矿山供配电系统中的保护配置原则及整定计算技术

孙旭娜

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿）

0 引言

矿山供配电系统的继电保护配置原则和设定计算是确保矿山供配电系统安全运行的重要环节。分析继电保护的配置原则和设定计算具有重要的现实意义，应根据实际操作配置适合矿山供配电系统的继电保护类型。选择一定的保护后，保护值也应合理加以整定计算，以确保当矿山供配电系统发生故障时，继电保护可以动作将故障切除，保证矿山供配电系统的安全。为此，文章分析了矿山供配电系统继电保护的计算和配置原则。

1 供配电系统中继电保护的作用

1.1 继电保护的基本逻辑

继电保护技术经过长期的发展，目前继电保护的类型较多，同时微机保护在目前的供配电系统中已经成为主流，但不管保护形式如何变化，继电保护的基本动作逻辑依然可以表示为如下图1所示：

从图1可以看出，继电保护装置通过将输入的信号进行逻辑分析和判断，从而输入相应的保护动作策略，完成整个保护动作过程。在智能化供配电系统中连续信号的采集主要是通过合并单元加以实现，离散信号的采集通过智能终端进行。

1.2 继电保护装置

当矿山供配电系统出现运行故障时，继电保护可以快速清除和隔离故障，从而确保矿山供配电系统的安全，它在矿山供配电系统的实际运行中起着重要作用。矿山供配电系统中的保护装置可以采用成套保护装置，并放置在配电变电站中的柜子中［2］。一般而言，供配电系统应设置多套保护，保证供配电系统的安全。微机保护技术逐渐成熟，在矿山供配电系统中应采用微机保护作为供配电系统中的主要保护装置，微机保护装置的抗干扰性能强，电磁兼容性能达到或超过国家规定的最高标准。

2 矿山供配电系统继电保护的配置原则

2.1 基本的配置原则

供配电系统保护的配置原则应基于能够可靠地检测供配电系统的故障和异常运行条件的前提。在保护配置方面，矿山供配电系统应具有双重主保护甚至超双重配置［3］。继电保护的双重配置原则是：对于电压互感器和电流互感器应配置两个相互独立的检测组件，开关跳闸机构也应双重配置。

2.2 继电保护的动作原理

在矿山供配电系统中采用双重保护，能够提高保护动作的可靠性，保证当矿山供配电系统出现故障时能够及时将故障隔离开来，使供配电系统仍能保持正常运行。对于矿山供配电系统中的主变压器的保护，应配置两套完整的电量保护，同时配置一组非电保护，出口跳闸电路完全独立。如果主变压器可能单独运行，则可能无法安装所谓的大型差动保护装置。主变压器过励磁保护需要单独配置，并根据自身的励磁特性分别设置，主变压器低侧接地保护和主变压器过励磁保护提供测量电压。

此外，由于当出现接地情况时会形成一个零序电流分量，通过检测该零序分量可以构成零序保护，故零序过流保护也应分别配置在矿山供配电系统中的变压器高压侧以及低压侧，以保证出现接地故障时能够使用保护动作，还要注意基于接地电流大小的保护灵敏度。

3 矿山供配电系统继电保护的整定计算

3.1 保护整定计算的原理

文章以矿山供配电系统中的变压器保护装置为例进行保护整定计算的分析，以下是对矿山供配电系统中的变压器保护计算原理的分析。对于矿山供配电系统变压器的差动保护，通过差动保护可以保证当矿山供配电系统变压器出现短路等故障时，能够准确切除故障，保证矿山供配电系统变压器的安全稳定运行。差别保护可以反映变压器的相间短路、匝间短路等，主要的保护判断原理是比较相电流之间的大小和相位，以矿山供配电系统两容量变压器为例，交流接入回路的原理图如图2所示。

变压器纵差保护由三部分组成，即差动元件、浪涌电流鉴别元件和差动快速断开元件。其动作方程为：

式中：Id为动作电流（即差流）；Iz为制动电流。根据动作方程公式，可作出矿山供配电系统变压器保护元件的动作特性，如下图3所示。

在这种类型的保护装置中，可以通过二次谐波制动原理来区分用于判断涌入电流的方法，并且二次谐波制动原理可比较每个相位差中基波分量的百分比和二次谐波分量的设定值。当它大于设定值时，相位差电流被认为是磁化涌入电流。其动作方程为：

式中：I2w为I1w为某相差流中的二次谐波电流和基波电流，η为整定的二次谐波制动比，IN为二次CT的额定电流。其中差动速断元件可反映差电流的有效值，当满足保护的动作条件之后，就可以使保护装置动作于出口。

3.2 整定计算结果

按照上述的保护整定计算原理，经过整定计算后的定值如表1所示，表1中的数据为折算到基准侧后的数据。

表1 整定计算结果

比率制动系数Kz的设定原理是避免矿山供配电系统变压器出口的三相短路时产生的最大瞬态不平衡差动电流，即穿过拐点的斜线经过出口区域外的最大差分流的对应点。标量制动系数与比率制动系数基本相同，可取为如下所示的数值：

根据可靠地避免变压器正常运行期间最大不平衡差动电流的原则设定启动电流，一般可以取为如下所示的数值：

对于拐点电流，变压器每侧的差分TA的类型和比率不太可能相同，因此每侧TA的瞬态特性是完全不同的。为了避免在远程故障或近场故障消除时产生的大的不平衡差动电流的影响，建议拐点电流为：

二次谐波制动比等参数和矿山供配电系统中的变压器的容量及变压器在系统中的位置等因素相关。在矿山供配电系统变压器的保护配置中，还应主要避免因变压器励磁涌流的原因而造成变压器的保护误动。对于二次谐波制动比，应合理设置，一般：

对于容量较大的变压器，可取0.16～0.18；对于距主电源较近的中小型变压器而言，可取0.13～0.15。对于差动快速断路倍数，变压器差动微分作用的调谐原理是应根据变压器的最大不平衡差动电流进行设定。变压器的励磁涌流的大小也和多个不同的因素具有密切的关联，具体的因素包括矿山供配电系统变压器的容量，结构和系统中的位置有关，一般：

对于矿山供配电系统中的大容量变压器，需要取值在4～6的范围内，对于容量较小的变压器，需要取值在8～10的范围内。对于远离系统的大型变压器，可取为4。为了取消TA断开功能差动电流倍数，差分流量大于设定值，并且释放TA断开回路。通常，由TA断开引起的差动电流小于最大负载电流，并且可以是0.8～1.1倍。以上是以矿山供配电系统中变压器的保护整定计算为例进行分析，在供配电系统的保护整定计算中，还涉及到对供配电系统线路的整定计算，需要根据具体的实际情况加以分析和计算。

4 结束语

矿山供配电系统继电保护配置原理及相关的一系列整定计算是矿山供配电系统运行中经常遇到的问题。如果矿山供配电系统的继电保护正确配置，相关保护参数设置正确，可有效保护矿山供配电系统的安全稳定运行。文章分析了矿山供配电系统的继电保护配置原理和相关的计算原理，对提高矿山供配电系统的安全稳定运行水平具有重要的参考意义和实际应用价值。