朱治業(yè)

摘要：縱觀可知，隨著社會(huì)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)水平顯著提升，電網(wǎng)發(fā)展十分迅猛，為充分確保煤礦電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，則必須認(rèn)真做好相應(yīng)的繼電保護(hù)工作，具體涵蓋可靠性以及靈敏性、速度以及選擇等性質(zhì)內(nèi)容，應(yīng)設(shè)置穩(wěn)固的保護(hù)裝置起到良好作用。就高壓電網(wǎng)而言，較常選用的為相間的電流及距離、接地等有效的電流保護(hù)措施?；陔x線方法針對整定值展開合理化計(jì)算，旨在確保實(shí)際運(yùn)行中整定值不會(huì)發(fā)生變化。在此，本文將針對煤礦繼電保護(hù)整定計(jì)算方法所存在的問題及對應(yīng)解決對策進(jìn)行簡要探討。

關(guān)鍵詞：煤礦供電 ? 繼電保護(hù) ? 整定計(jì)算 ? 問題 ? 對策

近些年來，市場經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)深化發(fā)展，人們?nèi)粘９ぷ魃钺槍﹄娏刻岢龈嘁?，電網(wǎng)的可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行占據(jù)有十分關(guān)鍵的應(yīng)用地位，重要性不容忽視。現(xiàn)如今，我國煤礦體系全面發(fā)展，獲得較大改善，電力使用量日趨增加，我國逐步加大對高參數(shù)動(dòng)力設(shè)備的投資，旨在保障相關(guān)設(shè)備擁有高效安全性，電力頗具較強(qiáng)穩(wěn)定性。然而，因?yàn)樽匀灰蛩匾约叭藶橐蛩?、機(jī)械設(shè)備故障等各種原因的形成，使得設(shè)備較為容易產(chǎn)生各種故障問題情況，導(dǎo)致煤礦電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定性備受直接的消極影響，電力可靠運(yùn)行備受阻礙，會(huì)讓煤礦日常工作開展遭受巨大損失。因此，縱觀現(xiàn)今的電力維護(hù)系統(tǒng)，認(rèn)真做好實(shí)際的繼電保護(hù)工作是非常有必要的，應(yīng)細(xì)化分析煤礦機(jī)電保護(hù)整定計(jì)算所存在的具體問題，并在此基礎(chǔ)上采用優(yōu)化對策展開問題的全面解決。

一、繼電保護(hù)相關(guān)內(nèi)容概述

（一）要求

為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)高效安全運(yùn)行，則要求繼電保護(hù)必須具備較高速動(dòng)性以及選擇性、可靠性以及靈敏性。具體來說，速動(dòng)性主要指的是，一旦故障形成則能夠?qū)⒃O(shè)備及時(shí)快速地切除，進(jìn)而將電氣設(shè)備發(fā)生損壞的程度控制在最小范圍內(nèi)，減緩事態(tài)擴(kuò)大化發(fā)展態(tài)勢;選擇性則是指基于繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用，在其有效保護(hù)之下，使得停電范圍得以盡可能縮小，旨在確保電網(wǎng)運(yùn)作不存在故障部位;可靠性是指若是故障形成，一旦發(fā)生，繼電保護(hù)裝置則能夠快速做出正確動(dòng)作，若處在無需動(dòng)作的狀態(tài)則可以合理拒絕動(dòng)作要求，如此一來，錯(cuò)誤動(dòng)作的形成則被制約;靈敏性指的是，不管是處在何種電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式下，所使用的繼電保護(hù)裝置均可準(zhǔn)確快速地做出相應(yīng)動(dòng)作。

（二）原理

第一，一側(cè)反應(yīng)電氣量，在此基礎(chǔ)上的繼電保護(hù)一般運(yùn)用的是分段形式，如果電網(wǎng)反應(yīng)電流逐步增加，那么電流保護(hù)會(huì)被啟動(dòng)并實(shí)施作業(yè)，若是反應(yīng)電壓處在降低進(jìn)程當(dāng)中，則會(huì)采取有效的低電壓保護(hù)措施，譬如說零序電流保護(hù)以及距離保護(hù)等。第二，兩側(cè)及多側(cè)反應(yīng)電氣量，其主要指就兩側(cè)與多側(cè)電流所展開的相位以及功率差動(dòng)保護(hù)作業(yè)，在此須注意的是電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行方式不會(huì)直接影響這一類的保護(hù)模式，其能夠獨(dú)立完成相應(yīng)動(dòng)作，與此同時(shí)，較為容易開展一系列整定計(jì)算，譬如，縱聯(lián)方向高頻保護(hù)以及縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)等。

