×K2×K3式中Ial一相对于电缆允许温度和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的校正系数导电线芯最高允许温度℃不同环境温度下的载流量校正系数5℃10℃15℃20℃25℃30℃35℃40℃45℃801.171.131.091.041.00.9540.9050.8350.798651.221.171.121.061.00.9350.8650.7910.707601.251.21.131.071.00.9260.8450.7560.655551.341.251.181.091.00.8950.7550.6330.447K2一直埋式的土壤热租率的修正系数,如表所示土壤热租率的修正系数导线截面土壤热租率,℃·cm/W6080120160200载流量修正系数2.5～161.061.00.90.830.7725～951.081.00.880.800.73120～2401.091.00.860.780.71K3一空气中多根并列时修正系数,如表所示电缆之间的距离并列电缆的数目12346d1.00.90.850.820.82d1.01.00.980.950.93d1.01.01.00.980.96〔2按经济电流密度选择IEC287-3-2/1995"电力电缆的线芯截面最佳化"标准,该方法适用于中、低压电缆线路。根据我国电网运行情况,如果能全面推行按经济电流选择电线、电缆截面的方法,将减少35%～42%的线路损耗,经济意义十分重大。现阶段,在电力和建筑电气工程中推行按经济电流选择电缆截面是优化设计的内容之一。一般情况下,按温升选择的截面与按经济电流确定的导体截面二者取较大者。特别:经济寿命变化时,经济截面变化不大,也就是经济寿命从30年变成5年,但是总费用仅相差10%,此时经济截面仍然是合理的。一般高压电缆〔这里指6kV和10kV及以上和长期使用的电缆,比如进线电缆,使用经济电流密度来选择,一般经济电流密度选择出来的电缆截面偏大。理论上,经济电流密度可以使用任何情况下的电缆截面选择。一般根据钢厂的情况,选择密度为1.5～2。经济电流密度可根据手册,经过电缆规格、电价和班制来计算决定,经验数字仅供参考。按经济电流密度选择电缆截面的方法与按经济电流密度选择母线截面的方法相同,即按下式计算：式中Sec—电缆的经济截面Imax—正常运行时长时最大负荷电流Jec—根据电缆的芯线材质,查出经济电流密度经济电流密度〔电工计算手册168页导线种类年最大负荷利用小时数3000以下3000～50005000以上裸铜线和母线3.02.251.75裸铝线及钢芯铝线和母线1.651.150.9铜芯电缆2.52.252.0铝芯电缆1.921.731.54由于上表的参数是原电力部制定,目前由于电能损耗价格、送电单位导线费用的变化很大,需要对上述的系数进行修正。修正公式如下：Jec=1000式中Jec—经济电流密度Kt—投资利用标准经济效果系数。建议对纯收入采用0.1～0.15,对国民收入采用0.18～0.26；Ki—线路的基本折旧率,国家有统一的规定；Kj—基本折旧费年平均扣除系数,取6.526.62；Fz—线路的综合折旧率,国家有统一规定；Kk—计及电晕引起的电能损耗系数〔电晕功率损耗与导线发热损耗之比；R0—导线单位电阻；δ—单位电价。按经济电流密度选出的电缆,还必须按最大长期工作电流校验。按经济电流密度选出的电缆,还应决定经济合理的电缆根数,截面S≤150mm2时,其经济根数为一根。当截面大于150mm2时,其经济根数可按S/150决定。4、热稳定校验《煤矿安全规程》四百五十三条、四百五十六条均规定必须校验电缆的热稳定性。电缆的热稳定性不符合要求,发生故障后,产生的危害很大应验算电缆的热稳定性。〔1热稳定型一般标准校验方法电缆导体允许最小截面,由下列公式确定：短路最高允许温度按120℃计算<E.1.1-1><E.1.1-2><E.1.1-3>C=1C=58455.4C=5169.51C=71.9×以4mm2交联聚乙烯电缆为例计算最大三相短路电流根据公式：S=II=S×Ct×除电动机馈线回路外,均可取θP＝θH。C值确定方式,应符合下列规定：除火电厂3～10kV厂用电动机馈线外的情况：<E.1.3-2>式中S――电缆导体截面<mm2>；例25mm2J――热功当量系数,取1.0；q――电缆导体的单位体积热容量〔J/cm3·℃,铝芯取2.48,铜芯取3.4；θm――短路作用时间内电缆导体允许最高温度〔℃；取120θP――短路发生前的电缆导体最高工作温度〔℃；取35θH――电缆额定负荷的电缆导体允许最高工作温度〔℃；取90θ0――电缆所处的环境温度最高值〔℃；取40t――短路持续时间〔s；0.3α――20℃时电缆导体的电阻温度系数〔1/℃ρ――20℃时电缆导体的电阻系数〔Ωcm2/cm,铜芯为0.0148x10-4、铝芯为0.031x10-4η――计入包含电缆导体充填物热容影响的校正系数,对3～10kV电动机馈电回路,宜取η＝0.93,其它情况可按η＝1；K――缆芯导体的交流电阻与直流电阻之比值,可由表E.1.3－2选取。