赵春凤

（山西兰花大宁发电有限公司，山西晋城 048000）

矿山开采是一项危险的工作，在矿山开采过程中，出现的明火燃烧、坍塌等事故都会威胁到工作人员的人身安全。矿山矿井内部的安全防护，很大一部分都依赖电力驱动。所以，想要确保供电系统的安全性，需要加强工作过程的安全性保护。所以，提升供电系统可靠性，做好继电保护，是当前矿山安全供电的前提条件。

1 矿山供电安全可靠性强化的意义

第一，矿山供电系统维护运行费用属于开采矿山的一笔重要的开支，供电安全可靠性是一项繁琐而长期性的工程，但是相比后续的维修费用以及人员成本，其本身的耗费很低。切实有效地提升矿山供电安全可靠性，不仅可以降低电力系统维修的费用开支，同时也可以降低电力系统维修成本的耗费，降低工作人员的劳动强度。第二，通过矿山供电安全可靠性，可以了解线路与设备的实际运行情况，从而更好地管理矿山的日常工作。所以需要在供电系统安全性举措之中找到薄弱环节，针对性地进行调整，这样才可以满足安全生产工作的运行。本文作者就继电保护这一块进行分析[1]。

2 矿山供电系统中继电保护配合问题

矿山供电系统直接影响煤矿的日常运行，属于煤矿的命脉所在，如果供电系统运行不安全，可靠性较低，会给人员以及设备带来危害。所以，针对矿山供电系统，需要做好相应的监控与保护，才可以满足系统可靠性与稳定性的要求。其中，在矿山供电系统安全与稳定方面，继电保护是核心。但是目前，矿山供电系统中的继电保护配置与整定还有一定的问题没有解决。

目前，在矿山的井下供电系统中，一般会选择6kV和10 kV的高压电压，但是整定的继电保护原则却有所缺失：如线路偏短，但是负荷较大，供电线路偏多，这些问题都会对供电系统继电保护整定的原则加以约束，导致其无法与电力行业的原则一致。所以，想要拥有自己的特点，就需要考虑井下实际情况。另外，矿山电源进线保护已经对整定值与动作时间产生限定，供电系统作为下一级系统，需要确保其匹配到上一级，但是传统的方式无法实现这个要求，并且还会影响其本身的可靠性。所以，需要由一套满足稳定运行要求的继电保护装置才能够满足矿山生产的实际需求[2]。

3 矿山继电保护优化配合方案

本文作者通过井下线路保护、变压器保护以及采区变电所反时限电流保护3个方面对矿山的优化配合方案进行分析。

3.1 井下线路的保护

3.1.1 定时限过流保护

定时的限过流保护整定原则，就是在最大负荷电流基础上，将定时过流值直接避开，其灵敏度高于1.5，在进行校验分析的时候，主要是通过线路末端两相短路电流来实现。考虑到阶梯时限，就可以满足整定方面的处理。

3.1.2 限时速断保护

矿山井下高压供电系统本身存在特殊性，由于其高压电网是电缆线路直接构成的，各个线路距离都小于1 km，这样就使得母线短路电流差值不大，所以，纵向选择无法依靠工作电流差来保护，但是在配合上也可以选择延时时限来进行，利用0.3 s的短延时，就能符合要求，也能满足纵向需求。所以，确定动作电流整定值，还需要合理的进行阐述。

第一，整定动作电流值，需要考虑到末端最小两相短路电流以及灵敏系统。

动作电流值躲过线路的最大负荷电流：

式中：Kco为1.3～1.5。

3.1.3 瞬时速断保护

如6 kV的馈出开关，其本身为三段的保护模式，就可以利用线路末端的三相短路电流来对动作电流值进行验证和分析，进而实现对三相短路电流的躲过。假设存在两相短路，其保护范围能够囊括线路的20%，这样就可以保护好剩余的60%的线路[3]。

