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1、煤 矿 电 网 继 电 保 护,中国矿业大学 电气安全与智能电器研究所,主要内容,1、矿区主变压器保护2、6kv配电变压器保护3、高压电动机保护4、6kv母联保护5、6kv线路保护,主变压器继电保护,1.主保护（1）瓦斯保护（2）纵差动保护 2.后备保护（1）短路故障后备保护（2）接地保护（3）过负荷保护（4）非电量保护,瓦斯保护,用来反映变压器的内部故障和漏油造成的油面降低同时也能反映绕组的开焊故障。瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生的气体(或油流)或漏油而动作。容量在0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA及以上的变压器应装设瓦斯保护。,纵差动保护,用来反映变压器绕组的相间短路故障
2、,绕组的匝间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的相间短路故障。绕组尾部的相间短路故障，绕组很少的匝间短路故障，纵差动保护和电流速断保护是反应不了的，即存在保护死区；此外也不能反映绕组的开焊故障。瓦斯保护不能反映油箱外部的短路故障，故纵差动保护和瓦斯保护均是变压器的主保护。,差动保护参数整定,1 比率制动特性参数 2 二次谐波制动系数 3 差动电流速断保护定值,比率制动特性参数,比率差动保护作为设备的独立保护有很高的灵敏度，实际的工程中大都采用简化的方法进行整定计算：,电流互感器的同型系数，型号相同时取0.5,不同时取1,非周期分量系数，可取1.52,电流互感器综合误差，取0.1,为
3、偏离额定电压最大调压百分数,电流平衡调整不连续引起的不平衡电流系数,通常取0.05,取1.5,二次谐波制动系数整定,躲过变压器的合闸涌流差动回路中的2次谐波电流与基波电流的比值一般整定为1520，微机保护的制动系数可选0.15即可。,差动电流速断保护定值,当差动保护的保护区内发生严重短路故障时会产生相当大的短路电流，电流互感器会发生饱和，这时应该无时限地切除故障。差动速断定值：68 倍的额定电流,短路故障后备保护,为反映变压器外部相间短路引起的过流以及作为差动保护和瓦斯保护的后备保护。当变压器断路器和CT之间发生故障时（死区范围），后备保护同样可以反应，起到后备保护作用。保护方式为复合电压闭锁
4、（方向）过流保护。,后备保护动作原则：,对于单侧电源的变压器，后备保护一般装设在变压器的电源测（高压侧）。但从加强可靠性出发一般在低压侧也装设后备保护。单电源双绕组变压器高压侧后备保护，通常设一段时限，跳开变压器的两侧开关。低压侧后备保护一般设两段时限，一般煤矿6kv母线无专门的母线保护时，第I段时限跳低压分段断路器，第II段时限跳低压侧断路器。,高、低后备保护（复压闭锁）整定：,复合电压过流保护，由复合电压元件、过流元件、及时间元件构成，作为被保护设备及相邻设备间短路故障的后备保护。复合电压元件：低电压闭锁元件 和负序电压元件。,高、低后保护（复压闭锁）整定：,低电压闭锁元件定值整定：当低压
5、元件取自变压器高压侧时,低电压元件取自低压侧时,应躲开正常运行时可能出现的最低电压,变压器正常运行时可能出现的最低相电压，一般可 取（0.80.9）,负序电压元件定值整定：按躲过正常运行时出现的最大不平衡电压整定,额定相电压,电流元件定值整定：对双绕组变压器，按躲过变压器的额定电流整定：,高、低后备保护时间整定：,低后备的复合电压闭锁：电流I段时限和下一级出线的过流保护时限配合，如果6kv母联装设有限时过流保护还应和母联保护配合电流II段时限比I段大一时间级差及可。,高压侧复合电压闭锁电流保护动作时间按上级调度部门的限额整定，同时还要和低后备过流的时限配合（大一时间级差）。,限时电流速断保护,