表E.1.3－2K值选择用表电缆类型6～35kV挤塑自容式充油导体截面<mm2>95120150185240240400600芯数单芯1.0021.0031.0041.0061.0101.0031.0111.029多芯1.0031.0061.0081.0091.021〔2热稳定性简易校验方法满足热稳定要求的最小截面可按下式求得式中—短路电流稳态值〔Atdz—热稳定计算时间〔一般取配电装置的动作时间0.1～0.2秒芯线材料铝铜芯线绝缘材料短时最高允许温度120150175200120150175200230250油浸纸75879395120120130——165聚氯乙烯63———95—————橡胶7587—199100120—145——交联聚乙烯5370—8780100——141—C一热稳定系数,取值如下表所示以4mm2电缆为例计算热稳定性电流由于电缆的散热条件差,短暂时间的短路电流通过,均能使电缆芯线的温度超过其绝缘的短时最高允许温度,使绝缘损坏或影响其使用寿命,故电缆应按照短路电流校验热稳定性。校验热稳定性公式如下：Smin=I∞t1式中I∞—t1—短路电流作用时间,根据开关动作时间取0.1s;C—热稳定系数,查表得橡套电缆短时最高允许温度在150℃时的热稳定系数为120。利用上式计算4mm2电缆的热稳定性。I∞=SminC5、电压损失校验正常运行时,电缆的电压损失应不大于额定电压的5%,〔1计算法即式中ΔU%一电压损失百分数；In—电缆中的负荷电流,A；Un—额定电压。kV；R0、X0—电缆线路的单位长度电阻及电抗,Ω/km;L—电缆长度,km；cosφ、sinφ、tgφ—功率因数及功率因数对应的正弦、正切值。高压系统中的电压损失按《全国供用电规则》规定,在正常情况下不得超过7%,故障状态下不得超过10%。电压损失应从地面变电站〔所算起至采区变电所母线上止。〔2查表法将计算法的计算公式中的电缆输送的有功功率单位改为兆瓦,则电压损失百分数可写成ΔU%=K·P·LK—每兆瓦公里负荷矩电缆中的电压损失百分数,在6kV时,K=2.78〔R0+X0tgφ；在10kV时,K=1·〔R0+X0tgφ.在不同功率因数及不同电缆截面的数值如下表所示P—电缆输送的有功功率MW。L—电缆长度,km；第六节短路电流计算实例以某矿35kV变电站为例,最大运行方式为：区域变电站处于最大运行方式,35kV输出电线路一路运行,变压器分裂运行,下井电缆两路并联,异步电机3台运转。最小运行方式为：区域变电站处于最小运行方式,35kV输电线路一路运行,变压器分裂运行,下井电缆单回运行,不考虑大容量电动机反馈短路电流。二台主变压器,型号均为SF7-8000/35,容量为8000kVA,阻抗电压百分数Ud%=7.43%。1、短路电流计算系统图及等值电路图kk1k26.3kV冶炼厂k9天轨电车k8k7k6k5k4水处理西风井付绞主绞380kW800kW44m0.1km0.12km2km0.3km0.25km0.6km0.2km1.5km0.23km1km0.35km下井电缆k3k15东风井380kW矸山k11压风机250kWk12k13冶炼厂锅炉房k14图1申沟站短路电流计算系统图XX理工大学工程硕士学位论文.kk9k8k7k6k5k4k3k10k11k12k13k14k1S20.92875X174.0312110.0202100.024290.403180.060570.050440.873850.8738120.0403130.3023140.0464150.2016160.201660.1209k1510.633310.7027〔最大〔最小k2图2申沟站等值电路图.短路点的设置见图1,短路电流计算系统图见图1,等值电路图见图2。2、短路电流计算主井绞车电动机,副井绞车电动机、压风机及东风井风机电动机总容量超过规定值〔800kW及以上,且距6kV母线距离很近,计算K2点〔6.3kV短路参数时考虑附加电源,计算K4点短路参数时考虑主绞车电动机的影响,其它短路点不考虑附加电源。2.1计算各元件的电抗标么值选取基准容量：Sb=100MVA选取短路点所在母线的平均电压为基准电压,即：计算K1点,选取Vb=37kV,==1.56kA计算K2点及其它短路点时,选取Vb=6.3kV,==9.16kA37KV母线大运行方式时系统容量158MVA,小运行方式时系统容量142MVA〔注：该参数由供电处提供。阻抗=0.7027,=0.6333折合37KV阻抗=9.6198Ω,=8.6646Ω折合6.3KV阻抗=0.2795Ω,=0.2514Ω变压器：=0.92875=0.3686Ω电抗器：=0.8738=0.3464Ω电缆线路：==0.08×0.6×=0.1209=XOL=0.08×0.6=0.048Ω==0.08×0.25×=0.0504x7=XOL=0.08×0.25=0.02=XOL=0.08×0.30×=0.0605x8=XOL=0.08×0.30=0.024=XOL=0.08×2.0×=0.4031x9=XOL=0.08×2.0=0.16架空线路：==0.4×4×=4.0312x17=XOL=0.4×4=1.62.2短路电流计算K1点短路：〔1最大运行方式=0.6333=8.6646Ω==2.46kA==2.46kA==158MVAikr=2.55I″=2.55×2.46=6.27kAIkr=1.52I″=1.52×2.46=3.74kA〔2最小运行方式=0.7027=9.6198Ω=×1.56=2.22kA==2.22kA=0.866=1.92kAK2点短路：〔1最大运行方式：=X1*+X3*=0.6333+0.92875=1.5621=X1+X3=0.2514+0.3686=0.62Ω=5.86kA=64MVA电动机反馈冲击电流ikrm=7.5Krm·INMikrm=7.5×1.5×〔380+380+250+800=7.5×1.5×0.218=2.449kAikr∑=ikr+ikrm=2.55In+=2.55×5.86+2.449=17.39kAIkr=1.52I″=1.52×5.86=8.91kA〔2最小运行方式=0.7027+0.92875=1.63145=0.2795+0.3686=0.6481Ω=×9.16=5.61kA==5.61kA=0.866=4.86kAK15点短路：〔1最大运行方式=X1*+X3*+X5*=0.6333+0.92875+0.8738=2.43585=X1+X3+X5=0.2514+0.3686+0.3464=0.9664Ω=3.76kA=3.76kA=41MVA=41MVAikr=2.55×3.76=9.588kAIkr=1.52×3.76=5.72kA〔2最小运行方式=0.7027+0.92875+0.8738=2.50525=0.2795+0.3686+0.3464=0.9945Ω=×9.16=3.66kA=3.66kA=0.866=3.17kAK3点短路：〔1最大运行方式〔下井电缆两并联运行=X1*+X3*+X5*+X6*/2=2.43585+0.1209/2=2.4963=X1+X3+X5+X6/2=0.9664+0.048/2=0.9904Ω=ikr=2.55×3.67=9.36kAIkr=1.52×3.67=5.58kA〔2最小运行方式=X1*+X3*+X5*+X6*=2.43585+0.1209=2.55675=X1+X3+X5+X6=0.9945+0.048=1.0425Ω=×9.16=3.58kA=3.49kA=0.866=3.1kAK4点短路：〔1最大运行方式=X1*+X3*+X7*=0.6333+0.92875+0.0504=1.61245=X1+X3+X7=0.62+0.02=0.64=5.68kA==5.68kA=62.02MVA=61.98MVA电动机反馈冲击电流ikrm=7.5×1.5×=1.08kAikr∑=ikr+ikrm=2.55×5.68+1.08=15.57kAIkr=1.52×5.68=9.63kA〔2最小运行方式=0.7027+0.92875+0.0504=1.68185=0.6481+0.02=0.6681=×9.16=5.45kA=0.866×5.45kA=4.72kAK5点短路：〔1最大运行方式=0.6333+0.92875+0.0605=1.62255=0.62+0.024=0.644=5.65kA62MVAikr=2.55×5.65=14.41kAIkr=1.52×5.65=8.59kA〔2最小运行方式=0.7027+0.92875+0.0605=1.69195=0.6481+0.024=0.6721=×9.16=5.41kA=5.41kA=0.866×5.41kA=4.69kAK6点短路：〔1最大运行方式=0.6333+0.92875+0.4031=1.96515=0.62+0.16=0.784.66kA=4.66kA51MVAikr=2.55×4.66=11.88kAIkr=1.52×4.66=7.08kA〔2最小运行方式=0.7027+0.92875+0.4031=2.03455=0.6481+0.16=0.8081=×9.16=4.5kA=4.5kA=0.866×4.5=3.9kA短路参数计算结果汇总表运行方式最大运行方式最小备注短路参数kASK,MVAikr,kAIkr,kAkA短路点K12.461.586.273.741.9235kV母线K25.866417.398.914.866kV母线K33.6740.069.365.583.130板井下变电所K45.6862.0215.578.634.724板,主井K55.656214.418.594.699板,副井绞车K64.665111.887.083.939板,西风井K75.776314.728.774.795板,水处理K85.7963.214.768.84.827板,无轨电车K91.6418.04.182.491.4223板,冶炼厂K105.7262.414.588.694.756板,东风井K114.9153.6412.537.464.119板,矸山K125.6962.1714.518.654.7328板,压风机K135.1956.713.237.894.3341板,冶炼厂K145.6161.2514.318.534.6636板,锅炉房K153.7641.009.595.723.1729板,电抗器第二章高压配电装置所具有的保护种类第一节过流保护装置一、过载保护：过载是指电动机、变压器等电气设备运行电流超过其额定电流但小于1.5倍额定电流的运行状态,此运行状态在过电流运行状态范围内。若电气设备长期过载运行,其绕组温升将超过允许值而绝缘老化或损坏。过载保护要求不受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作。井下高压开关均应投入使用。二、短路保护：短路保护是指电气控制线路中的电器或配线绝缘遭到损坏、负载短路、接线错误时,都将产生短路故障。短路时产生的瞬时故障电流是额定电流的十几至几十倍。电气设备或配电线路因短路电流产生的强大电动力可能损坏、产生电弧,甚至引起火灾。短路保护要求在短路故障产生后的极短时间内切断电源。在每台开关均须投入使用。