煤矿井下6kv高压防爆开关综合保护系统设计

煤矿井下6kv高压防爆开关综合保护系统设计内容摘要：

) 可以进行远方监控。 采用微机保护的基本要求 同传统的保护系统一样，高压配电装置微机保护的基本要求是应具有选择性、快速性、灵敏性和可靠性。 1) 选择性 故障时只切除故障部分的保护特性称为保护动作的选择性。 当系统出现故障时，首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当该保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护切除故障。 2) 速动性 保护的速动性是指保护装置应能尽快的切除短路 故障，其目的是提高系统的稳定性，更多 相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 3 减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。 3) 灵敏性 保护的灵敏性是指在设备或线路的保护范围内发生故障时，保护装置具有的正确动作能力的裕度，即灵敏度。 微机保护易于实现一些较为先进的保护原理和方法，可以有效的提高保护系统在最不利条件下的不拒动程度。 4) 可靠性 保护的可靠性是指在给定条件下的给定时间间隔内，保护能完成所需功能的概率。 保护所需功能是当需要动作时便动作、当不需要动作时便不动作。 对于保护系统的可靠 性要求在于既能在被保护对象突然发生故障时一定动作（不拒动），又能在其它状态下不误动。 1) 分析井下高压电网短路故障的特有特征，分析两种中性点接地方式的矿井高压电网漏电故障暂态与稳态特征，以及对漏电保护方案有重要意义的零序电压的变化规律。 2) 针对各种故障特征，设计出针对性地保护方案，包括：煤矿井下高压电网微机选择性速断短路保护方案； “启动于零序电压及其突变量，选择性动作于零序电流五次谐波比幅比相 ”选择性漏电保护的方案；反时限的过载保护方案，基于附加直流检测的矿井高压电 网电缆绝缘在线检测保护方案，欠电压保护增加了延时的功能等。 完成井下 6kV 防爆开关综合保护系统的保护方案的设计。 3) 根据综合保护系统的功能要求，选定单片机的型号，设计综合保护系统总体结构，完成保护系统的硬件与软件设计。 4)保护装置的工作现场存在着强电磁干扰，因此，要完成提高系统运行的可靠性和抗干扰性能的设计。 更多相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 4 2 井下高压电网故障分析 概述 由于井下生产工作条件特殊，环境恶劣，特别是井下散热条件差，空气潮湿，空间狭窄，并且工作面上的电缆及电气设备易受砸损等因素，因而易发生多种故障。 具 体地讲，矿井电网及用电设备有短路、过、欠压以及超过容许时间的过负荷等故障。 井下电网的各类主要故障特征阐述如下： 漏电故障：漏电故障在井下电网故障中占有 60%以上的比例，并且容易引发各类事故和更为严重的故障，因此其保护尤为重要。 短路故障：两相短路，三相短路。 三相短路电流较大，产生过电流烧坏电动机和线路；两相短路造成三相电流的不对称，根据对称分量法，电网中将会出现负序及零序分量。 负序电流使电动机产生反向制动力矩，零序分量增加了损耗，也会加剧电动机的振动。 短路故障不但损坏用电设备与线路，而且短路电弧可能 导致瓦斯煤尘爆炸。 过负荷：在一定程度上是允许过负荷的，关键在于确定符合实际的保护特性。 也就是说要在电网承受能力和保证生产连续性两方面做出权衡。 井下高压电网短路故障分析 当电网发生突然短路时，系统经过一个暂态过程再进入短路稳定状态。 电流由正常值突然增大，经暂态过程达到新的稳态。 三相短路的电流波形如图 21 所示。 图 21 三相短路电流波形 The shortcircuit current wave shape 图中 u 为母线电压，对于无限大电源容量系统，母线电压维持不变； i 表示短路前的负更多 相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 5 荷电流，滞后 u 的相位为 ф；在 θ=0（此时 u =0）时发生三相短路，所产生的 zi 和 fi 用虚线表示，两曲线在直角坐标系上相加，就得到短路全电流 di 的波形。 