【正文】 煤礦供電繼電保護整定計算研究畢業(yè)論文目 錄1緒論 1 本課題的目的與意義 1 2 本文的工作重點 22 煤礦電網(wǎng)繼電保護原則歸納 3 3 4 5 6kV線路電流速斷保護 10 漏電保護 12 16 173 煤礦電網(wǎng)故障計算的實現(xiàn) 19 煤礦電網(wǎng)故障計算的特點 19 三相對稱短路計算 20 網(wǎng)絡(luò)數(shù)學模型的建立 20 故障點輻射狀等值網(wǎng)絡(luò)形成 25 指定時刻對稱短路電流的計算 32 短路全電流與沖擊電流的計算 35 兩相短路故障電流的計算 36 單相接地電容電流的計算 37 故障電流計算的實現(xiàn)流程 39 本章小結(jié) 404 整定配合基本原則 41 41 41 41 42 43 43 電流速斷保護 43 延時電流速斷保護 47 過電流保護 52 本章小結(jié) 565 煤礦電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)計算軟件的實現(xiàn) 57 軟件的總體結(jié)構(gòu)及功能介紹 57 煤礦電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)計算軟件的運行 61 本章小結(jié) 646總結(jié)與展望 65 總結(jié) 65 展望 65參考文獻 67英文文獻 69中文翻譯 77致 謝 85中國礦業(yè)大學2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 ２０ 頁1緒論 本課題的目的與意義煤礦企業(yè)是電力系統(tǒng)的重要用戶并且對可靠性要求比較高。煤礦的供電系統(tǒng)是礦區(qū)生產(chǎn)的主要動力源，而繼電保護是整個煤礦電力系統(tǒng)安全運行的重要保障。它應該保障礦區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)正常的生產(chǎn)和運行，并且在出現(xiàn)故障的時候能迅速準確的切除故障。從安全運行的角度出發(fā)，煤礦電網(wǎng)中繼電保護裝置應滿足可靠性、靈敏性、選擇性和速動性這四個基本要求，而繼電保護整定計算是確?！八男浴钡闹饕侄巍Ｒ虼死^電保護定值的整定工作一直是煤礦電氣技術(shù)人員日常工作中的重點和難點。礦區(qū)電網(wǎng)和一般的10kV配電網(wǎng)有很大的不同，礦區(qū)的電網(wǎng)以單端輻射狀供電為主，高壓短線路較多，負荷與供電結(jié)構(gòu)需要經(jīng)常地變動，同時煤礦生產(chǎn)的工作條件具有特殊性，其主要負荷集中在井下，井下空氣濕度大，空氣中浮游大量雜質(zhì)（如煤塵）并且腐蝕性氣體（如CONO、NOSO2等）含量高，屬于易燃易爆場所，發(fā)生短路故障時可能造成火災事故，甚至引起瓦斯煤塵爆炸，所以煤礦企業(yè)的供電和電氣設(shè)備與普通電力用戶相比有其特殊地方，并且對繼電保護有更高的要求。煤礦生產(chǎn)的工作條件是具有十分特殊性的，其電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障。要保障煤礦企業(yè)主設(shè)備安全可靠運行，正確、合理的保護定值整定是必不可少的措施之一。但是目前煤炭系統(tǒng)內(nèi)，繼電保護整定管理水平總體上比較低，至今沒有形成統(tǒng)一的，被系統(tǒng)內(nèi)認可的整定計算規(guī)范，目前各單位還處于手動計算，各自為陣的狀態(tài)。 隨著煤礦生產(chǎn)對供電可靠性的要求越來越高，各煤礦企業(yè)對繼電保護整定工作日益重視，越發(fā)認識到制定一套適合于煤礦生產(chǎn)實際情況的繼電保護整定規(guī)范的必要性與重要性。本軟件設(shè)計的目的就是如何利用目前先進的軟件編程技術(shù)，開發(fā)出具有使用價值的圖形化的煤礦電網(wǎng)繼電保護整定計算與管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對供電系統(tǒng)中高壓電氣設(shè)備參數(shù)、繼電保護配置、保護整定計算及繼電保護定值單等進行管理，計算機根據(jù)人為選擇各設(shè)備的繼電保護整定原則，對其進行整定計算與靈敏度校驗。整個系統(tǒng)操作簡單、方便、靈活，使保護整定技術(shù)人員的工作量降低到最小。