当配电系统发生近端短路,电源电压为零,电流互感器通过四倍额定电流时,其二次电流源绕组能输出25VA〔负载电阻25Ω,使断路器可靠分闸。〔摘自JB8739—1998矿用隔爆型高压配电装置使用范围：所有开关必须投入使用。整定方法在后详述。应注意：部分开关短路保护装置带有小延时,主要是为了躲开配电变压器或大型电动机在合闸瞬间的励磁涌流,固定小延时时间为50mS,一般来说变压器容量在600KvA以上时可投入小延时。若合闸时不发生误动作,可不投入小延时。〔摘自ZBT—11型高开综合保护器,上海山源三、反时限过流保护：反时限过电流保护的动作时间是一个变数,随短路电流大小而变,短路电流大,动作时间快,短路电流小,动作时间慢,表现为反时限特性。就是说继电保护的动作时间与短路电流大小有关,成反比例关系。反时限保护建议投入,能充分发挥被保护原件的效益,又不致使元件长时间发热而损坏,反时限过电流保护具有瞬动性和反时限特性,能对故障情况动态跟随。特别是电动机具有一定的过载特性,高爆开关控制电动机时投入使用。上海山源电子电气科技发展有限公司生产的ZBT—11型高开综合保护器有三种反时限曲线选择,通常输电线路采用普通反时限特性,而在线路末端短路时电流变化较大的情况下,则采用强反时限特性,当线路末端短路时电流变化非常大时,采用极强反时限特性。r＝1,常用于被保护线路首末端短路故障电流变化较大的场合。r＝2,常用于反映过热状况的保护。〔电动机、发电机转子、变压器、电缆、架空线等〔因为发热与电流的平方成正比这两种是国内最常用的两种反时限特性曲线。第二节单相接地保护一、零序电流型保护：利用故障线路零序电流比非故障线路零序电流大的特点来实现有选择性的接地〔漏电保护。二、零序功率方向型保护：利用故障线路和非故障线路零序电流方向不同的特点来实现有选择性的接地〔漏电保护。摘自JB8739—1998《矿用隔爆型高压配电装置》,一般适用于变压器中性点不接地供电系统,应投入使用,整定方法见漏电保护整定。注意：具有零序电流型和零序功率方向型两种漏电保护的,建议采用零序功率方向型。对于变电所总进线开关,为提高供电的可靠性,降低保护装置误动作,可以仅采用零序电流型漏电保护。上海山源电子公司、八达电气有限公司等高爆开关综合保护装置装置带有零序一段、二段过流保护装置,一段是瞬时动作；二段是延时动作,根据动作时间选择合适的档位。应注意：零序电流互感器是漏电保护的关键器件,LX字面应朝向母线的电源侧,K应接保护装置零序电流IO端,D应接保护装置地线端,不可错接。S端应接试验线,也可取消不接。馈出线的电缆接地线不得穿过零序电流互感器的孔心。三、绝缘监视保护：对双屏蔽橡套电缆的监视线和地线间的绝缘进行监视的保护。摘自JB8739—1998《矿用隔爆型高压配电装置》,使用范围：使用条件较为苛刻,电缆必须是双屏蔽橡套电缆,建议向移动变电站供电且馈出线为双屏蔽橡套电缆的开关投入使用,其它开关不能使用。使用方法：一般在矿用高压配电装置后腔下室地板上,固定一终端电阻,它接在一只两芯接线端子上,若配电装置馈出的电缆是UGSP型双屏蔽橡套电缆,并要求绝缘监视保护时,将下室地板上的终端电阻取下,将电缆中的监视线与地线分别接到原终端电阻的两个接线柱上,终端电阻的引出线分别与电缆末端〔移动变电站或电源进线盒的监视线与地线连接即可。整定方案：这种保护不需要整定,已经在高压配电装置综合保护内固化,一般监视线与接地线的绝缘电阻在1.5~3kΩ可靠动作,在0.8~5.5kΩ允许动作,在其它绝缘值不允许动作,动作时间小于0.1秒。第三节其它保护种类一、失压保护电动机正常运转时如因为电源电压突然消失,电动机将停转。一旦电源电压恢复正常,有可能自行起动,从而造成机械设备损坏,甚至造成人身事故。失压保护是为防止电压恢复时电动机自行起动或电器元件自行投入工作而设置的保护环节。采用接触器和按钮控制的起动、停止控制线路就具有失压保护作用。因为当电源电压突然消失时,接触器线圈就会断电而自动释放,从而切断电动机电源。当电源电压恢复时,由于接触器自锁触头已断开,所以不会自行起动。但在采用不能自动复位的手动开关、行程开关控制接触器的线路中,就需采用专门的零电压继电器,一旦断电,零电压继电器释放,其自锁电路断开,电源恢复时,就不会自行起动。二、欠电压保护当电源电压降至60%~80%额定电压时,将电动机电源切断而停止工作的环节称为欠电压保护环节。除了采用接触器有按钮控制方式本身的欠电压保护作用外,还可采用欠电压继电器进行欠电压保护。将欠电压继电器的吸合电压整定为0.8~0.85UN、释放电压整定为0.5~0.7UN。欠电压继电器跨接在电源上,其常开触头串接在接触器线圈电路中,当电源电压低于释放值时,欠电压继电器动作使接触器释放,接触器主触头断开电动机电源实现欠电压保护。部分高压配电装置为当电网电压降至额定值的65%以下时,可靠保护。1、井下高压电动机、非局部扇风机专用动力变压器的控制开关,应具有欠压保护,其整定原则为：释放电压应大于35%UN,吸合电压应小于85%UN。2、井下向移动变电站送电的控制开关,应具有欠压保护,其整定原则为：释放电压应大于35%UN,吸合电压应小于85%UN。3、井下中央变电所、采区变电所中的总进线开关、联络开关及向下级变电所馈出电源线的控制开关,应摘除开关的欠压保护,并将其综合保护的低电压保护设置在关的状态,如果不能设置在关的状态,应将失压保护设置在最小值,延时时间设置为最长时间。