1、礦井供電繼電保護培訓講義（草案）一、 電力系統繼電保護基礎知識1、繼電保護繼電保護裝置與安全自動裝置（ 簡稱繼電保護 ） 屬于二次系統，但是，它是電力系統的一個重要組成部分。當電力系統中的電力元件（如發電機、線路）或電力系統本身發生了故障或危及其安全運行的事件時，需要有向運行值班人員及時發出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令，以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。實現這種自動化措施、用于保護電力元件的成套硬件設備， 一般通稱為繼電保護裝置。繼電保護裝置是保證電力元件安全運行的基本的裝備。2、繼電保護在電力系統中的任務a、當被保護的電力系統元件發生故障時，應該由該元件的繼電保護裝

2、置迅速準確地給距離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統中斷開，以最大限度地減少對電力元件本身的損壞，降低對電力系統安全供電的影響，并滿足電力系統的某些特定要求（如保持電力系統的暫態穩定性等） ，使事故限制在最小范圍，提高系統運行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全、連續供電，保證無故障設備繼續正常運行。b、反應電氣設備的不正常工作情況，并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同（例如有無經常值班人員）發出 信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調整。3、電力系統對繼電保護的基本要求a、可靠性：電力系統正常運行時，繼電保護裝置應可靠的 不動作，當被保護元件發生故障或

3、出現不正常工作狀態時，繼電保護裝置應可靠的動作b、迅速性：是指繼電保護動作的速度，可根據實際情況設 定延時時間。c、選擇性：當電力系統由現故障時，繼電保護發生跳閘命令僅將故障元件切除，盡可能的使停電范圍減小，保證無故障部分繼續運行。d、靈敏性：是指繼電保護對設計規定要求動作的故障及異 常狀態可靠的動作的能力。二、 繼電保護整定繼電保護整定計算的基本任務，就是要對各種繼電保護給出整定值。（一）繼電保護整定的前期工作：、了解掌握電力系統情況并建立技術檔案，其中包括：畫出電力系統圖；了解變電所母線的接線方式；建立各種電氣設備 （ 變壓器、輸配電線路、電抗器、電動機等） 的技術檔案；了解重要負荷的特征

4、及要求；建立繼電保護用的電流互感器技術檔案。、了解掌握繼電保護裝置的原理及其技術說明書等。、分析供電系統運行方式，因為，它是繼電保護整定計算的先決條件，主要內容有：可能出現的最大、最小方式；系統潮流情況；線路的最大負荷電流；無功補償工作方式及特征。（二）整定計算步驟：1、井下供電系統繼電保護整定1）畫出供電系統圖，并注明所帶的負荷。2 ）對系統負荷進行統計，求出計算負荷。3）計算保護范圍內最遠點兩相短路電流。4）按同一功能的保護進行整定計算，并對速斷保護進行靈敏系數校驗。2、地面高壓供電系統繼電保護整定1）按照繼電保護功能分類擬定短路計算的運行方式，選擇短路類型，選擇分支系數的計算條件。2）進

5、行短路故障計算，選取結果。3）按同一功能的保護進行整定計算，選取出整定值并做出定值圖。4）對整定結果分析比較，重復修改，以選出最佳方案，最后歸納出存在的問題，并提出運行要求（包括對運行方式的要求及繼電保護運行改變的要求） 。三、系統參數的計算在進行短路計算時，必須先了解供電系統的運行方式，即最大運行方式和最小運行方式。最大運行方式，是系統在該方式下運行時，具有最小的短路阻抗值，發生短路后產生的短路電流最大的一種運行方式，一般根據系統最大運行方式的短路電流值來檢驗所選用的開關電器的穩定性。最小運行方式，是系統在該方式下運行時，具有最大的短路阻抗值，發生短路后產生的短路電流量最小一種運行方式。一般

