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煤矿电网继电保护整定软件的研究与开发

摘要：本文根据煤矿企业供电系统结构的特点与相关规程规定，以Delphi7为开发工具，利用第三方绘图控件TCAD与面向对象语言的特点，开发出具有实用价值的图形化的煤矿电网继电保护整定计算与管理系统。本软件可以通过友好的人机界面，实现一次系统图的绘制、煤矿电网的故障计算、高压电气设备的继电保护整定计算以及数据管理等功能，提高了继电保护整定计算与管理水平。 关键词：继电保护;煤矿电网;软件;拓扑分析 0、引言 我国的电力系统中利用软件进行电网继电保护整定计算早已经推广普及，并且取得了非常好的经济效益和社会效益。而煤矿电网由于重视不足及客观条件的限制，目前煤矿电气技术人员进行继电保护整定的手段比较落后，很多地方还是沿用传统的手工计算和整定。 煤矿电网大多以单端辐射状供电为主，高压短线路较多，负荷与供电结构需要经常地变动，同时煤矿生产的工作条件具有特殊性：主要负荷集中在井下，环境相对恶劣。所以煤矿企业的供电和电气设备与普通电力用户相比有其特殊地方，并且对继电保护有更高的要求[1]。 本文利用目前先进的软件编程技术Delphi7[2]，开发出具有实用价值的图形化的煤矿电网继电保护整定计算与管理系统，实现对供电系统中高压电气设备参数、继电保护配置、保护整定计算及继电保护定值单等进行管理。整个系统操作简单、方便、灵活，使保护整定技术人员的工作量降低到最小[3]。 1、煤矿电网供电结构与继电保护配置原则 1.1煤矿电网供电结构 《煤矿安全生产规程》中规定：每一矿井应有两回电源线路。当任一回进线发生故障停止供电，另一回进线应能担负整个煤矿的全部负荷。不仅是煤矿35kV或110kV变电所，其他井下各采区变电所等，也是采用一回路运行，另一回路带电备用方式，确保煤矿生产过程中供电的连续性、可靠性。 煤矿电网正常运行方式下，整体上是辐射状结构。从细节上看它结合了电力系统中的输电网与配电网两者的特点，现将煤矿电网供电结构的特征总结如下： 1)煤矿电网供电结构在正常运行方式下为辐射状类似于配电网，但传输线路上并无T型分支线路，同时也不存在像10kV配网中的线路分段开关，其又具有输电网的特点。 2)地面供电部分个电压等级之间距离短，供电距离都在几千米。而下井线路相同电压等级下供电分级较多，其中央变电所以下部分每一级之间供电距离大都很短，供电距离大都为数百米。 1.2煤矿电网继电保护的配置原则 煤矿电网的继电保护配置，应当满足可靠性、选择性、灵敏性及速动性四项基本要求[4]。 1)电保护的可靠性是指保护该动作是动作，不该动作时不动作。为保证可靠性应该选择最简单的保护方式。 2)电保护的选择性是指由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器失灵时，才有相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。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。 3)电保护的灵敏性是指设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。由于煤矿电网的特殊工作环境，煤矿电网地面供电部分保护的灵敏度可以适度的降低用以提高可靠性。 4)电保护的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，缩小故障波及范围。 “四性”也是煤矿电网继电保护的基本要求，但是同电力行业不同的是，在这四个基本要求中，煤矿电网对继电保护的可靠性要求高于电力行业，但是在灵敏性速动性方面的要求却低于电力行业，这是煤炭行业的特殊性决定的。因此在必要的时候牺牲灵敏性提高可靠性是符合煤矿电网继电保护要求的。 2、煤矿供电系统拓扑分析 煤矿电网结构拓扑分析[5，6，7]与电力系统中电网拓扑分析有相似之处，但是也有所不同： 电力系统中节点数目多且运行方式比较复杂，其拓扑结构的变更大都是通过开关设备的开闭而发生的，同时由于电力系统分析实时性要求较高，这样拓扑分析程序要跟踪开关的状态快速的形成网路的拓扑结构;煤矿电网的规模与节点数远小于电力系统中的电网，且运行方式单一，其拓扑结构的改变大都是由于负荷设备的变更引起的，比如采区变电所变压器的转移或是由于采面的搬迁引起整个采区变电所的变更，再者煤矿电网对整定软件的实时性要求不高。 根据以上的分析并结合煤矿电网供电结构，由于煤矿电网中所有的开关都存在于各个变电所中，且接线都比较简单，基本上为单母线分段，因此拓扑分析的第一步可以搜索各变电所中所有闭合的开关设备确定母线与支路的连接关系，最后通过电气岛分析把所有的母线与支路划分成不同的电气岛。 2.1母线分析 进行供电网络的母线分析之前，己经通过绘图软件进行了原始的拓扑分析，建立了节点与开关之间的连接关系。在各变电所内应用广度优先搜索