徐加瑞 陳 磊 范秀峰

（內(nèi)蒙古福城礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299）

1 引言

煤礦供電屬于一類供電，煤礦供電的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性尤為重要。許多煤礦供電因繼電保護(hù)整定不當(dāng)，出現(xiàn)供電保護(hù)裝置拒動、誤動及越級跳閘等故障。在煤礦高、低壓供電系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)中出現(xiàn)最多的就是短路及漏電故障。產(chǎn)生漏電、短路情況的原因有多種，例如元件老化損壞、氣象條件惡化、人員違規(guī)操作、電纜損傷、鳥獸跨接在裸露的載流部分等。漏電和短路會造成大面積停電事故，甚至威脅礦井及人員安全生產(chǎn)。為確保礦井在使用過程中出現(xiàn)拒動、誤動及越級跳閘等故障，供電正確安全，從而設(shè)計(jì)基于EXCEL 軟件煤礦供電計(jì)算公式程序設(shè)計(jì)[1-2]。

2 標(biāo)幺值計(jì)算方法與短路電流計(jì)算步驟

2.1 標(biāo)幺值概念

將電壓、電流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用標(biāo)幺值表示。

標(biāo)幺值是短路電流中的概念，計(jì)算時(shí)選定一個基準(zhǔn)容量（Sj）和一個基準(zhǔn)電壓（Uj），將短路計(jì)算中所有的計(jì)算參數(shù)都轉(zhuǎn)化為與其參數(shù)有關(guān)的基準(zhǔn)量的比值。

相對基準(zhǔn)量的比值：

式中：Sj為標(biāo)準(zhǔn)容量；Skd為實(shí)際容量；Uj為基準(zhǔn)電壓；Ud為實(shí)際電壓；X×s為基準(zhǔn)量的比值，標(biāo)幺值。

2.2 采用標(biāo)幺值的優(yōu)點(diǎn)

（1）易于比較電力系統(tǒng)中各元件的特性和參數(shù)；（2）易于判斷電氣設(shè)備的特征和參數(shù)的優(yōu)劣；（3）可以使計(jì)算量大大簡化。

2.3 短路電流計(jì)算步驟

（1）確定計(jì)算條件，畫計(jì)算電路圖；

（2）確定運(yùn)行方式，系統(tǒng)中投入的發(fā)電、輸電、變電、用電設(shè)備的多少以及它們之間的連接情況；

（3）畫等值電路，計(jì)算參數(shù)，如圖1。

圖1 等值電路圖

（4）網(wǎng)絡(luò)化簡，分別求出短路點(diǎn)至各等值電源點(diǎn)之間的總電抗，如圖2。

圖2 電源阻抗圖

3 標(biāo)幺值計(jì)算方法與短路電流計(jì)算步驟

福成礦業(yè)有限公司礦井北翼工業(yè)場地內(nèi)現(xiàn)有箱式35/10 kV 變電站一座，由35 kV 箱體、10 kV 箱體、SVG 及接地變箱體、低壓配電箱體、控制值班室箱體以及室外主變組成，其二回35 kV 電源以LGJ-185/14.35 km 共塔架空線路引自上海廟110 kV 變電站不同段35 kV 母線。礦井北翼35/10 kV箱變，35 kV 接線為單母線分兩段，10 kV 接線為單母線分兩段，主變SZ11-12500/35 兩臺，兩臺主變同時(shí)運(yùn)行。已知上海廟35 kV 母線最小短路容量為195.5 MVA，上海廟35 kV 母線最大短路容量為262.5 MVA。

3.1 基準(zhǔn)值的選擇

取基準(zhǔn)容量Sj=100 MVA，基準(zhǔn)電壓Uj1=37 kV，Uj2=10.5 kV。

基準(zhǔn)電流為：

基準(zhǔn)電抗：

式中：Sj為基準(zhǔn)容量；Uj為基準(zhǔn)電壓；Ij為基準(zhǔn)電流；Xj為基準(zhǔn)電抗。

3.2 電源（35 kV）電抗標(biāo)幺值

根據(jù)最小短路容量計(jì)算得上海廟110 kV 變電站最小運(yùn)行方式下的短路阻抗為0.511 51。

根據(jù)標(biāo)幺值計(jì)算原理：

架空線（LGJ-185-14.35 km）的基準(zhǔn)電抗為：

10 kV 開關(guān)柜至+850 中央配電所電纜的基準(zhǔn)電抗為：

10 kV 開關(guān)柜至+520 中央配電所電纜的基準(zhǔn)電抗為：

式中：X×x為線纜電抗；L為線纜長度；Sj為基準(zhǔn)容量；Uj為基準(zhǔn)電壓。

3.3 短路電流、沖擊電流有效值及短路容量計(jì)算

在最小運(yùn)行方式下對短路電流、沖擊電流有效值及短路容量進(jìn)行計(jì)算（最小運(yùn)行方式，選取一個短路地點(diǎn)）。

假如降壓站35 kV 母線（d1）點(diǎn)發(fā)生短路：

則d1地點(diǎn)的基準(zhǔn)短路阻抗為：

其d1點(diǎn)基準(zhǔn)短路電流為：

其他地點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 最大最小運(yùn)行方式下各地點(diǎn)的短路電流值

4 基于EXCEL 軟件煤礦供電計(jì)算公式程序設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)的容量S=∞，系統(tǒng)的內(nèi)阻抗Z0（R0,x0）無限大。電力系統(tǒng)的特點(diǎn)： 外電路電流變動時(shí)，其端口電壓不變。若系統(tǒng)阻抗不超過短路回路總阻抗的15%，則系統(tǒng)看作“無限大系統(tǒng)”計(jì)算中，將配電網(wǎng)中的系統(tǒng)母線看作無限大容量系統(tǒng)。

等值電源內(nèi)阻抗 ZG Z G 1 // Z G 2 // Z G 3。

電力系統(tǒng)短路公式為：

式中：X×x為線纜電抗；L為線纜長度；Sj為基準(zhǔn)容量；Uj為基準(zhǔn)電壓；Sd為實(shí)際容量；Ud為實(shí)際電壓。

4.2 基于EXCEL 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

基于EXCEL 軟件煤礦供電計(jì)算公式程序設(shè)計(jì)計(jì)算見表2。

表2 基于EXCEL 程序下最小運(yùn)行方式下計(jì)算

因礦井大型設(shè)備配電所位置及電纜長度恒定，其電纜的額定標(biāo)幺值阻抗為定值。上述表格填寫后，其各個地點(diǎn)的短路容量及短路電流自動生成，其結(jié)果準(zhǔn)確，過程簡單方便快捷，需要修改時(shí)，只是在參數(shù)上進(jìn)行修改，過程簡單。

5 結(jié) 語

繼電保護(hù)工作在煤礦生產(chǎn)工作中擔(dān)負(fù)著重要地位和作用，采用基于EXCEL 軟件煤礦供電計(jì)算公式程序設(shè)計(jì)后，能夠使得煤礦繼電保護(hù)人員從繁重復(fù)雜的工作中解脫出來，提高工作效率，避免人工計(jì)算失誤。

基于EXCEL 繼電保護(hù)整定計(jì)算和短路電流計(jì)算程序設(shè)計(jì)簡化了數(shù)據(jù)維護(hù)的工作，自動計(jì)算過程，計(jì)算后的數(shù)值自動生成，將自動捋定短路整定計(jì)算單發(fā)布，提高了煤礦機(jī)電人員的技術(shù)水平與工作效率，避免煤礦供電保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動、誤動及越級跳閘等現(xiàn)象，確保煤礦供電安全。