孫旭娜

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦）

0 引言

礦山供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置原則和設(shè)定計(jì)算是確保礦山供配電系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。分析繼電保護(hù)的配置原則和設(shè)定計(jì)算具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)根據(jù)實(shí)際操作配置適合礦山供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)類型。選擇一定的保護(hù)后，保護(hù)值也應(yīng)合理加以整定計(jì)算，以確保當(dāng)?shù)V山供配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)可以動(dòng)作將故障切除，保證礦山供配電系統(tǒng)的安全。為此，文章分析了礦山供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的計(jì)算和配置原則。

1 供配電系統(tǒng)中繼電保護(hù)的作用

1.1 繼電保護(hù)的基本邏輯

繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展，目前繼電保護(hù)的類型較多，同時(shí)微機(jī)保護(hù)在目前的供配電系統(tǒng)中已經(jīng)成為主流，但不管保護(hù)形式如何變化，繼電保護(hù)的基本動(dòng)作邏輯依然可以表示為如下圖1所示：

從圖1可以看出，繼電保護(hù)裝置通過將輸入的信號(hào)進(jìn)行邏輯分析和判斷，從而輸入相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作策略，完成整個(gè)保護(hù)動(dòng)作過程。在智能化供配電系統(tǒng)中連續(xù)信號(hào)的采集主要是通過合并單元加以實(shí)現(xiàn)，離散信號(hào)的采集通過智能終端進(jìn)行。

1.2 繼電保護(hù)裝置

當(dāng)?shù)V山供配電系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，繼電保護(hù)可以快速清除和隔離故障，從而確保礦山供配電系統(tǒng)的安全，它在礦山供配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中起著重要作用。礦山供配電系統(tǒng)中的保護(hù)裝置可以采用成套保護(hù)裝置，并放置在配電變電站中的柜子中［2］。一般而言，供配電系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置多套保護(hù)，保證供配電系統(tǒng)的安全。微機(jī)保護(hù)技術(shù)逐漸成熟，在礦山供配電系統(tǒng)中應(yīng)采用微機(jī)保護(hù)作為供配電系統(tǒng)中的主要保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾性能強(qiáng)，電磁兼容性能達(dá)到或超過國家規(guī)定的最高標(biāo)準(zhǔn)。

2 礦山供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置原則

2.1 基本的配置原則

供配電系統(tǒng)保護(hù)的配置原則應(yīng)基于能夠可靠地檢測供配電系統(tǒng)的故障和異常運(yùn)行條件的前提。在保護(hù)配置方面，礦山供配電系統(tǒng)應(yīng)具有雙重主保護(hù)甚至超雙重配置［3］。繼電保護(hù)的雙重配置原則是：對(duì)于電壓互感器和電流互感器應(yīng)配置兩個(gè)相互獨(dú)立的檢測組件，開關(guān)跳閘機(jī)構(gòu)也應(yīng)雙重配置。

2.2 繼電保護(hù)的動(dòng)作原理

在礦山供配電系統(tǒng)中采用雙重保護(hù)，能夠提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，保證當(dāng)?shù)V山供配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)將故障隔離開來，使供配電系統(tǒng)仍能保持正常運(yùn)行。對(duì)于礦山供配電系統(tǒng)中的主變壓器的保護(hù)，應(yīng)配置兩套完整的電量保護(hù)，同時(shí)配置一組非電保護(hù)，出口跳閘電路完全獨(dú)立。如果主變壓器可能單獨(dú)運(yùn)行，則可能無法安裝所謂的大型差動(dòng)保護(hù)裝置。主變壓器過勵(lì)磁保護(hù)需要單獨(dú)配置，并根據(jù)自身的勵(lì)磁特性分別設(shè)置，主變壓器低側(cè)接地保護(hù)和主變壓器過勵(lì)磁保護(hù)提供測量電壓。

此外，由于當(dāng)出現(xiàn)接地情況時(shí)會(huì)形成一個(gè)零序電流分量，通過檢測該零序分量可以構(gòu)成零序保護(hù)，故零序過流保護(hù)也應(yīng)分別配置在礦山供配電系統(tǒng)中的變壓器高壓側(cè)以及低壓側(cè)，以保證出現(xiàn)接地故障時(shí)能夠使用保護(hù)動(dòng)作，還要注意基于接地電流大小的保護(hù)靈敏度。

3 礦山供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的整定計(jì)算

3.1 保護(hù)整定計(jì)算的原理

文章以礦山供配電系統(tǒng)中的變壓器保護(hù)裝置為例進(jìn)行保護(hù)整定計(jì)算的分析，以下是對(duì)礦山供配電系統(tǒng)中的變壓器保護(hù)計(jì)算原理的分析。對(duì)于礦山供配電系統(tǒng)變壓器的差動(dòng)保護(hù)，通過差動(dòng)保護(hù)可以保證當(dāng)?shù)V山供配電系統(tǒng)變壓器出現(xiàn)短路等故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確切除故障，保證礦山供配電系統(tǒng)變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。差別保護(hù)可以反映變壓器的相間短路、匝間短路等，主要的保護(hù)判斷原理是比較相電流之間的大小和相位，以礦山供配電系統(tǒng)兩容量變壓器為例，交流接入回路的原理圖如圖2所示。

