中国矿大版-矿山电工课件-第三章_矿井三大保护分析

矿山电工学出版社高等学校“十一五”规划教材主编：唐轶主讲：上页下页目录目录第一章12第二章3第三章4第四章5第五章上页下页目录第三章井下电网三大保护井下电网的过电流保护、漏电保护和保护接地是保证煤矿井下电网安全供电三大必不可少的保护,人们已习惯称之为”煤矿井下电网三大保护上页下页目录第一节继电保护基础一、继电保护的任务(1)发生故障时应自动地、迅速地借助断路器将故障部分从供电系统中切除，以减轻故障的危害，防止事故蔓延。(2)当设备出现不正常运行状态时，根据运行维护条件(如有无经常值班人员)确定保护是作用于信号还是跳间。上页下页目录第一节继电保护基础二、继电保护的组成及工作原理上页下页目录第一节继电保护基础三、对继电保护的基本要求作用于跳闸的继电保护，在技术上有四个基本要求即：快速性、可靠性、选择性、灵敏性。1．快速性快速切除故障可以减轻故障的危害程度，加速系统电压的恢复，为电动机自起动创造条件等。故障切除时间等于继电保护动作时间与断路器跳闸时间(包括熄弧时间)之和。对于反应不正常运行状态的保护，一般无需要求迅速，而应按照选择性条件，带延时发出信号。上页下页目录第一节继电保护基础2．可靠性保护装置的可靠性是指切断故障的可靠程度,或能分离故障的概率，提高保护装置自身工作的可靠性和增加后备保护是提高继电保护可靠性的两个主要途径。如图3-2所示，当短路时，若断路器因本身失灵或保护拒动而不能跳开，此时断路器的保护应使跳闸，这种作用称为远后备保护。1QF2QF3QF4QF5QF7QF6QFABCD1K2K3K上页下页目录第一节继电保护基础4．灵敏性是指保护装置对保护范围内故障的反应能力，通常用灵敏系数来衡量。在进行继电保护整定计算时，常用到最大运行方式和最小运行方式。所谓的最大运行方式和最小运行方式是指在同一点发生同一类型短路，流过某一保护装置的电流达到最大值和最小值的运行方式。opcarelIIKmin上页下页目录第一节继电保护基础以上四项是对继电保护的基本要求，是选择设计继电保护的依据。根据以上分析可以看出，四个基本要求是互相联系而有时又互相矛盾的，故在选用、设计保护装置时，应从全局出发，统一考虑。由于煤矿井下供电的特殊性，在其保护中首先考虑的是快速性和可靠性，然后再考虑选择性和灵敏性。上页下页目录第一节继电保护基础四、继电保护的发展简史五、互感器互感器，是一种特殊变压器，它包括电压互感器和电流互感器。互感器的功能主要有四点。上页下页目录第一节继电保护基础(1)将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准值，通常额定二次电压为100V，额定二次电流为5A。可使测量仪表和保护装置标准化，以及二次设备的绝缘水平可按低电压设计，使结构轻巧，价格便宜。(2)所有二次设备可用低电压、小电流的控制电缆连接，使屏内布线简单、安装方便。同时，便于集中管理，可实现远方控制和测量。(3)二次回路不受一次回路的限制，可采用星形、三角形等接法，因而接线灵活方便。同时，对二次设备进行维护、调换及调整试验时不需要中断一次系统的运行，仅适当地改变二次接线即可实现。(4)使二次没备和工作人员与高电压部分隔离，且互感器二次侧一端必须接地，以防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一次侧高压窜入二次侧，从而保证了设备和人身安全。上页下页目录第一节继电保护基础（一）、电流互感器1、电流互感器的接线方式三相星形接线和两相星形接线上页下页目录第一节继电保护基础2、电流互感器的使用注意事项①在连接时，一定要注意电流互感器的极性。否则二次侧所接仪表，继电器中流过的电流，就不是预想的电流，影响正确测量，甚至引起事故。②电流互感器的二次线圈及外壳均应接地，接地线不应松动，断开或发热。其目的是防止电流互感一、二次线圈绝缘击穿时，高压传到二次侧，损坏设备或危及人身的安全。③电流互感器二次回路不准开路或接熔断器。