基于煤礦供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)探究

文敬忠

摘要：供配電系統(tǒng)，是煤礦工程運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的基礎(chǔ)設(shè)備之一。在供配電系統(tǒng)運(yùn)作期間，謹(jǐn)慎做好繼電保護(hù)措施，必能減少安全事故的發(fā)生。為充分體現(xiàn)煤礦供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的運(yùn)用價(jià)值，必當(dāng)結(jié)合煤礦實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，進(jìn)而有效彌補(bǔ)運(yùn)行期間存在的缺陷，提高供配電系統(tǒng)質(zhì)量，提升煤礦生產(chǎn)質(zhì)量及效率。本文從供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的相關(guān)概述入手，剖析了煤礦供配電系統(tǒng)中繼電保護(hù)現(xiàn)存問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)煤礦應(yīng)遵循供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求配置繼電保護(hù)，在此基礎(chǔ)上提出了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)策略。

關(guān)鍵詞：煤礦;供配電系統(tǒng);繼電保護(hù);設(shè)計(jì)探究

前言：

煤炭是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，目前生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的多個(gè)領(lǐng)域均需利用煤炭資源，且國(guó)家對(duì)煤炭的需求亦在飆升。為獲得更多經(jīng)濟(jì)效益，在煤礦生產(chǎn)期間，設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行的情形尤為常見(jiàn)，供配電系統(tǒng)也是其中之一。平穩(wěn)、可靠的電力供配電系統(tǒng)，是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障。而繼電保護(hù)于供配電系統(tǒng)中的主要作用，是在發(fā)生故障后的第一時(shí)間給予指示，及時(shí)切斷故障點(diǎn)，從而確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，減小事故的范圍。故此，繼電保護(hù)在供配電系統(tǒng)中的重要性顯而易見(jiàn)，為充分發(fā)揮繼電保護(hù)作用，優(yōu)化設(shè)計(jì)將永不止步。

1、供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的相關(guān)概述

1.1供配電系統(tǒng)的運(yùn)行

目前，運(yùn)行狀態(tài)主要分為以下三種。

第一，系統(tǒng)正常運(yùn)行。是指系統(tǒng)中的各類(lèi)設(shè)備、線(xiàn)路均在其額定狀態(tài)（電壓、電流等）之中工作，各類(lèi)信號(hào)、指示及儀表均在限額內(nèi)正常工作的狀態(tài)。第二，系統(tǒng)故障。是指部分設(shè)備、線(xiàn)路發(fā)生了危及自身或系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的事件，并有可能致使事態(tài)擴(kuò)大的非正常運(yùn)行狀態(tài)。第三，系統(tǒng)異常運(yùn)行。是指系統(tǒng)正常運(yùn)行遭到損壞，但還未構(gòu)成故障事件的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置

第一，供電線(xiàn)路。一般而言，6kV線(xiàn)路需裝置過(guò)流保護(hù)。當(dāng)過(guò)流保護(hù)時(shí)限低于0.5-0.7s，并未達(dá)到要求時(shí)，可不裝置電流速斷保護(hù)。然而，關(guān)鍵性的變配電所引線(xiàn)路需安裝瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。而當(dāng)其無(wú)法滿(mǎn)足選擇性動(dòng)作之時(shí)，應(yīng)加裝略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)。

第二，配電變壓器。例如，當(dāng)配電變壓器容量低于400kVA時(shí)，一般采用高壓熔斷器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)配電變壓器容量為400-630kVA時(shí)，高壓側(cè)在斷路器上應(yīng)加裝過(guò)流保護(hù)，而當(dāng)過(guò)流保護(hù)時(shí)限超過(guò)0.5s時(shí)，還應(yīng)加裝電流流量保護(hù)。對(duì)于油浸式配電變壓器，還應(yīng)配備瓦斯保護(hù)裝置。此外，還應(yīng)配備溫度報(bào)警保護(hù)。

第三，分段母線(xiàn)。對(duì)于不并聯(lián)運(yùn)行的分段母線(xiàn)，應(yīng)安裝電流速斷保護(hù)。然而，只在斷路器合閘瞬間放入，在合閘后自動(dòng)拆下。若采用逆時(shí)過(guò)流保護(hù)，應(yīng)將其瞬動(dòng)部分拆除，負(fù)荷等級(jí)低的配電負(fù)荷中心或母線(xiàn)不得安裝保護(hù)。