變壓器縱差保護(hù)由三部分組成，即差動(dòng)元件、浪涌電流鑒別元件和差動(dòng)快速斷開元件。其動(dòng)作方程為：

式中：Id為動(dòng)作電流（即差流）；Iz為制動(dòng)電流。根據(jù)動(dòng)作方程公式，可作出礦山供配電系統(tǒng)變壓器保護(hù)元件的動(dòng)作特性，如下圖3所示。

在這種類型的保護(hù)裝置中，可以通過二次諧波制動(dòng)原理來區(qū)分用于判斷涌入電流的方法，并且二次諧波制動(dòng)原理可比較每個(gè)相位差中基波分量的百分比和二次諧波分量的設(shè)定值。當(dāng)它大于設(shè)定值時(shí)，相位差電流被認(rèn)為是磁化涌入電流。其動(dòng)作方程為：

式中：I2w為I1w為某相差流中的二次諧波電流和基波電流，η為整定的二次諧波制動(dòng)比，IN為二次CT的額定電流。其中差動(dòng)速斷元件可反映差電流的有效值，當(dāng)滿足保護(hù)的動(dòng)作條件之后，就可以使保護(hù)裝置動(dòng)作于出口。

3.2 整定計(jì)算結(jié)果

按照上述的保護(hù)整定計(jì)算原理，經(jīng)過整定計(jì)算后的定值如表1所示，表1中的數(shù)據(jù)為折算到基準(zhǔn)側(cè)后的數(shù)據(jù)。

表1 整定計(jì)算結(jié)果

比率制動(dòng)系數(shù)Kz的設(shè)定原理是避免礦山供配電系統(tǒng)變壓器出口的三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大瞬態(tài)不平衡差動(dòng)電流，即穿過拐點(diǎn)的斜線經(jīng)過出口區(qū)域外的最大差分流的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。標(biāo)量制動(dòng)系數(shù)與比率制動(dòng)系數(shù)基本相同，可取為如下所示的數(shù)值：

根據(jù)可靠地避免變壓器正常運(yùn)行期間最大不平衡差動(dòng)電流的原則設(shè)定啟動(dòng)電流，一般可以取為如下所示的數(shù)值：

對(duì)于拐點(diǎn)電流，變壓器每側(cè)的差分TA的類型和比率不太可能相同，因此每側(cè)TA的瞬態(tài)特性是完全不同的。為了避免在遠(yuǎn)程故障或近場故障消除時(shí)產(chǎn)生的大的不平衡差動(dòng)電流的影響，建議拐點(diǎn)電流為：

二次諧波制動(dòng)比等參數(shù)和礦山供配電系統(tǒng)中的變壓器的容量及變壓器在系統(tǒng)中的位置等因素相關(guān)。在礦山供配電系統(tǒng)變壓器的保護(hù)配置中，還應(yīng)主要避免因變壓器勵(lì)磁涌流的原因而造成變壓器的保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)于二次諧波制動(dòng)比，應(yīng)合理設(shè)置，一般：

對(duì)于容量較大的變壓器，可取0.16～0.18；對(duì)于距主電源較近的中小型變壓器而言，可取0.13～0.15。對(duì)于差動(dòng)快速斷路倍數(shù)，變壓器差動(dòng)微分作用的調(diào)諧原理是應(yīng)根據(jù)變壓器的最大不平衡差動(dòng)電流進(jìn)行設(shè)定。變壓器的勵(lì)磁涌流的大小也和多個(gè)不同的因素具有密切的關(guān)聯(lián)，具體的因素包括礦山供配電系統(tǒng)變壓器的容量，結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中的位置有關(guān)，一般：

對(duì)于礦山供配電系統(tǒng)中的大容量變壓器，需要取值在4～6的范圍內(nèi)，對(duì)于容量較小的變壓器，需要取值在8～10的范圍內(nèi)。對(duì)于遠(yuǎn)離系統(tǒng)的大型變壓器，可取為4。為了取消TA斷開功能差動(dòng)電流倍數(shù)，差分流量大于設(shè)定值，并且釋放TA斷開回路。通常，由TA斷開引起的差動(dòng)電流小于最大負(fù)載電流，并且可以是0.8～1.1倍。以上是以礦山供配電系統(tǒng)中變壓器的保護(hù)整定計(jì)算為例進(jìn)行分析，在供配電系統(tǒng)的保護(hù)整定計(jì)算中，還涉及到對(duì)供配電系統(tǒng)線路的整定計(jì)算，需要根據(jù)具體的實(shí)際情況加以分析和計(jì)算。

4 結(jié)束語

礦山供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置原理及相關(guān)的一系列整定計(jì)算是礦山供配電系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常遇到的問題。如果礦山供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)正確配置，相關(guān)保護(hù)參數(shù)設(shè)置正確，可有效保護(hù)礦山供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章分析了礦山供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置原理和相關(guān)的計(jì)算原理，對(duì)提高礦山供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平具有重要的參考意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。