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1、煤矿井下低压电网保护装置整定 赵官能源公司机电运输部 郭传波 绪论 一、保护装置的作用 二、保护装置的基本工作原理 三、煤矿井下低压电网对保护装置的基本要求 四、整定计算的目的、要求及特点 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 六、矿井低压电网整定计算例题 一、保护装置的作用 1、当被保护设备或线路发生故障时,保护 装置应自动 、迅速、有选择性的借助断路 器将故障元件从电力系统中切除,以保证 系统其它部分的正常运行,并使故障设备 免于继续遭受损坏。 2、当被保护设备出现不正常运行状态时, 保护装置发出信号,以便及时采取措施, 避免导致故障。在煤矿井下电网中,通常 作用于跳闸。 二、保护装置
2、的基本工作原理 保护装置必须正确区分被保护元件是处于正常 运行状态还是处于故障状态。保护装置要实现这一功 能,需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化 的特征为基础来构成。 电力系统发生故障后,电气量变化的主要特征 是: 1、电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线 路上的电流将由负荷电流 增大至大大超过负荷电流 。 2、 电压降低。 当发生相间短路和接地短路故障时,系统各点的 相间电压或相电压值下降,且越靠近短路点,电压越 低。 二、保护装置基本工作原理 3、 电流与电压之间的相位角改变。 正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功 率因数角,一般约为20,三相短路时,电流与电压
3、 之间的相位角是由线路的阻抗角决定的,一般为60 85,而在保护反方向三相短路时,电流与电压之 间的相位角则是180+(6085)。 4、不对称短路时,出现相序分量。 如两相及单相接地短路时,出现负序电流和负 序电压分量;单相接地时,出现负序和零序电流和电 压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。 三、保护装置的基本要求 1、选择性 保护装置动作时,仅将故障元件或线路从电力系统 中切除,使无故障部分继续运行。 2、速动性 保护装置以允许而又可能的最快速度动作于断路器 的跳闸,断开故障元件或线路。 快速切除故障的好处: (1)提高系统稳定性 (2)减少用户在低电压下的动作时间 三、保护装置的基本
4、要求 (3)减少故障元件的损坏程度 (4)避免故障的进一步扩大 3、灵敏性 保护装置对设计规定的保护范围内发生故障及异常 运行状态的反应能力。 4、可靠性 (1)保护装置在应该动作时,不拒动。 (2)保护装置不应该动作时,不误动。 三、保护装置的基本要求 影响可靠性的因素: 内在因素:元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺 水平、触点多少等。 外在因素:运行维护水平、安装调试是否正确、整定 计算等。 四、整定计算的目的、要求及特点 1、目的: 1)为了正确选择和校验电气设备,使之满足短路电流的动 、热稳定性要求。此外,对于低压开关设备和熔断器等 ,还应按短路电流校验其分断能力。 2)为了正确整定
5、计算继电保护装置,使之在短路故障发 生时,能够正确可靠的动作,确保安全。 2、要求: 1)应计算最大的三相短路电流值(短路点应选在负荷侧的 端子上),以校验设备的分断能力。 2)应计算最小的两相短路电流值(其短路点应选在被保护 范围的最远端),以校验继电保护装置整定值的可靠性 。 3、计算的特点: 1)低压电网(包括变压器)一般不允许忽略电阻,由于电 缆的电抗值远远小于电阻值,故电感电抗有时可以忽略 不计。 2)低压元件,如不太长的母线电缆、电流互感器的一次线 圈、自动馈电开关的过电流线圈、开关触头的接触电阻 以及电弧电阻等,对于低压短路电流值都有影响,但为 了简化计算一般不计。 3)计算短路
6、电流时,电缆线路的电容,可以不考虑。 4)低压短路电流计算,用有名制较方便,即电压用伏、阻 抗用欧、电流用安表示等等。 四、整定计算的目的、要求及特点 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 保护装置的整定过程: 准备工作整定计算灵敏度校验 一、整定的准备工作: (1)了解掌握电力系统情况 (2)绘制供电系统图 (3)掌握重要负荷的特性及要求。 (4)学习有关规章制度 二、根据煤矿井下供电三大保护整定细则进行整定计 算。 三、对保护装置的灵敏度进行校验,对不符合要求的采取 措施。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第一节 短路电流的计算方法 第1条 选择短路保护装置的整定电流时,需计
7、算两相短路 电流值,可按公式(1)计算: 利用公式(1)计算两相短路电流时,不考虑短路电 流周期分量的衰减,短路回路的接触电阻和电弧电阻 也忽略不计。若需计算三相短路电流值,可按公式(2) 计算: Id(3)=1.15 Id(2) 式中Id(3)三相短路电流,A (2) 第2条 两相短路电流还可以利用计算图(表)查出。此时 可根据变压器的容量、短路点至变压器的电缆换算长 度及系统电抗、高压电缆的折算长度,从表中查出。 电缆的换算长度可根据电缆的截面、实际长度 ,可以用公式(3)计算得出。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 电缆的换算长度,是根据阻抗相等的原则将不同截 面和长度的高、低压
8、电缆换算到标准截面的长度,在380 V、660 v、1 140 V系统中,以50 mm2为标准截面;在l27 V系统中,以4mm2为标准截面。 电缆的芯线电阻值选用芯线允许温度65时的电阻 值;电缆芯线的电抗值按0081km计算;线路的接 触电阻和电弧电阻均忽略不计。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第二节 短路保护装置 第3条 馈出线的电源端均需加装短路保护装置。低压 电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护装置。 第4条 当干线上的开关不能同时保护分支线路时,则 应在靠近分支点处另行加装短路保护装置。 第5条 各类短路保护装置均应按本细则进行计算、整 定、校验,保证灵敏可靠,不准
