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1、黑龙煤矿10kV高压电网单相接地电容电流计算方法的优化总第142期doi:10.3969/j.issn.10052798.2011.S1.027黑龙煤矿10kV高压电网单相接地电容电流计算方法的优化欧阳思华(潞安矿业集团公司设计处,山西长治046204)摘要:单相接地故障是影响煤矿高压电网安全供电的主要因素之一,当单相接地电容电流超过一定值时,必须对煤矿高压电网的单相接地电容电流进行准确的治理和补偿,因此,本文在分析煤矿高压电网电容电流理论准确计算基础上,提出了一种综合考虑电缆系数,天气系数及高压电器设备增值系数的改进的单相接地电容电流计算方法.最后,通过黑龙煤矿实例计算验证了该改进计算方法的
2、正确性.关键词:单相接地;对地电容电流;煤矿高压电网中图分类号:TM8文献标识码:B文章编号:10052798(2011)S10050-o4近年来,随着矿井井型的增大,井下用电设备的增多,煤矿机械化程度的提高,供电线路逐渐增加,煤矿高压电网的单相接地电容电流也在增大,给供电系统的正常运行带来一系列安全性和可靠性问题.随着接地电容电流的增大,降低了电缆的绝缘程度,易形成绝缘击穿从而发生两相或三相短路故障,当电网的接地电容电流增大到一定值后,接地故障点电弧便难以自熄,容易引起间隙电弧过电压.为减少煤矿安全事故发生的可能,必须对煤矿高压电网的单相接地电容电流进行准确的治理和补偿,因此准确计算煤矿供电
3、系统对地电容电流具有重要的现实意义.1电网单相接地电容电流的理论计算煤矿1OkV高压电网中性点不接地系统可以由图1模拟表示.图110kV中性点不接地模拟电网图中,小为电网各相相电势,cC为各线路每相对地分布电容,C.为电力系统中其它线路与设备的一相对地总电容,Ia=io+i+i2+3+i为电力系统单相接地电容电流.当配电网发生A相单相接地故障时故障点的接地电容电流由式ld=3toCUA计算,其中C=Co+c1+c2+c3+c4为配电网一相对地总电容值,E为电网的相电压,大小为10ooo/4.从而可见,在配电网中供电电缆长,电缆越粗,则电网的对地电容就越大,接地电流也越大.煤矿配电网中性点不接地
4、系统单相接地故障时,有如下的故障特征:流过所有非故障线路零序电流的方向相同,故障线路零序电流方向与非故障线路相反,且故障线路电流突变的幅值大于所有非故障相的幅值,其值为所有非故障相的幅值之和.2煤矿1OkV供电系统单相接地电容电流的实用精确计算通常情况下,煤矿高压电网中计算电缆和架空线路的电容电流,再加上电气设备的对地电容电流,作为电力系统总的单相接地电容电流.本文提出了一种综合考虑电缆参数,天气系数及高压电器增值系数的煤矿10kV高压电网对地电容电流的精确理论计算方法.该计算方法克服了原有公式选择电缆参数单一的缺点,根据不同电缆参数,天气因素及高压电器增值系数选用不同计算参数,有效提高了计算
5、结果的精度.2.1电缆对地电容电流在煤矿10kV高压电网中,发生单相接地故障时,电缆的电容电流计算如下:,.d:K?U?L(1)式中:K=(95+his)/(2200+6S);L为电缆的收稿日期:2011-0412作者简介:欧阳思华(1981一),女,湖南攸县人,助理工程师,从事煤矿电气设计工作.2011年6月欧阳思华:黑龙煤矿1OkV高压电网单相接地电容电流计算方法的优化第20卷增刊1长度,km;S为电缆芯线横截面积,mm;U为电缆线路的额定电压,kV;hi为电缆截面系数,见表1,如h150=3.3.表1截面系数h截面面积/mm截面系数355070951201501855.34.543.73
6、.33.33.32.2架空线路对地电容电流根据经验架空线路对地电容电流远小于电缆线路,煤矿10kV高压电网的架空线路均无架空地线,系统发生单相接地故障时,架空线路电容电流可由下式计算:,L.d=1.1x4.2UXLX10.(2)式中:为线路长度,km;U为架空线路额定线电压,kV.2.3电气设备对地电容电流由经验知10kV电气设备的单相接地电容电流约为架空线及电缆对地电容电流总和的0.18倍,从而可精确计算在分列运行状态下,以各段10kV母线为电源的相对独立的煤矿高压电网单相接地电容电流.计算如下:,d.6=K.(,L.d+,.d)(3)式中:.为相对独立的高压电网发生单相接地故障时的电容电流
7、;K为天气系数,阴雨天时=1.05,天气晴朗干燥时K,=1;为电力系统中所接高压电气设备的增值系数,在10kV高压电网中=1.18;IL.为该高压电网中所有带电运行的架空线路单相接地电容电流之和;Io.为该高压电网中所有带电运行的电缆路单相接地电容电流之和.3计算实例与结果验证以潞安集团黑龙煤矿为例验证改进计算方法的准确性,黑龙煤矿高压供电系统见图2.煤矿高压供电系统35kV地面变电站由两路的架空线路供电,截面120mm,长度5km,35kV侧采用全桥接线,两台型为SZ11一IO000kVA,35/10kV主变压器的低压侧中性点不接地,地面1OkV为单母线接线方式并由断路器分为两段.煤矿高压电