4、控制局部扇风机专用的的控制开关,应采用具有欠压延时功能的高压配电装置,没有欠压延时功能的,应更换为具有欠压延时功能的高压配电装置,延时时间设置为2秒,动作电压设置为最小值。三、过电压保护过压保护是指被保护线路电压超过预定的最大值时,使电源断开或使受控设备电压降低的一种保护方式。设置过电压的目的主要是为了防止用电设备长期处于严重过电压的状态下运行,会造成设备绝缘下降,加快设备的老化速度。使用范围：井下高压防暴配电装置均应采用,变电所总进线开关的过电压保护装置可只发信号用于警告,提醒运行值班人员注意。控制变压器、电动机的配电装置可设置为跳闸,以保护设备不受损坏。整定方法：建议动作值为1.2UN,动作时间为1秒。动作值不可调的,选择投入。开关综合保护装置具有故障录波功能的,在不影响开关综合保护装置正常运行的情况下,应投入故障录波功能。第三章高压开关短路、过载保护整定原则及方法第一节矿井供用电设备继电保护整定原则1、各级电网之间继电保护的运行整定,应以保证电网全局的安全稳定运行为根本目标。电网继电保护的整定应满足速动性、可靠性、选择性和灵敏性要求。如果由于电网运行方式、装置性能等原因,不能兼顾速动性、选择性或灵敏性要求时,应在整定时合理地进行取舍,优先考虑灵敏性,并执行如下原则：a.矿井电网服从矿区电网；b.下一级电网服从上一级电网；c.局部问题应在不影响或不扩大影响上一级电网安全供电的前提下,自行确定局部供电的继电保护整定；d.上级电网在运行方式和继电保护整定满足的条件下,应以下一级电网的继电保护整定需要,科学、合理地确定本电网继电保护整定参数,做到上、下电网继电保护整定统筹兼顾,科学合理；e.保证重要负荷供电。2、上、下级继电保护之间的整定,一般应遵循逐级配合的原则,满足选择性的要求,即当下一级线路或元件故障时,故障线路或元件的继电保护整定值必须在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的继电保护整定值相互配合,以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。对不同原理的保护之间的整定配合,原则上应满足动作时间上的逐级配合。3、电流速断保护应校验被保护线路出口短路的灵敏系数。4、各变电所出线开关定时限过流保护动作时限设置,与上下级变电所出线开关定时限过流保护动作时限配合,视供电线路级数多少,优先考虑阶梯配置。定时限过电流保护定值必须保证配电网路中最大容量的电气设备或同时工作成组的电气设备能够起动。5、除电动机保护采用反时限保护方式外,变压器、线路保护均不宜采用此方式。6、上下级线路过载保护,动作时间配合级差取0.5s。7、必须用最小两相短路电流校验短路保护装置的灵敏度。作为主保护,取本级线路末端最小两相短路电流,要求灵敏系数Klm≥1.5；作为远后备保护时,取相邻下级线路末端最小两相短路电流,要求K8、地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上,必须装设有选择性的单相接地保护装置；供移动变电站的高压馈电线上,必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。9、井下各高压电机及动力变压器接地保护动作于瞬时跳闸。第二节继电保护配置的基本原则1、矿井6～10kV供电干线各开关均设防止相间短路的保护、过载保护、欠压、过压、断线、接地、三相电流不平衡及断相保护。2、井下动力变压器保护应设短路、过载、欠压、过压、断线、接地、漏电、三相电流不平衡及断相保护。3、高压电动机保护应设短路、过载、反时限过流、欠压、过压、断线、接地、漏电、三相电流不平衡及断相保护。4、电容器保护应设短路、过载、零序、熔断器、接地、过电压和低电压保护。第三节继电保护整定计算方法一、电动机继电保护整定计算1、电动机的短路保护电动机的短路保护动作电流按躲过电动机的起动电流整定,即Idz式中Kk—可靠系数,取1.4～1.6；若采用反时限保护,取1.8Kjx—Iq.D—电动机的起动电流〔周期分量,高压电动机的启动电流一般取5～7电动机的额定电流。灵敏度校验：Klm=Id.min(2)式中Id.min(2)2、电动机的过载保护为了使过电流保护在正常运行时〔包括输送最大负荷和外部故障切除后电动机自起动时不动作,其动作电流应按下式整定：Idz=K式中Kk—可靠系数,取1.Kh—返回系数,微机型保护取1.0；Ie—时间的整定应考虑躲过电动机的起动时间,一般情况下取15～20s。《继电保护及二次回路速查速算手册》234页过电流保护的灵敏度可按下式校验：Klm=Id.min式中Id.min（3灵敏度校验,要求Klm≥3、电动机的欠压、过压保护欠压保护：对电网电压进行监测,当不足额定电压的65%时保护动作,动作时间取0.5s。过压保护：对电网电压进行监测,超过额定电压的118%时保护动作,动作时间取2s。4、双屏蔽电缆绝缘监视保护〔1高压双屏蔽地线之间的绝缘电阻值Rd降低到：Rd<3KΩ,本保护器可靠动作；Rd>5KΩ,本保护器不动作；〔2当屏蔽芯线与屏蔽地线之间的回路电阻值Rk增加到：Rk>1.5KΩ,本保护器可靠动作；Rk<0.8KΩ,本保护器不动作。监视动作时间小于0.1s。5、PT断线保护当装置检查到PT断线时,发出报警信号。6、三相电流不平衡保护及断相保护相平衡度分档可选:50%、60%、70%、80%。电动机的相平衡度分档选择为70%,动作延时20s。