李宇恒

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司發(fā)電分公司 山西省太原市 030053）

1 35kV 的繼電保護(hù)器的基本作用

煤礦繼電保護(hù)裝置的主要作用是能夠準(zhǔn)確的判斷電力系統(tǒng)中各個(gè)被保護(hù)元器件的運(yùn)行狀態(tài)（“正?！焙汀爱惓！保┩瑫r(shí)能夠迅速而準(zhǔn)確的指出故障發(fā)生的原因（“外部故障”和“內(nèi)部故障”），故基于以上作用煤礦繼電保護(hù)裝置能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)的功能。同時(shí)，基于故障形成的不同原因，且對(duì)應(yīng)反應(yīng)的物理量也不盡相同，所以繼電保護(hù)裝置在煤礦供電系統(tǒng)中以不同的保護(hù)原理呈現(xiàn)在煤礦供電系統(tǒng)中[1]?，F(xiàn)階段其常見保護(hù)形式有過(guò)流、后備、差動(dòng)、距離、過(guò)載、重合閘、氣體等形式，同時(shí)也可以根據(jù)煤礦系統(tǒng)中故障反映的物理量對(duì)供電系統(tǒng)中的故障進(jìn)行診斷。

現(xiàn)階段煤礦機(jī)電中35kV 的繼電保護(hù)器必須滿足下列要求[2]：

（1）應(yīng)急靈敏性。當(dāng)煤礦設(shè)備短路或斷開時(shí)，如水浸式粉塵，礦井的機(jī)電保護(hù)裝置必須在第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行診斷，并根據(jù)相應(yīng)的問(wèn)題及時(shí)處理故障。 也就是說(shuō)，當(dāng)問(wèn)題發(fā)生時(shí)，可以切斷設(shè)備故障時(shí)的電流，然后控制故障設(shè)備的功耗，減少短路和開路引起的機(jī)電系統(tǒng)損壞。 電氣設(shè)備的電流，從而縮小事故范圍，確保事故范圍。在礦井人員安全的前提下，可以最大限度地保證地下電力系統(tǒng)中其他設(shè)備的安全和正常使用。

（2）繼電保護(hù)器的可靠與耐用準(zhǔn)確性[3]。當(dāng)煤礦35kV 變電站在日常工作中不能立即消除，并且發(fā)現(xiàn)影響采礦線的正常供電和其他電氣設(shè)備受到影響時(shí)，機(jī)電線路繼電保護(hù)設(shè)備可用于 這條線。問(wèn)題是要做出可靠和準(zhǔn)確的診斷和反饋，并且沒(méi)有拒絕或誤操作。它可以保護(hù)35kV 變電站免受可靠，耐用和準(zhǔn)確的采礦設(shè)備問(wèn)題的影響。

（3）線路故障的準(zhǔn)確選擇處理性[4]。當(dāng)35kV 變電站發(fā)生故障或影響電力系統(tǒng)的安全時(shí)，繼電保護(hù)裝置可以準(zhǔn)確有效地切斷電源，解決不同的事故問(wèn)題。從附近的繼電保護(hù)設(shè)備逐個(gè)移除電源。只有保證煤礦設(shè)備電源以及供電系統(tǒng)的絕對(duì)安全時(shí)，才能將供電系統(tǒng)中的保護(hù)裝置自動(dòng)停止時(shí)，使供電系統(tǒng)中發(fā)生的故障不會(huì)讓整個(gè)井下電力系統(tǒng)癱瘓，保護(hù)電路之外的部分能夠正常工作維持井下安全生產(chǎn)。

（4）設(shè)備對(duì)故障的靈敏感應(yīng)性[5]。在煤礦35kV 變電站供電系統(tǒng)電路保護(hù)裝置中，要做到整個(gè)裝置能夠及時(shí)感知電路系統(tǒng)的不正常狀態(tài)同時(shí)感知故障的位置，還可以保證敏感電路的靈敏處理，保證故障線路裝置的安全，同時(shí)最大限度地減少對(duì)故障的控制，設(shè)備到整行影響。靈敏感應(yīng)性是現(xiàn)行煤礦礦井供電系統(tǒng)中繼電保護(hù)設(shè)備的最典型及重要的性能指標(biāo)之一。在現(xiàn)行的煤礦繼電器性能判斷標(biāo)準(zhǔn)，按照靈敏度系數(shù)能夠反映設(shè)備的性能，同時(shí)根據(jù)靈敏度的大小可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)。