6、对于煤矿电网，因为只有下井线路装设限流装置，其他出线均未装设，如果地面线路发生短路故障由于供电线路较短这样短路电流值很大（和母线短路无多大区别）。假如故障线路保护据动或者故障发生母线上，这时很大的短路电流只有靠低后备切除。这样保护动作时间过长很可能引起变压器内部受损发生线圈的匝间短路，最后导致差动保护动作，所以很有必要增设带时限的电流速断保护。,限时电流速断保护整定,限时电流速断保护和6kv出线的I段或II段配合，考虑煤矿的实际情况选择和I段配合，时间取0.6S。限时电流速断定值（可按两种方法取值）：（1）按躲过母线所有出线的最大动作值整定。（2）按母线发生最小两相短路时，保证最小灵敏度1.3
7、整定。,接地保护,中性点不接地运行时,应投入间隙零序电流保护和零序电压保护，防止线路单相接地情况下中性点位移电压升高时保护变压器，避免绝缘破坏损坏变压器。,零序过电压整定,零序过电压整定与变压器中性点的绝缘性能有关。中性点全绝缘的大型变压器，零序过电压可整定为 180V，延时可整定为 0.3S；中小型分级绝缘变压器零序过电压整定为 150V，延时可整定为 0.5S。,间隙零序过流保护,间隙保护的作用是保护中性点不接地变压器中性点的绝缘安全，当变压器的中性点对地的电位升高到不允许的值时，间隙击穿，产生间隙电流。对于分级绝缘且中性点安装放电间隙的变压器，配置间隙零序过流保护非常必要,间隙零序过流保
8、护整定,间隙保护不是后备保护，其动作电流、动作电压及延时的整定不需与其他保护配合。间隙动作电流一次值可整定为 100A，对应的时间定值，大型的变压器可整定为 0.3S，中小型的变压器可整定为 0.5S。,过负荷保护,过负荷保护动作于信号，同时闭锁有载调压。过负荷保护一般安装于变压器反映所有绕组的过负荷情况。双绕组降压变压器一般装设在高压侧。整定和过流保护相似,非电量保护,变压本体的和有载调压的油温保护变压器的压力释放的保护变压器带负荷后启动风冷的保护过载闭锁带负荷调压的保护,6kv配电变压器保护,过电流保护速断保护低压侧单相接地保护负序电流保护,过电流保护,按变压器的额定电流整定：,需要自启动
9、的全部电机在自启动时引起的过电流的倍数，一般取23（根据实际情况可以不取）。,可靠系数，取1.2,过电流保护,灵敏度校验：,变压器低压侧母线两相短路故障时流过电流互感器的最小短路电流。,速断保护：保护装置的动作电流整定值,应躲过外部短路故障时流过保护的最大短路电流。,最大运行方式下变压器低压侧母线短路时流过一次侧的电流。,速断保护：,灵敏度校验：,保护安装处（高压侧）两相短路故障时流过电流互感器最小短路电流。,低压侧单相接地保护:,采用在低压侧中性线装设专用零序保护：零序电流取自低压侧的中性线电流 按躲过正常运行时中线上流过的最大不平衡电流整定，该电流一般不超 过变压器低压侧额定电流的25：,
10、可靠系数，取1.2,变压器低压侧额定电流,低压侧单相接地保护:,低压侧的零序电流保护的灵敏系数：,低压母线单相接地短路时流过中线的最小短路电流。,这种情况下保护有很高的灵敏度，但是当保护装置离配电变压器较远此种方法就不太经济了，保护动作瞬时于跳闸。,低压侧单相接地保护:,利用高压侧三相式过流保护作为低压侧的单相接地保护：如果现场条件不适合安装零序电流互感器，可以在灵敏度满足的条件下采用利用高压三相式过流保护作为低压侧单相接地故障的保护。一般Y,yn配变不满足灵敏度要求，而D，yn可以满足要求。,低压侧单相接地保护:,配电变压器低压侧单相接地保护的 灵敏度：Y,yn12接线变压器低压侧接地时，采
