＊閆秀軍

（山西焦煤汾西礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司供用電分公司 山西 032000）

社會的飛速發(fā)展對煤炭的需求量越來越大，因此保證井下煤炭開采連續(xù)性，確保煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的安全性、可靠性非常關(guān)鍵。供電保護整定計算直接關(guān)系到系統(tǒng)穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，國家電網(wǎng)和企業(yè)供電在地面供電系統(tǒng)保護方面有明確計算辦法，但計算依據(jù)大多依照實際情況而定，制定的規(guī)范和標準不統(tǒng)一，導(dǎo)致在實際實踐中出現(xiàn)各類問題，諸如越級跳閘等，影響了系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性，因此要對煤礦井下高壓供電保護整定計算方法深入探討和分析。

1.煤礦井下高壓供電保護類型分析

(1)防過流保護類型

短路是煤礦井下高壓供電系統(tǒng)運行期間出現(xiàn)頻率較高的問題，短路現(xiàn)象發(fā)生相對常見。如果線路有短路情況發(fā)生，電氣設(shè)備承擔(dān)的壓力會驟然上升，讓設(shè)備長時間處在高負荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而電網(wǎng)也會有過流現(xiàn)象產(chǎn)生，倘若這一問題不能及時解決，線路很有可能被燒斷，由此而引發(fā)火災(zāi)事故。為了能將這種過流現(xiàn)象快速處理，工作人員首先要分析線路的運行環(huán)境和實際情況，對過載或者短路兩種保護方式靈活應(yīng)用，從根源上將過流現(xiàn)象出現(xiàn)的概率加以降低[1]。

(2)防漏電保護類型

在煤礦高壓供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)，電網(wǎng)周圍會安裝絕緣子，達到對電網(wǎng)合理保護的目的，避免系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題。由于絕緣子在中間有電阻，在供電設(shè)備的長時間運行下，內(nèi)部溫度的逐步升高，使得絕緣子性能持續(xù)降低，長此以往，很有可能導(dǎo)致絕緣子發(fā)生漏電問題。所以要做好相應(yīng)的漏電保護，保證問題不會出現(xiàn)擴大或者蔓延[2]。

(3)接地保護類型

接地保護的實現(xiàn)可以起到對電氣設(shè)備有效保護的目的，不會因為絕緣金屬外殼損壞而導(dǎo)致設(shè)備帶電工作，對煤礦井下高壓供電系統(tǒng)的安全且穩(wěn)定運行有很大作用。但如果系統(tǒng)在運行期間出現(xiàn)接地，很有可能威脅到人們的生命安全，相關(guān)技術(shù)人員在處理和操作時，應(yīng)該采取切實可行的辦法進行保護。通過對接地保護措施的靈活應(yīng)用，電氣設(shè)備的運轉(zhuǎn)能更加安全，產(chǎn)生的電流能始終保持在人體接受的范圍內(nèi)[3]。

(4)高壓和欠壓保護類型

在高壓環(huán)境下，供電設(shè)備在運行期間不可避免被大電流干擾，如果設(shè)備的運行時間長，設(shè)備的無用功還會在無形之中增加，導(dǎo)致電氣設(shè)備的溫度持續(xù)上升，甚至?xí)沟么罅侩娏Y源被消耗。如果情況嚴重，電氣設(shè)備會有可能出現(xiàn)損壞問題。為將此類問題解決，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)，合理制定高壓保護措施，倘若電壓超過額定電壓，需要立刻啟動供電保護裝置，避免問題發(fā)生，提高設(shè)備運行可靠性與穩(wěn)定性。

