摘要：继电保护是供电系统的重要组成部分，当负荷发生故障时，它的任务就是第一时间切除故障支路，减小影响范围，保护系统其他支路的安全稳定运行。继电保护具有速动性、选择性、灵敏性、可靠性等特点。三段式电流保护的每一段各自有优点，但存在着保护范围和上下级配合等诸多问题，所以需要将它们组合在一起，总体构成一套电流保护，以满足速动性、选择性、灵敏性、可靠性的要求。对于煤矿而言，因瓦斯的存在，对供电的要求更高，且煤矿供电系统本身由于距离短且多为电缆供电，上下级之间区分不开，容易发生越级跳闸事故，扩大停电范围，严重威胁矿井的安全生产。本文主要结合煤矿的特殊性，在三段式电流保护的应用中进行了改进与优化，有效杜绝和减少了越级跳闸事故的发生，对矿井安全生产有着重要意义。
关键词：煤矿；继电保护；越级跳闸；上下级配合
一、三段式电流保护整定方案
1、无时限速断
为保证选择性，动作电流应躲过下一线路首端（或本线路末端）短路故障时流过的最大短路电流，称为无时限速断保护。
式中
——可靠系数，一般取1.2-1.3
——最大运行方式下被保护线路末端发生三相短路时，流过保护装置的最大短路电流
2、限时电流速断
为获得动作选择性，第二套电流速断保护必须带时限，以便和相邻线路I段电流速断保护相配合，通常所带时限只比瞬时电流速断保护大一个或两个时限级差
，称为限时电流速断保护，则有
（式2-1）
式中
——可靠系数，一般取1.1-1.2
——相邻下级保护装置的I段动作电流
如相邻母线上有多条出线，甚至还有变压器，同时还应与变压器的瞬时保护相配合，在整定时，可认为其保护范围延伸至变压器的低压母线。因此限时电流速断还应按下式整定
（式2-2）
其中，
为在最大运行方式下变压器低压侧发生三相短路故障时，流过保护装置的短路电流。应按式2-1、2-2所得到数值中的较大者作为保护1限时电流速断保护的动作电流值。
为了保护线路全长，限时电流速断保护必须在最小运行方式下，被保护线路末端发生两相短路时，具有足够的灵敏度。通常用灵敏系数系数
来表示，即
式中
——在最小运行方式下被保护线路末端发生两相短路时流经保护的电流。
为保证线路末端短路故障时，保护装置一定能够动作，规定灵敏度系数
≥1.5。
3、定时限过电流
限时电流速断虽能保护线路全长，但不能作为下一线路保护的后备，而定时限过电流保护还能起到相邻线路后备保护的作用。
为保证选择性，定时限过电流保护的动作时限应按阶梯原则选择，满足
，一般情况下，上一级保护n的时限与下一级保护（n+1）的时限，应按下式选择，即
从网络的最末一级开始，保护的动作时限向电源方向逐级增加至少一个
。
4、阶段式电流保护
三段式电流保护不一定三段全部投入，当系统运行方式变化很大，无时限电流速断实际保护范围太短或无保护范围时，可不投入；在线路变压器组接线中，无时限电流速断已能保护线路全长，则Ⅱ段也可以不投入；处在电网末端的输电线路，可能出现限时电流速断与过电流保护的动作时限相等的情况，此时，Ⅱ段亦不必投入。最终根据实际网络构成情况选择性投入保护。
二、煤矿供电概况和继电保护存在的问题
煤矿一般设有一座110kV或35kV工广变电所，电源来自不同的区域变电所，所内安装2台以上主变压器，能够满足负荷率的要求，采用单母线分段的供电方式，重要负荷采用双回路供电，矿井自上而下采用分列运行方式，井下中央变电所设在井底车场，变电所之间采用电缆供电。
继电保护存在的问题如下：
（1）上级区域变电所的限额和延时已给定，而通往井下的线路一直到采区，级数较多，因整定空间有限，级差拉不开，无法配合。
（2）上下级之间供电距离较短，普遍在1~2km，甚至更短，线路的首端和末端发生故障时的短路电流变化不大，导致过流Ⅰ段无法整定，过流Ⅱ段也不好取值。
（3）保护装置本身只具备两段式过流保护；设备新旧不一，机构老化，动作时间长，甚至不动作。