11、用三相式过流保护作为低压侧的单相接地保护灵敏度（小于1.5）：D,yn1接线变压器低压侧发生单相接地故障时，采用三相式过流保护灵敏度：采用低压侧中性线装设专用零序保护,负序电流保护：,负序电流可以反映变压器内部故障和外部的不对称短路故障。当利用高压三相式过流保护作为低压侧单相接地故障的保护，灵敏度不满足要求时可以采用负序电流保护，保护低压侧单相接地故障。负序电流可以按照配变一次额定电流的50整定，可以设0.51s延时动作于跳闸。,负序电流保护：,不同接线配电变压器负序电流保护的灵敏度：Y,yn12接线变压器负序电流保护灵敏度：D,yn1接线变压器负序电流保护灵敏度：,高压电动机保护,过电流保护
12、 速断保护 过负荷保护低电压保护、过电压保护 电动机负序电流保护电动机过热保护,高压电动机的常见故障：,高压异步电动机不正常运行故障1.电动机机械过负荷。这将引起电动机的定子电流增大，容易引起发热。2.电动机堵转。3.电动机启动时间过长。4.电动机运行过程中三相电流不平衡或运行过程中发生两相运行。5.供电给电动机的电压过低时，电动机的驱动转矩随电压的平方降低，电动机吸取得电流随之增大，供电网络的阻抗上的压降应增大。,高压电动机的常见故障：,高压同步机的故障和不正常运行状态同步机的不正常运行状态，与异步机基本相同。不过同步机有几种特有情况：1.失步。同步机励磁电流减小和电压降低均导致电动机驱动转
13、矩减小，当最大值小于机械负荷的制动力矩时，同步机失去同步。失步后，同步机的转速下降，转入异步运行。在异步运行期间，由于转矩交变，所以转子转速和定子电流发生振荡，严重时会发生机械和电气共振，导致同步机损坏，故应该装失步保护。可动作于再同步控制回路；如不能再同步或不需要再同步，可动作与跳闸。,高压同步机的故障和不正常运行状态2.失磁。同步机励磁消失或部分消失，应驱动转矩减小，所以同步机会失步并转入异步运行。为反映同步机的失磁，应装设失磁保护。保护动作后应增大励磁，无效时动作于跳闸。3.非同步冲击。供电给同步机的电源中断后再恢复时，有可能造成电动机的非同步冲击。当同步机不允许非同步冲击时，应装设非同
14、步冲击保护。非同步冲击保护动作后，可动作于再同步回路，或动作于跳闸。,高压电动机过电流保护,在电动机启动完毕后自动投入，主要对电动机启动时间过长和运行时电动机运行中堵转提供保护。该段电流可以按启动电流或堵转电流整定，取1.31.5倍的额定电流。动作时间应躲过电动机自起动最长起动时间,可取 电动机的最长启动时间。,高压电动机速断保护,电流速断保护应用在容量2MW以下的电动机，作电动机定子绕组及其供电电缆相间短路的故障的保护，按躲过电动机的最大启动电流整定：电动机的额定电流 电动机的启动电流 可靠系数1.11.2 接线系数 接于相电流时取1，接于相电流差时取,高压电动机过负荷保护,过负荷和过电流保
15、护的原理相同也是在电动机启动结束以后才投入，一般为定时限。重要电机动作于信号报警，非重要电机动作于跳闸。取1.151.2 电动机的额定电流动作时限于电动机允许过负荷时间相配合。可以用正序过流代替过负荷保护，过负荷保护可以短时限投报警信号。,高压电动机低电压保护,在电动机上装设的低电压保护，并不是为了反应其内部发生的故障。电动机低电压保护装设的主要作用：1.保证重要电动机自启动。当供电网络电压消失或降低时，网络中所有异步电动机的转速均要下降，同步电动机则可能失步。而当电压恢复时，大量电动机自启动时需要较其额定电流大好几倍的启动电流，致使电压恢复时间拖长，延长自启动时间，甚至使自启动不能成功。因此
