【正文】 煤礦企業(yè)的3～；——異步電動機(jī)的額定電流。而對于過勵磁運(yùn)行的同步電動機(jī)來說，正常運(yùn)行狀態(tài)下其電動勢大于外施電壓，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任意點(diǎn)發(fā)生故障時，它的端電壓總是要降低，所以它可以被視為一個發(fā)電機(jī)。為同步發(fā)電機(jī)縱軸瞬變電流衰減的時間常數(shù)，它也滿足下式： (341)——短路暫態(tài)時間常數(shù)。 G圖39 同步發(fā)電機(jī)的等效電路其中：——同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時的端電壓；——同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時的定子電流； ——同步發(fā)電機(jī)定子電阻；——同步發(fā)電機(jī)縱軸超瞬變電抗；——同步發(fā)電機(jī)縱軸瞬變電抗。1．同步發(fā)電機(jī)近些年來隨著煤礦行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，煤礦企業(yè)逐步開始轉(zhuǎn)換經(jīng)營機(jī)制，綜合利用煤炭資源。煤礦電氣人員通常采用手工計(jì)算、人工查運(yùn)算曲線來計(jì)算特定時刻的故障電流值。S等 效 主 干 網(wǎng) 絡(luò)XX圖36 故障節(jié)點(diǎn)在分支網(wǎng)絡(luò)且沒有無限大容量電源12mS無源網(wǎng)絡(luò)主 干 網(wǎng) 絡(luò)X(a)初始網(wǎng)絡(luò)(b) 等效主干網(wǎng)絡(luò)(c)等效網(wǎng)絡(luò) 設(shè)發(fā)生對稱故障的放射狀負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)的支路數(shù)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為，對稱故障節(jié)點(diǎn)為，則為階。1．當(dāng)整個電網(wǎng)中沒有無限大容量電源且故障節(jié)點(diǎn)位于主干網(wǎng)絡(luò)時設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有個有限大容量電源、…、向煤礦企業(yè)供電（如圖），其內(nèi)阻值分別為、…、而（）為主干網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣中第列的對應(yīng)元素，令當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生對稱短路故障時，各個電源對節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗值分為、…、。如圖所示的放射狀網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)矩陣為式。計(jì)算機(jī)在對負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)的描述中引入了節(jié)點(diǎn)支路相關(guān)矩陣的概念。第一步，在兩段母線節(jié)點(diǎn)、之間增設(shè)一個虛擬節(jié)點(diǎn)，在與兩個節(jié)點(diǎn)之間接入一個阻抗值為的樹支 (如圖)，其中為一個無窮小的正值，根據(jù)追加不接地樹支的方法修改原節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣即可得新矩陣；第二步，在與兩個節(jié)點(diǎn)之間接一阻抗值為的鏈支，這樣即可保證節(jié)點(diǎn)、之間的總阻抗為零(如圖)。每追加一條樹支，網(wǎng)絡(luò)階數(shù)增加一階，而每增加一條鏈支，網(wǎng)絡(luò)增加一條回路，節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的階數(shù)不變。遇到發(fā)電機(jī)、附加電源時也采用電壓源等值電路來表示。這樣節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣也就相應(yīng)地由一階開始，隨著支路的逐條增加而最終演變成一個階的節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣。節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)電路參數(shù)對節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)電流的阻抗特性的描述，它取決于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)中各支路的電氣參數(shù)和它們的最終的連接方式。對于煤礦電網(wǎng)的高壓部分，在軟件設(shè)計(jì)時考慮到為了方便計(jì)算機(jī)描述高壓網(wǎng)絡(luò)，減少因描述煤礦電網(wǎng)結(jié)構(gòu)而占用過多的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，加快運(yùn)算，人為規(guī)定煤礦電網(wǎng)的高壓部分由一個主干網(wǎng)絡(luò)和若干個連接在主干網(wǎng)絡(luò)相關(guān)節(jié)點(diǎn)上的輻射狀負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)共同組成，兩種網(wǎng)絡(luò)分別采用不同的處理方法。 