6、根據系統最小運行方式的短路電流值來校驗繼電保護裝置的靈敏度。在繼電保護整定計算中，必須考慮到可能發生的故障和不正常的運行情況，因為它們會破壞對用戶的供電和電氣設備的正常工作。從電力系統的實際運行情況看，這些故障多數是由短路引起的，因此除了對電力系統的短路故障有一較深刻的認識外，還必須對電力系統短路時參數進行計算，計算方法有標么值法和有名值法等。由于采用標么值法計算時，把不同電壓等級中元件的阻抗，按照同一基準值進行換算，繼而得出短路回路總的等值阻，故對比較復雜高壓供電系統，計算短路電流時采用標么值計算比較簡單。 故井上地面變電所我們通常采用采用標么值法， 而井下供電系統相對簡單， 通常采用有名值

7、法。1、標么值法：在標么值的計算中，基準值是作為一個比較標準。經常使用的有：基準容量(Sj) 、基準電壓(Uj) 、基準電流(I j) 、基準阻抗（Z）。這四個量中可選定兩個， 其他兩個量即可用公式求得, 不可四個量均任意選定。標么值是指選定一個基準容量 （Sj）和基準電壓（Uj）,將短路 計算中各個參數都轉化為和該參數的基準值的比值（相當于基 準量的比值），稱為稱為標么值。標么值計算中，基準條件一般選基準容量Sj=100MVA基準電壓Uj（電網線電壓平均值）。當6、U確定后，對應的基準電 流 Ij =Sj+ （ 3/3 XU）；基準阻抗 Z=U2+S。（1）電路中各種電氣元件的電抗標么值計算

8、系統電源SjXs= Sk式中：Xs一基準條件下的電抗標么值；S k電源母線的短路容量變壓器SjXt=U% - Sn式中：u%-短路電壓百分數（查看變壓器銘牌）電抗器* _ _Xl = Xl%I jUNI nU式中：Xl%-額定百分電抗（查銘牌）線路SjX = X0lb式中：X。一線路單位長度電抗值，Q /km;L一線路長度，km（2）短路電流計算短路回路中各元件的標么電抗算由后，即可根據供電系統單線圖做由它的等值電路圖，然后計算由由電源到短路點的總.*阻抗后，同時，又可計算短路電流：I k*=,由于電源電壓的標Xe么值在取 U=Uav 時 U =1 ,貝！J Ik =TT_* ,Xe短路電流值

9、為：Ik= I k*Ij短路電流（三相戶短路電流標么值X對應電壓等級的基準 電流X短路電流（三相）短路容量=短路容量標么值X基準容量例題1:某礦區供電系統圖如圖1所示，電源S、S2為無限大電源，35kV I最大運行方式下短路阻抗0.388 ,最小運行方式下短路阻抗0.5348 ; 35kVn最大運行方式下短路阻抗0.4063 ,最小運行方式下短路阻抗 0.4765 ; 1#主變容量 3600KVA, Uk%=6.25, 1# 主變容量5000KVA, U%=7.25。兩條電源線路一運一備，兩臺變 壓器分列運行。求 35kV母線和6kV母線最大、最小運行方式時發生三相短路時的短路參數0. 3打名

10、；0, 0833/ 口/35kV母線8 二口hkY十線朽外L7W-3 T745-ZOtbkY母線解:1、已知參數2、各元件的電抗標么值電源Si、S2為無限大電源，電源標么值為零X3=xLS/Ub2X X 100/37 2X4=xLSb/Ub2x x 100/37 2Sb100X5= Uk% se *36Sb100XUk% se xv3、確定35kV母線短路參數和線路、變壓器電抗標么值,可知當電源 S2帶35kVn在最大運行方式下帶線路L2運行時是35kV母線最大運行方式；當電源&帶35kV I在最小運行方式下帶線路L1 運行時是35kV 母線最小運行方式。同樣可知：當電源 與帶35kVn在最大