7、反时限过电流保护华荣科技公司和上海山源电子生产的高爆开关的保护器具有反时限过电流保护,整定原则是：在最大运行方式下,下条线路始端三相短路时有最大的短路电流Idmax流过本线路,本线路的反时限保护允许启动,但不能误跳闸,因此本线路反时限曲线上对应Idmax的延时应当比下条线路反时限曲线上对应Idmax的延时高出一个时间阶段其动作电流应按下式整定：Idz=K式中Kk—可靠系数,取1.Kh—返回系数,微机型保护取1.0；Kzq—考虑电动机自起动使电流增大的自起动系数,一般取1.2～1.5Ifh.max—灵敏度计算：反时限过电流保护的灵敏度可按下式校验：Klm=I式中Id.min—最小方式下,相邻线路始端故障时流过保护安装处的最小短路电流Klm—灵敏度系数,要求不小于反时限过电流保护主要适用于电动机的继电保护,一般不用于电缆线路和变压器的继电保护。二、电容器继电保护整定计算1、短路保护电流整定Idz=<3～5>I式中INC—灵敏度校验Klm=Id.min(2)Idz≥式中Id.min(2)2、过载保护过载保护作为电容器的整组保护,其保护动作电流按躲过电容器额定电流计算Idz=<1.5～2>t=0.2～0.5s《煤矿供电设计与继电保护整定计算示例》230页灵敏度校验Klm=Id.min(2)式中Id.min(2)3、熔断器保护熔断器保护的额定电流应大于电容器的长期允许工作电流,在电容器的充电涌流作用下,熔断器不应熔断。熔断器的额定电流应满足Idz=1.43I4、过电压保护Uop=110～t=30～60s《煤矿供电设计与继电保护整定计算示例》231页5、低电压保护采用电流闭锁以防止电压互感器断线时保护误动动作电压Uop=50～动作电流Idz=<0.2～0.5>动作时间t=0.5s《煤矿供电设计与继电保护整定计算示例》231页三、6～10kV变压器继电保护整定计算1、变压器短路保护对于容量较小的变压器,可采用电流速断保护来防止变压器绕组及引出线、套管的短路故障,电流速断保护装于电源侧。保护的动作电流按下列条件选择：1应躲过变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流,即Idz=K式中Kk—可靠系数,取1.3～Id.max—2躲过变压器空载投入时的励磁涌流,通常取Idz=K×IB.e《煤矿供电设计与继电保护整定计算示例式中IB.e—K—变压器励磁涌流倍数,默认取8倍,一般取5～8。动作电流按其中较大者整定。按变压器电源侧两相短路电流检验保护的灵敏度,要求灵敏度系数Klm≥Klm=Id.min(2)式中Id.min(2)保护动作时间0s。2、变压器过载保护变压器过载保护安装于电源侧,作为变压器的后备保护,其整定值按下述条件计算：按躲开变压器可能的最大负荷电流整定,即Idz=K式中Ifh.max—变压器的最大负荷电流Kk—可靠系数,取1.2～1.3Kh—返回系数,微机型保护取1.0；变压器的最大负荷电流的计算应考虑电动机自起动时的最大电流》。Ifh.max=K式中Kzq—电动机自起动系数,取1.5～2.5Ifh.max'—正常运行时的动作时限按躲过变压器二次侧最大一台或一组设备的最长启动时间整定。有的高爆开关不能设置精确的过载时间,仅有过载档位,可把过载档位设到1档〔7～10s。过载保护的灵敏度可按下式校验：Klm=Id.min(2)Idz≥1.3～1.5式中Id.min(2)3、变压器的欠压、过压保护欠压保护：对电网电压进行监测,当不足额定电压的65%时保护动作,动作时间取0.5s。过压保护：对电网电压进行监测,超过额定电压的118%时保护动作,动作时间取2s。4、双屏蔽电缆绝缘监视保护〔1高压双屏蔽地线之间的绝缘电阻值Rd降低到：Rd<3KΩ,本保护器可靠动作；Rd>5KΩ,本保护器不动作；〔2当屏蔽芯线与屏蔽地线之间的回路电阻值Rk增加到：Rk>1.5KΩ,本保护器可靠动作；Rk<0.8KΩ,本保护器不动作。监视动作时间小于0.1s。5、PT断线保护当装置检查到PT断线时,发出报警信号。6、三相电流不平衡保护及断相保护相平衡度分档可选:50%、60%、70%、80%。变压器的相平衡度分档选择为60%,动作延时20s。四、6～10kV输电线路继电保护整定计算1、无时限电流速断保护〔1瞬时动作电流值的整定计算Idz≥1.2IImax.w=IN.st+Kde式中Imax.w—线路最大工作电流,任一回路电源进线必须能担负全部负荷,即按全部负荷计算最大工作电流,IN.st—Kde—成组负荷需用系数,作为电源进线的电流速断保护,成组负荷需用系数取1∑IN.re—〔2或按首端最小两相短路有不小于1.5的灵敏度系数进行逆向整定,但保护范围可能延伸到下一线路,计算公式为Idz=I式中Id.min(2)Klm—瞬时电流速断保护的灵敏度系数,取1.5〔3为了保证短路保护的选择性,保护的动作电流应大于最大运行方式下本线路末端变电所母线上三相短路电流Id.maxIdz=K式中Kk—可靠系数,取1.Id.max—〔4灵敏度系数按保护范围末端的最小两相短路电流校验,即Klm=Id.min(2)Idz>1.5式中Id.min(2)2、带时限电流速断保护但是由于煤矿供电的距离较近,采区变电所之间的电缆短,电缆的阻抗值较小,变电所的馈出线的短路电流较大,并且相差不大,仅检测电流的大小很难实现选择性。为了实现选择性,减少发生短路故障的影响范围,一般采用如下的整定方案。