矿井供电系统继电保护整定计算技术规范.doc
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矿井供电系统继电保护整定计算技术规范
1.术语与定义
1.1进线开关：
指变电所进线开关。
1.2出线开关：
指变电所馈出干线开关。
1.3负荷开关：
指直接控制电动机、变压器的高压开关。
1.4母联开关：
指变电所高压母线分段开关。
1.5配合
电力系统中的保护互相之间应进行配合。
根据配合的实际情况，通常可将之分为完全配合、不完全配合、完全不配合三类。
完全配合：
指需要配合的两保护在保护范围和动作时间上均能配合，即满足选择性要求。
不完全配合：
指需要配合的两保护在动作时间上能配合，但保护范围无法配合的情况。
完全不配合：
指需要配合的两保护在保护范围和动作时间上均不能配合，即无法满足选择性要求。
1.6时间级差
根据保护装置性能指标，并考虑断路器动作时间和故障熄弧时间，能确保保护配合关系的最小时间。
2总则
2.1本标准是矿井供电系统继电保护配置及定值整定计算过程中应遵守的基本原则。
2.2各级电网之间继电保护的运行整定，应以保证电网全局的安全稳定运行为根本目标。
电网继电保护的整定应满足速动性、选择性和灵敏性要求。
如果由于电网运行方式、装置性能等原因，不能兼顾速动性、选择性或灵敏性要求时，应在整定时合理地进行取舍，优先考虑灵敏性，并执行如下原则：
a.矿井电网服从矿区电网；
b.下一级电网服从上一级电网；
c.局部问题应在不影响或不扩大影响上一级电网安全供电的前提下，自行确定局部供电的继电保护整定；
d.上级电网在运行方式和继电保护整定满足的条件下，应以下一级电网的继电保护整定需要，科学、合理地确定本电网机电保护整定参数，做到上、下电网继电保护整定统筹兼顾，科学合理；
e.保证重要负荷供电。
2.3上、下级继电保护之间的整定，一般应遵循逐级配合的原则，满足选择性的要求，即当下一级线路或元件故障时，故障线路或元件的继电保护整定值必须在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的继电保护整定值相互配合，以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。
对不同原理的保护之间的整定配合，原则上应满足动作时间上的逐级配合。
在不能兼顾速动性、选择性或灵敏性要求时，可以采用时间配合保护范围不配合的不完全配合方式。
2.4电流速断保护应校核被保护线路出口短路的灵敏系数，在常见运行大方式下，三相短路的灵敏系数不小于1时即可投运。
2.5当速断保护灵敏系数不能满足要求，且过电流保护的动作时限不大于0.5～0.7s，可不设瞬时电流速断保护。
2.6各变电所出线开关定时限过流保护动作时限设置，与上下级变电所出线开关定时限过流保护动作时限配合，视供电线路级数多少，优先考虑阶梯配置。
时限的配置应保证地面变电所进线开关过电流保护时限不超过0.7s。
若按逐级配合的原则使地面变电所进线开关过电流保护时限超过0.7s，则可采取下列措施：
1）将某些不带重要负荷的中间变电所按T接方式或不配合点处理，即形成局部的终端变电所，继电保护整定，以不影响或不扩大影响上一级变电所不靠运行的原则（即进出线开关设为同一时限）。
2）将同级干线两端开关过流保护动作时限设为同一时间。
3）井下各变电所进线开关不设保护，以减少配合级数，缩短地面变电所进线开关过电流保护动作时间。
2.7定时限过电流保护定值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。
2.8除电动机、变压器过负荷保护采用反时限保护方式外，干线保护均不宜采用此方式。
2.9 上下级线路过电流保护及接地保护，动作时间配合级差取0.23s。
2.10必须用最小两相短路电流校验定时限过电流保护装置的灵敏度。
作为主保护，取本级线路末端最小两相短路电流，要求灵敏系数KL≥1.5；作为远后备保护时，取相邻下级线路末端最小两相短路电流，要求KL＞1.2。
