1、负荷计算（移变选择）：

             （4-1）

∑PN--具有相同需用系数Kde的一组用电设备额定功率之和，kW。

综采工作面用电设备的需用系数Kde可按下式计算

          （4-2）

式中  Pmax--最大一台电动机额定功率，kW；

--一组用电设备的加权平均功率因数

2、高压电缆选择：

（1）向一台移动变电站供电时，取变电站一次侧额定电流，即

 （4-13）

式中  —移动变电站额定容量，kV•A；

—移动变电站一次侧额定电压，V；

—移动变电站一次侧额定电流，A。

（2）向两台移动变电站供电时，最大长时负荷电流为两台移动变电站一次侧额定电流之和，即

 （4-14）

（3）向3台及以上移动变电站供电时，最大长时负荷电流为

 （4-15）

式中  —最大长时负荷电流，A；

—由移动变电站供电的各用电设备额定容量总和，kW；

—移动变电站一次侧额定电压，V；

—变压器的变比；

、ηwm—加权平均功率因数和加权平均效率。

（4）对向单台或两台高压电动机供电的电缆，一般取电动机的额定电流之和；对向一个采区供电的电缆，应取采区最大电流；而对并列运行的电缆线路，则应按一路故障情况加以考虑。

3、 低压电缆主芯线截面的选择

1）按长时最大工作电流选择电缆主截面

（1）流过电缆的实际工作电流计算

① 支线。所谓支线是指1条电缆控制1台电动机。流过电缆的长时最大工作电流即为电动机的额定电流。

 （4-19）

式中  —长时最大工作电流，A；

—电动机的额定电流，A；

—电动机的额定电压，V；

—电动机的额定功率，kW；

—电动机功率因数；

—电动机的额定效率。

② 干线。干线是指控制2台及以上电动机的总电缆。

向2台电动机供电时，长时最大工作电流，取2台电动机额定电流之和，即

 （4-20）

向三台及以上电动机供电的电缆，长时最大工作电流，用下式计算

 （4-21）

式中  —干线电缆长时最大工作电流，A；

—由干线所带电动机额定功率之和，kW；

—额定电压，V；

—需用系数；

—加权平均功率因数。

（2）电缆主截面的选择

选择要求 ≥ （4-22）

4、短路电流计算

① 电源系统的电抗

 （4-75）

式中  —电源系统电抗，Ω；

 —平均电压，V（6kV系统平均电压为6.3kV）；

 —稳态三相短路电流，A；

 —井下变电所母线短路容量，MV·A（用式4-75计算时单位应一致）。

② 6kV电缆线路的阻抗

 （4-76）

式中  —电缆线路单位长度的电抗值，6kV~10kV电缆线路=0.08Ω/km；

 —自井下变电所至综采工作面移动变电站，流过高压短路电流的沿途各串联电缆的总长度，km。

（5）短路回路的总阻抗

 （4-77）

（6）三相短路电流

 （4-78）

（7）两相短路电流

 （4-79）

4、过流整定

1. 高压配电装置中过流继电器的整定

目前使用的矿用隔爆高压真空配电箱继电保护装置大多数采用电子保护装置，部分新产品采用微电脑控制及保护，其保护功能有过流保护（短路保护、过载保护）、漏电保护、过电压和欠电压保护等。下面就电子保护装置的过电流保护整定计算方法做一讨论。

1）保护一台移动变电站

（1）短路（瞬时过流）保护继电器动作电流

移动变电站内部及低压侧出线端发生短路故障时，应由高压配电箱来切除。因此，动作电流应按躲过变电站低压侧尖峰负荷电流来整定，即动作电流为

  （4-85）

式中  —瞬时过流继电器动作电流，A；（短路保护，即速断）；

 可靠性系数;

 —变压器的变压比；

 —高压配电箱电流互感器变流比；

 —起动电流最大的一台或几台电动机同时起动，电动机的额定起动电流，A；

 —其余电气设备额定电流之和，A。

调整继电器过流保护整定装置，使动作电流大于等于其计算值。

灵敏系数（灵敏度）校验

  (4-86)