9、甩掉不用,并禁止使 用不合格的短路保护装置。 第二章 电缆线路的短路保护 第一节 电磁式过电流继电器的整定 第6条 1200V及以下馈电开关过电流继电器的电流整 定值,按下列规定选择。 1对保护电缆干线的装置按公式(4)选择: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 2对保护电缆支线的装置按公式(5)选择: 目前某些爆磁力起动器装有限流热继电器,其电磁 元件按上述原则整定,其热元件按公式(7)整定。 煤矿井下常用电动机的额定起动电流和额定电流可 以从电动机的铭牌或技术资料中查出,并计算出电动机 的额定起动电流近似值。对鼠笼式电动机,其近似值可 用额定
10、电流值乘以6;对于绕线型电动机,其近似值可用 额定电流值乘以15;当选择起动电阻不精确时,起动 电流可能大于计算值,在此情况下,整定值也要相应增 大,但不能超过额定电流的25倍。在起动电动机时, 如继电器动作,则应变更起动电阻,以降低起动电流值 。 对于某些大容量采掘机械设备,由于位处低压电网末 端,且功率较大,起动时电压损失较大,其实际起动电 流要大大低于额定起动电流,若能测出其实际起动电流 时,则公式(4)和公式(5)中IQN应以实际起动电流计算。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第7条 按第6条规定选择出来的整定值,还应用两相 短路电流值进行校验,应符合公式(6)的要求: 五、
11、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 若线路上串联两台及以上开关时(其间无分支线路), 则上一级开关的整定值,也应按下一级开关保护范围最 远点的两相短路电流来校验,校验的灵敏度应满足1.2 1.5的要求,以保证双重保护的可靠性。 若经校验,两相短路电流不能游足公式(6)时,可 采取以下措施: 1加大干线或支线电缆截面。 2设法减少低压电缆线路的长度。 3采用相敏保护器或软起动等新技术提高灵敏度。 4换用大容量变压器或采取变压器并联。 5增设分段保护开关。 6采用移动变电站或移动变压器。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第二节 电子保护器的电流整定 第8条 馈电开关中电子保护器的短路保
12、护整定原则,按 第6条的有关要求进行整定,按第7条原则校验,其整定 范围为(310)IN;其过载长延时保护电流整定值按实际 负载电流值整定。IN为馈电开关过载整定电流。 第9条 电磁起动器中电子保护器的过流整定值,按公式 (7)选择: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 当运行中电流超过IZ值时,即视为过载,电子保护器 延时动作;当运行中电流达到IZ值的8倍及以上时即视为 短路,电子保护器瞬时动作。 第10条 按第9条规定选择出来的整定值,也应以两相短 路电流值进行校验,应符合公式(8)的要求: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第三节 熔断器熔体额定电流的选择 第11条 120
13、0 V及以上的电网中,熔体额定电流可按下列 规定选择。 1对保护电缆干线的装置,按公式(9)选择: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 如果电动起动时电压损失较大,则起动电流比额定 起动电流小得多,其所取的不熔化系数比上述数值可略 大一些,但不能将熔体的额定电流取得太小,以免在正 常工作中由于起动电流过大而烧坏熔体,导致单相运转 。 2对保护电缆支线的装置按公式(10)选择: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 3对保护照明负荷的装置,按公式(11)选择: 选用熔体的额定电流应接近于计算值,低压隔爆开 关中熔断器及熔体规格可从表中查到。 第l2条 选用的熔体,应按公式(12)进行校
14、验: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第三章 变压器的保护 第13条动力变压器在低压侧发生两相短路时,采用高压 配电装置中的过电流保护装置来保护,对于电磁式保护 装置,其一次电流整定值IZ按公式(13)选择: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 对于电子式高压综合保护器,按电流互感器二次额定电 流值(5 A)的l、2、3、4、5、6、7、8、9倍分级整定,其 整定值按公式(14)选择: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 过电流保护装置的整定值,应取其最接近于计算的数值。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 第14条 动力变压器的过负荷保护反映变压器正常运行时 的过
15、载情况,通常为三相对称,一般经一定延时作用于 信号。高压配电装置中保护装置整定原则如下: 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 1电子式过流反时限继电保护装置,按变压器额定电流 整定。 2电磁式动作时间为10-1 5 s,起动电流按躲过变压器 的额定电流来整定: 第l5条 高压配电装置的额定电流值的选择,除应考虑其实 际可能的最大负载电流外,还应从其遮断能力出发,以其 出口端处可能发生的三相短路电流来校验,必须选择既能 承担长期的实际最大负载电流,又能安全可靠地切断其出 口处的三相直接短路的最大短路电流。 五、煤矿井下低压电网短路保护装置整定细则 配电装置出口处的三相短路电流值,应经计算确定 。当缺乏计算数据时,可按配电装置短路容量来确定短 路电流值。 为了提高保护性能,最好能算出实际的短路电流值 。实际短路电流值,一般比用最大允许的短路容量(50 MVA或l00 MVA)所计算出来的数值要小。 第16条 照明、信号综合保护装置和煤电钻综合保护装 置中变压器的一次侧用熔断器保护时,其熔体的额定电 流选择如下: 1