8、网地面35kV变电所的两段10kV母线上共引出3回185mm,0.9km下井电缆到井下中央变电所.井下共2座10kV采区变电所,均采用两回路供电.10kV电网单相接地电容电流的计算如下.3.1地面35kV变电所lOkV母线I段这里计算煤矿高压电网中生单相接地故障时,该段母线上的线路或设备的接地电容电流.3.1.110kV母线I段各类线路的基本参数1)架空线路:120mm2/5km根据经验架空线路对地电容电流远小于电缆线路,煤矿10kV高压电网的架空线路均无架空地线,系统发生单相接地故障时,架空线路电容电流可由下式计算:,I_.d=1.14.2UXL10(4)式中:为线路长度,km;U为架空线路
9、额定线电压,kV.代人(4)式得,L.=0.231A.2)电缆线路:地面10kV母线I段直属:185mm/0.9km,120mm/0.2km,70mm/0.4km,50mm/0.3km,50mm/0.3km,70mm/0.1km,50mm/2.5km,50mm/1.5km,70mm/0.4km,35mm/1km.主井提升机房配电室:185mm/0.05km2.压风机房配电室:185mm/0.05km4.井下中央变电所I段:150mm/0.7km.井下2号变I段:95mm/3.5km,95mm/1km,35mm/1.5km,95mm/2.4km,95mm/0.8km,50mm/0.05km2.3
10、.1.2母线I段各类线路总长度及单相接地电容电1)架空线路:在煤矿10kV高压电网中,发生单相接地故障时,电缆的电容电流计算如下:,L.d=1.1x4.2UL10.=0.231A.2)电缆线路:.d=K?U?L(5)式中:=(95+iJs)/(2200+6s);为电缆的长度,km;S为电缆芯线横截面积,mm;U为电缆线路的额定电压,kV;h为电缆截面系数.185mm电缆,总长度L=1.2km,K=0.2131,由公式(5)得:J.=K?U?L=2.5572A.150mm电缆:总长度L=0.7km,K=0.1903,c.d=KXUL=1.3321A.120mm电缆:总长度L=0.2km,K=0.
11、1682,.d=KXUXL=0.3364A.95mill电缆:总长度L=7.7km,K=0.1612,.d=KU=12.4124A.70mm电缆:总长度L=0.9km,K=0.1431,.d=KXUX=1.2879A.50mm电缆:总长度L=4.7km,K=0.1282,.d=KUXL=6.0254A.5】2011年6月欧阳思华:黑龙煤矿10kV高压电网单相接地电容电流计算方法的优化第20卷增刊135mm电缆:总长度L:2.5km,K=0.1164,d=KxUL=2.91A.LGJ一120toni25kmI段SZ1l一10000/3535325%/l0.5kv_<O_<OSZ1l1
12、0000/35353x2.5%/10.5kVLGJ一120mm5km段35mill2L=l0【】om120mm2潜水泵主提升机.20om70mill240b50mmL=30om50mllfl2办公生活机修车间压风机L=300nl副井券南风井北风并185mm2瀑井主受电所荭王圭銮垒逝/.=900m185m/i井下主变电所L1=2090m0mm2主提升机l20mm2土键丌咿Lzm压风机L=30070mrn2L=10om50mm210()oI50mn2I250050mnl2l500f70mm2L=斗UUm50mill2L=300m70mm/35mm2l0oom副井水源工程南风并北风井地面生产机修车间
13、地面生产潜水泵185mm2500ki带式输送机I段.1.8.5.m.m25.00kmL=50in带式输送机I段l号进线段2号进线2号进线l85mm250km:空压机185mm2250kmL=50m空压机l85lllm2250kmL=50m空压机185film2250km嚣而空压机段图2高压供电系统3.1.3地面10kV母线I段的单相接地电容电流由,d.6=K1Kz(,L.d+,.d)(6)考虑不利的阴雨天气取1.05,电气设备增值系数取1.18.所以.d=26.8614A,可得,d.6=KK2(,.d+,.d)=33.3A.该值已超出安全生产所允许最大值2OA的规定.3.2地面35kV变电所1
