电力系统继电保护的整定优化

姚武

摘要：电力系统处于不断发展过程中，人们日益增长的需求注定了继电保护系统和系统优化要不断地提高，这样才能能够满足电力发展的需要。继电保护系统整定优化，可以大大的节约了电力系统的工作时间，提高了工作效率，确保井下继电保护的安全可靠的运转。

关键词：电力系统；继电保护；整定

前言

随着社会经济的发展，对各种基础设施的要求也逐步提高。电力系统的飞速发展和安全运行给国民经济和社会发展带来了巨大的动力和效益。但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，不能及时有效地得到控制而失去稳定运行、电网瓦解，将会造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。因此，继电保护（包括安全自动装置）就是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要和最有效的技术手段，继电保护装置因此也成为对实时性、可靠性要求最严格的二次装置。继电保护随着电子技术的发展也不断发展，完善，对电力系统的保护更全面、更可靠，随着计算机技术的普及和应用又为继电保护注入了新的活力。煤矿供电系统继电保护的现实需求出发，进行合理的设计与安装，并进行切实有效的管理，这样才能保证煤矿的安全生产。

1煤矿供电系统现状

煤矿供电系统的核心变电所是一个35kV变电所，一次侧电压35kV，二次电压6kV。35kV变电所现有两回路高压供电线路，从区域变电所以两回LGJ-3×240-35架空线路供电，正常时供电系统的基本运行方式为： 35kV线路和各台变压器均为分列运行方式。35kV变电所高压室6kV系统为双母线系统，井下中央和采区变电所采用6kV供电系统，由八根MYJV22（42）-6-3×240mm?2铜芯交联聚乙烯绝缘电力电缆自地面35kV变电所经副井井筒引至井下中央（采区）变电所。正常时采用单母线四段分列运行，当其中任一回路停止送电时，其余回路能保证原有全部负荷用电。井下中央和采区变电所，采用高压防爆开关和保护器。

2煤矿供电系统存在的问题

①35kV变电所至中央（采区）变电所的8路进线中两两并列运行，开关保护只设过流两段保护，无法保证可靠选择性动作。②因矿属各单位维护范围的不同，造成井下、地面高压馈出柜与后级高压进线的保护定值不匹配、不配合问题，经常出现越级跳闸现象。

3继电保护整定优化方案

3.1整定原则的优化为了使整个供电网络配合得当，避免越级跳闸，结合煤矿实际情况，基于上述原则，整个6kV供电系统网络中通过设定过流加延时做为主保护（中央变电所进线柜除外），延时级差为0.15S，无延时速断作为辅助保护进行配合。

3.1.1瞬时速断保护的优化35kV变电所馈出线路、中央变电所馈出线路，设置为三段式保护，瞬时速断动作电流按躲过下井线路末端最大三相短路电流来整定，在最小运行方式下发生两相短路时，至少具有线路全长约15%的保护范围，线路的全长由限时速断保护。中央变电所和采区变电所的出线开关，瞬时速断按躲过线路末端最大三相短路电流的整定原则整定。虽然在最小运行方式下线路末端两相短路时保护区很短，但在具有短延时且灵敏度较高的Ⅱ段限时速断保护配合下，可以在较短时间内就切除故障，因此不需要I段有很高的灵敏度。中央变电所的进线开关，考虑到井筒电缆的安全性，牺牲选择性，设瞬时速断。采区变电所的进线开关，考虑到优先保证保护的选择性，不设瞬时速断，采用定时限过流。

整定原则：按最大运行方式下线路末端三相短路整定。

Kk———可靠系数，取1.2；Kjx———接线系数，取1；I（3）dmax———被保护线路末端三相最大短路电流；Ki———电流互感器变比。

校验最小保护范围，按15%计算。被保护线路实际安装长度L应大于或等于计算最小长度Lmin。满足β=15%的最小线路长度Lmin为：

Kk———可靠系数，取1.2；α———系数，最小与最大运行方式系统计算电抗之比；X*max———保护装置安装处最大三相短路计算电抗标幺值；Z*l———被保护线路每公里阻抗值。

3.1.2限時速断保护的优化根据煤矿井下电网的特殊情况，各母线间短路电流的差距很小，中央变电所之后多级保护之间动作电流的差距仍不能保证系统纵向的选择性。为解决这个问题，改变传统的II段时限与相邻线路I段时限配合的整定原则，在各出线处II段时限按与相邻线路出线处II段时限配合的原则进行整定；进线保护II段亦与相邻线路出线处II段进行配合，此原则降低了越级跳闸的可能性。