2.煤礦井下高壓供電保護整定計算方法分析

(1)井下高壓供電保護整定

現(xiàn)階段，我國煤礦企業(yè)在發(fā)展期間，井下供電系統(tǒng)對6千伏或者4千伏高壓輸送模式的應(yīng)用比較普遍，將單臺變壓器或者多臺變壓器作為主要應(yīng)用設(shè)備。這些設(shè)備的保護整定必須要有明確的標準和要求，諸如動作要具備較高靈敏度，可靠性和準確性強等特點，能夠與國家制定的規(guī)范吻合。上下級之間要有后備保護作用，在計算沒有任何問題的情況下進行整定。同時做好定期試驗工作，如果負荷出現(xiàn)變化，高壓開關(guān)保護裝置要重新計算和整定，以免出現(xiàn)計算結(jié)果與實際不相符的情況，為設(shè)備的安全平穩(wěn)運行提供保障。

(2)單臺干式變壓器防爆開關(guān)保護整定計算方法

煤礦井下供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運行離不開防爆開關(guān)或者高壓柜，能夠為變壓器提供所需電源，所以在對此類設(shè)備使用過程中，保護功能必須健全，具備過流、短路、接地等功能，具體過程如圖1所示。T1為沒有集成高壓開關(guān)的干式變壓器，在此類設(shè)備應(yīng)用階段，要單獨配備高壓防爆開關(guān)D1，保障設(shè)備運行的平穩(wěn)性和安全性，減少不必要問題的發(fā)生。高壓防爆開關(guān)D1，在應(yīng)用期間要設(shè)置瞬時短路保護Ⅰ段，在此過程中，為避免出現(xiàn)跳閘、短路等情況發(fā)生，還要設(shè)置過載保護Ⅲ段，并確保Ⅲ段帶有時限，以此達到對保護實效性提升的目的。

圖1 煤礦井下帶單臺干式變壓器供電

①應(yīng)用合理的方式整定計算瞬時短路保護Ⅰ段。對不同保護裝置綜合分析，由于裝置的類型不同，瞬時短路保護Ⅰ段整定計算期間，應(yīng)用的計算方式存在很大差異，需要結(jié)合實際要求選擇計算方式。其中，在整定計算電磁式保護裝置期間，具體應(yīng)用的計算公式如下：

式中：

IIop表示瞬時短路保護Ⅰ段電流，A；

Kb表示變壓器的變化比；

KX表示變壓器負荷的需用系數(shù)，取值范圍為1.5～1；

Iep表示容量大最大1臺或者幾臺幾電機的額定啟動電流，A；

∑Ie表示其余電機的額定電流之和，A。

在對微機或電子式綜合保護器進整定計算過程中，具體應(yīng)用的計算公式如下所示：

結(jié)合公式（2）的計算可以明確，針對保護裝置的靈敏系數(shù)，需要對最小運行方式作綜合考量，同時以此為核心，當(dāng)變壓器二次側(cè)兩相出現(xiàn)短路情況時，精準校驗流過一側(cè)的短路點電流，應(yīng)用的計算公式如下：

通過對這種計算方法的靈活應(yīng)用，在短路故障問題出現(xiàn)時，可以讓發(fā)出的動作更為可靠安全，與煤礦井下的供電要求與標準吻合。在這種方式的靈活應(yīng)用下，最大負荷電流的計算定值非常準確，不會出現(xiàn)定值偏大或者偏小問題，能從根源杜絕計算不精準問題的出現(xiàn)。

②整定計算過載的Ⅲ段。以躲過變壓器二次側(cè)最大一臺或某組設(shè)備的最高啟動時間為基礎(chǔ)，對啟動時間合理整定計算。在整定的高壓綜合保護器程序中，設(shè)備類型一般為微機或者電子式，因此需要以互感器上二次額定電流值的倍數(shù)為基礎(chǔ)，對短路保護器靈活計算，將過載保護器的倍數(shù)計算出來，提升整定計算的效果和水平。

在大多數(shù)的煤礦中，通常將過載電流的倍數(shù)作為依據(jù)來對短路保護Ⅰ的倍數(shù)進行計算，以此獲得精準的整定計算結(jié)果，為設(shè)備的平穩(wěn)運用提供保障，降低故障問題出現(xiàn)概率。