（4）教材、书籍上的整定方法比较理想化，实际现场供电方式、结构、装置有出入，没有针对性，尤其对应煤矿特殊的要求和环境。
三、整定示例及优化应用
1、以某矿举例，上级供电公司给定限额，要求煤矿工广变电所110kV母线上所有出线开关保护定值满足：
过流Ⅰ段：I≤1200安（一次值），t=0秒；
过流Ⅱ段：I≤500 安（一次值），t=2.5秒；
存在问题：过流Ⅰ段给定的限额为0秒，无法整定。
解决方案：通过与供电局协调沟通，了解到上级开关设定为三段式电流保护，过流Ⅰ段以煤矿进线侧整定（即线路末端最大三相短路电流计算），能够保护线路部分，不能保护全长；过流Ⅱ段伸入到煤矿110kV变电所主变，但不出变压器二次侧，保护线路全长及变压器部分，故要求煤矿110kV变电所过流Ⅰ段：I≤1200安，0秒，要求与之0.3秒的延时相配合；过流Ⅲ段2.5秒时间，配合上无问题。
鉴于目前微机保护的快速性，通过试验确定整组动作时间（含机构）均在70ms左右，个别老化开关在90ms，可以把延迟级差缩短到0.1s。故煤矿110kV进线开关过流Ⅰ段设定为：1441A，0.2s，同时要求上级供电公司调整定值为1.1倍。顾北矿110kV变电所110kV母线增设母差保护，主变通过本体非电量及高低后备保护，均实现快速动作，110kV进线保护仅作为后备，用于防止因矿内故障，造成跳上级变电所开关的越级情况发生。
2、中央变电所供往某采区变电所，电缆YJV22-3×185-1230m，线路末端最大三相短路电流8165A，按照过流Ⅰ段整定，无时限速断
，实际超过中央变电所10kV母线最大三相短路电流9966A，线路较短，1230m，线路首端和末端的短路电流区分不开，因无保护距离，故不整定，本线路保护通过过流Ⅱ段和过流Ⅲ段实现。
3、保护装置只具备两段式过流保护，作线路保护时，根据保护范围，可选择过流Ⅰ段和过流Ⅱ段组成保护，也可选择过流Ⅱ段和过流Ⅲ段组成保护，在保护对象（变压器、电动机）时，直接选择速断和过载组成保护。
例：以某一采区变电所带掘进工作面配电点这一支路为例，线路长度500m，带有2台630KVA移变，根据变压器的一次额定电流36.4A，计算出移变整定为短路300A/0秒，过载40A/反时限。下一步就是确定线路保护高防开关的整定值如何设定。根据负荷情况，过流Ⅰ段计算时，同时考虑相邻元件变压器，以移变二次侧最大三相短路电流作为计算值，
，能够保护线路全长，伸入到下级变压器，但未出变压器二次侧，时限为0秒，保证变压器二次侧及相邻低压短路不会越级跳闸，保证选择性。过流Ⅱ段计算时，按变压器二次侧最小两相短路时满足灵敏度系数整定，
，取0.2秒。能够与下级移变的短路保护相配合，正常情况下不动作，在下级移变短路保护拒动时，作为后备，与过流Ⅰ段一同组成了本级线路保护。如果两台移变容量不同，即短路电流不同，则计算过流Ⅰ段时，以最大一台的三相短路电流计算；计算过流Ⅱ段时，以最小一台的两相短路电流计算，但移变容量差距较大时，则考虑以最小一台的三相短路电流计算，以保障整体配合性。
四、结束语
由于煤矿的特殊性，通过结合实际，对整定过程中的阶段式电流保护进行优化，合理调整上下级配合，有效杜绝了越级跳闸事故的发生，为煤矿安全生产提供了重要保障。
参考文献：
【1】国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局. 煤矿安全规程. 煤矿工业出版社. 2016
【2】谷水清. 电力系统继电保护. 中国电力出版社. 2005
【3】电力系统继电保护原理（第四版）贺家李 等编 /2010-08-01 /中国电力出版社
论文作者:单杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
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