【正文】 由于有選擇性的電流速斷不能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，因此可考慮增加一段新的保護(hù)，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時(shí)也能作為速斷的后備，這就是限時(shí)電流速斷保護(hù)。它的缺點(diǎn)是不可能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，并且保護(hù)范圍直接受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響。在交點(diǎn)以前短路時(shí)，由于短路電流大于起動(dòng)電流，保護(hù)裝置都能動(dòng)作。在一定的系統(tǒng)運(yùn)行方式下，E?和Zs等于常數(shù)．此時(shí)Id將隨Zd的增大而減小，因此可以經(jīng)計(jì)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(hù)。以圖2所示的網(wǎng)絡(luò)接線為例，假定在每條線路上均裝有電流速斷保護(hù)，則當(dāng)線路A—B上發(fā)生故障時(shí)，希望保護(hù)2能瞬時(shí)動(dòng)作，而當(dāng)線路B—C上故障時(shí)，希望保護(hù)1能瞬時(shí)動(dòng)作，它們的保護(hù)范圍最好能達(dá)到本線路全長(zhǎng)的100％。 ，按雙側(cè)電源線路的方向電流速斷保護(hù)的方法整定。（2）多段保護(hù)的整定應(yīng)按保護(hù)段分段進(jìn)行。因此不需要與相鄰線路的保護(hù)相配合，可以構(gòu)成全線路的無時(shí)限速斷保護(hù)。 當(dāng)采用前述的保護(hù)方式不能滿足選擇性和靈敏度要求時(shí)，聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，對(duì)于平行線路可以采用橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。 繼電保護(hù)的整定計(jì)算方法按保護(hù)原理分為兩種。應(yīng)考慮的狀態(tài)有：（1） 短路及復(fù)故障。 故障電流計(jì)算的實(shí)現(xiàn)流程在建立的煤礦電網(wǎng)故障計(jì)算的數(shù)學(xué)模型之上，本系統(tǒng)采用高級(jí)編程語言Delphi，利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的方法，對(duì)整個(gè)故障計(jì)算模塊過程進(jìn)行了軟件實(shí)現(xiàn)，程序的實(shí)現(xiàn)流程見圖。在煤礦中，主要設(shè)備和線路的電容電流按以下方法計(jì)算（單位）：1．汽輪發(fā)電機(jī)、隱極式同步電動(dòng)機(jī)的單相接地電容電流 (352)——與絕緣級(jí)別有關(guān)的常數(shù)，；——發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的額定功率；——角速度，當(dāng)時(shí)，；——發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的額定電壓。12mX無源網(wǎng)絡(luò)主 干 網(wǎng) 絡(luò)m112m1m無源網(wǎng)絡(luò)X主 干 網(wǎng) 絡(luò)圖311兩相短路故障節(jié)點(diǎn)在分支網(wǎng)絡(luò)且有一個(gè)無限大容量電源YY(a)初始網(wǎng)絡(luò)(b) 等效網(wǎng)絡(luò)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(shí)際中煤礦電網(wǎng)的故障一般不是金屬性短路，大多數(shù)情況下短路點(diǎn)存在過渡電阻。 兩相短路故障電流的計(jì)算兩相短路故障是煤礦電網(wǎng)中常見的簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障。： (345)2．同步電動(dòng)機(jī)對(duì)于欠勵(lì)磁運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，由于正常運(yùn)行狀態(tài)下它的電動(dòng)勢(shì)比外施電壓小，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)，外施電壓降低的不多，此時(shí)的端電壓仍大于正常運(yùn)行狀態(tài)下的電動(dòng)勢(shì)，所以它不能向外輸出反饋電流。根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的特性，其等效電路如圖所示。當(dāng)主干網(wǎng)絡(luò)中含有無限大容量電源時(shí)（如圖），根據(jù)互易定理可轉(zhuǎn)化為圖所示電路，再利用前面所得公式可列：12mS無源網(wǎng)絡(luò)主 干 網(wǎng) 絡(luò)m112m1m無源網(wǎng)絡(luò)SXX主 干 網(wǎng) 絡(luò)圖37 故障節(jié)點(diǎn)位于分支網(wǎng)絡(luò)且有一個(gè)無限大容量電源(a)初始網(wǎng)絡(luò)(b) 等效網(wǎng)絡(luò) (331) (332)根據(jù)本節(jié)中所介紹的方法便可計(jì)算出所有電源對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗，形成各個(gè)電源與故障點(diǎn)的輻射狀等值網(wǎng)絡(luò)（如圖），然后利用下式即可求解故障點(diǎn)的短路電流值： (333)X圖38 故障點(diǎn)輻射狀等值網(wǎng)絡(luò) 指定時(shí)刻對(duì)稱短路電流的計(jì)算對(duì)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(rèn)為周期分量不衰減，不同時(shí)刻的故障電流滿足下式： (334)當(dāng)電源容量為有限大時(shí)，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(shì)必造成電源端電壓下降，使短路電流周期分量產(chǎn)生衰減，從而使短路后不同時(shí)刻的短路電流值不相等。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)故障電流的求解，煤礦電網(wǎng)高壓部分應(yīng)被轉(zhuǎn)化為只包含若干個(gè)電源節(jié)點(diǎn)、短路故障點(diǎn)和電源對(duì)短路點(diǎn)轉(zhuǎn)移阻抗的輻射狀等值網(wǎng)絡(luò)，其中轉(zhuǎn)移阻抗的計(jì)算是輻射狀等值網(wǎng)絡(luò)形成的關(guān)鍵。