整定值的计算

一、问题的提出

1.1低压供电整定计算的原则

低压供电系统过流保护的整定工作基本按《煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则》的规定进行计算，并须确保满足要求。

1.1.1低压馈电开关过流保护装置的电流整定值计算

IZ=IQe+Kx∑Ie[1]

式中：IZ—过流保护装置的电流整定值；

IQe—容量最大的电动机的额定起动电流；

Kx—需用系数，取0.5~1；

∑Ie—其余电动机的额定电流之和。

1.1.2选择短路保护装置的整定电流计算：

Ue

Id =

2(∑R)2+(∑X)2 [2]

式中：Id—保护装置保护范围最远点的两相短路电流；

Ue—变压器二次侧的额定电压；

ΣR—短路回路内一相电阻值的总和；

ΣX—短路回路内一相电抗值的总和。

1.1.3保护装置动作可靠性的校验：

Id

IZ ≥1.5 [3]

1.2整定计算遇到的问题

随着采煤技术的发展及高产高效工作面增多，采煤机械设备的功率越来越大，如采煤机、刮板输送机及带式输送机的功率已达到了1000 kW以上，同时工作面的走向也达到1~2 km，给采掘工作面的供电设计带来了一定的难度。由于设备功率增加，起动电流IQe随着增大，过流保护整定电流值IZ相应增大，直接导致动作灵敏系数减小，短路保护装置不能可靠动作。同时，供电距离的增加，线路阻抗随之增加，据最小两相短路电流随之减小，也使动作灵敏系数减小，短路保护装置不能可靠动作。这在目前低压供电系统设计中是经常遇到的问题。

1.3传统的解决办法

一般均以通过增大最小两相短路电流来达到增加保护装置灵敏系数的目的。主要办法有：

1)加大干线或支线电缆截面，由于电缆截面增加，线路阻抗将减小，短路电流增大；

2)设法减少电缆长度，线路长度减少，线路阻抗同样随之减小，即短路电流增大；

3)更换大容量变压器或变压器并联的方法，增大短路电流；

4)增设分段保护开关，使保护范围缩短，相应的保护范围内最小短路电流就增大；

5)采用移动变电站供电，主要是减少低压供电电缆的长度，将高压尽可能地伸扩采区，增大保护范围内的最小短路电流。

对于大功率设备较多的综采工作面，现低压供电电缆截面已为95mm2，除采用并接电缆外，增加电缆截面的空间已经不多，而且有些综采工作面的干线电缆已经采用几路并联使用，非常不经济，使用维护更加困难，事故点较多。有些综采工作面地质条件差，巷道受压变形严重，为了避免移动变电站离工作面过近，巷道断面变小后移动困难，而将移动变电站及泵站放在距工作面较远的地方，虽采用了移动变电站供电，仍无法避免供电距离远的问题。

二、供电设计新思路

随着新技术、新设备的应用，采用减小整定值的方法可以提高动作系数。

2.1减小电机起动电流IQe

由式[1]看出，只要减小电机的起动电流IQe，便可以达到减小整定电流IZ的目的。

2.1.1采用各电机逐台起动

在由多台电机驱动工作机械上采用各电机逐台起动，该方法对采煤机、刮板输送机及带式输送机都适用。设想双电机驱动的刮板输送机，单台电机额定电流为Ie，直接起动电流为6倍，则该刮板输送机双电机同时起动电流达12倍Ie。当采用逐台起动时，最大起动电流为6Ie+Ie=7Ie，减少近一倍，若为多电机驱动的工作机械，则起动电流减少幅度将更大。

2.1.2采用双速电机

在刮板输送机上采用双速电机，可较大幅度地减小起动电流。双速电机使用低速绕组起动，高速绕组运行，低速绕组额定功率及电流约为高速绕组的0. 5倍，起动电流较小，起动后转入高速绕组，由于工作机械已经起动，转入高速后的起动电流较直接起动电流大为减小。

2.1.3采用各种软起动技术

在带式输送机上采用各种软起动技术。如液力型、液粘性软起动技术，辅助液压马达周转轮系统及电气软起动系统：如变频调速系统、可控硅控制开关磁阻系统等。特别是变频调速系统，在计算机的控制下，软起动时间任意可调，起动电流可降至额定电流的1~2倍，解决大功率设备起动电流过大的问题十分有效。

2.2选择最合适的整定值IZ

由于老式开关电子保护的短路整定是以开关的额定电流倍数来整定的，相邻两个档位之间间隔很大，往往选取低一档时，不能躲开最大起动电流，而选取高一档时，可靠性动作系数又偏小，只好采取采取增加一路电缆的办法，既不经济，又不便于维护。现新一代的开关广泛采用了单片机技术，其整定值几乎可以做到连续可调，这就为整定值IZ的选取提供了较大的空间，避免了旧式开关存在的这些问题。

2.3采用相敏保护技术

传统的馈电开关的短路保护，是依赖对电流信号取样，对于长距离供电线路，由于末端短路电流小，与大电机起动电流区分不开，故不好整定。而敏保护能区分短路电流和电机起动电流。原理是取样方式为电流和功率因素两个信号，即不仅仅依靠电流取信号，还要依靠功率因素，取样信号：

u =Icosθ [4]

式中：u—保护装置的取样信号；

I—电流信号；

cosθ—功率因素。

电机起动时电流虽大，但功率因数小，一般为0.2~0.5，而短路电流的功率因数很大，近似等于1，假如起动电流和短路电流一样大，由于功率因数大小不一样，经过相敏变换单元，总的起动电流信号将比短路电流信号小一半，可以分开，因而不会误动作跳闸。这种保护技术特别适合于长距离的掘进工作面。

三、结语

通过利用新设备本身具有的一些技术，在几乎不增加投入的情况下，能较好地解决采区低压供电设计中的难题，不仅为煤矿节约了成本，而且增加了供电系统的安全可靠性。