基于煤矿供配电系统继电保护的设计探究

文敬忠

摘要：供配电系统，是煤矿工程运转过程中的基础设备之一。在供配电系统运作期间，谨慎做好继电保护措施，必能减少安全事故的发生。为充分体现煤矿供配电系统继电保护的运用价值，必当结合煤矿实际生产情况，对继电保护进行合理设计，进而有效弥补运行期间存在的缺陷，提高供配电系统质量，提升煤矿生产质量及效率。本文从供配电系统继电保护的相关概述入手，剖析了煤矿供配电系统中继电保护现存问题，强调煤矿应遵循供配电系统设计要求配置继电保护，在此基础上提出了一些优化设计策略。

关键词：煤礦;供配电系统;继电保护;设计探究

前言：

煤炭是我国社会经济发展的支柱产业，目前生产经营的多个领域均需利用煤炭资源，且国家对煤炭的需求亦在飙升。为获得更多经济效益，在煤矿生产期间，设备超负荷运行的情形尤为常见，供配电系统也是其中之一。平稳、可靠的电力供配电系统，是煤矿安全生产的重要保障。而继电保护于供配电系统中的主要作用，是在发生故障后的第一时间给予指示，及时切断故障点，从而确保电力系统正常运行，减小事故的范围。故此，继电保护在供配电系统中的重要性显而易见，为充分发挥继电保护作用，优化设计将永不止步。

1、供配电系统继电保护的相关概述

1.1供配电系统的运行

目前，运行状态主要分为以下三种。

第一，系统正常运行。是指系统中的各类设备、线路均在其额定状态（电压、电流等）之中工作，各类信号、指示及仪表均在限额内正常工作的状态。第二，系统故障。是指部分设备、线路发生了危及自身或系统平稳运行的事件，并有可能致使事态扩大的非正常运行状态。第三，系统异常运行。是指系统正常运行遭到损坏，但还未构成故障事件的运行状态。

1.2供配电系统继电保护装置

第一，供电线路。一般而言，6kV线路需装置过流保护。当过流保护时限低于0.5-0.7s，并未达到要求时，可不装置电流速断保护。然而，关键性的变配电所引线路需安装瞬时电流速断保护。而当其无法满足选择性动作之时，应加装略带时限的电流速断保护。

第二，配电变压器。例如，当配电变压器容量低于400kVA时，一般采用高压熔断器进行保护。当配电变压器容量为400-630kVA时，高压侧在断路器上应加装过流保护，而当过流保护时限超过0.5s时，还应加装电流流量保护。对于油浸式配电变压器，还应配备瓦斯保护装置。此外，还应配备温度报警保护。

第三，分段母线。对于不并联运行的分段母线，应安装电流速断保护。然而，只在断路器合闸瞬间放入，在合闸后自动拆下。若采用逆时过流保护，应将其瞬动部分拆除，负荷等级低的配电负荷中心或母线不得安装保护。

2、煤矿供配电系统中继电保护现存问题

煤矿开采工作期间，井下环境复杂，井下供电系统电源与变电站距离可能较远，因此两者之间的电源开关数可能较多。这种情况下，继电保护装置与供配电系统很可能难以发挥实效，且彼此间配合度不高[1]。其次，煤矿的供配电系统通常较为复杂，用电功耗大，故此系统进行继电保护的层级较多，且所需的技术水平较高。但当前的一些煤矿企业并未真正意识到继电保护的重要性，使用材料多为安全系数较低的铜芯电缆。在实际应用过程中，当功耗较大时往往难以承载负荷，对继电保护的要求也较高。但事实上，而今继电保护的设计由于部门配电企业资金等多方面的考虑并不理想，难以有效保护供配电系统。

3、煤矿遵循供配电系统设计要求配置继电保护

近年来，因煤矿配电网运行较为粗放，使得网架基础薄弱[3]。其中一个重要因素，是配电网的设计在煤矿企业发展中多年未改，存在严重过载问题，特别是低压问题。从煤矿配电网的结构来看，主要由架空线路、龟缆、配电变压器、无功补偿电容器及辅助设备构成。因缺少配电布点，电能质量无法满足煤矿用电需求，同时也说明煤矿配电网配置的继电保护器，已无法满足当前煤矿供配电系统的设计要求。在选择继电保护装置时，要依托变压器容量选择。煤矿配电网的分段母线并非并列运行的时，就需安装电流速断保护装置。当配电网负荷低，则无需在分段母线上安装保护装置。

4、煤矿供配电系统继电保护设计的优化策略

4.1 优化定时限时过流保护

煤矿中，对于过流保护的计算大多是根据最大工作电流的整定作为依据，但实际上，煤矿设计并不存在自启动现象。故此，在进行继电保护设计时，需要根据不接触被保护线路的尖峰电流进行设定，或用最大工作电流代替尖峰电流。当具有最大容量的电动机启动时，短时间内在线路上产生最大工作电流，根据井下防爆电机的实际情况，其启动电流倍数可为5-6倍。继电保护装置在运行过程中，需按照实际要求慎重操作，否则将无法达到预期保护效果。

4.2优化瞬时速断保护

煤矿供配电系统10kV接地出线开关极为重要，因此瞬时断速保护可设为三断式保护。瞬时速断动作电流可根据线路末端避开井下的最大三相短路电流设定。在最小运行模式下发生两相短路时，线路总长度不小于20%，剩余80%受限时速断保护。

4.3优化限时速断保护

依托煤矿井下的实际情况，各大母线之间的短路电流差距实际上是较小的。虽在地面10kV与中心变电站之间增加了电抗器，但中心变电站多级保护之间的动作电流差距仍无法保证系统的纵向选择性。为解决这一问题，可尝试改变传统的II段时限与相邻的I段时限之间协调的整定原则，在各出线处II段时限遵循与相邻线路出线处II段时限配合原则开展整定，如此也能有效降低跳闸比例，保确保煤矿供配电系统的安全性。

结语：

综上所述，煤矿开采之时，对供配电系统继电保护开展优化设计，能更加有效地解决设备运行中所存在的不足，提高电力系统稳定性，保障煤矿安全、高效生产。对煤矿企业而言，必当注重煤矿供配电系统继电保护设计的优化探究，持续进行技术革新。

参考文献：

[1]王强.煤矿供配电系统继电保护的设计研究[J].内蒙古石油化工，2020，46（12）：24-25.

[2]侯尹.煤矿供配电系统继电保护的设计与研究[J].科技展望，2015，25（22）：86.

[3]韵凯.煤矿配电网微机继电保护装置设计[J].江西煤炭科技，2015（4）：97-99.DOI：10.3969/j.issn.1006-2572.2015.04.037.

[4]许帅.煤矿数字化变压器继电保护系统设计[J].机电工程技术，2019，48（8）：140-142.DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2019.08.050.