无时限电流速断保护只能保护本线路的一部分,带时限电流速断保护能保护本线路全长。带时限电流速断保护作为本线路的主保护,能以较短时限切除本线路全长上的故障。《电力系统继电保护》73页〔1带时限电流速断保护动作电流值应大于下一线路的无时限电流保护的动作电流,即IdzI=式中IdzIIKk—可靠系数,一般取1.1～1.〔2中央变电所总进线开关的带时限电流速断保护动作时限建议选择为0.5s;采区变电所总进线开关的带时限电流速断保护动作时限建议选择为0.3。并和地面入井的高压开关的短路保护整定值进行配合。见《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》12页〔3为了使带时限电流速断保护在最小运行方式下两相短路时,仍能可靠地保护本线路全长,故必须以本线路末端作为灵敏度校验点来校验灵敏度,计算公式为Klm=Id.min(2)I式中Id.min(2)〔4具有带时限电流速断保护的高爆开关应投入该保护,不具有带时限电流速断保护的高爆开关应投入电流速断保护〔短路保护。3、线路的过载保护过载保护通常是指其动作电流按照躲过最大负荷电流整定的一种保护装置,它在正常运行时不会动作,而在电网发生故障时,则能反应电流增大而动作。在一般情况下,它不仅能保护本线路全长,作本线路的近后备保护,而且也能保护相邻线路的全长,作相邻线路的远后备保护。过载保护的动作电流应按下述原则考虑：为了使过载保护在正常运行时〔包括输送最大负荷和外部故障切除后电动机自起动时不动作,其动作电流应按下式整定：Idz=Kk式中Kk—可靠系数,取1.Kh—返回系数,微机型保护取1.0；Kzq—考虑电动机自起动使电流增大的自起动系数,一般取1.2～1.5Ifh.max—没有考虑电动机自起动时线路输送的最大负荷电流。任一回路电源进线必须能担负全部负荷,即按全部负荷计算最大负荷电流,应考虑需用系数,时间的整定从离电源最远的元件的保护开始,上一级的保护时间整定应比下一级的保护时间大一个时间级差,以次类推。过载保护的灵敏度可按下式校验：Klm=I当校验过电流保护作本线路的近后备保护的灵敏度时,应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的短路电流进行校验,要求Klm≥1.3～1.5；当校验作相邻下一线路的远后备保护的灵敏度时,应采用最小运行方式下相邻下一线路末端两相短路时的短路电流进行校验,要求Klm≥4、线路的欠压、过压保护欠压保护：线路的欠压保护一般不投入使用。过压保护：对电网电压进行监测,超过额定电压的118%时保护动作,动作时间取2s。5、双屏蔽电缆绝缘监视保护〔1高压双屏蔽地线之间的绝缘电阻值Rd降低到：Rd<3KΩ,本保护器可靠动作；Rd>5KΩ,本保护器不动作；〔2当屏蔽芯线与屏蔽地线之间的回路电阻值Rk增加到：Rk>1.5KΩ,本保护器可靠动作；Rk<0.8KΩ,本保护器不动作。监视动作时间小于0.1s。6、PT断线保护当装置检查到PT断线时,发出报警信号。7、三相电流不平衡保护及断相保护相平衡度分档可选:50%、60%、70%、80%。电缆线路的相平衡度分档选择为70%,动作延时20s。第四节高压开关整定计算实例以某矿6kV中央变电所为例,进行整定计算。1、中央变电所2#高爆开关的整定2#高爆开关所控制的是1#干式变压器,变压器型号是KBSG-315/6,高爆开关额定电流为100A,1#干式变压器总负荷∑P=110kW。〔1短路保护整定按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定：QUOTEIdz=KIB.eQUOTEQUOTE=6×28.9=173.4A整定短路电流为200A〔2高爆开关的过载整定值＝28.9A整定过载电流取30A〔3灵敏度校验:通过以上的短路电流计算,最小运行方式下,保护安装处两相短路时的最小短路电流为A==23.6＞1.5满足灵敏度要求2、中央变电所6#高爆开关计算整定6#高爆开关控制1#水泵,高爆开关的额定电流为200A,1#水泵型号YB450M-4/6/450,总负荷∑P=450kW。<1>高爆开关的过载整定值—高爆开关的过载整定值,A；k—可靠系数,取1.2～1.25；—高爆开关所带负荷的额定功率之和,kW;—高爆开关的额定电压,kV;—功率因数取0.7；＝1.2×58.9=70.68A过载电流整定取70A〔2电动机的短路保护动作电流按躲过电动机的起动电流整定,即式中—可靠系数,取1.4～1.6；若采用反时限保护,取1.8～2；—接线系数,当电流互感器为完全星形接线和不完全星形接线时,取1；—电动机的起动电流〔周期分量,高压电动机的启动电流一般取5～7电动机的额定电流。=1.4×1×7×=577.2A短路电流整定取600A⑶校验灵敏度按公式4612600=7.7＞1.5灵敏度系数满足要求3、中央变电18#高爆开关整定控制21上部变电所Ⅰ回路进线,高爆开关的额定电流为300A,按最大运行方式计算,Ⅰ回路进线带21上部变电所全部负荷,总负荷∑P=2650kW,最大电动机的功率为280kW,需用系数为0.6。〔1过载整定为了使过载保护在正常运行时〔包括输送最大负荷和外部故障切除后电动机自起动时不动作,其动作电流应按下式整定：Idz=KKK式中—可靠系数,取1.15～1.25；—返回系数,微机型保护取1.0；—考虑电动机自起动使电流增大的自起动系数,一般取1.2～1.5；—没有考虑电动机自起动时线路输送的最大负荷电流。