（三）常見模式

一，差動(dòng)保護(hù)，該模式通常是將電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)，基于最大負(fù)荷下的不平衡差流來實(shí)現(xiàn)整定操作。二，距離保護(hù)，根據(jù)躲過線路末端開路時(shí)對應(yīng)的最小電阻阻抗展開有效的整定作業(yè)。三，零序電流保護(hù)，若要實(shí)現(xiàn)整定操作，則需根據(jù)躲過本線路末端接地短路最大零序電流以及躲開線路斷路器三相不同時(shí)合閘對應(yīng)的最大零序電流來完成。四，基波零序過電壓保護(hù)，通常根據(jù)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下的中性點(diǎn)單相電壓互感器以及三相電壓互感器所對應(yīng)的最大不平衡電壓實(shí)現(xiàn)整定工作。

二、繼電保護(hù)整定計(jì)算方法存在的問題與解決對策分析

（一）煤礦簡介

國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能黑岱溝露天煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田中部，是國家“八五”、“九五”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目準(zhǔn)格爾項(xiàng)目一期工程煤、電、路三大主體工程之一，是我國自行設(shè)計(jì)、自行施工的特大型露天煤礦，井田面積50.33平方公里，境內(nèi)可采原煤儲(chǔ)量14.98億噸，煤層平均厚度30米，屬低硫（<0.5）、特低磷（<0.05）、高灰熔點(diǎn)、較高揮發(fā)份和較高發(fā)熱量的長焰煤，發(fā)熱量平均4600大卡/千克，是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力和化工用煤，被稱為“綠色煤炭”。黑岱溝露天煤礦原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1200萬噸/年，1990年開工建設(shè)，1996年投入試生產(chǎn)，1999年正式移交生產(chǎn)，2003年以來經(jīng)過多次擴(kuò)能改造后，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為3400萬噸/年，成為國內(nèi)單坑產(chǎn)量最大的露天煤礦之一。黑岱溝露天煤礦開采所選用的大型設(shè)備都屬當(dāng)今露天采礦業(yè)中最先進(jìn)的采礦設(shè)備。2017年被中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)評為“特級安全高效礦井”。電力系統(tǒng)運(yùn)行方式是中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，移動(dòng)站變壓等級為35kV變6.3kV和35kV變22kV，移動(dòng)站主變壓器中性點(diǎn)連接方式為一次側(cè)星形連接，二次側(cè)三角形連接，變壓器容量為35kV變22kV容量為25000KVA，35kV變6.3kV容量為6300KVA和5000kVA。

（二）存在問題

第一，計(jì)算機(jī)整點(diǎn)計(jì)算運(yùn)行進(jìn)程中所存在相關(guān)問題。具體來說，計(jì)算系統(tǒng)分值系數(shù)時(shí)，如果難以全面綜合考慮分布電源各部自行運(yùn)行方式，則極易導(dǎo)致分值系數(shù)最終計(jì)算誤差問題的形成。除此之外，另一種情形為基于線性流程開展整定計(jì)算工作的時(shí)候經(jīng)常會(huì)形成分支系數(shù)單體充分計(jì)算等各類型情況，在實(shí)際操作中，僅僅采用分支輪流開斷保護(hù)措施，這種解決方式是不可行的，原因是母線進(jìn)行連接的時(shí)候通常難以獲得系統(tǒng)中不利運(yùn)行手段，從而難以針對所存在的不良問題狀況及時(shí)作出有效應(yīng)對。就保護(hù)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部單體循環(huán)進(jìn)行整定計(jì)算的優(yōu)化安排時(shí)，一般較常會(huì)發(fā)生線路重復(fù)開斷情況。

