【正文】 保護的工作原理和簽定計算的基本原則由于要求限時速斷保護必須保護本線路的全長，因此它的保護范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當下一條線路出口處發(fā)生短路時，它就要起動，在這種情況下，為了保證動作的選擇性，就必須使保護的動作帶有一定的時限，此時限的大小與其延伸的范圍有關。對這個新沒保護的要求，首先是在任何情況下都能保護本線路的全長，并具有足夠的靈敏性，其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時限。該保護使用在雙側(cè)電源線路上又未經(jīng)方向元件控制時，應考慮與背側(cè)線路保護的配合問題。 延時電流速斷保護 1延時電流速斷保護的內(nèi)容 電流定值應對本線路末端故障有規(guī)定的靈敏系數(shù)，還應與相鄰線路保護的測量元件定值配合，時間定值按配合關系整定。而當線路短時，由于短路電流曲線變化平緩，速斷保護的整定值在考慮了可靠系數(shù)以后．其保護范圍將很小甚至等于零，如圖4(b)所示。 當系統(tǒng)運行方式變化很大，或者被保護線路的長度很短時，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不能采用。（a） （b）圖3 電流速斷保護的單相原理接線圖及系統(tǒng)運行方式對電流速斷保護的影響曲線3電流速斷保護的優(yōu)缺點電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應用。電流速斷保護的單相原理接線如圖3（a）所示，電流繼電器接于電流互感器LH的二次側(cè)，它動作后起動中間繼電器，其觸點閉合后，經(jīng)串聯(lián)信號繼電器而接通斷路器的跳閘線圈TQ，使斷路器跳閘。由圖2可見，當系統(tǒng)為最大運行方式時，電流速斷的保護范圍為最大，當出現(xiàn)其它運行方式或兩相短路時，速斷的保護范圍都要減小，而當出現(xiàn)系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路冰電流速斷的保護范圍為最小。而在交點以后短路時，由于短路電流小于起動電流，保護將不能起動，由此可見，有選擇性的電流速斷保護不可能保護線路的全長。k＝1．2~1．3，則上式即可寫為 (45)對保護2來講，按照同樣的原則，其起動電流應整定得大于d2點短路時的最大短路電流,即 (46)起動電流與無關，所以在圖2上是直線，它與曲線和Ⅱ各有一個交點。為了保證電流速斷保護動作的選擇性，對保護Ⅰ來講，其起動電流I39。對不同安裝地點的保護裝置，應根據(jù)網(wǎng)絡接線的實際情況選取其最大和最小運行方式。當系統(tǒng)運行方式及故障類型改變時，Id都將隨之變化。根據(jù)電力系統(tǒng)短路的分析，當電源電勢一定時，短路電流的大小決定于短路點和電源之間的總阻抗Z?，三相短路電流可表示為 （43）式中E?———系統(tǒng)等效電源的相電勢； Zd——短路點至保護安裝處之間的阻抗； Zs——保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗。dz，是用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表木的，它所代表的意義是； 當在被保護線路的一次側(cè)電流達到這個數(shù)值時，安裝在該處的這套保護裝置就能夠起動。dz時，保護裝置才能起動。對反應于電流升向而動作的電流速斷保護而言，能使該保護裝置起動的最小電流值稱為保護裝置的起動電流，以I39。另一種辦法就是在個別情況下，當快速切除故障是首要條件時，就采用無選擇性的速斷保護，而以自動重合閘來糾正這種無選擇性功作，對此我們將在第五章里再進行分析。同樣地，保護1也無法區(qū)別d3和d4點的短路。但是實際上， d1點和d2點短路時，從保護2安裝處所流過短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的。但是這種愿望是否能實現(xiàn)，需要作具體分析。對于僅反應于電流增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。在簡單、可靠和保證選擇性概述的前提下，原則上總是越快越好。 ，在常見運行大方式下，三相短路的靈敏系數(shù)不小于1時即可投運。 對于接入供電變壓器的終端線路(含T接供電變壓器或供電線路)，如變壓器裝有差動保護，線路電流速斷保護定值允許按躲過變壓器其他側(cè)母線三相最大短路電流整定。對雙回線路，應以單回運行作為計算的運行方式，對環(huán)網(wǎng)線路，應以開環(huán)方式作為計算的運行方式。