輻射狀網(wǎng)絡(luò)是最簡(jiǎn)單、最常見的供電網(wǎng)絡(luò)，它是由某一個(gè)方向單向饋電的網(wǎng)絡(luò)。若網(wǎng)絡(luò)中含有接地支路，應(yīng)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(diǎn)，此時(shí)的節(jié)點(diǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)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(yù)定方式連接而形成的。本文主要介紹高壓電網(wǎng)的故障計(jì)算方法，由于低壓電網(wǎng)的故障計(jì)算與高壓電網(wǎng)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)的故障計(jì)算方法相近，所以不作介紹。只有在計(jì)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(shí)才考慮同步電動(dòng)機(jī)所提供的反饋電流；2．在同一點(diǎn)同時(shí)運(yùn)行的總裝機(jī)容量在800 kW及以上，并且短路點(diǎn)就在電動(dòng)機(jī)機(jī)端的高壓異步電動(dòng)機(jī)。煤礦電氣技術(shù)人員需要經(jīng)常計(jì)算的故障電流主要有：1．次暫態(tài)短路電流：用來計(jì)算繼電保護(hù)裝置的整定值；2．短路發(fā)生后時(shí)的短路電流周期分量：校驗(yàn)開關(guān)電器額定斷流量；3．短路電流穩(wěn)態(tài)有效值：校驗(yàn)設(shè)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(yàn)電氣設(shè)備和母線的動(dòng)穩(wěn)定性； 5．兩相短路電流：用來校驗(yàn)繼電保護(hù)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(wǎng)是否需要采取措施來限制單相接地電容點(diǎn)流。同步電動(dòng)機(jī)電流速斷保護(hù)；過電流保護(hù)；過負(fù)荷保護(hù)；負(fù)序電流保護(hù)；單相接地保護(hù)；低電壓保護(hù)（重要電機(jī)可不設(shè)）；過電壓保護(hù)；失步保護(hù)；失磁保護(hù)。 選擇性接地保護(hù)系統(tǒng)煤礦供電系統(tǒng)一般分為三級(jí)，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(guān)系如圖25所示。在煤礦電網(wǎng)中，一般用漏電來泛指電網(wǎng)中的各種接地故障，這與供配電網(wǎng)中通常講的單相接地故障實(shí)際上是同一概念。6kV線路的電流速斷保護(hù)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(shù)，為本線路末端故障最大三相短路電流。如前文煤礦電網(wǎng)典型供電結(jié)構(gòu)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(jí)數(shù)基本上只有一級(jí)，而下井線路供電級(jí)數(shù)較多，而且所有線路的斷路器或高防開關(guān)都裝設(shè)在各個(gè)高壓配電點(diǎn)和采區(qū)變電所中。2. 高壓短距離線路較多當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)，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(shì)比較陡，速斷保護(hù)范圍較大，而當(dāng)線路較短的時(shí)候，由于線路短路電流的變化平緩，速斷保護(hù)的整定值在考慮了可靠系數(shù)后，其保護(hù)范圍將很小甚至等于零。在實(shí)際中我們可選用了差動(dòng)保護(hù)單元中未使用的低壓側(cè)過流單元作為限時(shí)電流速斷保護(hù)，也可以用低后備單元中的尚未被利用的復(fù)壓閉鎖過流，將過流保護(hù)經(jīng)復(fù)壓閉鎖控制字改成退出，作為限時(shí)電流速斷保護(hù)。各后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限如式（25）所示，為帶方向過流保護(hù)段時(shí)間： （25a） 　　　、 （25b） （25c） （25d） 主變限時(shí)電流速斷保護(hù) 由于煤礦高壓電網(wǎng)的地面部分的供電半徑一般很小，高壓負(fù)荷非常集中，如變電所6kV母線至洗煤廠高壓配電點(diǎn)的線路大概一般不足1000m，同時(shí)因?yàn)槊旱V電網(wǎng)中通常只有下井線路才裝設(shè)限流裝置或隔離變壓器，其他出線均未裝設(shè)。當(dāng)作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)時(shí)，高壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作于各側(cè)斷路器，此時(shí)裝設(shè)在主電源側(cè)的保護(hù)段對(duì)變壓器各電壓側(cè)的故障應(yīng)均能滿足靈敏度要求，變壓器其他側(cè)裝設(shè)的后備保護(hù)，主要作為各側(cè)母線和線路的后備保護(hù)，動(dòng)作后跳開本側(cè)或兩側(cè)斷路器；此外，當(dāng)變壓器斷路器和CT之間發(fā)生故障時(shí)（死區(qū)范圍），后備保護(hù)同樣可以反應(yīng)，起到后備保護(hù)作用。因?yàn)椴顒?dòng)保護(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(jí)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]。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?cè)诓僮鲿r(shí)為防止過電壓，臨時(shí)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)。同時(shí)也能反映繞組的開焊故障。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。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。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(shí)也是不經(jīng)濟(jì)的！ 