第二，分支系數(shù)計(jì)算進(jìn)程涉及的一系列問題。極限短路電流運(yùn)行模式與分支系數(shù)電力運(yùn)行系統(tǒng)之間存在一定的出入，充分表明不存在與繼電保護(hù)區(qū)域動(dòng)作值相對應(yīng)的不利運(yùn)行模式，僅只是一種虛擬的運(yùn)行模式。由于引入分支系數(shù)，導(dǎo)致電流保護(hù)延遲區(qū)域動(dòng)作值增大;且電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行模式各種各樣。計(jì)算延時(shí)段動(dòng)作值的時(shí)候，縱觀實(shí)情，其所針對的主要是分支系數(shù)，就延時(shí)動(dòng)作繼電保護(hù)二段以及繼電保護(hù)三段加之繼電保護(hù)四段進(jìn)行整定計(jì)算所采用的對應(yīng)方法較為固定，目前現(xiàn)有的整定計(jì)算模式涵蓋人工整定計(jì)算中某些計(jì)算套路，這就表明會(huì)在系統(tǒng)計(jì)算中融入相關(guān)的分支計(jì)算內(nèi)容。中線路單體位置相間電流保護(hù)結(jié)構(gòu)充分表明分支系數(shù)直接影響著動(dòng)作電流值，對比之前情況，這一影響趨向于增大。根據(jù)整定計(jì)算模式中對應(yīng)的基本計(jì)算原則，計(jì)算個(gè)體段點(diǎn)動(dòng)作電流，參考可靠系數(shù)相關(guān)要求查找所存在的誤差問題。

第三，斷相口電壓計(jì)算進(jìn)程出現(xiàn)的相關(guān)問題?？v覽實(shí)際的計(jì)算進(jìn)程，需要就非全向運(yùn)行過程中出現(xiàn)的振動(dòng)電氣電壓量以及電流電壓量等內(nèi)容展開具體計(jì)算。針對電壓及電流對應(yīng)電氣量實(shí)施基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算正序網(wǎng)段巷口位置處的電壓值，基于特殊記號(hào)標(biāo)出發(fā)電機(jī)母線，要求跟發(fā)電機(jī)相關(guān)的等值電勢以及等值阻抗均能夠被標(biāo)注出來，若是電壓線路進(jìn)行制定的位置點(diǎn)處存在有非全相振蕩狀況，那么能夠通過相關(guān)疊加原理法的運(yùn)用，針對正序網(wǎng)段巷口各部開路電壓進(jìn)行合理計(jì)算，而后得出具體的相關(guān)數(shù)值?；跁簯B(tài)穩(wěn)定算法的使用，方能計(jì)算得出發(fā)電機(jī)等值阻抗以及發(fā)電機(jī)等值電勢，進(jìn)而得到所需的預(yù)期數(shù)值，這主要是因?yàn)榘殡S總部電壓基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不斷改變，發(fā)電機(jī)等值電勢以及發(fā)電機(jī)等值阻抗隨之產(chǎn)生異運(yùn)行狀態(tài)，如此一來，在單體網(wǎng)絡(luò)操作進(jìn)程中，均需重新整合計(jì)算對應(yīng)的發(fā)電機(jī)等值電勢以及發(fā)電機(jī)等值阻抗。

第四，查找運(yùn)行方式中容易出現(xiàn)的相關(guān)要點(diǎn)問題。保證整定計(jì)算的科學(xué)合理性，能夠盡可能為靈敏度與對應(yīng)動(dòng)作值的校驗(yàn)提供十分有力的參考依據(jù)，需將電力系統(tǒng)日常運(yùn)行進(jìn)程中所存在的不良運(yùn)行狀態(tài)與所處在的不利形勢認(rèn)真查找出來，計(jì)算動(dòng)作值應(yīng)將最大運(yùn)行方式當(dāng)做主要運(yùn)行模式，同時(shí)，僅可采用單體循環(huán)式開端保護(hù)當(dāng)做是線路連接點(diǎn)，此外，校驗(yàn)靈敏度時(shí)應(yīng)將結(jié)構(gòu)中最小運(yùn)行模式合理找尋出來。在此應(yīng)注意的是，只是運(yùn)用輪流開斷線路保護(hù)法通常是難以滿足預(yù)期計(jì)算需求的，立足實(shí)際計(jì)算角度展開合理化分析，在輪流開斷形式應(yīng)用中，難以找到不良運(yùn)行方式查找途徑。