（7）判定電流保護是否使用方向元件。（5）整個電網(wǎng)中，階段式保護的整定方法是首先對電網(wǎng)中所有線路的第一段保護進行整定計算，再依次進行第二階段保護整定計算，直至全網(wǎng)保護全部整定完畢。（3）一個保護與相鄰的幾個下一級保護整定配合或同時應滿足幾個條件時進行整定時，整定值應取最嚴重的數(shù)值。按反方向進行配合增大定值取消方向元件的配合方法，一般是不可取的。根據(jù)規(guī)定，縱差保護的應用范圍是：對于1~10KV線路，長度不超過2Km；對于35kv線路，長度不超過5Km。縱差保護的主要缺點是澇要敷設與被保護線路同樣長的輔助導蛻因此貸用較高。但是，實際上由于兩側(cè)電流互感器特性不完全一致，在外部短路時，二次差動回路中將出現(xiàn)不平衡電流，流入繼電器。由此可見，縱差保護的范圍就是兩側(cè)電流互感器之間的距離，在此范圍以外的短路故障，保護不動作。當保護區(qū)內(nèi)短路時，如圖1(a)的d2點所示，線路兩側(cè)的電流IⅠ和IⅡ的大小和相位都不相同，流入繼電器的電流為 （42）式中Ijd—流過繼電器的故障電流；Id—故障點的短路電流。在線路商瑞裝設相同型號和變比的電流互感器，它們的二次繞組用電纜(稱二次輔助導線)連接起來，按環(huán)流式接線，差動繼電器接在差流回路內(nèi)。對于單回線路可考慮采用縱縱聯(lián)差動保護(簡稱縱差保護)的原理接線圖如圖1所示。差動保護整定計算可獨立進行，只要滿足系統(tǒng)運行變化的限度就可以確定整定值。（2）按整定條件進行初選整定值，按電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最小運行方式效驗靈敏度，其靈敏度應滿足要求，在滿足要求之后即可確定選定的整定值。整定結果的可選性也是比較多的。一種是以差動為基本原理的保護。（8） 保護的正、反方向短路。（6） 重合閘及手動合閘，備用電源的自動投入。（4） 負荷電動機自啟動。（2） 斷線及非全相運行。當保護裝置已經(jīng)具備有防止某種運行狀態(tài)誤動作的功能時，則整定計算就不要再考慮該運行狀態(tài)下的整定條件。針對煤礦配電網(wǎng)具體的運行特點，考慮降低靈敏度以減少保護誤動的概率。4 整定配合基本原則煤礦電網(wǎng)的繼電保護是按斷路器配置裝設的，因此繼電保護必須按斷路器分級進行整定。圖312 煤礦電網(wǎng)故障計算流程圖 本章小結本章介紹了煤礦電網(wǎng)故障計算的特點，根據(jù)煤礦企業(yè)故障計算的實際要求及目前計算方法中存在的不足，應用基本電工理論和方法，給出了有限大和無限大容量電源對短路點轉(zhuǎn)移阻抗的計算公式，之后基于電機故障暫態(tài)過渡過程的基本理論提出了特定時刻故障計算、兩相短路故障、單相接地電容電流計算的計算機求解方法，最后闡述了本系統(tǒng)故障電流計算的流程圖。當時，就應在變壓器中性點加裝消弧線圈，使電流經(jīng)消弧線圈接地，以減小電容電流，不致發(fā)展成相間短路故障。煤礦高壓系統(tǒng)單相接地的電容電流為同一電壓等級的所有電力線路與電力設備的電容電流之和，即 (358)《煤礦安全規(guī)程》第457條中規(guī)定“礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流超過20A”。4．油浸紙電纜線路的單相接地電容電流（1）6kV電纜線路 (356)——電纜線路的截面積，單位為。2．凸極式同步電動機的單相接地電容電流 (353)——電動機的額定轉(zhuǎn)速，單位為。單相接地電容電流值等于上述幾項的電容電流之和。煤礦井下電網(wǎng)的單相接地電容電流一般由兩部分組成：電力線路（架空線和電纜）的電容電流和電力設備（包括發(fā)電機、大容量同步電動機）的電容電流。煤礦內(nèi)部多為電纜線路供電，環(huán)境惡劣，單相接地故障不及時處理很容易導致相間短路，直至引發(fā)煤礦事故。此時，求各個電源的轉(zhuǎn)移阻抗的基本思路與兩相短路故障時的處理方法基本相同，即相當于短路故障點位于負荷分支網(wǎng)絡，然后在故障點之前串聯(lián)一個阻抗值為的支路，然后按前面的方法計算就可求得經(jīng)過渡電阻短路時的故障電流。圖310 三相短路故障和兩相短路故障的復合序網(wǎng)絡三相短路故障序網(wǎng)圖兩相短路故障序網(wǎng)圖設有個有限大容量電源、…、和1個無限大容量電源向煤礦企業(yè)的主干網(wǎng)絡供電，兩相短路故障發(fā)生在負荷分支網(wǎng)絡上節(jié)點，相關節(jié)點為（如圖），則各個電源對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗分別按下式計算： (350) (351)求出各個電源對故障點的轉(zhuǎn)移阻抗后，再利用式即可求出煤礦電網(wǎng)兩相短路故障電流值。