(3)整定計算帶單臺移動變電站高壓防爆開關(guān)

與干式變壓器存在的差異很大，移動變電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分繁瑣，除了本身包含的高壓防爆開關(guān)之外，Ⅲ段和Ⅰ段的保護配置也非常健全。在對移動變電站進行整定計算過程中，應(yīng)用的方式與干式變壓器一致。但不同的是，移動變電站中的高壓防爆開關(guān)D2在保護期間，需要增設(shè)兩種保護措施，分別是Ⅰ段和Ⅱ段。

①整定計算保護Ⅰ段。在對Ⅰ段保護整定值計算環(huán)節(jié)，為確保計算結(jié)果不會出現(xiàn)誤差，需要將躲過最大運行方式為基礎(chǔ)，對短路電流值合理計算。在獲取相應(yīng)的計算結(jié)果后，對最小兩相短路電流進行校驗，實際計算應(yīng)用的公式如下所示：

式中：

②整定計算保護Ⅱ段。在對防爆開關(guān)D2的Ⅱ段保護整定值計算期間，應(yīng)該將Ⅰ段保護整定值作為依據(jù)，?、穸蔚?.1～1.2倍開展整定計算。如果是煤礦井下，倍數(shù)最好取1.1，以此提升計算準確性。針對動作時限，應(yīng)該比Ⅰ段多出一個時間段。

(4)整定計算帶多臺移動變電站高壓防爆開關(guān)

移動變電站在多采區(qū)工作面中應(yīng)用的數(shù)量較多，假設(shè)應(yīng)用的移動變電站有四臺，具體如圖2所示，T3到T6是高度集成的移動變電站，在保護期間，有Ⅲ段和Ⅰ段保護措施，在整定計算方式的應(yīng)用和選擇上，與干式變壓器一致。但移動變電站中的高壓防爆開關(guān)D3在保護期間，不需要設(shè)置太多保護措施，Ⅰ段和Ⅱ段即可，如果情況特殊，會對Ⅲ段保護加以設(shè)置。

圖2 煤礦井下帶多臺移動變電站供電

①整定計算保護Ⅰ段。如果將最大運行方式作為計算標準，對四臺變壓器流過一次側(cè)的短路電流整定計算，選出短路電流中一個最大的數(shù)值并整定，動作時限的計算公式具體如下所示：

式中：

∑Ilei表示其余變壓器一次側(cè)額定電流的總和，A。

保護裝置的靈敏系數(shù)校驗公式為：

②整定計算保護Ⅱ段。對于保護Ⅱ段的定值，需要將保護Ⅰ段的整定值作為核心展開計算。從保護Ⅰ段保護定值中選擇最小值，動作時限要比其多出一個時間段。如果是高壓綜合保護器，為確保最終的計算能準確無誤，在計算期間，可以利用的公式有：

3.煤礦井下高壓供電保護整定對策

(1)主變壓器保護整定

主變壓器是確保煤礦井供電安全性和穩(wěn)定性的前提，必須全面性強，具有較高的可靠性和靈敏度。煤礦井下高壓供電保護整定項目涵蓋的內(nèi)容較多，諸如差動速度以及制度比率等。過負荷整定原則需要將變壓器額定電流1.05倍作為基礎(chǔ)進行整定，同時時間要把控在9s，一般作用于報警和冷風(fēng)機的啟動，不作用于跳閘。在過流整定時，將變壓器額定電流的1.2倍值作為標準，除以返回系數(shù)，根據(jù)計算出來的結(jié)果進行取值整定。整定過程中要對時間加強控制，以變壓器送電時的勵磁涌流時間為依據(jù)，必須比既定的標準值大。差動保護在計算時，為確保計算結(jié)果準確，計算人員要先確定制動電流，結(jié)合額定電流計算，以此獲得標準的數(shù)值。差動速斷針對的是變壓器內(nèi)部突然出現(xiàn)短路問題或者其他嚴重故障情況，為其提供必要的保護，為系統(tǒng)提供短路保護。