14、0kV母线段1)架空线路:120mm/5km.2)电缆线路:地面10kV母线段直属:185mm/0.9km,185mm/0.9km,120mm/0.2km,50mm/0.3km,70mm/0.1km,50mm/1km,50mm/2.5km,70mm/0.4km,50mm/0.3km,70mm/0.4km,35mm/1km.主井提升机房配电室:185mm/0.05kmx2.压风机房配电室:185mm/0.05kmx4.井下中央变电所段:150lnm/0.7km,120mm/0.7km,50mm/0.05km.井下中央变电所段:120mm/0.7km,50mm./0.05km2.5215omm2I
15、70om50m/i,/500k水泵150mmz2煤采区姐姐L95:6m【Jm2mIu一(30磐L=700m120mmz11煤采区工=7D0m!竺!龌【700m50mm500kmL=50m水泵50mm500kin写丽水泵段L=6UUm蛐L=50maD0D井下2号变段:35mm/0.4km,35mm/0.8km,50mm/1kmx2,50mm/0.05km.井下11号变:50mm/4.51km.3.2.1母线段各类线路总长度及单相接地电容电流1)架空线路:,I_.d=1.1x4.2UxLx10=0.231A.2)电缆线路:,1=KUxL(7)185mm电缆,总长度L=1.2km,K=0.2131,
16、由公式(7)得:=KUxL:2.5572A.150mm电缆:总长度L=0.7km,K=0.1903,.d=KxUL=1.3321A.120mm电缆:总长度L=1.6km,K=0.1682,.d=KxUxL=2.6912A.70mm电缆:总长度L:0.9km,K=0.1431,.d=KxUxL=1.2879A.50mln电缆:总长度L=10.86km,K=0.1282,.d=KxUxL=13.923A.辫mm脚;凸l=2011年6月欧阳思华:黑龙煤矿1OkV高压电网单相接地电容电流计算方法的优化第20卷增刊l35mm电缆:总长度L=2.2km,K=0.1164,.d:KUL=2.5608A.3.
17、2.2地面10kV母线段的单相接地电容电流,d.6:K1K2(,L.d+,.d)(8)考虑不利的阴雨天气取1.05,电气设备增值系数取1.18.所以.d=24.3522A,可得jd.=KK2(yJ.d+,.d)=33.3A.该值已超出安全生产所允许最大值20A的规定.4计算结果分析这里计算的两段母线单相接地电容电流结果是配电网中理论上的最大值,实际生产中如果有些线路并未使用或变电所的某段母线处于备用状态,则系统的电容电流会有所减少,这种情况在实际测定时常遇到.因此当该段母线上所有线路都带电运行时,计算的理论值与实测值才具有对比性.另外,如果35kV变电所因故只使用一台变压器,另一台变压器备用时
18、,则地面10kV母联开关必定合闸运行,此时配电网处于单母线不分段运行方式,则所有运行线路均为带电运行状态,在这种情况下,电力系统的单相接地电容电流就有所增加.责任编辑:魏晋英(上接第46页)主要采用道路运输和窄轨铁路运输两种方式.表3场外道路主要工程数量名称副井进场道路风井场外道路4.1主井工业场地本场地内设计有环行道路网.在场地南围墙中部设置人流出入口;在场地东北角设置运输煤炭,材料和矸石物流出人口.通过两个大门和连接场内外的道路,保证场内外的联系和交通运输.场内主干道宽9m,次干道宽7m,支干道宽4m,根据当地实际施工条件,设计选用沥青混凝土路面;交叉口路面内边缘最小转弯半径为9m,道路最
19、大纵坡为0.7%.4.2副井工业场地1)场内道路.场内道路与各区相连通,呈环形布置,局部为尽头式.道路设计为沥青混凝土面层,主干道路面宽12.0m和9.0m,次干道路面宽6.0ITI和4.0m,道路最小转弯半径为6.0m.为方便作业和各种车辆的运输,场内各种场地均加固或铺砌;行驶大型车辆的场地加固结构同道路.为满足矿井生产,生活物资运输和设备装卸,与主井场地共选用各种车辆32台,分别是小轿车5台,中客4台,大客8台,载重汽车3台,客货两用车3台,15t自卸汽车3台,装载机2台,叉车4台,汽车起重机2台,其它材料运输设备和车辆,由集团公司统一调配或委托社会车辆承担的方式解决.2)窄路铁路.场内窄轨铁路选用900mm轨距,30kg/m钢轨,钢筋混凝土轨枕,线路最小曲线半径为9.0m,最大坡度8%e,重车上坡最大坡度6%e.为满足设备,材料运输,选用XK129/192一KBT蓄电池机车3台,场内窄轨铁路铺轨长度1570m,DK930415单开道岔25组.结合潞安集团古城矿井的实际情况,从矿井地面概况,标轨铁路,场外公路和场内交通等方面,对古城矿井地面运输方式,运输线路(铁路及公路),矿井装车站,桥涵及相关设施等进行了总结和分析,简单阐述了古城矿井地面运输系统的体系架构,功能,工程量和在矿井中的应用,以期为其它矿井地面运输设计提供可借鉴的经验.责任编辑:魏晋英53
