高压漏电保护整定方案设计教学内容.docx
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高压漏电保护整定方案设计教学内容
高压漏电保护整定方案设计
井下10（6）kV供电系统漏电保护整定方案
（修订版）
为提高煤矿供电的安全运行水平，更好利用井下高压防爆开关综合保护装置，确保漏电保护选择性和可靠性，特制定井下10（6）kV供电系统漏电保护整定方案。
方案一：
该方案适合于煤矿井下综合保护装置采用零序电流型、功率方向型的高压防爆开关、矿井电网中性点不接地系统。
（一）高压漏电保护整定原则
1、煤矿井下高压漏电保护装置主要用于10（6）kV供电系统中，对井下供电系统的漏电（或接地）实现有选择性保护。
高压馈电线路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。
2、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。
3、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。
4、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。
（二）漏电保护整定方案
1、电网对地电容及零序电流值的确定
（1）电缆线路的对地电容与单相接地电容电流
煤矿高压10（6）kV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×10－3／1.732（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（6）kV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
mm2
6kV
10kV
纸绝缘电力电缆
交联聚乙烯电缆
纸绝缘电力电缆
交联聚乙烯电缆
∑C，μF
／km
Id，A
／km
∑C，μF
／km
Id，A
／km
∑C，μF
／km
Id，A
／km
∑C，μF
／km
Id，A
／km
16
0.34
0.37
0.53
0.58
0.29
0.52
0.42
0.76
25
0.43
0.46
0.60
0.65
0.34
0.62
0.48
0.87
35
0.48
0.52
0.64
0.70
0.38
0.69
0.54
0.98
50
0.54
0.59
0.71
0.77
0.43
0.77
0.60
1.09
70
0.65
0.71
0.79
0.86
0.50
0.90
0.66
1.20
95
0.75
0.82
0.89
0.97
0.55
1.00
0.75
1.36
120
0.82
0.89
0.97
1.05
0.61
1.10
0.81
1.47
150
1.01
1.10
1.06
1.15
0.72
1.30
0.87
1.58
185
1.10
1.20
1.16
1.26
0.77
1.40
0.96
1.74
240
1.20
1.30
1.26
1.37
0.88
1.60
1.05
1.90
300
1.38
1.50
1.43
1.56
0.99
1.80
1.17
2.12
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（6）kV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（6）kV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
／km
Id，A
／km
∑C，μF
／km
Id，A
／km
∑C，μF
／km
Id，A
／km
∑C，μF
／km
Id，A
／km
6
0.018
0.020
0.023
0.025
0.015
0.028
0.020
0.036
10
0.028
0.030
0.031
0.034
0.023
0.042
0.030
0.055
35
0.092
0.100
0.120
0.130
0.077
0.140
0.099
0.180
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（6）kV高压电动机绕组、变压器10（6）kV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，kV
6
10
35
110
220
增值系数K
1.18
1.16
1.13
1.10
1.08
电网电容电流是电网各个部分电容电流的和。
计算电网电容电流时应考虑增值系数。
2、二次零序电压整定值U02-Z的确定
据电网对地总电容∑C的数值，按下表初选U02-Z的值，如果∑C在两挡数值之间时，可取较大的U02-Z值。
表2－110（6）kV中性点不接地电网漏电保护U02-Z初选表
∑C，μF
3.0
4.5
6.0
7.5
9.0
10.5
12.0
13.5
15.0
16.5
18.0
U02-Z，V
15
14
12
11
10
9
8
7
6
5
4
在产品技术参数整定范围内取接近并大于等于U02-Z的挡位值作为最后确定的整定值。
（现有井下高爆开关产品中的漏电保护，其二次零序电压整定值一般分为7挡，即3V、5V、10V、15V、20V、25V。
）
并且按照躲过电网正常运行时的二次不平衡电压进行校验，一般要大于1.5倍正常运行的二次不平衡电压，应利用电压互感器二次开口三角测出正常运行的二次不平衡电压，每天记录24次，连续测试3个月，取其最大的30次的平均值为正常运行的二次不平衡电压。
如果短期内难以实测统计电网的正常运行不平衡电压，二次零序电压整定值也可按经验优先推荐：
∑C≤6μF时，取U02-Z＝15V；
