矿井变电所增容后短路电流的论述

矿井变电所增容后短路电流的论述

王俊峰

山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司机电科山西晋城048400

摘要：本文介绍了改扩建矿井变电所增容改造后无限大容量供电系统井下高压接地电容电流的产生和短路电流的类型、危害，结合唐安煤矿主变运行方式和系统供电方案，介绍了井下集中变电所6KV母线短路电流和短路容量的计算，并对井下高压真空配电装置的断流容量和分断能力进行校验，提出了限制短路电流的措施。

关键词：变电所增容；接地电容电流；无限大电源容量；短路电流计算和断路容量校验

一、概述

当前随着现代化高产高效大型矿井及特大型矿井建设规模的不断扩大，系统的变压器容量也在不断增大。电力系统在运行中由于多种原因难免出现故障而使系统的正常运行遭到破坏，其中危害最大的是短路事故。在煤矿变压器中性点不接地系统或不直接接地系统又称IT系统中（在不直接接地系统变压器中性点经消弧线圈接地，其作用主要限制井下电缆接地电容电流，这是因为随着矿井采掘面的不断延伸，电网其他线路接地时，故障线路将流过对地电容电流，接地电容电流可按下式计算：

Ic=U(lk+35lL)/350A

式中U——电网额定线电压，Kv;

lk——架空线路的长度，Km;

lL——电缆线路的长度，Km;

由上式可知接地电容电流的大小由线路的长度和电网的线电压决定。如果矿井规模和井田面积很大，其接地电容电流将达到几十安培，《煤矿安全规程》第457条规定：矿井高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流不超过20A。消弧线圈即电感线圈，由电工学可知电感电路中电压与电流是同频率正弦量，且电压超前电流90度相位角；电容电路中电压与电流是同频率正弦量，且电流超前电压90度相位角；在R、L、C串联电路中，如果XL=XC,即UL=UC，φ=0时，则电压与电流同相，在这种电路中，虽然存在电感和电容，但整个电路呈电阻性电路，根据这一原理，利用消弧线圈可以对接地电容电流进行补偿，达到安规允许范围内。以唐安矿为例即使矿井后期建设中该矿接地电容电流远低于20A，因此主变压器中性点采取了不接地系统）

短路分为两相短路和三相短路。在大容量的电力网络中，短路电流往往很大，需要选用重型电气设备才能满足动稳定性和热稳定性的要求。重型电气设备比较昂贵，投资很大。为此，必须采取限制短路电流措施。

对于煤矿供电系统，目前唐安煤矿三集中变电所使用BGP9L-6G高压隔爆配电装置的额定断流容量一般在100MVA，当井下中央变电所母线上的计算短路容量超过100MVA时，就必须采取限流措施。这是因为当开关电器的额定断流容量大于其所在电路的最大短路容量时，开关电器才能可靠地切除短路故障。否则，故障不能切除，并有可能使故障扩大，影响到系统安全运行。

二、短路容量的计算

工矿企业供电系统内的短路，大多属于无限大电源容量系统的短路，对无限大电源容量系统短路电流的计算方法常用相对值法（标么值）。所谓无限大容量系统，是指电力系统的电源容量无穷大，该系统中，无论电流有多大，其电源电压恒定不变，既内阻抗为0，事实上无限大容量的电源是不存在的。但是，当短路点跟电源的电气距离足够远时，短路回路阻抗较之电源的内阻抗大得多，此时尽管该点短路后电流增大，但电源电压变化甚微，因而认为电源电压为恒定值，此时该电力系统即可看作是无限大电源容量系统。

下面以唐安煤矿为例，计算该矿三盘区集中变电所母线上的短路容量：

选择基准容量Sj=100MVA,基准电压Uj=6.3Kv,

基准电流：Ij=Sj/√3*Uj=100/1.732*6.3=9.165KA

（1）电源系统的相对基准电抗

X0*j=Sj/SX=100/∞（∝0）

（2）高压架空线路的电抗基准相对值：

X1*j=X0L*(Sj/U2P1)=0.4*4*(100/372)=0.116Ω

（3）变压器的电抗基准相对值：

X2*j=Ud％*(Sj/Sbe)=(7.5/100)*(100/8)=0.937Ω

（4）6千伏下井电缆（MYJV22—3*1852500m）电抗基准相对值：

X3*j=X0L*（Sda/U2da）=0.08*2.5*(100/6.32)=0.503Ω

（5）短路回路总基准电抗相对值为：

X∑*j=X0*j+X1*j+X2*j+X3*j

=0+0.116Ω+0.937Ω+0.503Ω=1.556Ω

下井电缆电阻:R=0.116*2500*0.001=0.29Ω

阻抗Z=根号下√X∑*j2+R=√1.5562+0.292=1.582

计算三盘区集中变电所母线三相短路容量：

Sd=Sj/X∑*j=100/1.582=63.2MVA

计算三盘区集中变电所母线三相短路电流：

I(3)d=Ij/X∑*j=9.165KA/1.582=5793A

根据计算结果可知该矿使用的BGP9L-6G高压真空配电装置的额定断流容量100MVA>63.2MVA（该矿三盘区集中变电所母线三相短路容量），因此不需要采取限制短路电流的措施。

三、限制短路电流的措施

1、合理调整供电系统的运行方式，如使并列运行的变压器分列运行等；（并列运行的变压器短路回路总电抗减少）

2、在电路中串联限流电抗器。在煤矿供电系统中，限流电抗器通常串联在6KV下井线路的配出线上。（串联电抗器后短路回路总电抗加大）

四、结语

在大容量的电力网络中，短路电流往往很大，特别是现代化特大型矿井建设规模的不断扩大，井下集中变电所（中央变电所）母线上的短路容量已经达到100—200MVA，按短路条件需要选用重型配电设备才能满足断流容量，重型电气设备比较昂贵，投资很大，目前我国井下高压真空配电装置最大断流容量（PBG-6/630A）已达到150MVA。当开关电器的额定断流容量大于其所在电路的最大短路容量时，开关电器才能可靠地切除短路故障。为此，必须计算井下集中变电所（中央变电所）母线上的短路电流和短路容量，当母线上的短路容量超出配电设备额定断流容量时必须采取限制短路电流措施。