本軟件在設(shè)計開發(fā)過程中，將可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法與煤礦繼電保護整定計算相結(jié)合，對煤礦電網(wǎng)主設(shè)備繼電保護原則、供電結(jié)構(gòu)拓撲分析、數(shù)據(jù)庫管理作了一些很有意義的基礎(chǔ)性研究應用工作。煤炭行業(yè)由于歷史條件，以及對煤礦電網(wǎng)繼電保護投入資金和認識不足等客觀原因，到目前為止煤礦電氣技術(shù)人員的繼電保護整定工作仍然延用傳統(tǒng)的手工計算與人工校驗的方法，即根據(jù)已有的系統(tǒng)一次接線圖查找圖紙中各電氣設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，然后根據(jù)供電系統(tǒng)的不同運行方式分別計算出各點的最大與最小短路電流，最后根據(jù)所得故障電流與設(shè)備參數(shù)計算出各項保護的定值。但是由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，其負荷與供電結(jié)構(gòu)經(jīng)常需要變動，特別是井下部分，每次負荷與供電結(jié)構(gòu)的變動都要求對定值進行重新計算，其工作量非常大且十分繁瑣。同時必須引起重視的是整個煤炭系統(tǒng)內(nèi)至今并未形成一套與本行業(yè)生產(chǎn)實際情況相適應的繼電保護整定規(guī)范，這樣首先對煤礦繼電保護整定軟件的開發(fā)與推廣形成了最根本的障礙，以及由于煤礦電氣技術(shù)人員本身的技術(shù)水平原因，在進行煤礦電網(wǎng)繼電保護整定計算時采用的整定計算和保護之間配合的方法有時是錯誤的，這樣會帶來的井下線路經(jīng)常性的越級跳閘、無選擇性跳閘等很多問題，影響整個系統(tǒng)的供電可靠性。與煤礦系統(tǒng)相比電力系統(tǒng)使用的繼電保護整定軟件則相對的完備與成熟，主要軟件有中恒博瑞圖形化繼保整定軟件、四方博瑞圖形化繼保整定軟件、中國電力科學院的PSASP中的繼電保護模塊等，它們面向的是10kV、35kV、110kV、220kV和500kV的電網(wǎng)或是發(fā)電廠，而煤礦電網(wǎng)是以6kV輻射狀供電為主，繼電保護的配置與整定遠沒有電力系統(tǒng)電網(wǎng)那么復雜，同時電力系統(tǒng)的軟件單價都十分的昂貴。因此煤礦企業(yè)采用電力系統(tǒng)的繼保軟件進行整定計算是不合適同時也是不經(jīng)濟的！ 本文的工作重點目前隨著煤炭形勢的轉(zhuǎn)好，產(chǎn)量不斷的擴大，煤礦企業(yè)對供電的可靠性有了更高的要求。煤礦企業(yè)的繼電保護工作非常需要一種針對煤礦生產(chǎn)實際情況的具有可視化功能、繼電保護配置規(guī)范合理的保護整定軟件。本論文選擇了煤礦電網(wǎng)繼電保護整定計算與管理系統(tǒng)的開發(fā)作為研究方向，在煤礦電網(wǎng)繼電保護整定原則的整理方面作了一些研究和應用工作。2 煤礦電網(wǎng)繼電保護原則歸納煤礦生產(chǎn)的工作條件是具有十分特殊性的，其電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障。要保障煤礦企業(yè)主設(shè)備安全可靠運行，正確、合理的保護定值整定是必不可少的措施之一。但是目前煤炭系統(tǒng)內(nèi)，繼電保護整定管理水平總體上比較低，至今沒有形成統(tǒng)一的，被系統(tǒng)內(nèi)認可的整定計算規(guī)范，目前各單位還處于手動計算，各自為陣的狀態(tài)。隨著煤礦生產(chǎn)對供電可靠性的要求越來越高，各煤礦企業(yè)對繼電保護整定工作日益重視，越發(fā)認識到制定一套適合于煤礦生產(chǎn)實際情況的繼電保護整定規(guī)范的必要性與重要性。圖21典型煤礦供電結(jié)構(gòu)圖21為典型的煤礦供電網(wǎng)絡(luò)的一部分。為保證煤礦供電的可靠性，《煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程》中規(guī)定：每一礦井應有兩回電源線路。當任一回進線發(fā)生故障停止供電，另一回進線應能擔負整個煤礦的全部負荷。不僅是煤礦35kV或110kV變電所，其他井下各采區(qū)變電所等，也是采用一回路運行，另一回路帶電備用方式，確保煤礦生產(chǎn)過程中供電的連續(xù)性、可靠性。