煤矿6kV电网过流保护地设置与整定.doc
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1、煤矿6kV电网过流保护的设置与整定煤矿6kV高压电网,主要由电缆线路构成,采用双回路干线式结合放射式的供电方式。对于各个局部的放射式供电单元,过流保护的设置与整定比拟容易,因某一支路发生过流故障时,其它非故障支路的电流并不会增大,甚至还会降低,所以仅凭电流大小就可以鉴别故障支路,满足过流保护系统的选择性,一般称为横向选择性。对于以电缆为主的干线式系统,要满足过流保护系统的选择性,一般称为纵向选择性,就比拟困难。由于电缆线路始、末两端的短路电流差异较小,大多数情况下无延时的速断保护,其整定方法在理论上就不能满足纵向选择性的要求,这就是井下高压电网发生短路时,常引起越级跳闸故障的技术原因。这一专题
2、主要包括以下五局部内容。一、相关规程、概念与参数二、定时过流保护三、电流速断保护四、三段式过流保护的设置与整定五、过流保护设置、整定计算实例、相关规程、概念与参数1、煤矿安全规程的要求第455条 井下高压电动机、动力变压器的高压控制设备,应具有短路、过负荷、接地和欠压释放保护。第456条 井下配电网路变压器馈出线路、电动机等均应装设过流、短路保护装置;必须用该配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分断能力和动、热稳定性以与电缆的热稳定性。必须正确选择熔断器的熔体。必须用最小两相短路电流校验保护装置的可靠动作系数。保护装置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。2
3、、根本概念1过流故障与种类实际电流超过容许工作电流的故障叫过流故障,包括短路、过载和断相三种类型。井下高、低压电网,短路只有三相短路和两相短路两种类型2过流保护与种类能在发生过流故障时切断电源的装置叫过流保护。种类:定时过流保护;电流速断保护,包括瞬时速断和限时速断;三段式过流保护等。其它:电流电压联锁速断保护、功率方向电流保护、线路纵联差动保护、电网距离保护、电网高频保护,基于光纤通讯的架空线路全线速断保护等等。3最大三相短路电流在最大运行方式下,开关负荷侧出口处的三相金属性短路电流。金属性短路:是指短路点过渡阻抗为零的短路。最大运行方式:是指供电电网电源侧运行阻抗最小的运行方式,此时短路电
4、流最大。4最小两相短路电流在最小运行方式下,开关负荷侧线路末端的两相金属性短路电流。最小运行方式:是指供电电网电源侧运行阻抗最大的运行方式,此时短路电流最小。5开关的分断能力指开关切断并熄灭短路电流在接点间所产生的电弧的能力。6动稳定指电气设备的结构强度在瞬间承受短路时所产生的最大电动力的能力,一般以最大三相短路电流峰值来校验。7热稳定指电气设备的绝缘在短时间内14秒承受短路电流发热冲击的能力不被烧坏,一般以设备的4秒钟热稳定电流来校验。8可靠动作系数在供电技术中叫做保护装置的灵敏系数或灵敏度。它是指保护装置对故障的反响能力。灵敏度等于最小两相短路电流除以保护装置的整定电流,要求作为主保护应大
5、于等于1.5,作为后备保护应大于等于1.2。3、有关参数1过流继电器的动作电流IdJ以电磁式为例,能使继电器电磁机构吸合的通过继电器线圈的最小电流。2保护装置的整定电流Idz根据保护整定计算而确定的保护装置的定值门槛电流。3过流继电器的返回电流If使继电器由吸合转为释放的通过其线圈的最大电流叫该继电器的返回电流。通过图21可以直观地了解动作电流、整定电流和返回电流三者的关系。逐步增大通过其线圈的电流,当电流达到IdJ时,继电器吸合动作,显然,当实际电流大于IdJ时,继电器将更能保证吸合,所以整定电流一般应大于或等于动作电流。继电器吸合后,缓慢降低电流,此时,继电器不会立刻释放,当电流下降低到I