式中  —保护装置的灵敏度；

 —移动变电站二次侧出口处最小两相短路电流，A；

 —变压器组别系数，对于Y,y接线的变压器，=1；对于Y,d接线变压器=。其他参数意义同上。

（2）过载保护整定电流

隔爆型高压配电箱过载保护装置的动作电流，按移动变电站一次侧额定电流来整定，即

 （4-87）

式中 —移动变电站额定容量，kVA；

 —移动变电站一次侧额定电压，kV。

2）保护几台移动变电站

一台高压配电箱控制一条高压电缆，而这条高压电缆又同时控制几台移动变电站，构成带有分支负荷干线式供电方式，综采工作面供电系统一般采用这种供电方式。

（1）短路保护装置动作电流整定 

短路保护装置动作电流整定仍按式（4-85）计算，灵敏度按式（4-86）校验。应注意，灵敏度校验中，为保护范围末端的最小两相短路电流，该保护范围末端是指最远一台移动变电站二次出口处最小两相短路电流。

（2）过载保护整定电流

高压配电箱过载保护装置的动作电流按线路最大工作电流来整定。

  （4-88）

式中  —线路的最大工作电流（即为最大负荷电流Ica），A；

  （4-）

 -由该高压电缆所控制的移动变电站额定容量总和，kV•A；

 -高压额定电压，V；

2．移动变电站过流保护装置整定计算

目前煤矿井下使用的国产移动变电站结构形式有两种：①高压负荷开关、干式变压器、低压馈电开关组成移动变电站。在低压馈电开关中装有半导体脱扣器，作为过流保护装置。JJ30检漏继电器作为漏电保护装置。高压负荷开关中无过流保护装置；②高压真空断路器、干式变压器、低压保护箱组成移动变电站。在高压开关箱中装有过流保护装置，在低压开关箱中装有过流保护和漏电保护装置。

1）移动变电站高压开关箱中过流保护装置的整定

（1）短路保护的整定

移动变电站内部及低压侧出线端发生短路故障时，应由移动变电站高压断路器来切除。移动变电站短路保护装置的动作电流，应躲过低压侧尖峰负荷电流，即按式（4-85）整定，按式（4-86）校验。应注意，灵敏度校验中，为保护范围末端的最小两相短路电流，该保护范围末端是指最远一台磁力起动器，动力电缆入口处最小两相短路电流。

（2）过载保护整定

移动变电站过载保护的整定电流，取移电站一次侧额定电流，即按式（4-87）计算。

2）移动变电站低压保护箱中过流保护装置的整定

（1）短路保护整定

按式（4-91）计算整定值，按式（4-92）校验灵敏度。

（2）过载保护整定

移动变电站低压保护箱中，过载保护的整定电流取所控制电动机额定电流之和乘以需用系数。即

 （4-90）

式中  —所有电动机额定电流之和，A；

 —需用系数，由具体负荷确定。

3）移动变电站低压馈电开关过流保护装置的整定

（1）移动变电站低压馈电开关短路保护的整定

按式（4-91）计算整定值，按式（4-92）校验灵敏度。

（2）过载保护的整定

过载保护的整定电流，取所控制电动机额定电流之和乘以需用系数，即按式（4-90）计算。

3. 井下低压系统过流保护装置整定（包括过电流脱扣器）

1）低压馈电开关过流保护装置的整定

（1）变压器二次侧总馈电开关或干线的配电开关中过电流继电器动作电流

 （4-91）

式中 —过流保护装置的动作电流，A；

 —被保护网络中最大一台电动机的起动电流，A；

 —被保护网络中除最大容量的一台电动机外，其余电动机额定电流之和，A。

保护装置的灵敏系数要求

  （4-92）

式中  —被保护网络末端最小两相短路电流，A。

（2）对于新型系列DZKD或DWKB30型馈电开关，装有电子脱扣装置，即过载长延时过流保护、短路短延时（0.2~0.4s）过流保护和短路速断保护。

过载长延时过流保护的整定范围：（0.4~1.0）（是开关的额定电流A），具有反时限特性；

短路短延时过流保护的整定范围：（3~10）；

短路速断保护的整定范围：8或20。

过载长延时保护的动作电流整定倍数：

  （4-93）

式中  —过载长延时保护动作电流倍数；

—需用系；

 —被控制的所有电动机额定电流之和，A；

短路短延时保护的动作电流整定倍数： 

   （4-94）

   （4-95）

式中  -短路短延时动作电流计算值，A；

灵敏系数要求

  （4-96） 

2）对于采用电子保护装置的新型磁力起动器过电流保护装置的整定 

采用电子保护装置的磁力起动器，生产厂家不同，保护装置各异。如QCKB30系列磁力起动器采用JLB-300型电子保护装置；QJZ-300/1140型磁力起动器，装有5块电子控制保护插件；BQD-300/1140型磁力起动器，采用ABD8型电子保护装置；QJZ-200/1140型磁力起动器采用JDB型电机综合保护装置；个别新产品采用微机控制保护等等。虽然保护装置类型不同，但是过流保护整定的要求相同，即