本文的工作重點(diǎn)目前隨著煤炭形勢(shì)的轉(zhuǎn)好，產(chǎn)量不斷的擴(kuò)大，煤礦企業(yè)對(duì)供電的可靠性有了更高的要求。 隨著煤礦生產(chǎn)對(duì)供電可靠性的要求越來越高，各煤礦企業(yè)對(duì)繼電保護(hù)整定工作日益重視，越發(fā)認(rèn)識(shí)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。煤礦的供電系統(tǒng)是礦區(qū)生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿υ矗^電保護(hù)是整個(gè)煤礦電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。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。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(dòng)，特別是井下部分，每次負(fù)荷與供電結(jié)構(gòu)的變動(dòng)都要求對(duì)定值進(jìn)行重新計(jì)算，其工作量非常大且十分繁瑣。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(dòng)計(jì)算，各自為陣的狀態(tài)。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)。正常情況下煤礦電網(wǎng)安裝有2～3臺(tái)主變，之間互為備用。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(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)均是變壓器的主保護(hù)。1. 比率差動(dòng)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(dòng)保護(hù)的動(dòng)作曲線（以南瑞RCS9671/3變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置為例），制動(dòng)特性由AB、BC、CD直線段組成，制動(dòng)特性為式（21）所示，其變量有動(dòng)作電流，制動(dòng)電流，差動(dòng)電流啟動(dòng)值，~，變壓器的額定電流，折線上半部分為保護(hù)動(dòng)作區(qū)。3. 差動(dòng)電流速斷保護(hù)整定當(dāng)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的短路電流，電流互感器會(huì)發(fā)生飽和，這時(shí)應(yīng)該無時(shí)限地切除故障。各后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限如式（24）所示： （24a）（24b）（24c）圖23 主變后備保護(hù)配置圖2. 對(duì)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。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(shí)由于低后備保護(hù)裝置據(jù)動(dòng)，造成主變絕緣損壞的事故。當(dāng)井下發(fā)生短路故障時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，特別是有時(shí)采區(qū)變電所的短路故障，會(huì)越級(jí)跳到地面6kV母線的出線開關(guān)處。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(dòng)，而選較小檔的時(shí)候，可能又使值偏小造成越級(jí)跳閘。3. 當(dāng)線路為井下部分的供電線路時(shí)，根據(jù)線路連接對(duì)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(dòng)變壓器、高壓電動(dòng)機(jī)供電的線路兩種。 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(shí)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(shí)。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。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。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(dòng)作門檻值與動(dòng)作時(shí)限。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(shí)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。這種運(yùn)行狀態(tài)下的同步電動(dòng)機(jī)在短路故障過程中相當(dāng)于有阻尼、帶自動(dòng)電壓調(diào)整器的水輪發(fā)電機(jī)。 三相對(duì)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(duì)稱短路故障在煤礦電網(wǎng)中雖然發(fā)生的幾率小于不對(duì)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(duì)稱短路故障的計(jì)算。節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)電路參數(shù)對(duì)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。遇到發(fā)電機(jī)、附加電源時(shí)也采用電壓源等值電路來表示。第一步，在兩段母線節(jié)點(diǎn)、之間增設(shè)一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，在與兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間接入一個(gè)阻抗值為的樹支 (如圖)，其中為一個(gè)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(gè)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)。如圖所示的放射狀網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)矩陣為式。S等