2、煤礦供配電系統(tǒng)中繼電保護(hù)現(xiàn)存問(wèn)題

煤礦開(kāi)采工作期間，井下環(huán)境復(fù)雜，井下供電系統(tǒng)電源與變電站距離可能較遠(yuǎn)，因此兩者之間的電源開(kāi)關(guān)數(shù)可能較多。這種情況下，繼電保護(hù)裝置與供配電系統(tǒng)很可能難以發(fā)揮實(shí)效，且彼此間配合度不高[1]。其次，煤礦的供配電系統(tǒng)通常較為復(fù)雜，用電功耗大，故此系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)的層級(jí)較多，且所需的技術(shù)水平較高。但當(dāng)前的一些煤礦企業(yè)并未真正意識(shí)到繼電保護(hù)的重要性，使用材料多為安全系數(shù)較低的銅芯電纜。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)功耗較大時(shí)往往難以承載負(fù)荷，對(duì)繼電保護(hù)的要求也較高。但事實(shí)上，而今繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)由于部門(mén)配電企業(yè)資金等多方面的考慮并不理想，難以有效保護(hù)供配電系統(tǒng)。

3、煤礦遵循供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求配置繼電保護(hù)

近年來(lái)，因煤礦配電網(wǎng)運(yùn)行較為粗放，使得網(wǎng)架基礎(chǔ)薄弱[3]。其中一個(gè)重要因素，是配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)在煤礦企業(yè)發(fā)展中多年未改，存在嚴(yán)重過(guò)載問(wèn)題，特別是低壓?jiǎn)栴}。從煤礦配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要由架空線(xiàn)路、龜纜、配電變壓器、無(wú)功補(bǔ)償電容器及輔助設(shè)備構(gòu)成。因缺少配電布點(diǎn)，電能質(zhì)量無(wú)法滿(mǎn)足煤礦用電需求，同時(shí)也說(shuō)明煤礦配電網(wǎng)配置的繼電保護(hù)器，已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前煤礦供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。在選擇繼電保護(hù)裝置時(shí)，要依托變壓器容量選擇。煤礦配電網(wǎng)的分段母線(xiàn)并非并列運(yùn)行的時(shí)，就需安裝電流速斷保護(hù)裝置。當(dāng)配電網(wǎng)負(fù)荷低，則無(wú)需在分段母線(xiàn)上安裝保護(hù)裝置。

4、煤礦供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

4.1?優(yōu)化定時(shí)限時(shí)過(guò)流保護(hù)

煤礦中，對(duì)于過(guò)流保護(hù)的計(jì)算大多是根據(jù)最大工作電流的整定作為依據(jù)，但實(shí)際上，煤礦設(shè)計(jì)并不存在自啟動(dòng)現(xiàn)象。故此，在進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)不接觸被保護(hù)線(xiàn)路的尖峰電流進(jìn)行設(shè)定，或用最大工作電流代替尖峰電流。當(dāng)具有最大容量的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)在線(xiàn)路上產(chǎn)生最大工作電流，根據(jù)井下防爆電機(jī)的實(shí)際情況，其啟動(dòng)電流倍數(shù)可為5-6倍。繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過(guò)程中，需按照實(shí)際要求慎重操作，否則將無(wú)法達(dá)到預(yù)期保護(hù)效果。

4.2優(yōu)化瞬時(shí)速斷保護(hù)

煤礦供配電系統(tǒng)10kV接地出線(xiàn)開(kāi)關(guān)極為重要，因此瞬時(shí)斷速保護(hù)可設(shè)為三斷式保護(hù)。瞬時(shí)速斷動(dòng)作電流可根據(jù)線(xiàn)路末端避開(kāi)井下的最大三相短路電流設(shè)定。在最小運(yùn)行模式下發(fā)生兩相短路時(shí)，線(xiàn)路總長(zhǎng)度不小于20%，剩余80%受限時(shí)速斷保護(hù)。

4.3優(yōu)化限時(shí)速斷保護(hù)

依托煤礦井下的實(shí)際情況，各大母線(xiàn)之間的短路電流差距實(shí)際上是較小的。雖在地面10kV與中心變電站之間增加了電抗器，但中心變電站多級(jí)保護(hù)之間的動(dòng)作電流差距仍無(wú)法保證系統(tǒng)的縱向選擇性。為解決這一問(wèn)題，可嘗試改變傳統(tǒng)的II段時(shí)限與相鄰的I段時(shí)限之間協(xié)調(diào)的整定原則，在各出線(xiàn)處II段時(shí)限遵循與相鄰線(xiàn)路出線(xiàn)處II段時(shí)限配合原則開(kāi)展整定，如此也能有效降低跳閘比例，保確保煤礦供配電系統(tǒng)的安全性。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，煤礦開(kāi)采之時(shí)，對(duì)供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)，能更加有效地解決設(shè)備運(yùn)行中所存在的不足，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，保障煤礦安全、高效生產(chǎn)。對(duì)煤礦企業(yè)而言，必當(dāng)注重煤礦供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化探究，持續(xù)進(jìn)行技術(shù)革新。

參考文獻(xiàn)：

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