保护煤矿高压电网继电保护装置运行整定规程新

煤矿高压电网继电保护装置运行整定规程

中国矿业大学

二〇一二年十月

目录

目录.............. .. .... .. ..... . ..... . ..... . ..... .. ..... . ......... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... .... . . . .I

前言.............. .. .... .. ..... . ..... . ..... . ..... .. ..... . ......... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... . . . . . .III

1.总则......... ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ..... .. ..... . .. ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... .. . . . . . . . . . . . . . .1

1.1.概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2.继电保护运行整定的基本原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1 1 1 继电保护的可靠性 . 11 1 2 继电保护整定的灵敏性 . 21 1 3 继电保护整定的速动性 . 21 14 继电保护整定的选择性 . 21 1 5 一般规定 3

2.线路保护... . ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ..... .. ........ ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.3.保护配置原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1 1 6 110 kV线路保护配置原则 41 1 7 35kV线路保护配置原则 51 1 8 6/10 kV线路保护配置原则 6

1.4.多级串供单电源线路阶段式电流保护整定配合原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1 1 9 一般原则 61 1 10 35 kV线路保护整定配合原则 71 1 11 6/10 kV线路保护整定配合原则 7

1.5.保护整定方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

1 1 12 相间距离保护 81 1 13 接地距离保护 181 1 14 纵联差动保护 241 1 15 阶段式电流保护 251 1 16 零序电流保护 351 1 17 单相接地保护 43

3.变压器保护.. . ..... . ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ... ...... ...... ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

1.6.保护配置原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

1.7.保护整定方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

1 1 18 变压器主保护整定方法 481 1 19 变压器后备保护整定方法 50

4.发电机保护.. . ..... . ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ... ...... ...... ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

1.8.保护配置原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

1.9.保护整定方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

1 1 20 发电机纵联差动保护 551 1 21 发电机单元件横差保护 571 1 22 发电机定子接地保护 581 1 23 发电机失磁保护 58

5.并联电容器保护... . ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ... ...... ...... ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ...... .. . . . . .61

1.10.保护配置原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

1.11.保护整定方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

1 1 24 电容器延时电流速断保护 621 1 25 电容器过电流保护 621 1 26 电容器定时限过电压保护 621 1 27 电容器低电压保护 621 1 28 单星形接线电容器组的开口三角电压保护分立电容器 621 1 29 单星形接线电容器组的开口三角电压保护密集型电容器 631 1 30 单星形接线电容器组电压差动保护 641 1 31 双星型接线电容器组的中性点不平衡电流保护 64

6.电动机保护.. . ..... . ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ... ...... ...... ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

1.12.保护配置原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

1.13.保护整定方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

1 1 32 电动机差动保护 661 1 33 电动机电流速断保护 671 1 34 电动机过流保护 671 1 35 电动机过负荷保护 681 1 36 电动机负序电流保护 681 1 37 电动机单相接地保护 681 1 38 电动机低电压保护 68参考资料.... ..... . ..... .. ..... . ..... . ..... . ..... .. ..... . .. ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... . . . . . . . . . . . . . .69

附录.............. .. .... .. ..... . ..... . ..... . ..... .. ..... . ......... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... ...... ....... ...... ...... . . . . .69

前言

煤矿电网供电线路长度短、 串供级数多、系统运行方式差异大、系统短路容量大和整定方法不合理等原因造成煤矿电网短路越级跳闸现象时常发生增大了故障停电范围严重影响煤矿井下安全高效生产更甚至危及井下工作人员生命安全 因此合理进行继电保护配置整定 防止大面积停电减少越级跳闸次数保证煤矿安全供电十分重要。

现有规范《煤矿井下供电的三大保护细则》适用于煤矿井下1200V及以下线路若该整定方法应用于煤矿6/10 kV、 35 kV和110 kV线路则整定值偏小保证灵敏性牺牲选择性短路越级跳闸情况严重若按照电力行业标准《3110 kV电网继电保护装置运行整定规程》整定则保证选择性牺牲灵敏性不适用于煤矿电网。 因此 为了填补煤矿高压电网继电保护装置运行整定的空缺应结合现场经验编制一套行之有效的继电保护配置整定规程合理调整煤矿电网继电保护选择性与灵敏性的平衡提高煤矿安全供电水平。