三相對稱短路計(jì)算根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》443條的規(guī)定“嚴(yán)禁井下配電變壓器中性點(diǎn)直接接地”以及“嚴(yán)禁由地面中性點(diǎn)直接接地的變壓器或發(fā)電機(jī)直接向井下供電”，所以煤礦電網(wǎng)都為小接地電流系統(tǒng)，對稱短路故障在煤礦電網(wǎng)中雖然發(fā)生的幾率小于不對稱短路故障，但它是最嚴(yán)重的故障類型，是探討其它各種故障的基礎(chǔ)，所以首先研究三相對稱短路故障的計(jì)算。異步電動機(jī)對短路過程影響的時間很短，當(dāng)時其反饋電流就不作考慮，一般只考慮它的反饋電流對沖擊電流的影響。這種運(yùn)行狀態(tài)下的同步電動機(jī)在短路故障過程中相當(dāng)于有阻尼、帶自動電壓調(diào)整器的水輪發(fā)電機(jī)。本軟件的故障計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算時有一些假設(shè)條件：1．不計(jì)變壓器的非標(biāo)準(zhǔn)變比情況和勵磁電流的影響；2．只計(jì)算故障電流的工頻分量；3．不計(jì)輸電線路的對地電納，不考慮互感線路情況；4．用恒定電抗來代替負(fù)荷。本軟件中的故障計(jì)算模塊既可以單獨(dú)運(yùn)行作為煤礦常見故障計(jì)算功能來使用，處理最大、最小或指定運(yùn)行方式下的各種短路電流值，為煤礦企業(yè)供電方案的設(shè)計(jì)、供配電設(shè)備的選擇做出參考，同時也可作為煤礦繼電保護(hù)整定計(jì)算的一部分，為煤礦繼電保護(hù)整定計(jì)算專家系統(tǒng)模塊進(jìn)行整定值計(jì)算提供必要的故障電流值的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。6kV線路地面部分電流速斷保護(hù)；限時電流速斷保護(hù)（下井線路）；過流保護(hù)；單相接地保護(hù)；低電壓保護(hù)；低頻減載（有自備電廠情況）井下部分電流速斷保護(hù)；過流保護(hù)；低電壓保護(hù)；漏電保護(hù)本章首先介紹了煤礦電網(wǎng)典型的供電結(jié)構(gòu)，針對煤礦企業(yè)電氣技術(shù)人員常遇到的繼電保護(hù)問題，并結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際，重點(diǎn)介紹了主變的差動保護(hù)的整定，主變相間短路故障的后備保護(hù)配置，強(qiáng)調(diào)了裝設(shè)主變限時電流速斷保護(hù)的必要性，并分析了井下6kV線路越級跳閘的原因及速斷保護(hù)的整定方法，以及中性點(diǎn)在不同運(yùn)行方式下的漏電保護(hù)原理，最后對煤礦電網(wǎng)主設(shè)備的繼電保護(hù)配置作了總結(jié)，為煤礦電網(wǎng)繼電保護(hù)整定軟件提供了整定依據(jù)。一般井下的綜合保裝置可根據(jù)中性點(diǎn)運(yùn)行方式的不同，可選擇漏電保護(hù)動作門檻值與動作時限。為實(shí)現(xiàn)接地（漏電）保護(hù)選擇性的要求，這些變電所都應(yīng)裝設(shè)接地保護(hù)裝置（圖28中的～），從而構(gòu)成三級選擇性接地保護(hù)系統(tǒng)。圖26 消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)零序等效電路圖27消弧線圈并電阻接地系統(tǒng)零序電壓、零序電流矢量圖由于電阻電流的加入，使流過故障支路的零序電流同非故障支路的零序電流之間存在一定的角度。圖25 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)零序電流、零序電壓矢量圖由圖25可以得出，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，通過零序電流的大小和方向是很容易區(qū)分故障支路和非故障支路的，也就是零序功率方向原理。1. 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)假設(shè)如圖24中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，線路的A相經(jīng)過渡電阻接地，由于只有零序電流可以流入大地，和接地故障點(diǎn)構(gòu)成回路，總的零序電流之和就等于流過接地電阻的電流。所謂漏電，就是指三相電網(wǎng)中的任一相導(dǎo)線經(jīng)電阻與地或地線相接；而單相接地是指任一相導(dǎo)線直接與地或地線相接，又稱金屬性接地。 漏電保護(hù)煤礦電網(wǎng)為6kV小電流接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時不形成短路回路，在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行規(guī)程規(guī)定可繼續(xù)運(yùn)行1~2小時。 (27)2. 與本線路末端的變壓器或高壓電動機(jī)的速斷定值配合，可靠系數(shù)，為變壓器或高壓電動機(jī)的速斷定值。3. 當(dāng)線路為井下部分的供電線路時，根據(jù)線路連接對象的不同可分為：中央變電所至各采區(qū)變電所的供電線路與給隔爆變壓器、移動變壓器、高壓電動機(jī)供電的線路兩種。因此6kV線路電流速斷保護(hù)整定可以按線路的類型與開關(guān)安裝位置進(jìn)行：1. 