（1）过载保护的整定电流要求略大于长时最大负荷电流。或者说，略小于所控制电动机的额定电流，即

≤ （取接近值）  （4-97）

式中  —过载整定电流，A；

 —电动机额定电流，A。

这样整定的理由是，生产机械所配套的电动机并非按电动机的满负荷设计，电动机的功率略大于生产机械的功率。

（2）过电流速断保护的整定电流：

 ＞  （4-98）

式中  —速断保护的整定电流，A；

 —电动机的额定起动电流，A；对鼠笼电动机，一般=（4~7）；

速断整定电流倍数要求为过载保护的8倍或10倍，一般电子保护装置由硬件电路的设计来保证。即

= 8或1 （4-99）

速断保护灵敏系数要求：

≥1 （4-100）

3）过热继电器整定

（1）过热继电器的动作电流整定。过热继电器的动作电流应略大于被保护电机的负荷电流。

（2）过热-过流继电器动作电流的整定。过热组件的动作电流整定与过热继电器相同，过电流组件的动作电流的整定同速断保护。

4）熔断器熔件的选择

（1）保护1台鼠笼型异步电动机，熔件的额定电流应躲过电动机的起动电流，即

  （4-101）

式中  —熔体的额定电流，A；

 —电动机的额定起动电流，A；

 —当电动机起动时，熔体不熔化的系数，取值范围1.8~2.5。在正常起动条件下，轻载起动，取2.5，经常起动或重负荷起动，取1.8~2。

由于熔体材料或电流大小的不同，熔断器的保护特生曲线不完全相同，因此，在考虑轻载起动时间为6~10s，重载起动时间为15~20s的前题下，有关资料提出对不同型号的熔断器，采取不同的系数，见表4-17，以供使用时参考。