整定原则：按同一灵敏度系数法整定，在最小运行方式下线路末端发生两相短路时有足够的灵敏度。

I（2）dmin1———最小运行方式下线，路末端两相短路电流；Ki———电流互感器变比；Klm———灵敏系数，取1.5以上。

校验公式：KiIdz>1.5×Imax

Imax———最大负荷电流

3.1.3定时限过流保护的优化一般定时限过流保护均按能躲过正常最大工作电流整定，但考虑煤矿负荷种类繁多，故按四大类负荷情况进行整定计算，分别是：下一级变电所、变压器、变压器组、电动机四种情况。按躲过后级最大负荷电流计算，保护动作电流为：

I（2）dmin2———电缆末端最小两相短路电流。

3.2整体配合的优化根据前面分析，考虑到煤矿供电系统的特点，以及井下电缆网络发生短路故障的几率远高于地面6kV线路等因素，总体的线路保护系统优化方案，既要限制井下发生短路时大电流对上级变电所主变压器的冲击，又要兼顾井上、井下保护动作值的配合，还要考虑全线电压损失和保护系统的可靠性，选择性等要求。采区变电所出线保护保持原有两段式保护不变，I段的动作电流突破常规方法按保躲过后级变压器（组）二次侧最大三相短路电流或后级最大起动电流处理，同时应躲过定时过流的动作电流；Ⅱ段延时改为0.15S。有利于快速切除故障，并能在时限上更好的与上级及下一级保护配合。中央变出线开关设置瞬时速断和具有短时限的限时速断和定时过流三段式保护，采区变电所进线与出线定时限过流保护时限配合，动作时限整定为0.3S，每段母线的进线和出线的Ⅱ段保护时限级差为0.15S。由于从中央变电所到采区变电所线路上没有负荷，在特殊情况下同一条线路的出线和进线可以整定为同一时限。例如中央变电所———区域变电所———一采一变电所线路，由于级数较多，为了保证时限上的配合，只能采用上一级的馈出开关定时限过流时限与下一级进线开关定时限过流时限整定为同一时限。在地面6kV出线开关上（除带井下8路进线的8台出线开关）设置三段式电流保护，定时过流时限与变压器过流保护配合，整定为0.6S；本级限时速断整定为0.15S，动作电流应保护馈出线路的全长。

4实例分析

自从优化后的整定值投运以来，未出现过越级跳闸、误动作现象，现列举最近一起后级短路事故：十四采二变电所8#高防开关带143下05东轨顺。2012年7月11日19：30左右8#高防开关速断跳闸，故障显示为短路，速断值为3000A。示例供电图见图1。

图1

中央变电所33#柜（带十四采二变11#）整定值为40A/18A/0.15S/10A/0.45S，CT为600/5；十四采二变电所11#高防（带十四采二变电所8#高防）整定值为15A/0.3S，CT为400/5；8#高防开关整定值为16A/7A/0.15S，CT为300A。经排查后得知，后级变压器一次侧短路，这与速断值3000A是吻合的。8#速断整定值是通过躲过后级变压器二次侧最大短路电流得到，故变压器一次短路达到了速断动作值，8#高防开关速断跳闸，11#高防开关由于0.3S秒的延时躲过了跳闸，并显示告警信号。短路电流数值虽然达到中央变电所高压开关柜反时限速断设定值，但由于0.15S的延时，也躲过了动作值。由此可以看出，在运整定值还是较好的解决了越级跳闸问题。

5未来优化方向

①根据煤矿现有供电系统的特点，受其制约，只有中央变电所、采区变电所及后级负荷能够通过延时级差实现上级与下级的较好配合。但由于井筒电缆的特殊性以及35kV、部分6kV馈出线路较短，从系统安全稳定方面考虑，无法通过拉级差进行较好的配合；特别是井筒电缆，为既能实现保护配合，又能对井筒电缆进行全长保护，考虑加纵差保护；又因井筒电缆为双回路并列运行，考虑同时加横差保护，来解决纵差保护“死区”。②由于较大短路电流对电网的冲击，造成电网电压瞬间降低，可能引起部分开关失压跳闸，考虑除高防开关失压增加0.5S延时外，并将低防开关失压动作值尽量调低，避免因短路冲击造成的部分低压开关掉电。③中央变电所反時限速断保护整定值在能保护到全程电缆并满足灵敏度系数的情况下，尽量放大，以防止因部分开关在跳闸机构不是很灵活的情况0.15S的延时无法躲过下一级发生的短路电流。④整定要灵活。对于线路配合要求不太高，越级跳闸影响范围很小的情况下，考虑以线路安全可靠为主。⑤在运配合整定值以后要动态校验，发现存在不合理的地方进行适当修改。

6结语

本文以煤矿供电系统为例，针对存在的越级跳闸和时限配合效果差的问题，提出了有针对性的优化配置方案，给出了瞬时速断、限时速断、限时过流保护的整定原则。本文提出的继电保护优化整定方案在兖矿集团煤矿供电系统中得以应用，根据实例分析证明该优化整定方案在实际运行中作用明显，降低了事故率。

参考文献

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