煤礦井巷供電系統短路保護計算探討

馮妞妞

(鄭州煤炭工業(集團)有限責任公司，河南 鄭州 450042)

1 配電變壓器短路保護對比

1.1 變壓器短路保護整定規則

地面6-10kV/0.4kV配電變壓器一般采用微機綜合保護裝置對配電變壓器進行保護。配電變壓器高壓側中性點不接地，配電變壓器的低壓側是三相四線制供電。電流速斷保護接在相電流上的保護整定電流按躲過外部短路故障(最大運行方式配電變壓器低壓母線三相短路)時，流過保護的最大短路電流整定。同時還應考慮躲過配電變壓器勵磁涌流，使配電變壓器能夠正常啟動。校驗保護靈敏系數時，采用保護安裝處(配電變壓器高壓側)兩相短路故障時流過電流互感器的最小短路電流進行校驗。可以認為，配電變壓器電流速斷保護是不考慮配電變壓器低壓側兩相短路故障的。

1.2 煤礦井巷10kV配電變壓器短路保護整定規則

地面6-10kV/0.69(1.2)kV配電變壓器內部以及低壓側出線端發生的短路故障，是用高壓配電箱來切除的。因此，電流速斷保護整定電流按大于配電變壓器的尖峰負荷電流(一般在大負荷啟動時)，小于低壓側出線端的最小兩相短路電流整定。校驗保護靈敏系數時，采用配電變壓器低壓側兩相短路故障時流過保護安裝處(配電變壓器高壓側)電流互感器的最小短路電流進行校驗。可以認為，配電變壓器電流速斷保護必須在配電變壓器低壓側兩相短路故障情況下，可靠動作。

1.3 兩者的對比

對繼電保護裝置的要求，根據不同的需求，往往有所側重。無論地面還是煤礦井巷，配電變壓器都是供電系統中最關健的設備，對其保護裝置的靈敏度都有很高的要求。通過對比可以得出以下結論:(1)保護范圍不同。對地面車間終端配電變壓器，電流I段(無時限電流速斷保護)可以不考慮低壓側的最小兩相短路故障，而把這種保護功能放在電流II段(定時限過電流保護)，經一定時間延時來切除故障。而對煤礦井配電變壓器，電流I段(無時限電流速斷保護)必須在低壓側的最小兩相短路故障情況下可靠動作。(2)兩者的差別，反映出煤礦井巷對電流保護“確保可靠性和快速性，兼顧選擇性”的特點。(3)煤礦井巷，在配電變壓器低壓側短路故障時，某些情況下會失去選擇性，造成高壓側保護動作與低壓側故障，即所謂的越級跳閘。(4)煤礦井巷配電變壓器保護計算中也應考慮配電變壓器勵磁涌流的影響，使配電變壓器能夠正常啟動運行。

2 煤礦井巷配電變壓器短路保護整定計算公式的對比說明

《細則》中針對新型電子式高壓綜合保護器，對原有電磁式過電流繼電器保護裝置的計算公式進行了改進，主要是考慮電子式保護裝置硬件性能更好，有較高的靈敏性和可靠性，因此，取消了原有公式中“1.2～1.4”的可靠系數。《手冊》中則認為，新型高壓真空配電箱盡管采用的是電子式過流保護裝置，性能各異，但整定計算的原則是一樣的，也沒有另行列出計算公式。《細則》相對于《手冊》，計算公式中最大的不同是引入了需用系數，不管是電磁式還是電子式的保護裝置，在其余電氣設備的額定電流求和后，引入需用系數加以調節。考慮到需用系數通常小于1，計算結果應該相對引入需用系數前有所減小。

3 整定系數對計算結果的影響

3.1 整定系數

繼電保護計算公式中引入整定系數，使整定計算結果符合電力系統正常運行及故障狀態下的規律，達到正確整定的目的。整定系數應根據保護裝置的構成原理、檢測精度、動作速度、整定條件以及電力系統運行特性等因素來選擇。整定系數的引入，使計算公式有一點的彈性，有更好的適用性。對于配電變壓器短路保護計算公式，有可靠系數和需用系數兩個整定系數。

3.2 可靠系數

由于計算、測量、調試及繼電器等各項誤差的影響，使保護整定值偏離預定數值可能引起動作，為此，整定計算公式中引入可靠系數。采用電子式保護裝置的配電變壓器瞬時速斷電流保護計算，應該引入可靠系數，主要理由如下。(1)計算過程中，電動機的啟動電流，其它負荷的工作電流和工作狀態，都有變化的因素，不可能絕對精確，需要引入可靠系數加以平衡。(2)煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護延伸至配電變壓器二次側，配電變壓器二次側低壓開關瞬時速斷保護計算公式與配電變壓器原理相同，如果出于配合的需要，想有所調節，需要引入可靠系數。(3)煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護是一個下限值，考慮配電變壓器起動時勵磁涌流的影響，實際整定值不可能太小，去掉可靠系數沒有實際意義。

3.3 需用系數

需用系數是用電設備組實際從電網吸收的最大負荷與該用電設備組的額定總容量的比值。煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護計算公式中，不建議引入需用系數，主要有以下考慮。(1)需用系數的意義是用電設備組的最大負荷達不到用電設備組標稱的總容量，所以在負荷統計和負荷計算中應該引入需用系數以反映實際情況。但在保護計算中，應該考慮到最極限的情況，用電設備或用電設備組是有可能達到甚至短時間段超過額定值運行，即保護計算應該考慮到極端情況，不應該因為這種可能的情況不存在或存在幾率小就不考慮。(2)煤礦井巷設備規格比較清楚，為方便煤礦技術人員計算，用電設備組的總電流一般采用電動機的額定電流相累加，非常方便。如果引入需用系數，會降低保護計算實現的便利性。(3)在實際應用中，計算公式引入調節系數過多(超過兩個)，會使計算過程難度加大。因為有可靠系數的存在，不建議再引入需用系數。

4 結語

本文對煤礦井巷配電變壓器瞬時速斷電流保護計算公式進行了探討，分析了保護原理的特點，對計算公式提出了自己的看法:速斷保護延伸至配電變壓器二次側，保護裝置應在配電變壓器二次側出線端最小兩相短路情況下可靠動作。保護可靠性很高，但會喪失一部分選擇性;計算公式中不應該取消可靠系數，同時也不應該引入需用系數;針對電磁式保護的計算公式，適用于電子式保護裝置的整定計算，沒必要引入新公式。無論采用哪種公式計算，對計算結果沒有本質的影響。