表4-17 熔体不熔化系数

  （4-102）

式中  —干线电缆供电的最大电动机额定起动电流，A；

 —其余电动机额定电流之和，A。

 —熔体不熔化系数；

（3）保护电钻变压器，熔体额定电流为

   （4-103）

式中  —变压器的变压比；

（4）保护照明变压器，熔体的额定电流

   （4-104）

式中  —照明灯额定电流之和，A。

（5）熔体额定电流与熔断器额定电流的选择

根据熔件额定电流计算值，选取熔体的额定电流，要求 

≈  （4-105）

根据选定的，确定熔断器的额定电流，再根据与熔断器的额定电流去校核起动器的型号是否合适。

（6）灵敏系数校验

≥4或7 （4-106）

式中  —被保护线路末端或电动机进线端子上的最小两相短路电流，A；

 或7—灵敏系数，对于660V电网，＞100A时取4，≤100A时取7；对于127V电网取4。

如果是保护照明变压器或电钻变压器时，灵敏系数要求

   ≥4 （4-107）

式中  —变压器二次侧出线端二相短路电流，A；

 —变压器变比；

  —Y,d接线变压器，二次侧两相短路电流换算到一次侧的系数。

（7）熔断器极限分断能力的校验  

熔断器的极限分断电流值见表4-18，必须满足

   ≥  （4-108）

式中  —保护范围首端的三相短路电流，A。

表4-18  熔断器的极限分断能力

相间短路保护整定计算原则

第一讲   线路保护整定计算

1）三个电压等级各选一条线路进行线路保护整定

    2）110千伏线路最大负荷电流可根据给定条件计算，35和10千伏线路可按300安计算。

第一节     10千伏线路保护的整定计算

原则：

电流保护具有简单、可靠、经济的优点。对35千伏及以下电网，通常采用

三段式电流保护加重合闸的保护方式，对复杂网络或电压等级较高网络，很难满足选择性、灵敏性以及速动性的要求。

整定计算：

对10千伏线路通常采用三段式电流保护即可满足要求，实际使用时可以根据需要采用两段也可以采用三段保护。

根据保护整定计算原则：

电流速断，按照躲过本线路的末端短路最大三相短路电流整定

Iset1= krelIkmax/nTA

本式要求 一次、二次的动作电流都需要计算。

注意问题：1）归算至10千伏母线侧的综合阻抗

2）计算最大三相短路电流，

3）计算最小两相短路电流，校核保护范围

4）选择线路适当长度（选一条）计算

5）动作时限0秒。

限时电流速断，与相邻线路一段配合整定。由于现在的10千伏线路一般都是放射形线路，没有相邻线路，可不设本段保护

过电流保护，即电流保护第III段，按照躲过本线路的最大负荷电流整定

式中 Krel——可靠系数，一般采用1.15—1.25；

     Kss——自起动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定；

     Kre——电流继电器的返回系数,一般取0.85。

校核末端短路的灵敏度。

动作时限   由于不需要与相邻线路配合，可取0.5秒。防止配变故障时保护的误动作。

目前采用微机型保护，都配有带低电压闭锁的电流保护，以及线路重合闸。

第二节     35千伏线路保护的整定计算

原则：

对35千伏电网，通常采用三段式电流保护加重合闸的保护方式可以满足要求，但对于复杂网络、环形网络，很难满足要求。

对35千伏线路，有时可能有相邻线路，因此需要三段式保护，如果是只有相邻变压器，则限时电流速断保护应按照躲过变压器低压侧短路整定，时间则取0.5秒，但应校核本线路末端短路的灵敏度。

电流速断，按照躲过本线路的末端短路最大三相短路电流整定

Iset1= krelIkmax/nTA

本式要求 一次、二次的动作电流都需要计算。

注意问题：1）归算至35千伏母线侧的综合阻抗

2）计算最大三相短路电流，

3）计算最小两相短路电流，校核保护范围

4）选择线路适当长度（选一条）计算

5）动作时限0秒。

限时电流速断，与相邻线路一段配合整定。

Iset1= krelIn1/nTA

如果没有相邻线路，按照躲开线路末端变压器低压侧短路整定，如果没有相邻变压器参数，可设置一个5000千伏安的主变，查其参数，计算短路电流。注意电流归算到对应侧。

Iset1= krelInT/nTA

校验：对电流二段，应保证本线路末端短路的灵敏度

如果满足灵敏度要求，动作时限可取0.5秒

过电流保护，即电流保护第III段，按照躲过本线路的最大负荷电流整定

式中 Krel——可靠系数，一般采用1.15—1.25；

     Kss——自起动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定；

     Kre——电流继电器的返回系数,一般取0.85。

校核末端短路的灵敏度，以及相邻元件短路的灵敏度（变压器低压侧）

动作时限   由于不需要与相邻线路或元件的后备保护配合，可根据相邻元件的时间取1.0-1.5秒。目前采用微机型保护，都配有带低电压闭锁的电流保护，以及线路重合闸。

第三节     相间短路距离保护的整定计算原则

一、距离保护的基本概念

电流保护具有简单、可靠、经济的优点。其缺点是对复杂电网，很难满足选择性、灵敏性、快速性的要求，因此在复杂网络中需要性能更加完善的保护装置。距离保护反映故障点到保护安装处的距离而动作，由于它同时反应故障后电流的升高和电压的降低而动作，因此其性能比电流保护更加完善。它基本上不受系统运行方式变化的影响。

距离保护是反应故障点到保护安装处的距离，并且根据故障距离的远近确定动作时间的一种保护装置，当短路点距离保护安装处较近时，保护动作时间较短；当短路点距离保护安装处较远时，保护动作时间较长。

保护动作时间随短路点位置变化的关系t=f(Lk)称为保护的时限特性。与电流保护一样，目前距离保护广泛采用三段式的阶梯时限特性。距离I段为无延时的速动段；II段为带有固定短延时的速动段，III段作为后备保护，其时限需与相邻下级线路的II段或III段配合。

二、整定计算原则

图4-1  距离保护整定计算说明

以下以图4-1为例说明距离保护的整定计算原则

（1）距离I段的整定

距离保护I段为无延时的速动段，只反应本线路的故障。整定阻抗应躲过本线路末端短路时的测量阻抗，考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，须引入可靠系数Krel，对断路器2处的距离保护I段定值