11、運行方式下帶線路L2和 2#主變運行時是6kV 母線最大運行方式；當電源S1 帶 35kVI在最小運行方式下帶線路Li和1#主變運行時是6kV母線最小運行方式。4、計算各運行方式下的短路回路總阻抗35kV 母線最大運行方式下的短路回路總阻抗X7= X 2max+ X4=35kV 母線最小運行方式下的短路回路總阻抗X8= X 1min+ X 3V 母線最大運行方式下的短路回路總阻抗X9= X2max+ X4+ X6kV 母線最小運行方式下的短路回路總阻抗X10= X 1min+ X 3+ X 55、求各短路點的短路參數35kV 母線最大運行方式下的短路參數X7I =I b/ X 7=1560/0

12、.4896=3186（A）S=Sb/ X 7=100/0.4896=204（MVA）35kV 母線最小運行方式下的短路參數X8/ _ _ _ _ _ _ _ _ _I =Ib/ X 8=1560/0.8796=1774(A)S =S/ X 8=100/0.8796=114(MVA)6kV母線最大運行方式下的短路參數X9I =Ib/ X 9=9160/1.9396=4723(A)S =Sb/ X 9=100/1.9396=52(MVA)6kV母線最小運行方式下的短路參數X10I =Ib/ X 9=9160/=3502(A)S =Sb/ X 9=100/=38(MVA)2、有名值法在某點發生短路時

13、，如短路回路的阻抗R、X以Q表示，則三相短路電流的有效值為 TOC o 1-5 h z I (3) Uvk - 3R2+X2式中：Uv一短路點所在線段的平均電壓，V;R 、X一短路點以前的總電阻和總電抗，均已折算到短路 點所在處的電壓等級(對于高壓供電系統，因回路中各元件的 電抗占主要成分，電阻可忽略不計)。若某點發生兩相短路故障，則短路電流為：Uv2X貝II k咚I k在短路電流計算中，首先是計算短路回路中各電氣元件的 阻抗。幾種主要元件的阻抗計算方法如下：(1)系統電抗Xs無限大電源容量系統的內部電抗分為兩種情況：一種是認 為系統電抗等于零；另一種情況是電源內電抗遠小于短路回路總阻抗，如果

14、知道電源母線上的短路容量&和平均電壓 Uv,則系統電抗可有下式求得:U2aVXsY說明：短路容量 &不是一個定值，計算時不能使用教科書 中提供的 50MVA或100KVA, 一般由供電處遠動班(電話:2914493)提供。(2)變壓器阻抗U2eZt=U% Set=tzVr2t PkUFeRt=Z2X式中：u%-短路電壓百分數(可在銘牌中查得)SN變壓器額定容量 Pk變壓器短路損耗(3)電抗器的電抗XlueXl= Xl% ；3 I e式中：Xl%-電抗器的百分電抗值;U e電抗器的額定電壓；I e電抗器的額定電流(4)線路的電抗X=Xol式中：l一導線長度，km;X0一單位長度電抗，/k /km

15、。R 1= Rol式中：R一單位長度電阻Z 尸Mx2+R2例題2:圖2某礦井低壓供電系統如下圖 2所示，井下中央變電所用 6kV 電纜li向采區供電，采區變電所以660V向機組供電，線路參數1iZQ3X 50-2000; l2ZQ3X 95-10; l 3- ZQ3X 70-800;14UC3 35-264; T-KBSG-315,6/0.69kV, Pk=6070W,U%=4.5%解:(1)各元件阻抗的計算井下中央變電所母線短路容量估算為50MVA實際計算時應從供電處索取實際數據）U2aVXs= o = Q Sk電纜1 1阻抗Xi =X01 1X QRi =r 0I 1 x Q電纜l2阻抗X