（三）解決對策

第一，基于參數(shù)整定法應(yīng)用實(shí)現(xiàn)科學(xué)化修正。就目前的情況來看，縱覽整定計(jì)算進(jìn)程，已經(jīng)標(biāo)定出原定給予電勢增幅數(shù)值，這一數(shù)值是通過全相振蕩線路位置發(fā)電機(jī)計(jì)算來得出的，與此同時(shí)，相角差也是這樣產(chǎn)生的，在此需確保計(jì)算中不會(huì)出現(xiàn)誤差。在正序網(wǎng)段相口注入的個(gè)體單位電流若是處于正常運(yùn)行過程中，這個(gè)時(shí)候發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)電壓效果跟對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互間并不存在必要的聯(lián)系，需于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作的每次運(yùn)行進(jìn)程展開科學(xué)化的節(jié)點(diǎn)電壓重算，旨在充分保證計(jì)算數(shù)值保持穩(wěn)定狀態(tài)，合理規(guī)避較大誤差問題的經(jīng)常出現(xiàn)。

第二，采用正確手段找尋電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常方式。采用整點(diǎn)算法進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，需根據(jù)線路中擾動(dòng)信息，細(xì)化明確繼電保護(hù)開斷線路操作流程的整定計(jì)算范圍，唯有如此，方能在某種程度上將運(yùn)行不利方式科學(xué)準(zhǔn)確地找尋出來，此類不利運(yùn)行方式在基礎(chǔ)電力系統(tǒng)中較常存在，出現(xiàn)幾率相對較大。

例：箱式變電站低電壓保護(hù)常會(huì)受到其他分支線路故障的影響而出現(xiàn)誤動(dòng)作，所以整定按母線電壓可能出現(xiàn)的最低電壓整定。

Udz= KUe/Kk

Udz——低電壓保護(hù)動(dòng)作值

K——系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低電壓系數(shù)，取0.7

Ue——系統(tǒng)額定電壓

Kk——電壓互感器變比6300/100

Udz= 0.7×6300/63=70（V）

故低電壓保護(hù)整定值取70V，動(dòng)作時(shí)限1S。

具體而言，擾動(dòng)區(qū)域主要指的是電力系統(tǒng)任意線路均會(huì)在整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)程序處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)候形成一定的對稱變化情況，如此產(chǎn)生的變化行為能夠與同個(gè)體標(biāo)定線路鄰近線路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對應(yīng)的短路電流產(chǎn)生一系列的水平電流變化問題，最終直接影響到所得整定結(jié)果。

第三，有效解決分支系統(tǒng)問題。引入分支系數(shù)導(dǎo)致延時(shí)繼電保護(hù)動(dòng)作值出現(xiàn)誤差，主要有兩個(gè)影響因素，最大短路電流和最小分支系數(shù)相對應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行方式之間不一致;分支系數(shù)自身就存在計(jì)算誤差。要想解決這兩個(gè)問題，需在計(jì)算整定繼電保護(hù)動(dòng)作值的過程中，不在使用人工整定計(jì)算動(dòng)作值時(shí)所引入的分支系數(shù)方法，可直接按照電力出現(xiàn)故障時(shí)保護(hù)測量到電氣量的方式計(jì)算繼電保護(hù)的動(dòng)作值。

例：露天煤礦移動(dòng)變電站配出柜反時(shí)限過電流整定計(jì)算。

反時(shí)限過電流保護(hù)電流定值按可靠躲過線路最大負(fù)荷電流。

Ifh.max=1.5Ie=1.5×458=687（A）

Ie—變壓器低壓側(cè)額定電流。

過電流定值選擇為720A。

反時(shí)限曲線選擇C1，動(dòng)作時(shí)間整定：根據(jù)綠皮書396頁資料，繞線式電機(jī)啟動(dòng)電流持續(xù)時(shí)間在10-15S，當(dāng)最大電機(jī)按2.5倍的啟動(dòng)電流啟動(dòng)，即I=750A，Ip=687A時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不小于15S。