6、f时,继电器释放。动作电流与返回电流差距的大小决定于继电器的结构原理,一般用返回系数来表达。图21 继电器的动作电流与返回电流4返回系数Kf 继电器的返回系数定义为返回电流与动作电流之比,即Kf = IfIdJ 21Kf对于感应式继电器取0.8,电磁式继电器取0.85,电子式继电器取0.850.9,数字式继电器可取0.90.95。5时间继电器的整定时间tdz根据保护系统时限配合要求而确定的、本级保护装置中时间继电器的定值门槛时间。人为确定的整定时间应在时间继电器的延时时间X围之内。 时间继电器:接到动作指令后,会延迟一定的时间后再动作的继电器。6保护装置的动作时间全断电时间包括信号测取与处理时
7、间、时间继电器的整定时间和断路器的固有跳闸时间。二、定时过流保护1、功能与要求定时过流保护常用来保护线路的全长,并利用延时时间的不同,滿足纵向选择性的要求。在图22中,如果在d处发生短路,如此13断路器上所设的过流保护装置都有可能起动,当然至少“3应该起动,根据选择性的要求,希望3号开关跳闸,因此,各处保护装置的动作时间也就是延时时间,必须从负荷侧向电源S的方向逐级增加一个时间级差t,才能满足这一要求。延时级差一般为0.250.5s ,电磁式继电器取上限,电子或数字式继电器取下限。图22 定时过流的时限配合与选择性接通开关的跳闸回路需要两个条件:线路中的电流达到或超过保护装置的整定电流;故障电
8、流的存在时间达到保护装置的整定时间。所以当d处发生短路时,虽然13号开关上的保护都起动了,但经过0.25s延时,3号开关跳闸断电,短路电流消失,故1、2号开关上的保护装置就自行返回,即使各自的延时时间达到,也不会接通跳闸回路,因而不会误跳闸。当达到0.25s时3号开关因故拒动,此时线路中的短路电流继续存在,而2号开关上的保护装置已处于起动状态,等达到0.5s时,2号开关跳闸,起后备保护作用。由于是为下一级线路的保护作后备,故称为远后备保护,如果是为本级线路其它类型的保护作后备,如此称为近后备保护。2、整定计算1整定原如此 整定电流Idz应躲过正常最大工作电流Ig.max ,其中包括考虑电动机起
9、动和自起动等因素造成的影响,这时保护装置不应动作,即满足IdzI这个参数在有的书上叫做尖峰电流Ijf ,但二者的含义是有区别的。尖峰电流Ijf由这样一个公式来计算IjfIqmIgmIem 22式中 Iqm全组设备中最大电动机的起动电流;Igm长时最大工作电流,可是用计算电流Ijs来等效;Iem 最大电动机的额定电流。线路中产生尖峰电流的条件是:该组用电设备最大容量的电动机正在起动,而其它用电设备正在满负荷运行。所以公式中是二者相加,该电流一般能维持几秒到十几秒钟,定时过流保护的延时一般在3秒钟以内,所以该电流会引起保护装置误动,必须躲过。整定原如此中提到的正常最大工作电流Ig.max ,是另一
10、种情况下的尖峰电流。它是在短路故障切除后,系统母线电压恢复,局部电动机自行起动所形成的多机同时起动式尖峰电流,一般会大于公式22所定义的尖峰电流。该电流工程上是采用一个综合的、经验数值为1.53的自起动系数Kzq、乘以该线路的计算电流Ijs来确定的。所以有IKzqIjs 23式中Ijs 线路计算电流;Kzq电动机自起动系数,由试验或实际运行经验确定,可取为1.53 。另外,正常最大工作电流I也要与负荷计算中的长时最大工作电流Igm相区别。Igm是由负荷曲线得出的半小时平均最大负荷,它实际上是用计算电流Ijs来等效的。 继电器返回电流If也要躲过正常最大工作电流I,即IfI 24这一要求主要是考
11、虑定时过流保护一般还要作为下一级过流保护的远后备保护。在图23中,当第二级保护X围内发生短路时,第一级保护也会起动,只是因时限比下一级长而不会先行跳闸,当开关2跳闸故障切除、母线2的电压恢复时,同联于该母线的其它支路上的局部电动机将自行起动,结果在第一级线路中产生尖峰电流,即正常最大工作电流Ig.max ,该电流能维持几秒钟以上。此时如果继电器的返回电流小于该尖峰电流,就会引起开关1的误跳闸,使保护失去纵向选择性。图23 电动机群自起动产生最大正常工作电流2整定公式我们假设保护装置接线系数为1,电流互感器的变比也为1,由于继电器的返回电流小于其动作电流,而继电器调整好以后,动作电流IdJ就等于