大约经过 ，非周期分量衰减到零，此后稳态短路电流 i 就等于周期分量 zi。 三相短路属于对称性故障，三相电流在故 障后仍然对称，系统中只存在幅值增大的正序电流分量。 发生短路时，由于系统中总阻抗大大减小，因而短路电流可能达到很大的数值。 当电网中发生两相短路时，系统中不但存在正序分量 1z ，还存在负序分量 2z ，但零序分量为零。 并且两相故障分量电流大小相等，方向相反。 强大的短路电流所产生的热和电动力效应会造成严重的后果，因此，必须立即切除。 井下高压电网漏电 故障分析 《煤矿安全规程》规定，煤矿井下高压电网必须采用中性点不直接接地方式。 本节主要分析比较井下电网的两种接地方式的漏电故障特征，为寻求一种合理有效的选择性漏电保护方案提供理论基础。 漏电故障暂态特征 根据已有的研究结果，矿井高压电网漏电故障的暂态过程有如下特征 : 1) 单相接地电流暂态有效值比稳态有效值大，瞬时值更大； 2) 有消弧线圈补偿时，在脱谐度 P10%的前提下，稳态电流补偿效果明显而暂态电流得不到补偿，故障支路的暂态电流是系统各支路电容电流的总和，且其方向与非故障支路电流方 向相反。 依据上述特征，可以利用鉴别首半波电流的大小和方向选出故障支路，因为暂态故障电流尚未被补偿，所以不受中性点接地方式的影响。 但是暂态电流大小受接地瞬间电压初始相位的影响很大，当漏电故障刚好发生在线电压瞬时零值附近时，暂态电流很小可能导致误判。 漏电故障稳态特征 1)中性点对地绝缘电网 在中性点对地绝缘的供电系统中，其漏电电流分布特点如图 25 所示。 图中给出了我国煤矿高压辐射式电网的典型模式，它由 1L 、 2L 、 3L 、 4L 四条支路构成， 0ZT 、 1ZT 、2ZT 、 3ZT 、 4ZT 分别为安装于各条支路的零序电流互感器，由于一般高压电网绝缘水平更多相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 6 较高，故可假设各相对地电阻为 ∞，假设每条支路各相对地分布电容相等，分别以集中参数 0C 、 1C 、 2C 、 3C 、 4C 来表示，并设 4L 支路的 A 相经过渡电阻 dR 发生单相接地故障。 图 22 矿井 6kV高压中性点对地绝缘电网漏电电容电流分布特点 The capacitive current distributing characteristic of underground 6kV highvoltage distribution work leakage 电网各故障参数间存在如下关系： a 流过非故障支路零序电流互感器的电流为本支路的电容电流： )3,2,1(3 0 为支路号  iUCjI ii  (21) 其相位超前 0U 90176。 b 流过故障支路零序电流互感器的电流是其它所有非故障支路电容电之和 ： )(3)( 32103214   CCCUjIIIIII df  (22) 其相位滞后 0U 90176。 （故障支路自身产生的零序电流在该支路零序互感器中一去 一返两次流过，对互感器而言 相互抵消）。 2)中性点经消弧线圈接地电网 中性点经消弧线圈接地的补偿原理如图 27 所示，其补偿作用使得故障线路的电气特征发生了变化。 更多 相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 7 图 23 矿井 6kV高压中性点经消弧线圈接地电网漏电电容电流分布特点 The capacitive current distributing characteristic of underground 6kV highvoltage distribution work leakage 当无漏电电流时，中性点电压 0U = 0，电感电流 LI = 0。 当 A 相经过渡电阻 dR 接地时，中性点出线零序电压 0U ，在 0U 作用下，有一 感性电流通过电感流入大地，其值为： LUjLjUIL    00 (23) 这一感性电流与各个线路的对地电容电流向叠加，使得流经过渡电阻的电流为： )13(004321 LCUjIIIIIII Ld    (24) 根据 L 值的不同分为，完全补偿，欠补偿，过补偿三种情况： a 013  LC  时，接地点处的感性电流和容性电流大小相等，方向相反互相抵消，此时漏电电流 0dI ，称为完全补偿。 