【正文】 由于有選擇性的電流速斷不能保護本線路的全長，因此可考慮增加一段新的保護，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為速斷的后備，這就是限時電流速斷保護。它的缺點是不可能保護線路的全長，并且保護范圍直接受系統運行方式變化的影響。在交點以前短路時，由于短路電流大于起動電流，保護裝置都能動作。在一定的系統運行方式下，E?和Zs等于常數．此時Id將隨Zd的增大而減小，因此可以經計算后繪出Id＝f(l)的變化曲線，如圖2—5所示。以下只講有選擇件的電流速斷保護。以圖2所示的網絡接線為例，假定在每條線路上均裝有電流速斷保護，則當線路A—B上發(fā)生故障時，希望保護2能瞬時動作，而當線路B—C上故障時，希望保護1能瞬時動作，它們的保護范圍最好能達到本線路全長的100％。 ，按雙側電源線路的方向電流速斷保護的方法整定。（2）多段保護的整定應按保護段分段進行。因此不需要與相鄰線路的保護相配合，可以構成全線路的無時限速斷保護。 當采用前述的保護方式不能滿足選擇性和靈敏度要求時，聯差動保護，對于平行線路可以采用橫聯差動保護。 繼電保護的整定計算方法按保護原理分為兩種。應考慮的狀態(tài)有：（1） 短路及復故障。 故障電流計算的實現流程在建立的煤礦電網故障計算的數學模型之上，本系統采用高級編程語言Delphi，利用面向對象程序設計的方法，對整個故障計算模塊過程進行了軟件實現，程序的實現流程見圖。在煤礦中，主要設備和線路的電容電流按以下方法計算（單位）：1．汽輪發(fā)電機、隱極式同步電動機的單相接地電容電流 (352)——與絕緣級別有關的常數，；——發(fā)電機或電動機的額定功率；——角速度，當時，；——發(fā)電機或電動機的額定電壓。12mX無源網絡主 干 網 絡m112m1m無源網絡X主 干 網 絡圖311兩相短路故障節(jié)點在分支網絡且有一個無限大容量電源YY(a)初始網絡(b) 等效網絡前面所討論的故障不管是三相短路故障還是兩相短路故障，都為金屬性短路，而在實際中煤礦電網的故障一般不是金屬性短路，大多數情況下短路點存在過渡電阻。 兩相短路故障電流的計算兩相短路故障是煤礦電網中常見的簡單不對稱故障。： (345)2．同步電動機對于欠勵磁運行的同步電動機，由于正常運行狀態(tài)下它的電動勢比外施電壓小，當網絡中發(fā)生故障時，外施電壓降低的不多，此時的端電壓仍大于正常運行狀態(tài)下的電動勢，所以它不能向外輸出反饋電流。根據同步發(fā)電機的特性，其等效電路如圖所示。當主干網絡中含有無限大容量電源時（如圖），根據互易定理可轉化為圖所示電路，再利用前面所得公式可列：12mS無源網絡主 干 網 絡m112m1m無源網絡SXX主 干 網 絡圖37 故障節(jié)點位于分支網絡且有一個無限大容量電源(a)初始網絡(b) 等效網絡 (331) (332)根據本節(jié)中所介紹的方法便可計算出所有電源對故障點的轉移阻抗，形成各個電源與故障點的輻射狀等值網絡（如圖），然后利用下式即可求解故障點的短路電流值： (333)X圖38 故障點輻射狀等值網絡 指定時刻對稱短路電流的計算對于無限大容量電源，電源阻抗可以被忽略，在短路過程中不考慮短路電流的衰減，認為周期分量不衰減，不同時刻的故障電流滿足下式： (334)當電源容量為有限大時，電源的阻抗不能被忽略，在短路過程中由于電流增加了很多倍，勢必造成電源端電壓下降，使短路電流周期分量產生衰減，從而使短路后不同時刻的短路電流值不相等。為了進一步實現故障電流的求解，煤礦電網高壓部分應被轉化為只包含若干個電源節(jié)點、短路故障點和電源對短路點轉移阻抗的輻射狀等值網絡，其中轉移阻抗的計算是輻射狀等值網絡形成的關鍵。輻射狀網絡是最簡單、最常見的供電網絡，它是由某一個方向單向饋電的網絡。若網絡中含有接地支路，應選取任意一條接地支路作為追加支路的第一條支路，若不含接地接地支路，則可選容量較大的一條電源支路作為追加支路的起點，此時的節(jié)點阻抗矩陣為；追加完所有的電源支路再追加非電源支路。支路追加法就是把整個網絡看成是從第一條支路開始，逐步地增加支路，最后將全部支路按預定方式連接而形成的。本文主要介紹高壓電網的故障計算方法，由于低壓電網的故障計算與高壓電網的單電源輻射狀網絡的故障計算方法相近，所以不作介紹。