16、，为了保证重要电动机的自启动，电动机低电压保护动作时，要跳开一些不重要的电动机，低电压保护的动作电压为(0.60.7)UN，时限整定为0.5s。,2.使不允许或不需要自启动的电动机跳闸。当电源电压短时降低或短时中断后，根据生产要求不允许或不需要自启动的电动机，应装设低电压保护，动作电压为(0.40.5)UN，以0.51s的时限作用于跳闸。3.使因电源电压长时间消失而不允许自启动的重要电动机跳闸。根据生产过程和技术要求，在电源电压长时间消失后不允许自启动的重要电动机应装设低电压保护，其动作电压整定为(0.40.5)UN，以10s的时限作用于跳闸，因为一般网络电压下降所持续的时间是是小于10s的。
17、,高压电动机过电压保护,供电电压过高时，会引起电动机的铜损和铁损增大，使电动机温升增大。为此电动机设过压保护:动作值可取1.21.3倍额定电压 动作时限可取23S。,高压电动机负序电流保护,负序电流保护作为电动机匝间短路、断相、相序搞反，以及供电电压较大不平衡时的保护，对电动机的不对称短路故障也起到后备保护作用。,负序电流保护（不平衡保护）,电动机负序动作电流 当负序电流保护为两段式时:(a)段负序动作电流(b)段负序动作电流,电动机负序电流保护动作时限,两段负序电流保护，动作时限可取：第I段1.11.5S防止外部相间短路故障导致负序电路保护误动第II段1.62S,电动机过热保护,任何原因引起
18、的定子正序电流增大，出现负序电流均会使电动机过热。以南瑞电动机微机保护为例 等值发热电流，其表达式为：动作方程：,电动机热积累定值，即发热时间常数HEAT，一般由电机制造厂家给出。,电动机过热保护,当热积累值达到HEATGRBJ(过热报警水平)时发出报警信号。电动机被过热保护动作跳闸后，不能立即再次启动，要等到电动机散热到允许启动的温度才能再启动,如需紧急启动，通过热复归接点强制恢复到“冷态”。,电动机过热保护整定计算,负序电流热效应系数(k2):按说明书取值取k2=6正序发热系数(k1):在保护装置中以设定好过热保护起动电流：发热时间常数(HEAT)：按厂家数据提供，一般取89min 散热时
19、间常数（COOL）：可取3236min，电动给水泵可取45min，按厂家数据提供，一般取 过热告警系数(GRBJ):原则描述：“一般取跳闸过热值的70%80%”,6kv母线分段保护,煤矿变电所6kv母线无电源备自投装置，也没有专门的母线保护装置，当母线发生短路事故时，为了提高可靠性可以装设下列保护：1.电流速断保护 2.带时限过流保护。,电流速断保护,电流速断保护（兼做母线的充电保护），作用为防止母联合闸于存在故障的母线，所以仅在合闸瞬间投入，合闸成功后自动解除。动作值按电流互感器一次额定电流整定:可靠系数，取1.3 过负荷系数，取4 电流互感器额定一次侧电流 电流互感器变比 接线系数，相电流
20、为1，相电流差为,也可以按保护装置灵敏系数2整定：母线最小两相短路电流,带时限过流保护,动作值按任一段母线的最大工作电流整定：任一段母线最大工作电流 继电器返回系数，取0.95（根据保护类型而定，微机保护取1）,带时限过流保护灵敏度：,最小运行方式下母线两相短路时，流过保护装置的稳态电流。最小运行方式下相邻元件末端短路时流过保护装置的稳态电流。,6kv线路保护,现有线路保护现状与存在的问题线路保护整定计算存在的问题煤矿6kv线路越级跳闸原因分析6kv线路保护的整定计算,现有线路保护现状与存在的问题,保护配置（三段式保护）6kv线路相间短路电流电压保护通常是三段式保护，第I段为无延时电流速断保护