本标准由中国矿业大学高压智能电器研究所提出。

本标准主要起草单位 中国矿业大学。

本标准主要起草人刘建华、王崇林、董新伟、李晓波、李国欣、梁睿、马草原、张栋梁。

1.总则

1.1.概述

本规程是3110 kV煤矿供电系统继电保护配置、运行整定的具体规定。

1.2.继电保护运行整定的基本原则

煤矿电网的继电保护应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。继电保护应能满足电网的稳定运行要求但若继电保护对某些运行方式无法同时满足“四性”的要求时则应限制此类运行方式。为保证继电保护尽量满足“四性”要求应安排合理的运行方式。

继电保护的整定应满足选择性、灵敏性和速动性的要求如果由于煤矿电网运行方式、装置性能、保护配置等原因不能兼顾选择性、灵敏性和速动性的要求则应在整定时保证基本的灵敏系数要求 同时按照如下原则合理取舍

1)下一级电网服从上一级电网

2)保护电力设备的安全

3)保证煤矿一级负荷供电

4)牺牲选择性确保灵敏性和速动性。

1.1.1. 继电保护的可靠性

继电保护的可靠性主要由保护装置的技术性能和质量、继电保护的配置以及符合有关规程要求的运行维护和管理来保证。

1)任何电力设备电力线路、母线、变压器等都不允许无保护运行。运行中的电力设备一般应有分别作用于不同断路器且整定值有规定的灵敏系数的两套独立的保护装置作为主保护和后备保护 以确保电力设备的安全。

2)继电保护一般采用远后备原则。即在临近故障点的断路器或其继电保护拒动时能由电源侧上一级断路器处的继电保护动作切除故障。

3)如果变压器低压侧母线无母线差动保护 电源侧高压线路的继电保护整定值对该低压母线又无足够的灵敏系数时应按下述原则考虑保护问题。

如变压器高压侧的过电流保护对该低压母线有规程规定的灵敏系数时则在

变压器的低压侧断路器与高压侧断路器上配置的过电流保护将成为该低压母

线的主保护及后备保护。在此种情况下要求这两套过流保护由不同的保护

装置或保护单元提供。

如变压器高压侧的过电流保护对该低压母线无灵敏系数时则在变压器的低

压侧断路器上应配置两套完全独立的过电流保护作为该低压母线的主保护及

后备保护。在此种情况下要求这两套过流保护接于电流互感器不同的绕组

经不同的直流熔断器供电并以不同时限作用于该低压侧断路器与高压侧断路

器或变压器各侧断路器 。

4)对中低压侧接有并网小电源的变压器如变压器小电源侧的过电流保护不能在变压器其他侧母线故障时可靠切除故障则应由小电源并网线的保护装置切除故障。

5)对于装有专用母线保护的母线还应有满足灵敏系数要求的线路或变压器的保护实现对母线的后备保护。

1.1.2.继电保护整定的灵敏性

灵敏性是指在设备或线路的被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一般以灵敏系数来描述。

1) 电力设备电源侧的继电保护整定值应对本设备故障有规定的灵敏系数对远后备方式继电保护最末一段整定值还应对相邻设备故障有规定的灵敏系数。对于无远后备保护的电力设备应酌情采取相应措施例如主保护和后备保护互相独立的配置等 。

2)对于110 kV电网线路考虑到在可能的高电阻接地故障情况下的动作灵敏系数要求其最末一段零序电流保护的电流定值不应大于300A 一次值 此时允许线路两侧零序保护相继动作切除故障。

3)在同一套保护装置中闭锁、起动和方向判别等辅助元件的灵敏系数应不低于所控的保护测量元件的灵敏系数。

1.1.3.继电保护整定的速动性

速动性是指保护装置应能尽快的切除短路故障其目的是提高系统稳定性减轻故障设备和线路的损坏程度。

1)下一级电压电网满足上一级电压电网提出的整定时间要求供电变压器过电流保护时间满足变压器绕组热稳定要求必要时 为保证设备和上一级电网安全、保煤矿一级负荷供电应在下一级电网适当的地方设置不配合点。