只有在計算次暫態(tài)短路電流和短路發(fā)生后的短路電流周期分量時才考慮同步電動機所提供的反饋電流；2．在同一點同時運行的總裝機容量在800 kW及以上，并且短路點就在電動機機端的高壓異步電動機。煤礦電氣技術人員需要經常計算的故障電流主要有：1．次暫態(tài)短路電流：用來計算繼電保護裝置的整定值；2．短路發(fā)生后時的短路電流周期分量：校驗開關電器額定斷流量；3．短路電流穩(wěn)態(tài)有效值：校驗設備、母線及電纜的熱穩(wěn)定性；4．短路沖擊電流和短路全電流最大有效值：用來校驗電氣設備和母線的動穩(wěn)定性； 5．兩相短路電流：用來校驗繼電保護裝置的靈敏度；6．單相接地電容電流：用來確定煤礦高壓電網是否需要采取措施來限制單相接地電容點流。同步電動機電流速斷保護；過電流保護；過負荷保護；負序電流保護；單相接地保護；低電壓保護（重要電機可不設）；過電壓保護；失步保護；失磁保護。 選擇性接地保護系統煤礦供電系統一般分為三級，即煤礦地面變電所，井下中央變電所和采區(qū)變電所。故障支路零序電壓、零序電流的矢量關系如圖25所示。在煤礦電網中，一般用漏電來泛指電網中的各種接地故障，這與供配電網中通常講的單相接地故障實際上是同一概念。6kV線路的電流速斷保護的整定原則如下所示：1. 按躲過本線路末端故障最大三相短路電流整定，可靠系數，為本線路末端故障最大三相短路電流。如前文煤礦電網典型供電結構描述中，可以看出煤礦供電主要分為地面與井下兩大部分，其中地面部分供電級數基本上只有一級，而下井線路供電級數較多，而且所有線路的斷路器或高防開關都裝設在各個高壓配電點和采區(qū)變電所中。2. 高壓短距離線路較多當線路較長時，其始端和末端的短路電流差別較大，因而短路電流的變化趨勢比較陡，速斷保護范圍較大，而當線路較短的時候，由于線路短路電流的變化平緩，速斷保護的整定值在考慮了可靠系數后，其保護范圍將很小甚至等于零。在實際中我們可選用了差動保護單元中未使用的低壓側過流單元作為限時電流速斷保護，也可以用低后備單元中的尚未被利用的復壓閉鎖過流，將過流保護經復壓閉鎖控制字改成退出，作為限時電流速斷保護。各后備保護的動作時限如式（25）所示，為帶方向過流保護段時間： （25a） 　　　、 （25b） （25c） （25d） 主變限時電流速斷保護 由于煤礦高壓電網的地面部分的供電半徑一般很小，高壓負荷非常集中，如變電所6kV母線至洗煤廠高壓配電點的線路大概一般不足1000m，同時因為煤礦電網中通常只有下井線路才裝設限流裝置或隔離變壓器，其他出線均未裝設。當作為差動保護和瓦斯保護的后備保護時，高壓側后備保護動作于各側斷路器，此時裝設在主電源側的保護段對變壓器各電壓側的故障應均能滿足靈敏度要求，變壓器其他側裝設的后備保護，主要作為各側母線和線路的后備保護，動作后跳開本側或兩側斷路器；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。因為差動保護為設備的主保護，在定值上和其他設備不存在上下級的配合關系，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]。4. 接地保護 煤礦主變壓器高壓側中性點為不接地運行（110kV主變在操作時為防止過電壓，臨時將高壓側中性點接地，操作完成后將其斷開），可用零序電壓保護構成變壓器的接地保護，此外如果裝有放電間隙，還應設有中性點間隙零序電流保護。同時也能反映繞組的開焊故障。3. 煤礦電網中的所有高壓開關設備都安裝在變電所內，如高壓斷路器都位于選煤廠等變電所中，高壓防爆開關都位于中央變電所、各采區(qū)變電所或配電硐室中。為保證煤礦供電的可靠性，《煤礦安全生產規(guī)程》中規(guī)定：每一礦井應有兩回電源線路。因此煤礦企業(yè)采用電力系統的繼保軟件進行整定計算是不合適同時也是不經濟的！ 本文的工作重點目前隨著煤炭形勢的轉好，產量不斷的擴大，煤礦企業(yè)對供電的可靠性有了更高的要求。 隨著煤礦生產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實際情況的繼電保護整定規(guī)范的必要性與重要性。煤礦的供電系統是礦區(qū)生產的主要動力源，而繼電保護是整個煤礦電力系統安全運行的重要保障。煤礦生產的工作條件是具有十分特殊性的，其電網的安全、穩(wěn)定運行是煤礦企業(yè)安全生產的重要保障。