圖1：保護(hù)裝置型號(hào)為RCS-96111C

2 某礦用35kV變電站概述

某礦使用的變電站，為降壓型35kV 變電站，同時(shí)主變壓器為2 臺(tái)油浸式，變電站的電壓等級(jí)分別為10kV 和35kV，經(jīng)過(guò)大致估算整個(gè)礦用供電系統(tǒng)線路中最大負(fù)荷10.8MW。35kV 變電站參數(shù)設(shè)定：現(xiàn)知某礦的所處的地理位置為平原地區(qū)，也即為該變電站的位置，該平原地區(qū)一年中平均溫度為12.7 度，整年最高的氣溫為39.2 度，最熱月的平均溫度為38.5 攝氏度。礦用變電站主要保證井下生產(chǎn)系統(tǒng)用電，變電站的連接方式為單母分段式接線和橋式連接，其中供電線路中的每條35kV 母線供應(yīng)6 條礦用10kV 井下生產(chǎn)設(shè)備線出線，其中每條設(shè)備生產(chǎn)負(fù)荷出線最大功率為1000kW，負(fù)荷功率因數(shù)cosφ 一般取0.75。同時(shí)，當(dāng)Sj=150MVA 時(shí)，供電系統(tǒng)電阻抗為0.04。電源I 的短路容量為：SImax= 180MVA，電源Ⅱ的短路容量為：SIIMax=230MVA，最小短路容量為最大的78%。其中供電線路為：LI=7km，LII=5km，線路阻抗為XL=0.38Ω/km。

3 事故還原

某礦用110kV 南座變電站左北線360 開關(guān)過(guò)流部分，動(dòng)作次級(jí)值為12.34A，保護(hù)電流互感器比為400/5，動(dòng)作時(shí)間為0.6s，并發(fā)生越級(jí)跳閘事故。同時(shí)，由360 座左北線供電的35kV 北正變電站的主要設(shè)置高備用和低備用保護(hù)裝置啟動(dòng)，但沒(méi)有發(fā)生跳閘故障。故障信息：110kV 南座變電站線路保護(hù)裝置型號(hào)為RCS-96111CS（圖1），35kV 北正變電站主變壓器高低后備保護(hù)裝置型號(hào)為RCS.9681CS。其中，35kV 北正正站1 號(hào)主變高備用過(guò)流I，II，III 段設(shè)定值為1.4A，電流互感器比為600/5，動(dòng)作時(shí)間為1.5s。35kV 北正變電站1 號(hào)主變壓器低備用過(guò)流I，II，III 段固定值為1.3A，電流互感器比為1000/5，動(dòng)作時(shí)間為過(guò)流I 段0.6s，過(guò)流段II 0.9s 過(guò)流III 段1.2 秒。110kV 南佐變電站362 開關(guān)過(guò)流I 段固定值25A，動(dòng)作時(shí)間0.3s，過(guò)流II 段固定值8.3A，動(dòng)作時(shí)間0.6s，過(guò)流III 段固定值4.6A，動(dòng)作時(shí)間1.8s，電流互感器變化400/5 以上。

4 現(xiàn)象描述

通過(guò)對(duì)相關(guān)故障的設(shè)備、及先關(guān)線路進(jìn)行巡視檢查可以知道，35kV 線路362 佐線路并無(wú)相關(guān)異常；隨后對(duì)35kV 北正變電站10kV 出口線路進(jìn)行巡視發(fā)現(xiàn)，其中一條10kV 線路出現(xiàn)配電出線溢油現(xiàn)象，導(dǎo)致BC 相降開關(guān)燒斷。根據(jù)配電變壓器的絕緣測(cè)試，A 與O 相對(duì)絕緣，BC 相對(duì)絕緣。然而，ABC 三相相間繞組是斷開和斷開的，低壓繞組絕緣是正常的。 事故造成35kV 北正變電站10kV，1號(hào)變壓器C相嚴(yán)重?fù)p壞。機(jī)柜內(nèi)有燒跡，諧波消除裝置燒毀，變壓器手車保險(xiǎn)絲安全，絕緣層熔化燒毀、報(bào)廢，不能連續(xù)使用。