21、；第II段为带时限电流速断；第III段为过流保护。井下现在大都为两段式保护。电流I段为本段线路的主保护，II段为本段线路的后备保护，III为下级线路或设备的后备保护。,煤矿三段式保护存在的问题,从供电结构上来看上下级之间的线路（井下线路）很多不足1km有的甚至只有四五百米，又因为是电缆供电这样上下级之间的短路电流相差很小，这样电流速断保护无最小保护范围。假如按照保证最小灵敏1.5来整定，得到的电流比按线路末端短路电流计算得到的整定值要小，这样在某些段线路上发生严重的短路事故时，就不可避免地引起越级跳闸。系统运行方式 差异较大导致灵敏度校验困难。,保护装置现状,供电系统内同时存在电磁式、模拟式、
22、微机式保护。混合使用所带来的问题是保护的动作时间的不确定性,目前煤矿线路速断保护使用的整定计算方法：,1、按照电力系统保护规则整定：,最大方式下线路末端三相短路超瞬变电流,灵敏度校验：,最小运行方式下线路始端两相短路超瞬变电流。,2、类似与负荷统计的方法：,灵敏度校验：,被保护电缆干线距变压器二次侧出口 最远点两相短路电流（线路的末端）,整定方法为煤炭工业部制定的煤矿井下供电的三大保护细则（煤炭工业出版社）中第6条中用于1200V及以下低压电缆线路的速断保护的整定计算。,某矿6kv线路越级跳闸原因分析,1.整定方法不合理（人为）2.运行方式差异较大（系统决定）3.保护装置问题 4.线路较短,采
23、用方法2整定带来的影响,系统运行方式差异较大对整定的影响,某矿系统运行方式：1.35kv系统参数：最大短路容量：449.03MVA 最小短路容量：152.49MVA2.定义的运行方式：最大运行方式：一路35kv进线最大运行方式下,两台6000KW 发电机组投入运行。最小运行方式：一路35kv进线在最小运行方式下。,由于某些下井线路未加限流电抗器，母线的短路电流较大，如636线路550强力皮带机的母线最小三相短路电流为3.15kA（最小两相短路电流2.7KA),而它的下一级出线保护的电流互感器的变比为200/5,而目前井下保护装置的可选的最大短路电流为10倍电流互感器的额定电流，即2KA。,保护
24、装置对整定计算的影响：,线路较短对保护的影响：,当线路较长时，其始端和末端的短路电流差别较大，因而短路电流的变化趋势比较陡，保护范围较大。当线路较短的时候，线路的短路电流变化平缓，速断保护的整定值考虑了可靠系数后，其保护范围将很小甚至等于零。如在井下有的电缆线路大约只有500米，上下级的短路电流很难区分，保护范围为零，此时的瞬时速断形同虚设。在灵敏度不满足要求的情况下，应采用同一灵敏系数法，保证最小保护范围。,线路较短对保护的影响：,此时不可避免的发生越级跳闸,较合理的线路保护的整定：,过流保护 按躲过线路的可能流过的最大负荷电流整定:最大负荷电流 负荷自启动系数，取25（根据实际情况取）返回
25、系数，取0.95（根据实际情况取）可靠系数取 1.2,过流保护灵敏度：,作近后备时：系统最小运行方式下，在被保护线路末端两相短路时，流过本线路的最小短路电流。,作远后备时：相邻线路末端两相短路时，流过本线路的最小短路电流,电流速断保护,按躲过线路末端的故障整定：可靠系数1.21.3 最大方式下线路末端三相短路超瞬变电流,电流速断保护,当线路末端为变压器时，可以采用与变压器保护配合的方式整定以扩大保护的范围。变压器低压侧母线短路时，流过本线路的最大短路电流。可靠系数1.31.4。,电流速断保护,当保护的灵敏度达不到要求时，根据相关的规程规定要保证最小灵敏度：最小方式下线路始端两相短路电流,谢 谢！,