16、12 =Xo1 1 X QR2=rol 1X Q電纜l3阻抗 TOC o 1-5 h z X13XQR3xQ電纜l4阻抗X4XQR3XQ變壓器阻抗Zt=U% *=4.5%6902x-320 x1000Rt= PkU2e _0.692S2e( 320 )Xr=dz2T-R2TQ(2)總阻抗X=(Xs+X1)(069 ) 2+X+X2 +X3 +X4 Q6.3R =R1 ( 069 ) 2+Rt+R2+R3+R4Q 6.3Ze =1W+ X2二 Q（3）K點短路時兩項短路電流(2 Uav Ik =-=667A 2Zs四、地面高壓供電系統繼電保護整定（一）線路保護裝置的整定計算36kV線路常采用無時

17、限速斷和定時限過流兩段過流保護裝置。1、電流速斷保護動作電流=空修K式中：Ik3max一被保護線路末端三相最大短路電流;可靠系數，當使用DL型時為1.2 ,使用GL型時為1.4 ;（一接線系數均為1 （繼電器均接在相上）K 電流互感器變比。檢驗最小保護范圍，按15%i+算。被保護線路實際安裝長度應大于或等于計算最小長度。滿足B=15%算的最小線路長度l minX symax*2-，-也 l min=1-1弋3 -2K k B式中：a一系數，最小與最大運行方式系統計算電抗之比;symax一保護裝置安裝處最大三相短路計算電抗標么值;*、一一一4Z l 一被保護線路每公里阻抗標么值。2、過電流保護K

18、KI lm動作電流動作電流I a=Kf Kj式中：I lm被保護線路最大計算負荷電流，A；Kk一考慮自啟動因素取23,不考慮自啟動因素時使用DL型時為1.2 ,使用GL型時為1.4;Kc繼電器接于相上取1、接于相差取1.732。靈敏系數校驗:I k2minKm=仄式中：Ik2min一保護線路末端最小兩相短路電流。過電流保護動作時限t s=t se+At式中:t se末端相鄰保護元件整定時間， S ； t一級差（相鄰的上下級保護間的動作時間差），在繼電保護中，取0.5s。（二）3一6kV電動機保護整定計算1、電流速斷保護異步電動機：應躲過啟動電流，保護裝置的動作電流:KKcIst式中：1st 電

19、動機啟動電流，A同步電動機按下述兩條件計算，取較大值：a、躲過啟動電流，公式同異步電動機KkKCI K3mrb、躲過外部短路時輸生的電流I a=-K式中：lK3mL最大運行方式下，外部三相短路，電動機反饋電流。1.05I K3m= （乂/ + 巾X *M 一電動機次暫態電抗，標么值巾e一電動機在額定負載時的相角Ie電動機額定電流靈敏度校驗式中：I k2min 一系統最小運行方式下，保護裝置安裝處兩相短路電2、過載保護KkKcI動作電流I a=Kf K動作時限應躲過啟動時間 式中：K返回系數，為返回量與故障量的比值。（三）配電變壓器保護整定1、電流速斷保護應按照躲過變壓器二次三相短路電流計算保護

20、動作電流:&KJ k3maxk2I a= Ki Kj式中：I k3maxk2變壓器二次三相最大短路電流;K變壓器變比。2、過電流保護KcKcIe I a=Kf Kj式中：Ie變壓器一次側額定電流。靈敏度校驗:2。例題3:在例題1中的6kV母線上有開關1,電流互感器變比100/5 ,帶LJ-120導線1.5km,導線末端接6kV變電所，主要負荷有:500kW電動機兩臺，一運一備，Ie=63A; 200kVA變壓器一臺，帶礦區地面照明，變壓器負荷率 70%請計算開關1保護定值。Q0 200kVAU LJT2 0/L5km開關1)500kW-OOkW解：由例題 1可知：6kV母線的X3max=1.9