(2)線路、電力變壓器、電動機的保護整定

在線路保護整定過程中，必須包括一段或者多段過流和短路等保護措施，在變壓器保護整定中，包含的方法主要有兩種，分別為短接和過流。高壓電動機保護所涉及的內(nèi)容也比較多，具體有漏電保護、負荷等。如果多段母線出線或者出線開關(guān)，應(yīng)該進行方向電流整定，保證不會在短路故障出現(xiàn)時有誤動作現(xiàn)象。

線路的過流保護需要根據(jù)實際負荷的計算結(jié)果進行整定。如果負荷不大，可根據(jù)電路的實際運行狀態(tài)，在掌握總輸出功率的基礎(chǔ)上加以整定。如果負載較多時，可按相應(yīng)需要系數(shù)加以整定，并依照計算出來的總輸出功率和需用系數(shù)相加。針對普通的電力變壓器，通過利用額定電流乘以過流系數(shù)的辦法進行計算，之后再除以返回系數(shù)獲得最終計算結(jié)果。短路保護的整定電流比工作電流與其他裝置工作電流的之和大。在整定計算期間，為節(jié)約計算的時間，可選用簡便計算，按照所統(tǒng)計負載額定電流的3～5倍進行整定，逐步朝著電源側(cè)進行計算，保證能獲得精準的計算效果。多段母線電壓方向保護整定在出線開關(guān)，保護電源一側(cè)不能有短路問題的發(fā)生，以減少另一個出線開關(guān)動作問題發(fā)生。中心節(jié)點不接地系統(tǒng)線路的保護整定，一般是對零序電壓和較小額定電流接線的選線方式進行利用，以此來對故障線路的具體位置加以明確。針對單臺低電壓設(shè)備設(shè)定，對零序電壓和零序電壓閉鎖的方法靈活使用，動作于跳閘，而線路和系統(tǒng)在此過程中保護的主要功能就只有報警，不能動作于跳閘，故障允許運行2h以內(nèi)。系統(tǒng)中漏電電流整定值，供電系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)時間差需要將0.2s為基準，從負荷側(cè)開始，慢慢向電源側(cè)進行整定，提升整定的有序性。電力變壓器和高壓電動機在整定過程中，需要結(jié)合設(shè)備額定電流，乘以過流系數(shù)，根據(jù)所取得的計算結(jié)果除以返回系數(shù)，保證能計算出最終的整定結(jié)果。同時對時間靈活控制，啟動時間要小于整定時間。

(3)短路保護校驗

為保證整定的合理化，應(yīng)該結(jié)合具體的標準與規(guī)范，做好短路整定值再驗算。以保護末端最小運行方式為基準，對兩相短路電流進行驗算，并加強對靈敏度系數(shù)的控制，不能比1.5小。在短路電流計算期間，選擇可行的方式進行計算，對電流快速計算，用各點短路電流除以對應(yīng)點整定值。

4.結(jié)束語

綜合而言，在科學(xué)技術(shù)水平持續(xù)提升的新時期下，供電系統(tǒng)繼電保護裝置中應(yīng)用的先進技術(shù)越來越多，為供電系統(tǒng)的平穩(wěn)且高效運行提供保障，尤其是電子和微機保護裝置的使用，系統(tǒng)故障問題出現(xiàn)的概率明顯降低。但結(jié)合當(dāng)前煤礦井下高壓供電保護的整定情況分析，在計算方面暴露出的問題較多，需要持續(xù)優(yōu)化與規(guī)范，結(jié)合企業(yè)具體經(jīng)驗給出不同線路配置下的整定計算方法，以此為煤礦企業(yè)的全面發(fā)展提供借鑒與參考。