                            （4-1）

式中  LA-B ——被保护线路的长度；

z1  ——被保护线路单位长度的正序阻抗，Ω/km；

KIrel ——可靠系数，由于距离保护属于欠量保护，所以可靠系数取0.8～0.85。

（2）距离II段的整定

距离保护I段只能保护线路全长的80%～85%，与电流保护一样，需设置II段保护。整定阻抗应与相邻线路或变压器保护I段配合。

1）分支系数对测量阻抗的影响

当相邻保护之间有分支电路时，保护安装处测量阻抗将随分支电流的变化而变化，

因此应考虑分支系数对测量阻抗的影响，如图线路B-C上k点短路时，断路器2处的距离保护测量阻抗为

      （4-2）

                （4-3）

                   （4-4）

式中  、——母线A、B测量电压；

      ZA-B ——线路A-B的正序阻抗；

Zk  ——短路点到保护安装处线路的正序阻抗；

Kb——分支系数。

    对如图所示网络，显然Kb＞1，此时测量阻抗Zm2大于短路点到保护安装处之间的线路阻抗ZA-B+Zk，这种使测量阻抗变大的分支称为助增分支，I3称为助增电流。若为外汲电流的情况，则Kb＜1，使得相应测量阻抗减小。

2）整定阻抗的计算

相邻线路距离保护I段保护范围末端短路时，保护2处的测量阻抗为

                （4-5）

按照选择性要求，此时保护不应动作，考虑到运行方式的变化影响，分支系数应取最小值，引入可靠系数，距离II段的整定阻抗为

                         （4-6）

式中   ——可靠系数，与相邻线路配合时取0.80～0.85。

若与相邻变压器配合，整定计算公式为

                  （4-7）

式中可靠系数取0.70～0.75，为相邻变压器阻抗。

距离II段的整定阻抗应分别按照上述两种情况进行计算，取其中的较小者作为整定阻抗。

3）灵敏度的校验

距离保护II段应能保护线路的全长，并有足够的灵敏度，要求灵敏系数应满足                        （4-8）

如果灵敏度不满足要求，则距离保护II段应与相邻元件的保护II段相配合，以提

高保护动作灵敏度。

4）动作时限的整定

    距离II段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间高出一个时间级差Δt，动作时限整定为

                           （4-9）

式中  ——与本保护配合的相邻元件保护I段或II段最大动作时间。

（3）距离保护III段的整定

1）距离III段的整定阻抗

①与相邻下级线路距离保护II或III段配合

                     （4-10）

式中——与本保护配合的相邻元件保护II段或III段整定阻抗。

②与相邻下级线路或变压器的电流、电压保护配合

                      （4-11）

式中  ——相邻元件电流、电压保护的最小保护范围对应的阻抗值。

③躲过正常运行时的最小负荷阻抗

当线路上负荷最大（IL.max）且母线电压最低（UL.min）时，负荷阻抗最小，其值为

                  （4-12）

式中  UN——母线额定电压。

与过电流保护相同，由于距离III段的动作范围大，需要考虑电动机自启动时保护的返回问题，采用全阻抗继电器时，整定阻抗为

                      （4-13）

式中   Krel——可靠系数，一般取1.2～1.25；

Kss——电动机自启动系数，取1.5～2.5；

Kre——阻抗测量元件的返回系数，取1.15～1.25。

若采用全阻抗继电器保护的灵敏度不能满足要求，可以采用方向阻抗继电器，考虑到方向阻抗继电器的动作阻抗随阻抗角变化，整定阻抗计算如下：

                      （4-14）          

式中 ——整定阻抗的阻抗角；——负荷阻抗的阻抗角。

按上述三个原则计算，取其中较小者为距离保护III段的整定阻抗。

2）灵敏度的校验

距离III段既作为本线路保护I、II段的近后备，又作为相邻下级设备的远后备保护，并满足灵敏度的要求。

作为本线路近后备保护时，按本线路末端短路校验，计算公式如下：

                                                   （4-15）

作为相邻元件或设备的近后备保护时，按相邻元件末端短路校验，计算公式如下：

              （4-16）

式中  Kb.max——分支系数最大值；

      Znext——相邻设备（线路、变压器等）的阻抗。

3）动作时间的整定

距离III段的动作时限，应比与之配合的相邻元件保护动作时间（相邻II段或III

段）高出一个时间级差Δt，动作时限整定为

                           （4-17）

式中  ——与本保护配合的相邻元件保护II段或III段最大动作时间。

1整定花园站出线距离保护，任选一条110千伏，如图整定长度为11千米的线路，等值如下：

考虑分支系数影响，计算与相邻保护配合的二段定值。

2．选1条35千伏线路，按线路变压器组整定（末端变压器容量按线路负荷的1.5倍选取），确定保护方案。

3．选一条10千伏线路。按终端线路考虑，不考虑与相邻线路配合，配置电流速断和过电流保护.

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