如开路将危及人身安全及损坏设备。④电流互感器套管应清洁，没有碎裂、闪络痕迹。电流互感器内部没有放电和其它噪声。上页下页目录第一节继电保护基础（二）、电压互感器1、电压互感器的接线方式电压互感器在三相电路中的几种常见接线方案如图3-5所示上页下页目录第一节继电保护基础上页下页目录第一节继电保护基础(a)一个单相电压互感器的接线(b)两个电压互感器接成V/V型(c)三个单相电压互感器接成Y0/Y0型(d)三个单相三绕组或一个三相五柱三绕组电压互感器接成Y0/Y0/Δ型。上页下页目录第一节继电保护基础2、电压互感器运行中应注意事项①电压互感器在运行时，二次侧不能短路，熔断器应完好。在正常运行时，其二次电流很小近似开路，所以二次线圈导线截面小，当流过短路电流时，将会烧毁设备。②)电压互感器：二次线圈的一端及外壳应接地，以防止一次侧高电压窜入二次侧，危及人身和仪表等设备的安全。接地线不应有松动、断开或发热现象。③电压互感器在接线时，应注意一、二次线圈接线端子上的极性。以保证测量的准确性。④电压互感器套管应清洁，没有碎裂或闪络痕迹；油位指示应正常，没有渗漏油现象；内部无异常声响。如有不正常现象，应退出运行，进行检修。上页下页目录第二节井下电网过流保护凡是流过电气设备或线路的电流，如果超过其额定值或允许值，都叫做过电流。引起过电流的原因很多，如短路、过负荷、电动机单相运转(断相)等。长时间的过电流运行，将导致电气设备与井下电缆的迅速损坏，甚至引发严重的安全事故。为此，对于电气设备和供电线路都必须设置相应的过流保护，以便能及时地切断故障处的电源，防止事态的恶化。上页下页目录第二节井下电网过流保护《煤矿安全规程》第421条规定：“井下高压电动机、动力变压器的高压侧，应有短路、过负荷和欠电压释放保护。井下由中央变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路和过负荷保护装置，或至少装短路保护装置。低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护及远方控制装置。”上页下页目录第二节井下电网过流保护一、JDB电子式保护装置1、组成及主要技术数据图3-6JDB-120、225A型电动机综合保护器原理框图上页下页目录第二节井下电网过流保护2、工作原理上页下页目录第二节井下电网过流保护(1)直流稳压电源。(2)电压形成。(3)过负荷保护。(4)短路保护。(5)断相保护。(6)漏电闭锁。上页下页目录第二节井下电网过流保护三、井下过流保护整定计算由于煤矿井下环境恶劣,有爆炸性混合物存在,电气故障有可能引发严重的次生灾害,对于煤矿井下电网的过流(短路)保护在确保快速性的条件下兼顾选择性。井下各级(纵向)过流保护均为瞬动，没有延时，故有时很难保证纵向的选择性。有些情况下，靠拉大上、下级保护装量动作电流差距的办法可以获得部分选择性。上页下页目录第二节井下电网过流保护1.井下低压系统过流保护整定（1)过电流继电器的整定计算装有电磁型过电流继电器的DW系列自动开关与QC系列的磁力起动器是按以下方法来整定的(均为速断)。①保护支线。保护装置的动作电流(整定电流)应躲开电动机的启动电流——继电器的整定电流，A；——电动机的启动电流，A。.opqbstII.opqbIstI上页下页目录第二节井下电网过流保护②保护干线。保护装置的动作电流应躲开最大一台电动机的启动电流与除最大一台电动机外，其余用电设备的额定电流之和.——被保护网路中最大一台电动机的启动电流，A；——被保护网路中除最大一台电动机外，其余用电设备额定电流之和，A。..maxopqbstNIII.maxstINI上页下页目录第二节井下电网过流保护③按下列公式校验过电流继电器的灵敏度——被保护网路末端最小两相短路电流值，A。(2).1.5ksopqbIKI(2)kI上页下页目录第二节井下电网过流保护如保护装置不能满足灵敏度的要求，可用以下措施进行补救：A、增大电缆截面以减少线路阻抗，增大短路电流值。B、缩短电缆长度，把供电变压器移近用电设备。