當(dāng)線路為35kV或110kV變電所6kV母線至地面高壓配電點(diǎn)出線時，因其供電的距離較短，當(dāng)發(fā)生短路故障時相當(dāng)于6kV母線近點(diǎn)短路，其電流值很大，6kV母線的殘壓較低，為了能快速切斷故障一般其出線的電流保護(hù)只設(shè)置電流速斷保護(hù)（I段）與過電流保護(hù)（III段）。這樣造成設(shè)定值可能偏大導(dǎo)致靈敏度校驗(yàn)不通過，沒有最小保護(hù)范圍，可能使保護(hù)裝置據(jù)動，而選較小檔的時候，可能又使值偏小造成越級跳閘。如在井下有的電纜線路大約只有500~800m，有的甚至只有幾十米，上下級的短路電流很難區(qū)分，速斷保護(hù)范圍為零，此時的瞬時速斷形同虛設(shè)，電力系統(tǒng)規(guī)程建議在靈敏度小于1的情況下不適宜裝設(shè)電流速斷保護(hù)，但是煤炭規(guī)程規(guī)定井下必須裝設(shè)速斷保護(hù)不準(zhǔn)甩掉不用。當(dāng)井下發(fā)生短路故障時經(jīng)常會發(fā)生越級跳閘現(xiàn)象，特別是有時采區(qū)變電所的短路故障，會越級跳到地面6kV母線的出線開關(guān)處。限時電流速斷定值，可按兩種方法取值：1. 按躲過母線所有出線電流速斷保護(hù)（I段）的最大動作值整定。還有近年河南永煤集團(tuán)發(fā)生過，由于35kV變電所6kV母線出線柜隔離開關(guān)損壞造成6kV母線短路，同時由于低后備保護(hù)裝置據(jù)動，造成主變絕緣損壞的事故。如果地面線路發(fā)生短路故障，由于供電線路較短，這樣產(chǎn)生的故障電流值很大（和母線發(fā)生短路無多大區(qū)別）。各后備保護(hù)的動作時限如式（24）所示： （24a）（24b）（24c）圖23 主變后備保護(hù)配置圖2. 對于6kV母線接有自備電廠的變壓器，高壓側(cè)后備除了應(yīng)有的一段不帶方向的復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)外，還應(yīng)裝設(shè)一帶方向的過流保護(hù)段，方向由變壓器指向母線，該保護(hù)段起到高壓側(cè)外部短路故障的后備保護(hù)作用。根據(jù)以上要求主變壓器的后備保護(hù)的配置原則如下：1. 對于單側(cè)電源的變壓器，后備保護(hù)一般裝設(shè)在變壓器的電源測（高壓側(cè)），但從加強(qiáng)設(shè)備保護(hù)裝置的可靠性出發(fā)一般在低壓側(cè)也裝設(shè)后備保護(hù)，見圖23。3. 差動電流速斷保護(hù)整定當(dāng)差動保護(hù)的保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時會產(chǎn)生相當(dāng)大的短路電流，電流互感器會發(fā)生飽和，這時應(yīng)該無時限地切除故障。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?jǐn)?shù)，如調(diào)壓抽頭為，則＝5%，為由于微機(jī)保護(hù)電流平衡調(diào)整不連續(xù)引起的不平衡電流系數(shù)，實(shí)際上，為可靠起見，仍沿用常規(guī)取值。1. 比率差動保護(hù)整定 圖22為目前被微機(jī)保護(hù)廣泛采用的三折線比率差動保護(hù)的動作曲線（以南瑞RCS9671/3變壓器差動保護(hù)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(hù)動作區(qū)。5. 過負(fù)荷保護(hù)為防止長期過負(fù)荷對變壓器的損害，應(yīng)根據(jù)可能的過負(fù)荷情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，帶延時動作于信號。注意到瓦斯保護(hù)不能反映油箱外部的短路故障，故縱差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)均是變壓器的主保護(hù)。即使是匝數(shù)很少的短路故障，瓦斯保護(hù)同樣能可靠反應(yīng)。正常情況下煤礦電網(wǎng)安裝有2～3臺主變，之間互為備用。煤礦電網(wǎng)中地面的高壓配電點(diǎn)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。通過以上的描述可以看出，煤礦電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下，整體上是輻射狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)任一回進(jìn)線發(fā)生故障停止供電，另一回進(jìn)線應(yīng)能擔(dān)負(fù)整個煤礦的全部負(fù)荷。但是目前煤炭系統(tǒng)內(nèi)，繼電保護(hù)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(rèn)可的整定計(jì)算規(guī)范，目前各單位還處于手動計(jì)算，各自為陣的狀態(tài)。煤礦企業(yè)的繼電保護(hù)工作非常需要一種針對煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況的具有可視化功能、繼電保護(hù)配置規(guī)范合理的保護(hù)整定軟件。但是由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，其負(fù)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(fù)荷與供電結(jié)構(gòu)的變動都要求對定值進(jìn)行重新計(jì)算，其工作量非常大且十分繁瑣。