2)对于造成发电厂厂用母线或重要负荷母线电压低于额定电压的60%的故障或线路导线截面过小不允许延时切除故障时应快速切除故障。

3) 35 kV及以下供电线路保护动作时间的整定首先应考虑电力线路的热稳定安全其次才考虑选择性的要求

对于多级串供的单电源线路如由于保护逐级配合的原因 临近供电变压器出

口的线路保护动作时间过长不能保证输电线路的热稳定安全可采用前加速

保护方式快速跳闸 并用顺序重合闸保证选择性。

临近供电变压器出口的线路 宜设置动作时间不大于03秒延时的速断保护。

4)手动合闸或重合闸重合于故障线路应有速动保护快速切除故障。

5)综合考虑断路器跳闸断开时间整套保护动作返回时间 时间继电器的动作误差等因素在条件具备的地方保护的配合可以采用尽可能短的时间级差。

6)在单相接地故障转换为三相故障或在系统振荡过程中发生不接地的相间故障时可适当降低对保护装置速动性的要求但必须保证可靠切除故障。

1.1.4. 继电保护整定的选择性

选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障 以缩小故障波及范围。当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时 才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。

1) 为保证选择性对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件其灵敏系数及动作时间在一般情况下应相互配合。

2)遇如下情况允许适当牺牲部分选择性。

接入供电变压器的终端线路无论是一台或多台变压器并列运行包括多处T

接供电变压器或供电线路 都允许线路侧的速动段保护按躲开变压器其他母

线故障整定。需要时线路速动段保护可经一短时限动作。

对串联供电线路如果按逐级配合的原则将过分延长电源侧保护的动作时间则可将某些中间变电所按不配合点处理 以减少配合的级数缩短动作时间。

3)变压器电源侧过电流最末一段保护的整定原则上主要考虑为保护变压器安全的最后一级跳闸保护 同时兼作其他侧母线及出线故障的后备保护其动作时间及灵敏系数视情况可不作为一级保护参与选择配合但动作时间必须大于所有配出线后备保护的动作时间 包括变压器过流保护范围可能伸入的相邻和相隔线路 。

4)变压器外部故障时如各侧绕组相电流大于变压器热稳定电流 变压器过电流保护的动作时间不应超过2秒。

1.1.5. 一般规定

1)整定计算所需的发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线路、并联电抗器、串联补偿电容器的阻抗参数均应采用换算到额定频率的数值。下列参数应使用实测值三相三柱式变压器的零序阻抗

110 kV架空线路和电缆线路的阻抗

平行线之间的零序互感阻抗

其他对继电保护影响较大的有关参数。

2) 以下的假设条件对一般短路电流计算是许可的

忽略发电机、调相机、变压器、 110 kV架空线路和电缆线路等阻抗参数的电阻部分 35 kV及以下的架空线路和电缆 当电阻与电抗之比R/X03时 宜采用阻抗值  并假定旋转电机的负序电抗等于正序电抗 即X2

X1。

发电机及调相机的正序电抗可采用t0时的纵轴次暂态电抗Xd″的饱和值。发电机电势可以假定均等于l(标么值)且相位一致只有在计算线路全相振荡电流时 才考虑线路两侧发电机综合电势有一定的相角差。

不考虑短路电流的衰减。对利用机端电压励磁的发电机出口附近的故障应从动作时间上满足保护可靠动作的要求。

各级电压可以采用标称电压值或平均电压值而不考虑变压器分接头实际位置的变动。

不计线路电容电流和负荷电流的影响。

不计故障点的相间电阻和接地电阻。

不计短路暂态电流中的非周期分量。

对有针对性的专题分析和对某些装置特殊需要的计算时可以根据需要采用某

些更符合实际情况的参数和数据。

3)继电保护整定计算应以常见运行方式为依据。所谓常见运行方式是指正常运行方式和被保护设备相邻近的部分线路和元件检修的正常检修方式视具体情况检修的线路和元件数量不宜超过该接点线路和元件总数的1/2。对特殊运行方式可以依据当时实际情况临时处理。

4)计算保护定值时一般只考虑常见运行方式下一回线或一个元件发生金属性简单故障的情况。

2.线路保护

1.3.保护配置原则

电力网络中的线路应装设能够反应短路故障和异常运行的保护装置 并应有主保护和后备保护必要时可再增设辅助保护。主保护是满足系统稳定和设备安全要求能以最快速度有选择性的切除故障的保护后备保护是在主保护或断路器拒动时 用以切除故障的保护后备保护可分为远后备和近后备两种方式辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。