流过故障支路 4ZT 的电流是 4L 自身对地的电容电流，与支路的零序电流同相位，均超前 0U 90176。 ，其 大小由该支路的对地分布电容大小决定。 更多相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 8 b 当 L取值较大时，使 LC  13 时，漏电电流呈容性，称为欠补偿。 流过 4ZT 的电流是此反向残余电流与支路自身对地的电容电流之和，其值随支路长短不同而不同，相位也因支路长短不同而超前或滞后于 0U。 c 当 L取值偏小时，使 LC  13 时，漏电电流呈现感性，称为过补偿。 流过 4ZT 的电流是感性残余电流与该支路自身电容电力叠加而成的零序电流，其大小随支路的长短而变化，相位与其他支路电容电流相同。 过载故障分析 过载在电流故障中是最常见的故障，是一种非正常运行状态，过载以后电流相位对称，幅值大于额定电流。 过载保护是指电流超过电器设备限定的范围，保护装置能在一定的时间内切断线路，保护设备不受损 坏。 电动机过载将导致电动机过热，但又允许在低倍过载的情况下运行一段时间，电动机的过载特性应该具有反时限的特征。 另外，在电动机多次反复短时间过载，而每次过载的时间均小于容许时间时，保护装置不会动作，但由于电动机自身的热积累可能使电动机烧毁。 因此，电动机的过载保护应该具有记忆电动机的热积累的功能，当热积累到使电动机绕组的实际温度达到会显著降低绝缘寿命的程度时，要求保护系统给与保护。 欠电压故障分析 目前我国矿井井下高压配电装置中都设置有瞬动的电磁式欠电压保护，当电压在 85％UN（额定电压）以上时可 靠吸持，当电压在 35％ UN 及以下时瞬时释放使开关跳闸。 该保护元件称为失压脱扣器，其作用是防止停电后恢复供电时批量电动机同时启动时对电网的冲击，也可以防止某些电动机自启动引发机械伤人事故。 由此产生的问题是：当地面 6~35kV 系统发生短暂停电、暂时短路或电压闪变时，就有可能因瞬动的欠电压保护导致地面与井下大面积停电，此后井下人工全面恢复供电约需要 2~6 小时，对矿井的安全和生产都有严重的影响。 绝缘监视故障分析 在煤矿井下 6kV 供电系统中，电能是由地面变电所经两条或多条高压电缆送至井下中 央变电所，然后用成套配电装置经高压电缆馈送给井下各高压负荷，要求向工作面供电的高压配电装置综合保护器中除装有选择性漏电保护以外，还必须设置对双屏蔽电缆的监更多 相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 9 视保护。 在双屏蔽电缆中， A、 B、 C 三相各分相屏蔽层与外屏蔽层连接在一起形成接地层，在分相屏蔽层外面，有各相监视层，将这三相监视层连接在一起称为监视线。 由于双屏蔽电缆具有以上的特殊结构，当电缆在井下因冒顶等原因受到石块或其他硬物砸伤时，通常首先破坏双屏蔽电缆的监视层和屏蔽层，造成接地线与监视线之间的短路或断路故障。 并且各主芯线都有分相绝缘层和分相屏蔽层， 分相屏蔽层与地相连，所以，无论任何原因导致电缆损坏使其发生两相短路或三相短路故障前，主芯线将首先与分相屏蔽电缆接触而形成漏电故障。 更多相关文档资源请访问 完整 CAD 设计文件以及仿真建模文件，资料请联系 68661508 索要 10 3 井下高压防爆开关综合保护系统的保护方案设计 短路保护 根据上一章的分析，可以看出煤矿井下高压电网短路故障保护分为两部分，一是单台配电装置保护单一线路或单个电器设备的速断保护，应用在单个设备的保护使用瞬时速断保护是合理的；二是针对井下高压电网系统的短路故障保护。 短路保护原理 三相对称性短路故障在井下电网发生的几率并不高，而且往往是由其它一些 因素（如对称性漏电）引发的。 但由于其故障能量高，对线路和设备的危害极大，因此必须对对称性短路采取妥善的措施进行保护。 在高压配电装置中，对于各种短路故障都应采用速断保护。 “鉴幅式 ”的问题在于：若要保护全线路，则应按保护范围末端最小两相短路电流整定，要求整定值小，因而在大型电动机起动时易造成保护的误动作；若要躲过起动电流，则要求整定值必须大，此时将不能保护。