12、整定电流Idz,所以只要返回电流能躲过最大正常工作电流,如此整定电流也没有问题,即有IfKfIdzIKK后就可以划等号了,即IfKfIdzKKI 25据公式23、25可以得出保护装置的整定电流计算式为 26需要注意,该整定值在电力系统中叫做一次整定电流,再考虑保护装置的接线系数和电流互感器的变比,可以计算出保护继电器的整定电流I,一般称为二次整定电流。在实际的生产矿井中,公式26中的整定电流,一般用长时最大工作电流Igm来代替计算电流Ijs。3、灵敏度校验27式中被保护线段末端最小两相短路电流;Idz保护装置的整定电流。KL 保护装置的灵敏度,对于主保护,要求KL1.5;作为后备保护时,要求K
13、L1.2。4、时限配合阶梯原如此阶梯原如此的原理是利用延时时限的不同拉开各级开关的跳闸时间,保证保护系统的纵向选择性。具体作法是:从负荷侧指向电源侧,每增加一级线路,就增加一个0.250.5s的时间级差。定时过流保护的缺点是:越靠近电源的开关,其延时时间越长,而此处发生短路时的短路电流却越大,不能满足快速性的要求,因而在煤矿井下高压干线式供电系统中不适合作主保护。三、电流速断保护电流速断分无时限和有时限两种,无时限的叫瞬时速断,没有延时环节,动作时间仅为保护装置和开关本身的固有动作时间,新型开关常在0.1s以内;有时限的叫限时速断,一般各级都设0.250.5s的延时。 1、瞬时速断保护1特点与
14、整定公式瞬时速断的特点是用提高整定电流的方法来达到系统的纵向选择性,防止发生越级跳闸。在图24中,两级线路都设有瞬时速断保护,曲线1、2表示在最大和最小运行方式下,三相短路电流、两相短路电流与线路长度L,也就是短路点位置的关系,靠近电源的第一级1QF按躲过被保护线路末端的最大三相短路电流来整定,即28式中 被保护线路L1末端的最大三相短路电流;KK保护。同样方法,第二级2QF的整定电流为29 这种整定方法,可以满足保护系统的纵向选择性。在图24中,当在第二级线路开关出口处发生最大三相短路故障时,其短路电流虽然就等于,但也比I小,所以不会发生越级跳闸。图24 瞬时速断的整定与选择性2瞬时速断的保
15、护X围瞬时速断按保护全长来校验灵敏度是不现实的,理论上这种保护的灵敏度就小于1,架空线路也不例外,所以只能用保护X围的长短来评价它的动作可靠性。在图24中,第一级的整定电流I是一个固定值,如直线3所示,它与曲线1、2分别相交于M和N两点,显然,这两点以右的线路,其短路电流小于整定电流值,这就是瞬时速断的保护死区。图中LM是它的最大保护X围,LN是它的最小保护X围,一般要求LN不小于本线路全长的1520 。最小保护X围LN的计算公式如下。 km 210式中 Up保护安装处的平均线电压,;X最小运行方式下归算到保护安装处的系统电抗,;x0线路每公里电抗,km;LN保护区最小长度,km。2、限时速断
16、保护1定义与特点带有短延时0.2s的速断保护就叫做限时速断。特点:带有短延时,可保护线路全长,既能满足选择性的要求,又有一定的快速性。2限时速断与瞬时速断保护的配合分析在图25中,前、后两级线路都设置了瞬时速断和限时速断两段式保护,。图中的曲线表示流过各保护装置的最大三相短路电流与线路长度L的关系,显然,越靠近线路末端,短路电流就越小。图 25 限时速断与瞬时速断保护的配合图中前、后两级瞬时速断的整定电流分别为I和I,由于它们分别按躲过各自的保护X围末端的最大三相短路电流整定,所以,保护动作的选择性没有问题。增设了限时速断以后,为了保护线路的全长,前一级的限时速断保护X围必须延深到后一级的首端
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