在确定继电保护和安全自动装置的选型和保护配置方案时应优先选用具有成熟运行经验的微机型装置。在重要设备的保护装置双重化配置的基础上应尽量强化主保护简化后备保护。

在制定保护配置方案时对罕见故障根据对电网影响程度和后果应采取相应措施使保护能按要求切除故障。对两种及以上故障同时出现的稀有情况仅保证切除故障。

1.1.6. 110 kV线路保护配置原则

110 kV电网为中性点直接接地系统应装设能够反应相间短路和接地短路的保护后备保护采用远后备方式。并列运行的平行线路 宜装设横联差动保护。电缆线路或电缆架空混合线路应装设过负荷保护保护宜动作于信号必要时可动作于跳闸。宜采用环网布置开环运行的方式。

(1) 相间短路故障

1)单侧电源线路可装设阶段式相间电流保护如灵敏度不能满足要求则应装设距离保护。

2)双侧电源线路 宜装设距离保护正常运行方式下保护安装处短路 电流速断保护的灵敏度在12以上时可装设电流速断保护作为辅助保护。

3)下列情况下应当装设全线速动的纵联差动保护

根据系统稳定要求有必要时

线路发生三相短路如使发电厂厂用母线电压低于允许值一般为60%额定电

压 且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时

如电力网的某些线路采用全线速动保护后不仅改善本线路保护性能而且能

够改善整个电网保护的性能。

多级串供的终端运行供电方式 为满足灵敏性、速动性和选择性的要求。

4)采用纵联差动保护作为线路的主保护必须带有后备保护可采用带延时的相间和接地Ⅱ 、 Ⅲ段保护作为线路主保护拒动时的后备保护。

5)对需要装设全线速动的电缆线路及架空短线路 宜采用光纤电流差动保护作为全线速动主保护。对中长线路有条件时宜采用光纤电流差动保护作为全线速动主保护。

(2) 接地短路故障

1) 宜装设阶段式或反时限零序电流保护。

2)可采用接地距离保护 并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。

3) 当接地电阻不大于100欧姆时保护应能可靠有选择地切除故障。

1.1.7. 35 kV线路保护配置原则

35kV电网为中性点非有效接地系统应装设能够反应相间短路和单相接地故障的保护。对可能时常出现过负荷的电缆线路应装设过负荷保护保护装置宜带时限动作于信号 当危及设备安全时可动作于跳闸。宜采用环网布置开环运行的方式。

(1)相间短路故障

1)单侧电源线路

可装设一段或两段式电流速断保护或电流闭锁电压速断作主保护 并应以带时限过电流保护作后备保护。

对于多级串供的单电源线路及分支线路如上述保护不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求时 宜装设全线速动的纵联差动保护作为主保护带时限的过电流保护为后备保护。若无法装设时速断保护可无选择地动作但应以自动重合闸来补救此时速断保护应躲开降压变压器低压母线的短路故障。

2)双侧电源线路

可装设带方向的电流电压保护如经核算在可能出现的不利运行方式和不利故障类型下均能与背侧线路保护配合也可不经方向元件控制 当采用电流电压保护不能满足选择性、灵敏性和速动性要求时可采用距离保护装置。

双侧电源中不超过34km的短线路 当采用电流电压保护不能满足要求时可采用纵联差动保护作主保护 并应以带方向或不带方向的电流电压保护作后备保护。

3)并列平行线路

平行线路宜分列运行 并以单回运行作为计算的运行方式。如必须并列运行时可装设横联差动保护作主保护 并应以接于两回线电流之和的阶段式保护或距离保护作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。配合有困难时可考虑装设分相电流差动保护作为主保护 以阶段式距离保护作为后备保护或装设有相继动作功能的阶段式距离保护作为主保护和后备保护。

4)环形网络

宜开环运行 并以开环方式作为计算的运行方式辅以重合闸和备用电源自动投入装置来增加供电可靠性。如必须环网运行 为了简化保护可采用故障时先将网络自动解列而后恢复的方法。