5 事故發(fā)生原因及研究分析結(jié)論

當(dāng)變壓器所在的供電系統(tǒng)中出線供電故障或線路中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)出線異常時(shí)，線路中可能的故障原因?yàn)榫€路過(guò)流、線路出線中性過(guò)壓、線路中中性點(diǎn)不合適接地、線路出線過(guò)載、線路中變壓器溫度過(guò)高、線路中冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障等原因，所以就必須針對(duì)上述故障原因反映出的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，找出故障發(fā)生的具體原因，只有找到故障發(fā)生的具體原因，才能準(zhǔn)確而又迅速的排除故障，最大限度地保護(hù)煤礦供電線路中的用電設(shè)備。在供電系統(tǒng)種設(shè)置保護(hù)設(shè)備反映時(shí)間值時(shí)，線路中的保護(hù)裝置必須保證在全部的供電系統(tǒng)能夠運(yùn)行良好，并以此設(shè)置的參數(shù)作為保護(hù)線路的必要條件。下面進(jìn)行舉例說(shuō)明，保護(hù)設(shè)備的保護(hù)作用之一是過(guò)流保護(hù)，它的主要作用是線路發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)切斷問(wèn)題線路上的電流，但是線路中引發(fā)線路中保護(hù)設(shè)備啟用過(guò)流保護(hù)的故障形態(tài)不盡相同，且各用電設(shè)備處于異常工作狀態(tài)——線路中相間短路、線路出現(xiàn)過(guò)載、重合閘等等形式的過(guò)流故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)該在線路中保護(hù)設(shè)置的過(guò)流保護(hù)的范圍內(nèi)，應(yīng)能對(duì)線路中的故障及時(shí)的做出反應(yīng)。所以，當(dāng)線路中的保護(hù)裝置具備能夠準(zhǔn)確限制或排除線路中出線的某種不正常狀態(tài)導(dǎo)致的錯(cuò)誤反應(yīng)的功能時(shí)，之前設(shè)置的保護(hù)定值的考慮因素就不必將此線路中各種運(yùn)行狀態(tài)下的整定條件作為參考因素。

煤礦供電系統(tǒng)中的發(fā)生短路故障時(shí)，電力系統(tǒng)中存在的電流，將其稱之為短路電流。而供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障的原因是，線路中各相與相出線短接的情況或者相與中性點(diǎn)（通常為大地）短路，造成煤礦發(fā)生短路故障。一般來(lái)說(shuō)線路中短路電流值非常高，其值將遠(yuǎn)超過(guò)供電系統(tǒng)中各用電設(shè)備及線路的額定電流值，同時(shí)其值的大小與故障點(diǎn)與電源的距離有線型關(guān)系。從煤礦中故障反映的報(bào)文中可以知道，故障發(fā)生在110kV 南座變電站的35kV360 座北線，進(jìn)過(guò)計(jì)算得知35kV 供電站側(cè)線路中的短路電流為1934A，其值遠(yuǎn)大于線路中的額定電流。在線路中此短路故障發(fā)生的同時(shí)，110kV 南座變電站的35kV360 佐北線保護(hù)裝置由360 座左北線供電的35kV北正變電站的主要設(shè)置高備用和低備用保護(hù)裝置啟動(dòng)，但由于110kV 南佐變電站35kV360 佐北線路中保護(hù)裝置的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0.6s，小于35kV 北正變電站1 號(hào)主變高、低后備的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，故35kV 北正變電站1 號(hào)主變保護(hù)沒(méi)能立即切斷故障電流，致使110kV63 南佐變電站的360 保護(hù)裝置先啟動(dòng)，切斷故障電流，才出現(xiàn)此次越級(jí)跳閘故障。

基于上述分析[6]，煤礦供電系統(tǒng)中因?yàn)楸Ｗo(hù)設(shè)置的保護(hù)動(dòng)作時(shí)問(wèn)設(shè)定不合理才致使線路出線越級(jí)跳閘故障的產(chǎn)生。這里以具體的工程中發(fā)生的線路故障進(jìn)行問(wèn)題分體，得出供電系統(tǒng)中35kV 的繼電保護(hù)器的4 個(gè)基本作用：

（1）應(yīng)急靈敏性；

（2）繼電保護(hù)器的可靠與耐用準(zhǔn)確性；

（3）線路故障的準(zhǔn)確選擇處理性；

（4）設(shè)備靈敏感應(yīng)性的重要性，更能體現(xiàn)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的重要意義。