2.11矿井地面变电所上级供电线路，其速断保护范围不应越过地面变电所高压母线；其过电流保护延时应不小于1s。
2.12高压供电线路短路后备保护采用远后备方式。
2.13出线开关保护应随矿井供电系统运行方式的不同设置多套可切换的定值。
2.14必须用配电网路的最大三相短路电流校验开关设备过电流保护电流互感器误差不大于10%。
2.15电缆线路所装设过负荷保护宜带时限动作于信号。
2.16井下向多处供电的单电源终端线路采用经高压配电装置T接的方式接入的供电变压器高压开关保护的整定计算，仿照变电所负荷开关整定。
2.17地面变电所和井下中央变电所的高压馈电线上，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电线上，必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。
2.18地面变电所各馈线接地保护动作于信号。
2.19井下变电所高压馈出线的单相接地保护装置应作用于信号；当单相接地故障危及人身、设备及供配电系统安全时，保护装置应动作于跳闸，动作时间配合按阶梯整定，时限级差0.23s。
2.20井下各高压电机及动力变压器接地保护动作于瞬时跳闸。
2.21与保护配套的零序电流互感器，其伏安特性和角误差应满足接地保护装置的要求。
3继电保护对矿井供电系统结构的要求
合理的电网结构是矿井供电系统安全稳定运行的基础，继电保护装置能否发挥积极作用，与电网结构是否合理有密切关系，必须把它们作为一个有机整体统筹考虑，全面安排。
下列问题应综合考虑：
a.矿井电源应采用分列运行方式。
b.井下中央变电所高压母线接线及运行方式，宜与相对应的地面变电所母线接线及运行方式相适应。
高压母线应采用单母线分段接线方式，并应设置分段联络开关，正常情况下分列运行，且高压母线分段数应与下井电缆回路数相协调。
c.由井下中央变电所向采区供电的单回电缆供电线路上串接的采区变电所数不宜超过2个。
d.由采区变电所向移动变电站供电的单回电缆供电线路，宜采用经高压配电装置T接的方式接入移动变电站，T接的移动变电站数不宜超过3个。
不同工作面的移动变电站不应共用电源电缆。
e.尽量避免多级短线路分段串联供电的接线方式。
4继电保护配置的基本原则
4.1矿井3-10kV供电干线保护
4.1.1矿井3-10kV供电干线各开关均设防止相间短路的保护、过负荷保护及防止单相接地的高压接地保护。
4.1.2相间短路设两段式电流保护，第一段瞬时速断电流保护（或电流电压联锁速断保护）作为本线路辅助保护，第二段定时限的过电流保护作为本线路相间短路的主保护及相邻下级线路的远后备保护。
4.1.3做为矿井（地面）高压配电系统的主干供电线路的配电装置（柜），应根据各单位的实际情况和重要性，原则上可以加装延时脱扣失压保护和完时脱扣的大电流扰定继电保护，用于电网瞬间失压或雷电干扰，提高了矿井电网运行的可靠性，整定参数必须经过计算，科学合理。
具体配置如下：
a.地面变电所进线开关设定时限过流保护作为母线的主保护；设电流电压联锁时限速断作为主保护的辅助保护，动作时限与入井电缆出线电流电压联锁速断保护配合。
b.地面变电所入井电缆出线开关设定时限过流作为本线路的主保护及相邻下级线路的远后备保护，设电流电压联锁速断作为辅助保护。
c.井下各级变电所进线开关均设定时限过流保护作为母线的主保护。
井下各级变电所出线开关，设定时限过流保护作为本线路的主保护及相邻下级线路的远后备保护，设瞬时电流速断作为辅助保护。
4.2井下动力变压器保护
应设速断、过电流、过负荷、接地和低电压保护；过电流保护兼作低压侧出线短路的远后备，动作时限与低压侧过流保护配合。
4.3高压电动机保护
应设速断、过负荷、接地和欠压释放保护。
4.4井下低压供电系统保护
4.5.1井下由采区变电所、移动变电站或配电点引出的低压总馈电开关上，装设短路、过负荷和带延时的附加直流电源式检漏保护装置；分开关上设短路、过负荷、零序功率方向型选择性漏电保护装置。