但是由于煤礦生產的特殊性，其負荷與供電結構經常需要變動，特別是井下部分，每次負荷與供電結構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。但是目前煤炭系統內，繼電保護整定管理水平總體上比較低，至今沒有形成統一的，被系統內認可的整定計算規(guī)范，目前各單位還處于手動計算，各自為陣的狀態(tài)。通過以上的描述可以看出，煤礦電網正常運行方式下，整體上是輻射狀結構。正常情況下煤礦電網安裝有2～3臺主變，之間互為備用。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。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)。3. 差動電流速斷保護整定當差動保護的保護區(qū)內發(fā)生嚴重短路故障時會產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。各后備保護的動作時限如式（24）所示： （24a）（24b）（24c）圖23 主變后備保護配置圖2. 對于6kV母線接有自備電廠的變壓器，高壓側后備除了應有的一段不帶方向的復壓閉鎖過流保護外，還應裝設一帶方向的過流保護段，方向由變壓器指向母線，該保護段起到高壓側外部短路故障的后備保護作用。還有近年河南永煤集團發(fā)生過，由于35kV變電所6kV母線出線柜隔離開關損壞造成6kV母線短路，同時由于低后備保護裝置據動，造成主變絕緣損壞的事故。當井下發(fā)生短路故障時經常會發(fā)生越級跳閘現象，特別是有時采區(qū)變電所的短路故障，會越級跳到地面6kV母線的出線開關處。這樣造成設定值可能偏大導致靈敏度校驗不通過，沒有最小保護范圍，可能使保護裝置據動，而選較小檔的時候，可能又使值偏小造成越級跳閘。3. 當線路為井下部分的供電線路時，根據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、高壓電動機供電的線路兩種。 漏電保護煤礦電網為6kV小電流接地系統，發(fā)生單相接地時不形成短路回路，在電力系統安全運行規(guī)程規(guī)定可繼續(xù)運行1~2小時。1. 中性點不接地系統假設如圖24中性點不接地系統中，線路的A相經過渡電阻接地，由于只有零序電流可以流入大地，和接地故障點構成回路，總的零序電流之和就等于流過接地電阻的電流。圖26 消弧線圈并電阻接地系統零序等效電路圖27消弧線圈并電阻接地系統零序電壓、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。一般井下的綜合保裝置可根據中性點運行方式的不同，可選擇漏電保護動作門檻值與動作時限。本軟件中的故障計算模塊既可以單獨運行作為煤礦常見故障計算功能來使用，處理最大、最小或指定運行方式下的各種短路電流值，為煤礦企業(yè)供電方案的設計、供配電設備的選擇做出參考，同時也可作為煤礦繼電保護整定計算的一部分，為煤礦繼電保護整定計算專家系統模塊進行整定值計算提供必要的故障電流值的數據準備。這種運行狀態(tài)下的同步電動機在短路故障過程中相當于有阻尼、帶自動電壓調整器的水輪發(fā)電機。 三相對稱短路計算根據《煤礦安全規(guī)程》443條的規(guī)定“嚴禁井下配電變壓器中性點直接接地”以及“嚴禁由地面中性點直接接地的變壓器或發(fā)電機直接向井下供電”，所以煤礦電網都為小接地電流系統，對稱短路故障在煤礦電網中雖然發(fā)生的幾率小于不對稱短路故障，但它是最嚴重的故障類型，是探討其它各種故障的基礎，所以首先研究三相對稱短路故障的計算。節(jié)點阻抗矩陣是關于網絡電路參數對節(jié)點電壓和節(jié)點電流的阻抗特性的描述，它取決于構成網絡中各支路的電氣參數和它們的最終的連接方式。遇到發(fā)電機、附加電源時也采用電壓源等值電路來表示。第一步，在兩段母線節(jié)點、之間增設一個虛擬節(jié)點，在與兩個節(jié)點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，根據追加不接地樹支的方法修改原節(jié)點阻抗矩陣即可得新矩陣；第二步，在與兩個節(jié)點之間接一阻抗值為的鏈支，這樣即可保證節(jié)點、之間的總阻抗為零(如圖)。如圖所示的放射狀網絡的相關矩陣為式。S等