6μF∠∑C≤12μF时，取U02-Z＝10V；
12μF∠∑C≤18μF时，取U02-Z＝5V。
3、一次零序电流整定值I01-Z的确定
由于6～10kV中性点不接地电网发生单相接地时，同样的∑C条件下，10kV电网的单相接地电流Id是6kV电网的1.67倍，所以，一次零序电流整定值I01-Z的确定要分6kV电网和10kV电网两种情况。
为了提高保护装置的可靠性，应先行确定二次零序电压整定值U02-Z，确定了U02-Z后，可根据表3－1选定与之同步匹配的一次零序电流整定值I01-Z，不必再进行校验。
两个整定值都达到时保护装置才认定为漏电故障，继而利用相位比较来选定故障支路，再执行报警或跳闸的动作。
（现有井下高爆开关产品中的漏电保护，其一次零序电流整定值一般分为7挡，即0.5A、1A、2A、3A、4A、5A、6A。
）
表3－16～10kV中性点不接地电网漏电保护I01-Z确定表
∑C，μF
3.0
4.5
6.0
7.5
9.0
10.5
12.0
13.5
15.0
16.5
18.0
6～10kV
U02-Z，V
15
14
12
11
10
9
8
7
6
5
4
6kV电网
I01-Z，A
0.5
0.5
0.5
1.0
1.0
1.0
1.0
1.5
1.5
1.5
1.5
10kV电网
I01-Z，A
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
2.0
2.0
使用消弧线圈补偿
计算高压防爆开关的电容电流时，应计算整定开关以上部分电网产生的电容电流。
如果几对矿井公用一个变电站，将该矿井按一个采区进行考虑。
4、延时时间的确定
原则上各级开关中漏电保护纵向选择性的时限配合级差为不小于300ms，从最远端取动作时间最短，向上级逐渐增大的原则选取。
具体到各个开关，要视其所在位置及作用而定。
考虑到现有井下高爆开关产品中的漏电保护，其漏电延时动作时间分为8挡，即0.1s、0.2s、0.3s、0.5s、0.7s、1.0s、1.5s、2.0s，可按以下方案确定。
①控制为移动变电站供电的高压电缆的开关，不设延时。
②控制为矿用变压器、高压电动机供电的高压电缆的开关，延时0.1s，以躲过断路器三相合闸不同时产生的零序电流。
③采区变电所高压进线总开关与各支路出线开关，延时0.3s，可以根据变电所的供电情况，区别上下级变电所的延时。
④中央变电所高压进线总开关与各支路出线开关，延时1.5s。
⑤地面变电所6～10kV母线上各出线开关，延时2.0s。
5、经验数据整定的原则：
漏电保护参数采用经验数据查表法选取时，可参考上列表格中参数变化规律，对电网总电容小于或等于4μF时其最小起动电流应取小些，最大整定电压应取大些，而对于电网总电容大于4μF时其最小起动电流应取大些，最大整定电压应取小些。
零序电压、零序电流、动作时间的选取：
零序电压U02-z按上表推荐数值，依据电网电容选取，可比上表适当放大起动电压。
零序电流I01-z按上表推荐数值，依据电网电容选取，可比上表适当放大起动电流。
6、运行后漏电动作参数的调整
按上述方案确定了各级漏电保护的动作值并整定好投入运行后，应密切注意在电网正常运行时是否有误报警或误跳闸的现象发生，若在一个工作月内有两次及以上的漏电保护误动，应调整原先确定的动作整定值，即将二次零序电压整定值U02-Z与一次零序电流整定值I01-Z均提高一挡再投入运行。
但U02-Z最高不得大于25V，I01-Z不得大于6A。
漏电动作整定值提高一挡后，误动作会大幅减少或消失，但漏电保护适用的单相接地过渡电阻范围就缩小了。
例如：
6kV电网，∑C＝9μF，U02-Z＝10V，I01-Z＝1.0A，此时漏电保护适用的单相接地过渡电阻范围为0～3kΩ；若两个动作参数均提高一挡，即U02-Z＝15V，I01-Z＝2.0A，则在6kV电网∑C不变的条件下，该漏电保护适用的单相接地过渡电阻范围就缩小为0～2kΩ了。
煤矿高压电网漏电保护的整定计算比较复杂，要考虑的因素很多，没有绝对不变的定值。
具体整定计算时，应考虑规程规范的要求、矿井电网的运行方式、中性点接地方式、不同的电压等级、各电力负荷的类型、漏电保护装备的技术性能等因素，在确定了各段高压供电母线的对地电容∑C与单相接地电容电流Id的基础上，按本方案所提出的方法步骤进行二次零序电压整定值U02-Z与一次零序电流整定值I01-Z的确定，并根据实际情况在运行中定期进行完善调整。
方案二：
该方案适合于煤矿井下综合保护装置采用功率方向型的高压防爆开关、矿井电网中性点消弧线圈接地的供电系统。
（1）矿井电网中性点消弧线圈接地的供电系统井下高压防爆开关的综合保护，采用零序5次谐波方向型漏电保护原理的综合保护装置按照如下方案整定。
1、二次零序电压值的确定
因为零序5次谐波相对基波其数值很小，一般为基波的4%，信号的测取与分辨较为困难，灵敏度较低，实践中靠提高二次零序电压值来防止误动作，即将二次零序电压整定为40V（最高不超过50V）。
2、一次零序电流的确定
对于6kV电网，根据一次零序电流与二次零序电压相匹配，一次零序电流应整定为1A。
对于10kV电网，根据一次零序电流与二次零序电压相匹配，一次零序电流应整定为1.5A。
3、延时时间的确定
延时时间参照方案一的第4条确定。
（2）井下高压防爆开关漏电保护仍然采用零序电流型、功率方向型原理的，矿井电网中性点消弧线圈可采用欠补偿方式，但要采取安全措施，防止切除部分线路后出现谐振过电压，整定方法参照方案一。
（3）采用其他漏电保护原理的，应详细阅读使用说明书，按照说明书的要求整定二次零序电压、一次零序电流、延时时间。
参照《煤矿安全规程》第490条规定，对矿井电气设备和电缆每半年进行一次检查、调整，供电线路发生变化时应及时调整和整定。
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