瞬时速断的设定，一般需要基于三相短路电流的躲过来实现，如采区的变电所、井下中央变电所的进线开关和馈出开关，虽然电缆线路很短，但是在最小的运行方式下，其两端短路保护范围直接为0，不过穷限时速断的保护灵敏度较高，并且时限很短，这样就能在短时间内直接切除故障。所以，将顺势速断保护投入开关之中，就可以提升供电的可靠性，但是对于灵敏度的要求并不高。

3.2 变压器的保护

3.2.1 变压器主保护

在变压器的主保护之中主要包含比率差动保护和差动速断保护，具体如图1所示。图中，Id为动作电流，Ir为制动电流，Kb1为比率差动制动系数，Icdqd为差动电流起动值，Ie为变压器额定电流[4]。

实际上，差动的速断保护器本身为差动电流过电力继电器的反应，其本身是针对严重故障过程中保护好快速动作跳闸，一般来说，其出口的动作时间不会超出15 ms。

图1 变电器主保护整定曲线

3.2.2 变压器后备保护

第一，符合电压闭锁过流保护原理。一旦出现三相短路故障，当不存在负序电压的情况下，就不会出发负序电流继电器。当1FTJ1处于闭合状态，所以降低三相电压，低压继电器保持继续的工作，这样就会直接闭合1YJ1（其中1YJ表示的低电压继电器，1FYJ表示的负序过电压继电器）。当直接闭合之后，在发生故障的同时，也能让三相电流继电器开始动作，这样就会启动出口继电器BCJ，进而保护出口跳闸。在变压器过流保护之中，通过符合电压闭锁元件的使用，就可以整定其动作电流。当动作电流处于相对较小值的时候，就能够提升其灵敏度[5]。

第二，由于电流的整定值较少，并且上下级的变压器线路本身就很短。无论出现哪一方面的线路故障，都会直接启动电流与案件，但是本身欠缺选择性，并且无论是低电压元件，还是负序电压元件，其本身都属于启动的元件，所以本身并不存在多大的整定值。一旦面临故障，会直接启动电流元件，进而引发保护误动。在使用复压闭锁的时候，需要对低电压定值和负序电压定值进行重新的整定。这一刻，电压主要是对故障加以判断，基于对线路的保护处理，可以直接针对性地进行整定，并且还会存在一定的保护范围，直接转化成为电流启动电压的模式。但是，考虑到电压等级以及线路长短的问题。当故障出现在6kV一段母线和二段母线井下的线路末端，这样就会出现后备的保护拒动，甚至还可能烧坏。基于灵敏性和可靠性的保护，尽量不要使用复压闭锁元件[6]。

3.3 采区变电所反时限电流保护

图2所示为反时限继电器特性曲线，通过瞬时动作电流、启动电流以及反时限特征曲线来对反时限的特性进行表达。其反时限过电流保护在采区的变电所装设，其动作特征方程如下：

当启动电流比通过继电器的电流大，则不会有动作出现在继电器之中。如果继电器流过的电流比瞬时动作电流大，那么反时限继电器可以基于动作的时间。如果包含在电流的范围值之中，在电流继电器出发启动之后，触点的延时闭合的时间和电流的比值之间存在一定的关联度。K为时间设定的系数，K值不同的时候，会有不同的动作曲线存在，当K值越小，气动作的实际时间也会逐渐的减少[7]。

图2 特性曲线

逐级的配合各个保护工作时限，如此才可以满足保护之间的动作选择性。基于下述的设定，可以保护各个线路保护装置动作的选择性[8]。

如，各个启动电流按照躲过最大负荷电流的原则来加以整定，其计算从距离电源最远的保护开始，Iop.1属于整定值，t1为动作时间，如此可以将点a1确定。一旦点k1有故障，受到Ik1.max电流作用，可以让继电器本身固有的时间tb整定成为保护1的时限，进而确定好点b。具体见图2中的曲线1，通过a1和b两点，按照上述的两个条件即可确定[9]。

4 结语

总而言之，对于矿山这一环境而言，供电系统是非常关键的，因为供电环境的复杂性，再加上矿井下的特殊之处，无法保障供电系统的可靠性和安全性。所以，希望通过文中的分析，可以确保矿山供电系统的安全性。