4.5.2低压电动机磁力启动器应设短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁保护装置。
5继电保护整定计算
5.1地面变电所进线开关
5.1.1定时限过电流保护
电流一次整定值按以下两项计算取较大者：
（1）按躲启动电流整定：
有高压电机时
（1）
无高压电机时
（2）
（2）按躲自启动电流整定：
（3）
二次整定值：
（4）
式中：
—定时限过流整定一次电流值，A；
—定时限过流整定二次电流值，A；
—可靠系数，取1.2。
—起动电流最大的一台或几台（同时起动时）高压电动机的额定起动电流，A；
─变压器的变压比；
，—需用系数，0.5-1；
—其余高压电动机的额定电流之和，A；
—变压器高压侧额定电流之和，A；
Kzq—电动机自起动系数，由试验或实际运行经验确定，可取为1.5～3；
Ijs—线路计算电流，一般用长时最大工作电流Igm来代替；
Kf—返回系数，电子式继电器取0.85～0.9，数字式继电器可取0.9～0.95。
—电流互感器的变流比。
灵敏度校验：
（5）
式中：
—被保护线路末端最小两相短路电流；
—保护装置的整定电流一次值；
KL—保护装置的灵敏度，对于主保护，取本级线路末端最小两相短路电流，要求KL≥1.5；作为远后备保护时，取相邻下级线路末端最小两相短路电流，要求KL＞1.2；对进线开关仅校远后备灵敏度。
动作时限与上下级出线开关配合，按阶梯整定。
5.1.2电流电压联锁时限速断保护
电流元件、电压元件均作为测量元件，以正常运行方式作为整定方式。
（1）电流定值：
按正常运行方式下馈出干线在处的三相短路电流整定。
二次整定值：
（6）
（2）电压定值：
按正常运行方式下，馈出干线在处三相短路时保护安装处的残压整定。
二次整定值：
（7）
式中：
—电流定值，A；
—正常运行方式下馈出干线在处的三相短路电流，A；
—线电压平均值，V；
—电压定值，V；
—可靠系数，取2；
—系统正常运行方式下，保护背后电源至保护安装处母线短路阻抗，以标幺值或有名值表示；
—线路阻抗，Ω；
（3）动作时限与母线馈出支线速断配合，
5.2地面变电所入井电缆出线开关
5.2.1定时限过电流保护
定值计算同7.1.1
5.2.2电流电压联锁速断保护
定值计算同7.1.2
5.2.3电缆过负荷保护
二次整定值：
（8）
式中：
—入井电缆干线正常工作电流，A。
—可靠系数，取1.05
保护动作于信号，动作时限：
取10s。
5.3井下各级变电所进线开关
设定时限过流保护。
定值计算同7.1.1。
5.4井下各级变电所出线开关
5.4.1瞬时速断保护
按躲过被保护线路末端的最大三相短路电流来整定：
二次整定值：
（9）
式中：
─被保护线路末端母线的最大三相短路电流；
KK─可靠系数，一般取1.2～1.3。
保护范围判断：
若（10）
则设，否则不设。
式中：
─被保护线路首端母线的最大三相短路电流；
5.4.2定时限过电流保护
定值计算同7.1.1。
时限按阶梯整定。
5.5地面变电所配电变压器
5.5.1速断保护
一次整定值按以下原则计算取两者其中较大者。
（1）按躲过变压器负荷侧短路时流过保护的最大短路电流整定，即
（11）
式中：
─变压器负荷侧最大三相短路电流；
KK─可靠系数，一般取1.3-1.4；
─变压器变比。
（2）按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定。
（12）
式中：
─变压器高压侧额定电流，A。
二次整定值：
（13）
灵敏系数校验：
按变压器高压侧最小两相短路电流校验。
（14）
5.5.2过电流保护
整定计算：
按躲过负荷自启动的最大工作电流整定。
一次整定值：
（15）
式中：
─可靠系数，1.2。
Kzq─电动机自起动系数，由试验或实际运行经验确定，可取为1.5～3；
二次整定值：
（16）
灵敏系数校验：
（17）
作为近后备保护，取变压器二次侧为校验点，≥1.5，远后备保护，≥1.2.