21、396, X k3min=2.6157,I k3maX=3502線路阻抗 X_=xLSb/Ub2x x 2k3max2=2382;k3max2=2026;線路末端 3max2=Xk3maxl+XL=3.8446； IXk3min2=%3min1+X_=4.5207； I變壓器負荷電流I f=70%式中：I d一變壓器低壓側母線上的最小兩相短路電流KgT一變壓器組別系數，對于 Y/Y接線的變壓器，KgT=1； 對于Y/接線的變壓器，KgT=，3 。(2)、過負荷保護整定由于目前我公司采用的南京國辰電子綜合保護器具過負荷 保護為反時限保護，故按變壓器額定電流值整定。2、高壓電動機(1)、短路保護整

22、定Q1.2V14 I Ns K i式中：I Ns高壓電動機額定啟動電流，A；對于鼠籠型電動機，In.s=(56) I N；對于繞線型電動機，Izs = (1.52) I N；I N一高壓電動機的額定電流。靈敏度校驗：IdK=Q 2式中：I d一高壓電動機端子上的最小兩相短路電流(2)、過負荷整定1.2I a A k I N3、高壓電纜線路保護(1)、短路保護1.2I a A k I n. m式中：In.m一線路的最大工作電流(尖鋒電流)，可以現場監測,也可以根據Izs+KE In進行估算。靈敏度校驗：II dKr=AKiI aA。式中：Id一保護范圍末端的最小兩相短路電流,(2)、過負荷保護1

23、.2UR 1式中：In一線路長時工作電流，可以現場監測，也可以根KZ In進行估算。(三)、井下低壓系統過流保護整定1、電動機保護(1)單臺電動機A I n. m式中:In. m電動機的額定啟動電流(2)同時啟動的多臺電動機I n.m式中：E I n.m一同時啟動的幾臺電動機的額定啟動電流之和,（3）不同時啟動的多臺電動機I a A I n. m+Zj I N式中：I n. mL最大電動機的額定啟動電流，AE I L已經運轉的全部電動機的額定電流之和,Ao靈敏度校驗I scKs=.nI a式中I sc一電動機端子上的最小兩相短路電流，A2、配電線路（干線）保護式中：I NL s 一啟動電流最大

24、的一臺電動機的額定起動電流,對于數臺電動機同時啟動的工作機械，若其總的起動電流大于單臺起動時的最大起動電流，則Ins應為這幾臺同時起動的電動機的額定起動電流之和;E I n其余電動機的額定電流之和，A靈敏度校驗:I scKs=A。I a式中I J2）一下一級保護范圍末端的最小兩相短路電流,3、變壓器保護對于變壓器二次側總自動饋電開關，原則上應考慮對配由 線路的過電流保護裝置起后備保護作用，具過流動作電流整定值以及靈敏度校驗可按配電線路保護進行計算。4、過負荷保護IaEle式中：I e電動機的額定電流六、例題4已知某炮采（急傾煤層）采區供電系統圖如下圖 4所示，3 5號開關所帶的負荷均為 SGB

25、-11輸送機，6號開關所帶負荷 為SGB-40輸送機。高壓開關母線上的短路容量為1140KVA變壓器的短路損耗 Pk=6070VV U%=7.5%試整定高壓開關及低壓 1號、2號和6號開關中過電流繼電器的動作電流值。BGP9L-3采區變電所供電系統圖（圖4）1、過電流繼電器的動作電流值計算1）高壓開關SGB-40輸送機額定啟動電流為:I n.s=291AIa1I N. s+KZj I N x =Kt式中：Kx一匯 I n=3XKt-高壓開關一次的動作電流值為:I a=50A2) 6號開關I aI n.m=291A故選取電流整定值:I a6=300A3)1號、2號開關由于它們流過的電流相同，故都按下式進行整定計算:于是，1號、2號開關的動作電流整定值選取為 :(注：實際工作中，有時讓Ia2稍小，如350A)I a1 = I a2=400A2、靈敏度校驗1)計算F1點的短路電流(1)系統阻抗：Xs=IX2ST = (2)變壓器阻抗L2e6902Zt=U% =7.5% X- QS