從整體上來看煤礦電網(wǎng)可以分為地面與井下兩大部分：地面部分如選煤廠變電所、鍋爐房變電所的電源，是由地面35kV或110kV變電所的6kV母線直接供電；井下部分一般由地面6kV母線，經(jīng)限流電抗器或隔離變壓器，用高壓電纜從井筒向井下中央變電所供電，中央變電所經(jīng)過本身的分段母線和高壓配電裝置將6kV電能分配給其附近的高壓用電設(shè)備，如主排水泵、動力變壓器等，并向各采區(qū)變電所供電，采區(qū)變電所的動力變壓器一般將電壓降到660V，通過低壓電纜分送到工作面配電點，在由工作面配電點分送到工作面的各設(shè)備。如果采區(qū)內(nèi)還有其他的工作面，6kV電能則由采區(qū)變電所的高壓配電裝置送到附近的變電硐室中，然后經(jīng)過降壓再送到工作面配電點。通過以上的描述可以看出，煤礦電網(wǎng)正常運行方式下，整體上是輻射狀結(jié)構(gòu)。從細節(jié)上看它結(jié)合了電力系統(tǒng)中的輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)兩者的特點，現(xiàn)將煤礦電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)的特征總結(jié)如下：1. 煤礦電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)在正常運行方式下為輻射狀類似于配電網(wǎng)，但傳輸線路上并無T型分支線路，同時也不存在像10kV配網(wǎng)中的線路分段開關(guān)，其又具有輸電網(wǎng)的特點。2. 地面的各高壓配電點基本上是由35kV或110kV變電所6kV母線直接供電，供電距離一般不會超過1000m，而下井線路供電級數(shù)較多，其中央變電所以下部分每一級之間供電距離大都很短，有的線路長度不足500m。3. 煤礦電網(wǎng)中的所有高壓開關(guān)設(shè)備都安裝在變電所內(nèi)，如高壓斷路器都位于選煤廠等變電所中，高壓防爆開關(guān)都位于中央變電所、各采區(qū)變電所或配電硐室中。煤礦電網(wǎng)中地面的高壓配電點如選煤廠變電所、鍋爐房變電所，井下的采區(qū)變電所從結(jié)構(gòu)和功能上都十分的類似于10kV配網(wǎng)中的開閉所。煤礦電網(wǎng)中電氣設(shè)備主要以線路、變壓器、電動機為主，每種設(shè)備對應若干種保護原則，本軟件繼電保護原則主要以中華人民共和國電力行業(yè)標準《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》（中華人民共和國電力工業(yè)部19951127批準19960601實施）、《煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程》（2005年1月1日起實行）為參考，并結(jié)合煤礦生產(chǎn)運行實際,討論煤礦電網(wǎng)電氣設(shè)備繼電保護整定原則應該如何配置。以下結(jié)合煤礦電網(wǎng)特點與繼電保護整定計算工作中存在的問題，就主變壓器的差動保護與后備保護、6kV線路速斷保護與漏電保護這四個方面進行詳細的討論分析。礦區(qū)主變壓器是煤礦電網(wǎng)中最重要的電氣設(shè)備之一，擔負著整個礦區(qū)的用電負荷，電壓等級一般為35kV，但規(guī)模較大，產(chǎn)量較高的礦井可為110kV。正常情況下煤礦電網(wǎng)安裝有2～3臺主變，之間互為備用。由于主變發(fā)生故障對整個電網(wǎng)的影響很大，因此應加強其繼電保護裝置的功能，以提高整個系統(tǒng)安全運行。按技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，并結(jié)合煤礦生產(chǎn)實際，其繼電保護的配置原則為：1. 瓦斯保護 用來反映變壓器的內(nèi)部故障和漏油造成的油面降低。同時也能反映繞組的開焊故障。即使是匝數(shù)很少的短路故障，瓦斯保護同樣能可靠反應。瓦斯保護有重、輕之分，一般重瓦斯動作于跳閘，輕瓦斯動作于信號。2. 縱差動保護用來反映變壓器繞組的相間短路故障，繞組的匝間短路故障，以及引出線的相間短路故障。應當看到，對于變壓器內(nèi)部的短路故障，如繞組尾部的相間短路故障，繞組很少的匝間短路故障，縱差動保護和電流速斷保護是反應不了的，即存在保護死區(qū)；此外也不能反映繞組的開焊故障。注意到瓦斯保護不能反映油箱外部的短路故障，故縱差動保護和瓦斯保護均是變壓器的主保護。3. 短路故障后備保護用作變壓器外部短路故障和作為變壓器的瓦斯保護、縱差動保護的后備保護。