动作时限比相邻元件保护的最大时限大0.23s。
5.5.3过负荷保护
二次整定值：
（18）
式中：
─可靠系数，取1.05
时限按躲电机启动时间整定，取15-20s。
5.6井下动力变压器
5.6.1速断保护
速断电流一次整定值：
（1）按躲过变压器负荷侧短路时流过保护的最大短路电流整定，即
（19）
式中：
─变压器负荷侧短路时流过保护的最大三相短路电流；
KK─可靠系数，一般取1.3-1.4；
（2）按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定。
一次整定值：
（20）
式中：
─变压器高压侧额定电流，A。
取两者其中较大者。
二次整定值：
（21）
灵敏系数校验：
按变压器高压侧最小两相短路电流校验。
（22）
5.6.2过电流保护
按躲过负荷的最大工作电流整定。
一次整定值：
（23）
二次整定值：
（24）
式中：
─高压配电箱过电流保护一次整定值，A；
─高压配电箱过电流保护二次整定值，A;
─起动电流最大的一台或几台（同时起动时）电动机的额定起动电流，A；
─可靠系数，取1.2-1.4；
─需用系数，取0.5-1；
─其余电动机的额定电流之和，A；
─变压器的变压比；
─电流互感器的变流比；
灵敏度校验：
（1）对于Y/Y接线的变压器，灵敏度按下式校验
（25）
式中：
─灵敏度系数；
─变压器低压侧母线上的最小两相短路电流，A；
（2）对于Y/△接线的变压器，灵敏度应按下式校验
（26）
动作时限与变压器速断保护配合。
5.6.3过负荷保护
二次整定值：
（27）
动作时限15-20s
5.7高压电动机
5.7.1速断保护
二次整定值：
（28）
式中：
─过电流继电器的动作电流整定值，A；
─电动机的额定起动电流，A；对于鼠笼型电动机，=（56）；
─电动机的额定电流，A；
─电流互感器的变流比；
─可靠系数,取1.21.4。
灵敏度校验：
（29）
式中：
─电动机端子上的最小两相短路电流，A。
5.7.2过负荷保护
电动机的过负荷保护按躲过电动机的额定电流整定。
二次整定值：
（30）
式中：
─可靠系数。
当保护动作于信号时，取1.05；当保护动作于跳闸时，取1.2。
过负荷保护时限定值：
一般取15-20s。
5.7.3低电压保护
对电动机的低电压保护应按下列原则整定：
（1）当电压短时降低或短时中断又恢复时，为保证重要电机自启动而需要切除的次要电机，其低电压保护动作电压按60%-70%额定电压整定，动作时间按0-0.5秒整定。
（2）当电压短时降低或短时中断后，根据生产情况不允许或不需要自启动的电机，其低电压保护动作电压按40%-50%额定电压整定，动作时间按0.5-1.5秒整定。
（3）对允许自启动，但为保证人身和设备安全，当电压长时间消失后亦须从电力系统自动切除的电机，其低电压保护动作电压按40%-50%额定电压整定，动作时间按5-10秒整定。
低电压保护整定值选择表
负荷类别
动作电压/V
动作时间/S
备注
次要电机
60-70
0-0.5
不允许或不需要自启动的电机
40-50
0.5-1.5
保安负荷
40-50
5-10
主通风机等
5.86kV电网接地保护
（1）定值整定
一次零序电流：
二次零序电压：
具体整定可参照下表进行。
6kV电网接地保护定值选择表
电网对地电容（μF）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
单相接地电流一次值（A）
3.26
6.52
9.78
13
16.3
19.5
22.8
26
29.3
32.6
起动电流一次值I0（A）
0.5
0.5
0.5
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1
起动电压二次值U0（V）
15
7
5
4
3
3
3
3
3
3
（2）接地保护动作类型
1）地面变电所各馈线接地保护动作于信号。
2）井下各变电所干线接地保护动作于跳闸，动作时间配合按阶梯整定，时限级差0.23s。
3）井下各高压电机及动力变压器接地保护动作于瞬时跳闸。
5.9低压电网继电保护
5.9.1过电流保护