根據(jù)正序等效定則，當煤礦電網(wǎng)發(fā)生兩相短路故障時，相當于在接入短路點的正序等值阻抗后再串聯(lián)一個負序等值阻抗（如圖），所以兩相短路故障電流計算公式如下： (349)其中為計算三相短路時的網(wǎng)絡阻抗值，各元件的正序阻抗值與對稱短路計算時的阻抗值一致。發(fā)生對稱短路故障時，整個系統(tǒng)的網(wǎng)序圖中只有正序分量，所有電氣元件的阻抗值就是其正序阻抗值。不對稱故障與對稱故障的區(qū)別在于不對稱短路時，各相的情況各不相同，除了電壓與電流不同外，而且它們之間的相角也不相同。從短路電流過渡過程的數(shù)學分析可知[1]，短路沖擊電流和短路沖擊全電流最大有效值可按下式計算： (347) (348)式中：——短路電流的沖擊系數(shù)，并且滿足； 其中為非周期分量的衰減時間常數(shù)。若異步電動機端頭處發(fā)生三相短路時，大容量異步電動機的反饋沖擊電流可按下式計算： (346)式中：——異步電動機的反饋沖擊系數(shù)，對于煤礦企業(yè)的3～；——異步電動機的額定電流。同步電動機反饋電流的計算方法與同步發(fā)電機一致，見式和。而對于過勵磁運行的同步電動機來說，正常運行狀態(tài)下其電動勢大于外施電壓，而當網(wǎng)絡中任意點發(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。暫態(tài)短路電流滿足： (343)對于穩(wěn)態(tài)短路電流值有： (344)——同步發(fā)電機的空載電動勢；——同步發(fā)電機的同步電抗值。為同步發(fā)電機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)。故障計算時需要利用電源對故障點的轉(zhuǎn)移阻抗，當電源為由同步發(fā)電機時，其轉(zhuǎn)移阻抗?jié)M足下式： (337) (338)其中和分別為故障時同步發(fā)電機對故障節(jié)點的縱軸超瞬變轉(zhuǎn)移阻抗和瞬變轉(zhuǎn)移阻抗。 G圖39 同步發(fā)電機的等效電路其中：——同步發(fā)電機正常運行時的端電壓；——同步發(fā)電機正常運行時的定子電流； ——同步發(fā)電機定子電阻；——同步發(fā)電機縱軸超瞬變電抗；——同步發(fā)電機縱軸瞬變電抗。當煤礦電網(wǎng)中存在煤矸石電廠時，其同步發(fā)電機就是研究短路過渡過程中必須考慮的一個重要的電源元件。1．同步發(fā)電機近些年來隨著煤礦行業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化，煤礦企業(yè)逐步開始轉(zhuǎn)換經(jīng)營機制，綜合利用煤炭資源。在故障計算的計算機實現(xiàn)過程中充分考慮了電機過渡過程的基本理論、電機的阻抗及短路故障前負荷的情況對特定時刻短路電流值的影響，具有很強的實用性和針對性。煤礦電氣人員通常采用手工計算、人工查運算曲線來計算特定時刻的故障電流值。當節(jié)點發(fā)生對稱短路故障時，有限大容量電源（）對故障節(jié)點的轉(zhuǎn)移阻抗值按下式計算： (330)其中：為電源對短路故障節(jié)點的分支系數(shù)。S等 效 主 干 網(wǎng) 絡XX圖36 故障節(jié)點在分支網(wǎng)絡且沒有無限大容量電源12mS無源網(wǎng)絡主 干 網(wǎng) 絡X(a)初始網(wǎng)絡(b) 等效主干網(wǎng)絡(c)等效網(wǎng)絡 設發(fā)生對稱故障的放射狀負荷分支網(wǎng)絡的支路數(shù)，節(jié)點數(shù)為，對稱故障節(jié)點為，則為階。根據(jù)互易定理和轉(zhuǎn)移阻抗的定義，圖中各個電源對故障點的轉(zhuǎn)移阻抗可利用圖所示網(wǎng)絡求解，而圖又可利用疊加原理分解為圖所示和的兩個網(wǎng)絡，并且滿足下式： (317)1m1mX無源網(wǎng)絡m1mX無源網(wǎng)絡1主 干 網(wǎng) 絡22主 干 網(wǎng) 絡圖34 故障節(jié)點位于主干網(wǎng)絡且有一個無限大容量電源(a)初始網(wǎng)絡(b)等效網(wǎng)絡 mX無源網(wǎng)絡1mX無源網(wǎng)絡1主 干 網(wǎng) 絡m1m122主 干 網(wǎng) 絡圖35 疊加原理示意圖(a)等效子網(wǎng)絡1(b)等效子網(wǎng)絡2對于圖可列： (318) (319)對于圖可得： (320) (321) (322)最后將圖得出的結果疊加，可得： (323) (324)