根據(jù)變壓器6kV側(cè)母線是否接有自備電廠，可采用過復合電壓（方向）過電流保護等。4. 接地保護 煤礦主變壓器高壓側(cè)中性點為不接地運行（110kV主變在操作時為防止過電壓，臨時將高壓側(cè)中性點接地，操作完成后將其斷開），可用零序電壓保護構(gòu)成變壓器的接地保護，此外如果裝有放電間隙，還應設(shè)有中性點間隙零序電流保護。5. 過負荷保護為防止長期過負荷對變壓器的損害，應根據(jù)可能的過負荷情況裝設(shè)過負荷保護，帶延時動作于信號。6. 非電量保護 非電量保護包括：變壓器本體和有載調(diào)壓的油溫保護；變壓器的壓力釋放保護，此外還有變壓器帶負荷后啟動風冷的保護；過負荷閉鎖有載調(diào)壓的保護。隨著煤礦企業(yè)對繼電保護工作的重視，經(jīng)過技術(shù)升級已經(jīng)基本淘汰了老式的BCH型繼電器構(gòu)成的差動保護裝置，普遍采用微機式的變壓器測控單元，其差動保護部分主要包括差動速斷保護、比率差動保護、低壓側(cè)過流保護、CT斷線判別。主變差動保護整定計算主要是確定差動速斷電流倍數(shù)、二次諧波制動系數(shù)、最小啟動電流、比率制動斜率。1. 比率差動保護整定 圖22為目前被微機保護廣泛采用的三折線比率差動保護的動作曲線（以南瑞RCS9671/3變壓器差動保護裝置為例），制動特性由AB、BC、CD直線段組成，制動特性為式（21）所示，其變量有動作電流，制動電流，差動電流啟動值，~，變壓器的額定電流，折線上半部分為保護動作區(qū)。圖22 三折線比率差動保護動作特性曲線（21）兩個拐點電流和，固定3，固定為1。在整定計算時只需確定、及可。因為差動保護為設(shè)備的主保護，在定值上和其他設(shè)備不存在上下級的配合關(guān)系，本身有很高的靈敏度，所以通常情況下采用工程計算的方式確定值如式（22），值如式（23）[56]。，為非周期分量系數(shù)兩側(cè)同為P級電流互感器（TA），為TA同型系數(shù)，為TA變比誤差，為偏離額定電壓最大調(diào)壓百分數(shù)，如調(diào)壓抽頭為，則＝5%，為由于微機保護電流平衡調(diào)整不連續(xù)引起的不平衡電流系數(shù)，實際上，為可靠起見，仍沿用常規(guī)取值。 （22） （23）2. 二次諧波制動系數(shù)整定變壓器空載合閘或外部短路故障切除電壓突然恢復時，變壓器會有很大的勵磁電流及勵磁涌流通過，而勵磁涌流僅在變壓器的一側(cè)流通，故流入差動回路。當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時差動回路也會流過很大的短路電流。所以當二次諧波制動判別差動回路的電流為勵磁涌流時閉鎖差動保護，一般 二次諧波電流與基波電流的比值一般整定為15%—20%。3. 差動電流速斷保護整定當差動保護的保護區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴重短路故障時會產(chǎn)生相當大的短路電流，電流互感器會發(fā)生飽和，這時應該無時限地切除故障。差動電流速斷值一般可取6～8。為反映變壓器外部相間短路引起的過流以及作為差動保護、瓦斯保護的后備保護或相鄰元件的后備，變壓器應裝設(shè)反映相間短路故障的后備保護，由于煤礦企業(yè)的主變電壓等級大都為35kV或110kV，因此最常采用的方式是復合電壓閉鎖的（方向）過流保護作為變壓器的后備保護。當作為差動保護和瓦斯保護的后備保護時，高壓側(cè)后備保護動作于各側(cè)斷路器，此時裝設(shè)在主電源側(cè)的保護段對變壓器各電壓側(cè)的故障應均能滿足靈敏度要求，變壓器其他側(cè)裝設(shè)的后備保護，主要作為各側(cè)母線和線路的后備保護，動作后跳開本側(cè)或兩側(cè)斷路器；此外，當變壓器斷路器和CT之間發(fā)生故障時（死區(qū)范圍），后備保護同樣可以反應，起到后備保護作用。根據(jù)以上要求主變壓器的后備保護的配置原則如下：1. 對于單側(cè)電源的變壓器，后備保護一般裝設(shè)在變壓器的電源測（高壓側(cè)），但從加強設(shè)備保護裝置的可靠性出發(fā)一般在低壓側(cè)也裝設(shè)后備保護，見圖23。因為6kV側(cè)無電源，系統(tǒng)進線正常為一用一備，這樣高壓側(cè)后備保護（保護1）就無須和電力系統(tǒng)一樣分成兩段時限或三段時限，先跳開高壓側(cè)母聯(lián)，然后跳變壓器兩側(cè)開關(guān)，而是只設(shè)一段復壓閉鎖過流時限跳開變壓器兩側(cè)開關(guān)及能滿足要求。