本軟件設(shè)計(jì)的目的就是如何利用目前先進(jìn)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(hù)整定計(jì)算與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對供電系統(tǒng)中高壓電氣設(shè)備參數(shù)、繼電保護(hù)配置、保護(hù)整定計(jì)算及繼電保護(hù)定值單等進(jìn)行管理，計(jì)算機(jī)根據(jù)人為選擇各設(shè)備的繼電保護(hù)整定原則，對其進(jìn)行整定計(jì)算與靈敏度校驗(yàn)。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(yùn)行是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障。它應(yīng)該保障礦區(qū)電力網(wǎng)絡(luò)正常的生產(chǎn)和運(yùn)行，并且在出現(xiàn)故障的時候能迅速準(zhǔn)確的切除故障。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(hù)是整個煤礦電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。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(fù)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(fù)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(zāi)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(hù)有更高的要求。 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(hù)整定工作日益重視，越發(fā)認(rèn)識到制定一套適合于煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況的繼電保護(hù)整定規(guī)范的必要性與重要性。煤炭行業(yè)由于歷史條件，以及對煤礦電網(wǎng)繼電保護(hù)投入資金和認(rèn)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(hù)整定工作仍然延用傳統(tǒng)的手工計(jì)算與人工校驗(yàn)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(yùn)行方式分別計(jì)算出各點(diǎn)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(jì)算出各項(xiàng)保護(hù)的定值。因此煤礦企業(yè)采用電力系統(tǒng)的繼保軟件進(jìn)行整定計(jì)算是不合適同時也是不經(jīng)濟(jì)的！ 本文的工作重點(diǎn)目前隨著煤炭形勢的轉(zhuǎn)好，產(chǎn)量不斷的擴(kuò)大，煤礦企業(yè)對供電的可靠性有了更高的要求。要保障煤礦企業(yè)主設(shè)備安全可靠運(yùn)行，正確、合理的保護(hù)定值整定是必不可少的措施之一。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(yīng)有兩回電源線路。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(diǎn)。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。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(dān)負(fù)著整個礦區(qū)的用電負(fù)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。同時也能反映繞組的開焊故障。應(yīng)當(dāng)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(hù)和電流速斷保護(hù)是反應(yīng)不了的，即存在保護(hù)死區(qū)；此外也不能反映繞組的開焊故障。4. 接地保護(hù) 煤礦主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)為不接地運(yùn)行（110kV主變在操作時為防止過電壓，臨時將高壓側(cè)中性點(diǎn)接地，操作完成后將其斷開），可用零序電壓保護(hù)構(gòu)成變壓器的接地保護(hù)，此外如果裝有放電間隙，還應(yīng)設(shè)有中性點(diǎn)間隙零序電流保護(hù)。主變差動保護(hù)整定計(jì)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。因?yàn)椴顒颖Ｗo(hù)為設(shè)備的主保護(hù)，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(jì)算的方式確定值如式（22），值如式（23）[56]。所以當(dāng)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(hù)，一般 二次諧波電流與基波電流的比值一般整定為15%—20%。當(dāng)作為差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)時，高壓側(cè)后備保護(hù)動作于各側(cè)斷路器，此時裝設(shè)在主電源側(cè)的保護(hù)段對變壓器各電壓側(cè)的故障應(yīng)均能滿