C、改用较大容量的变压器。上页下页目录第二节井下电网过流保护（2)电子保护器的过流值的整定①馈电开关中电子短路保护可按过流继电器有关要求进行整定和灵敏度校验。其整定范围为(3～10)IN；其过载长延时保护整定值按实际电流整定，其整定范围为(0.4～1)IN，IN为馈电开关额定电流。②磁力起动器中电子保护器的过流整定值按下式选择：.opOLNII上页下页目录第二节井下电网过流保护电动机运行中电流超过值时，即视为过载，电子保护器延时动作；当运行中电流达到值的8倍及以上时，即视为短路，电子保护器瞬时动作。故电子保护器短路保护动作电流整定值为OLopI.OLopI...8opqbopOLII上页下页目录第二节井下电网过流保护③灵敏度校验：式中——电子保护器短路保护动作值；1.2——保护装置的灵敏系数，如不能满足上式的要求，则应采取电磁继电器达不到灵敏度要求所采取的相关措施。(2).1.28kopOLIIOLopI.8上页下页目录第二节井下电网过流保护2．井下高压系统过流保护整定在井下高压配电装置中，由于保护均采用两相两继电器不完全星形接法，流过继电器的电流等于电流互感器二次侧电流，即接线系数为1，所以在整定公式中不再出现接线系数符号。高压系统与低压系统相比由于是采用的电流互感器的二次电流作为整定值，因此与低压相比在整定计算中增加了一个电流互感器的比例系数。上页下页目录第二节井下电网过流保护（1）高压电动机保护①利用瞬时过电流继电器的保护。动作电流按躲过电动机额定启动电流来整定，即（3-8）式中——瞬时过流继电器动作电流，A（速断）；——电动机的额定启动电流，A。——可靠性系数；——电流互感器变流比；.1.2~1.4opqbstiIIKqbopI.stI4.1~2.1iK上页下页目录第二节井下电网过流保护灵敏度按下式校验：(2).2kSiopqbIKKI上页下页目录第二节井下电网过流保护若高压电动机启动时，在过电流继电器两端并联有分流器，则动作电流与灵敏度校验分别按下两式计算：——电动机额定电流，A；——分流器的分流比。..1.2opqbNMiIIK(2).2kSpiopqbIKKKI.NMIpK上页下页目录第二节井下电网过流保护②利用GL系列感应型过流继电器的保护。过负荷动作电流（感应机构）：..1.2opOLNMreiIIKK上页下页目录第二节井下电网过流保护式中——继电器返回系数，一般取0.85,对于GL-13～16型取0.8；动作时间按下式整定：（3-13）式中——继电器的动作时间，一般取10～15s；——电动机的启动时间，一般为3～6s。reKsttttstt上页下页目录第二节井下电网过流保护短路保护动作电流，按躲过电动机额定启动电流整定，即（3-14）动作电流整定倍数计算安下式进行：（3-15）灵敏度校验按式（3-9）进行。（3-9）.1.8~2opqbstiIIK..2~8opqbopOLInI(2).2kSiopqbIKKI上页下页目录第二节井下电网过流保护（2）高压电缆线路保护①利用瞬时过电流继电器的保护。动作电流按躲过线路最大工作电流来整定，即（3-16）式中——线路最大工作电流（即尖峰电流），A。灵敏度校验用下式进行：（3-17）式中——保护范围末端的最小两相短路电流，A。.max1.2opqbiIIK(2).1.5kSiopqbIKKImaxI(2)kI上页下页目录第二节井下电网过流保护②利用感应式过流继电器的保护。A、反时限过负荷保护。动作电流按躲过线路最大工作电流整定，即（3-18）相邻两段线路的保护时限配合，要求靠近电源端的线路保护时间应比下一级保护中的最大的保护动作时限大一个时限阶梯，即。灵敏度按下式校验：.max1.2opOLreiIIKKSt5.0(2).1.25kSiopOLIKKI上页下页目录第二节井下电网过流保护B、线路—变压器组速断保护。动作电流按躲过变压器二次侧出口处最大三相短路电流来整定，即（3-20）式中——变压器的变压比（降压倍数）；(3)..max1.2~1.4opqbkTiIIKKTK上页下页