tp=15[（I/Ip）0.02-1]/0.14=15[（750/687）0.02-1]/0.14=0.188（S）

動(dòng)作時(shí)間取0.2S。

第四，優(yōu)化確定擾動(dòng)域。首要任務(wù)是預(yù)定小數(shù)數(shù)值，在斷開線路以后，應(yīng)把對應(yīng)的開斷線路當(dāng)做是中心點(diǎn)，而后向外層線路持續(xù)性進(jìn)發(fā)并同時(shí)通過已知的短路電流，在認(rèn)真做好開斷操作之后經(jīng)過短路電流，針對這一短路電流跟之前進(jìn)行保護(hù)的短路電流相互間展開有效的規(guī)范化對比，相較這一小數(shù)數(shù)值，如果交流差值相對較大，則需繼續(xù)展開向前查找工作，若是所產(chǎn)生的電流差值跟小數(shù)數(shù)值幾乎相同，那么能夠判定得出已經(jīng)到達(dá)擾動(dòng)域標(biāo)定位置，在此注意，擾動(dòng)域可謂是通過不小于小數(shù)數(shù)值的線路來進(jìn)行構(gòu)成的。

第五，實(shí)現(xiàn)新舊保護(hù)裝置的逐步更替。煤礦電力系統(tǒng)所采用的保護(hù)裝置品種是非常繁多的，其中既包括電磁式保護(hù)，同時(shí)又涵蓋有微機(jī)保護(hù)。其中，電磁式保護(hù)裝置進(jìn)行動(dòng)作的時(shí)間相對較長，反映卻很慢，這是導(dǎo)致保護(hù)越級跳閘問題出現(xiàn)的關(guān)鍵形成原因。基于此，應(yīng)把各個(gè)礦井下配電所已有陳舊的電磁式電流繼電器逐步更換為微機(jī)保護(hù)裝置。具體地，微機(jī)保護(hù)裝置整定值范圍處在1至100A之間，對應(yīng)的級差值是0.01A，如此一來針對開關(guān)保護(hù)定值進(jìn)行合理調(diào)整時(shí)，能夠做到不進(jìn)行電流互感器更換便滿足相關(guān)定值要求。實(shí)踐證明，微機(jī)保護(hù)裝置產(chǎn)生的誤差問題處在相對較小的范圍之內(nèi)，返回系數(shù)達(dá)到0.9至0.97，該裝置精度高且動(dòng)作執(zhí)行速度快、返回系數(shù)相對較高且整定范圍涉及面廣、可實(shí)現(xiàn)便捷性的定制計(jì)算，進(jìn)而使得電磁式電流繼電器自身所具缺點(diǎn)被合理規(guī)避，獲得有效克服，完成跟上級微機(jī)保護(hù)裝置的良好配合，保障保護(hù)動(dòng)作可靠穩(wěn)定完成。

例：變壓器容量為400kVA，高壓側(cè)額定電壓為6.3kV;

變壓器高壓側(cè)額定電流：

Ie = S/（√3×V）=400/（1.732×6.3）≈36.66（A）

繼電保護(hù)動(dòng)作電流：

Idz=Kk×Kjx×[Ie/（Kf×Ki）]

Idz——繼電保護(hù)動(dòng)作電流

Kk——可靠系數(shù)，取1.5

Kjx——接線系數(shù)，接相上為1，相差上為√3？

Kf——返回系數(shù)，取1

Kk——電流互感器變比？50/5

Idz=1.5×1×[36.66/（10×1）]≈5.4（A）

故過電流保護(hù)整定值取6A，動(dòng)作時(shí)限取1S。

三、結(jié)語

綜上可知，煤礦電力系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著煤礦日常生產(chǎn)作業(yè)的順利開展，保護(hù)裝置的選擇性及可靠性跟煤礦電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及安全生產(chǎn)是息息相關(guān)的，基于此，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注繼電保護(hù)系統(tǒng)整定計(jì)算中所存在的關(guān)鍵問題，采取有效的應(yīng)對解決措施，全面結(jié)合具體的繼電保護(hù)原理，認(rèn)真做好繼電保護(hù)計(jì)算工作，針對保護(hù)電流與時(shí)限實(shí)施科學(xué)合理化整定，規(guī)避越級跳閘事故的形成，推動(dòng)煤礦電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行，保障煤礦生產(chǎn)工作穩(wěn)定開展，進(jìn)而提升整個(gè)煤礦的綜合實(shí)力水平。

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（作者單位：國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天煤礦供電隊(duì)）