（1）低压干线过电流保护
（31）
式中：
—过流保护电流整定值，A；
—容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的工作机械，若其总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时，IQe则为这几台同时起动的电动机的额定电流之和，A
─需用系数，0.5-1；
─其余电动机的额定电流之和，A；
（2）低压支线过电流保护
（32）
灵敏度校验：
（33）
式中：
─被保护干线或支线距变压器最远点的最小两相短路电流，A。
（3）低压支线过载保护
过载保护按实际负荷的电流近似值进行整定：
（34）
5.9.2井下低压开关漏电保护
（1）井下低压总馈电开关上，装设带延时的附加直流电源式检漏保护装置。
（2）分开关上设零序功率方向型选择性漏电保护装置。
（3）漏电保护和漏电闭锁保护的电阻整定值按下表整定：
漏电保护和漏电闭锁保护的电阻整定值选择表
额定电压/V
单相漏电动作电阻
整定值/kΩ
单相漏电闭锁动作电阻整定值/kΩ
127
1.5
3
380
3.5
7
660
11
22
1140
20
40
附录1：
短路电流的计算
一、标幺值法
1、基准值
选择功率、电压、电流、电抗的基准值分别为、、、,其单位分别为MVA、kV、kA、Ω：
其对应关系为：
为了便于计算，基准容量通常选为100MVA。
由基准值确定的标幺值分别如下：
2、元件的标幺值计算
（1）变压器的电抗标幺值
由于变压器绕组电阻比电抗小得多，高压短路计算时忽略变压器的绕组电阻，以变压器的阻抗电压百分数（）作为变压器的额定电抗，故变压器的电抗标幺值为：
—变压器的额定容量，MVA
（2）线路电阻、电抗值
其中：
L—线路长度km
X0—架空线路或电缆每公里电抗.电阻Ω/km（6kV电缆取0.08Ω/km，架空线路取0.4Ω/km）
（3）电抗器的电抗标幺值
其中：
—电抗器的额定百分电抗
—电抗器额定电压，kV
—电抗器的额定电流，A
（4）输电线路的电抗标幺值
其中：
—输电线路单位长度电抗值，Ω/km
（5）短路电流
三相短路电流：
两相短路电流：
（6）短路容量
二、有名值法
选择短路保护装置的整定电流时，需计算两相短路电流值，可按公式
（1）计算：
（1）
式中─两相短路电流，A；
、─短路回路内一相电阻、电抗值的总和，Ω;
─根据三相短路容量计算的系统电抗值，Ω；
、─高压电缆的电阻、电抗值，Ω；
─矿用变压器的变压比，若一次电压为10000V，二次电压为400V、690V、1200V时，则变比依次为25、14.5、8.3；当一次电压为3000V，二次电压为400V时，变压比为7.5；
、─矿用变压器的电阻、电抗值，Ω；
、─低压电缆的电阻、电抗值，Ω；
─变压器二次侧的额定电压，对于380V网路，以400V计算；对于660V网路，以690V计算；对于1140V网路，以1200V计算；对于127V网路，以133V计算；
利用公式
（1）计算两相短路电流时，不考虑短路电流周期分量的衰减，短路回路的接触电阻和电弧电阻也忽略不计。
若需计算三相短路电流值，可按公式
（2）计算：
（2）
式中─三相短路电流，A。
附录2：
煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数
煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数
用电设备名称
需用系数kd
功率因数cosø
备注
压风机房主电动机
0.8～0.85
0.8～0.85
同步机时一般cosø为0.9超前
斜井胶带提升机
0.75
0.7
地面综合运输
0.7
0.7
储煤厂用电设备
0.6～0.65
0.7
绞车房辅助设备
0.7
0.7
主、副井提升辅助设备
0.7
0.7
扇风机辅助设备
0.5
0.7
空气压缩机辅助设备
0.75
0.8
锅炉房
0.6～0.7
0.65～0.7
空气加热房
0.75～0.8
0.8
日用及消防水泵房
0.7～0.75
0.75
机修厂
0.35～0.40
0.6～0.65
升级会员 