—成组负荷需用系数。＝287.3A过载电流整定为300A〔2短路保护瞬时动作电流值的整定计算≥1.2=+∑式中—线路最大工作电流,A。—启动电流最大的一台或同时启动电流最大的多台电动机启动电流,A。—成组负荷需用系数,取。∑—其余电动机的额定电流之和,A。=567=680A短路电流整定为700A<3>根据短路电流计算k-1处短路电流为4612AId(2)Idz灵敏度系数满足要求第四章高压漏电保护整定方案第一节高压漏电保护整定原则一、各矿根据矿区电网中性点接地情况,选择合适的漏电保护型式。电网中性点不接地的运行方式优先选择功率方向型,没有功率方向型的应选择零序电流型。电网中性点经过消弧线圈接地的应选择零序5次谐波方向型漏电保护原理等能在电网中性点经消弧接地有效的漏电保护方式。二、高压漏电保护装置的动作参数有二次零序电压和一次零序电流,其取值范围如下。最低起动二次零序电压：U0≥3V；最高整定二次零序电压：U0≤25V；最低起动一次零序电流：I0≥0.5A；最高整定一次零序电流：I0≤6A。三、高压漏电保护系统各级纵向之间的配合选择,按时间阶梯整定。原则上最上一级时间最长,最下一级时间最短,从最下一级向上级整定时间逐渐延长。四、移动变电站应动作于跳闸,高压电动机应动作于跳闸,一般生产线路的变压器应动作于跳闸,风机、水泵应动作于报警信号,向下级变电所馈出线路应动作于报警信号,变电所内总进线开关应动作于报警信号。五、正确安装零序电流互感器才能采集真实的的零序电流的大小和方向。特别注意采用功率方向型的漏电保护器,零序电流互感器安装方向和二次侧的接线同名端。接线图见附图。第二节漏电保护整定方案应根据矿区电网中性点接地方式选择相应的漏电保护原理,采用相应的整定方案。一、功率方向型的高压防爆开关适用于矿井电网中性点不接地系统。1、电网对地电容及零序电流值的确定〔1电缆线路对地电容与单相接地电容电流煤矿高压10〔6kV电网的单相接地电流Id与电网的对地电容∑C有一一对应的关系,由公式〔1－1来计算。Id＝ωU∑C×10－6／1.732〔1－1式中Id——电网的单相接地〔电容电流,A；ω——三相交流电的角频率,ω＝314；U——电网线电压有效值,kV；∑C——电网三相对地总电容,μF。电缆的型号、截面不同时,其分布电容值也有所不同,生产厂家根据理论设计和出厂测试的数据,将不同电压等级、型号、截面电缆的单位长度三相对地总电容值与相应的单相接地电容电流值见表1－1,供用户参考。表1－110〔6kV电力电缆三相对地总电容∑C及单相接地电容电流Id电力电缆标称截面mm26kV10kV交联聚乙烯电缆交联聚乙烯电缆∑C,μF／kmId,A／km∑C,μF／kmId,A／km160.530.580.420.76250.600.650.480.87350.640.700.540.98500.710.770.601.09700.790.860.661.20950.890.970.751.361200.971.050.811.471501.061.150.871.581851.161.260.961.742401.261.371.051.903001.431.561.172.12注：①表内电容值为电缆三芯联接时的对地总电容；②各数据为各主流生产企业出厂测试值的平均值；③Id与∑C的基本换算式为公式〔1－1。<2>架空线路对地电容与单相接地电容电流架空线路的对地电容与单相接地电容电流远小于电缆线路,在《电力系统设计手册》中有一些近似的经验计算公式,但工程上推荐查表计算法比较简便实用。10〔6kV架空线路的单位长度三相对地总电容与相应的单相接地电容电流如表1－2所示。〔一般矿井10〔6kV电网的单相接地电容电流,架空导线仅占3％左右,有时工程上可以忽略。表1－2的数据根据《电力工程电气设计手册》1中P261页公式〔6－33在限定的条件下算出。表1－2架空线路三相对地总电容∑C及单相接地电容电流Id电压等级kV单回路架空线路双回路架空线路无架空地线有架空地线无架空地线有架空地线∑C,μF／kmId,A／km∑C,μF／kmId,A／km∑C,μF／kmId,A／km∑C,μF／kmId,A／km60.0180.0200.0230.0250.0150.0280.0200.036100.0280.0300.0310.0340.0230.0420.0300.055350.0920.1000.1200.1300.0770.1400.0990.180注：①架空线路因离地面距离较大,故表内参数值与导线截面无关；②表内数据考虑了因水泥杆或铁塔所引起的增量〔5～10％：③Id与∑C的基本换算式为公式〔1－1。<3>电气设备的对地电容与单相接地电容电流考虑有电气联接的10〔6kV高压电动机绕组、变压器10〔6kV绕组等,对电网对地电容与单相接地电容电流的贡献,根据经验与相关测试,6kV电气设备对地电容约占电缆及架空线对地电容总和的18%左右,10kV电气设备对地电容约占电缆及架空线对地电容总和的16%左右,故此引入相应的增值系数。不同电压等级因电气设备引起的对地电容与单相接地电容电流增值系数K如表1－3所示。〔该表源自《电力工程电气设计手册》1中P262页表6－46,并据其他相关资料增加了220kV的系数。表1～3因电气设备引起的对地电容与单相接地电容电流增值系数K标称电压,kV61035110220增值系数K1.181.161.131.10