整定计算方法

煤矿井下高压整定短路电流计算方法 1. 短路的定义及计算短路电流的目的 所谓短路是指供电系统中不等电位的导电部分在电气上被短接时的总称。发生短路故障后，短路回路中将出现数值很大的短路电流。在煤矿供电系统中，短路电流要比额定电流大几十倍甚至几百倍。这样大的电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并使载流体温度急剧上升而损坏设备。同时短路点电压将降为零，在短路点附近，电压也要相应地显著下降，造成这些地方的供电中断或严重影响电动机工作。 为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大，需要进行一系列的计算及采取相应措施，以保证供电系统在正常或故障情况下，做到安全、可靠又经济。掌握短路电流的计算方法很重要。 2. 煤矿井下高压整定短路电流的计算方法 （1）公式计算法 1）系统电抗 XS =U2N2/SSC(3) U2N为变压器二次侧的额定电压，对于127、380、660、1140V电网，分别为133、400、690、1200V SSC 为井下中央变电所6kV高压母线上的三相短路容量 SSC(3)为50MVA时，额定电压为690V，XS为0.0095；额定电压为1200V，XS为0.0288。 2）高压电缆的阻抗 R1 =R01 L1/KT2 X1 =X01 L1/KT2 Z1 =Z01 L1/KT2=(R012+X012)1/2 L1/KT2 R1 X1 Z1 为折合至变压器二次侧以后高压电缆每相的电阻（65℃时）、电抗和阻抗（Ω）见表1 R01 X01 Z01 为高压铠装电缆每相每公里的电阻、电抗和阻抗（Ω）见表2 L1为高压电缆的实际长度（km） KT为变压比，为变压器一次侧线路的平均电压和二次侧线路平均电压之比 表1 6kV电缆折合至下列电压以后每相每公里的阻抗值（Ω/km） 电缆截面（mm2） 400V 铜 芯 690V 1200V (3)25 35 50 70 95 120 0.0035 0.0025 0.0017 0.0013 0.0009 0.0008 0.0103 0.0074 0.0052 0.0037 0.0028 0.0023 0.0312 0.0223 0.0157 0.0113 0.0085 0.0068 表2 高压铠装电缆每相每公里的电阻和电抗值（Ω/km） 截面mm2 电压kV 6 R0 X0 25 铜 35 铜 50 铜 70 铜 95 铜 120 铜 0.857 0.066 0.612 0.064 0.429 0.063 0.306 0.061 0.226 0.06 0.179 0.06 3）变压器的阻抗 RTR XTR 可以查表得到 如：KBSG-500/6型干式变压器的RTR＝0.006 XTR＝0.038 二次电压为0.693kV KBSG-315/6型干式变压器的RTR＝0.0106 XTR＝0.06 二次电压为0.693kV 4）低压电缆的电阻和电抗 R2 =R02 L2 X2 =X02 L2 5）总电阻和总电抗 ∑R = R1+RT+R2 ∑X = XS+X1+XT+X2 6）三相短路电流 ISC = U2N/［3（∑R）+3（∑X）］7）两相短路电流 ISC(2) = 0.5U2N/［（∑R）2+（∑X）2］1/2 8）三相短路电流和两相短路电流之间的换算关系 ISC(3) =1.15ISC(2) ISC(2) =0.87ISC(3) （2）查表法 1）根据系统电抗、高压和低压电缆的截面和实际长度，按电缆换算长度的计算公式 Leq =KL L为电缆的实际长度，K为换算系数 见表3 计算，便可求得它们的换算长度。 表3 高压电缆的换算系数K (3)221/2 电缆截面（mm） 400V 25 35 50 70 95 120 0.008 0.006 0.004 0.003 0.002 690V 0.023 0.016 0.011 0.008 0.006 0.0023 1200V 0.068 0.049 0.034 0.025 0.019 0.0068 2铜 芯 2）计算总的电缆换算长度 ∑Leq = Leq.s+ Leq.1+ Leq.2+ … ∑Leq为总的电缆换算长度，m Leq.s为系统电抗换算成基准电缆的长度，m 系统电抗在690V时为20.9m，1200V时为63.3m。 Leq.1为高压电缆换算成基准电缆的长度，m Leq.2为低压电缆换算成基准电缆的长度，m 如果两条电缆并联，则换算长度为：∑Leq = Leq.A×Leq.B/（Leq.A＋Leq.B） 3）根据总的电缆换算长度，查变压器二次侧两相短路电流值表得到两相短路电流值，再乘以1.15，便得到三相短路电流值。如果要得到变压器一次短路电流值，可以根据变压器变比进行换算。 （3）MVA法 MVA法是把系统中各元件直接用MVA表示，如系统中是电源元件（如发电机），用短路时输出的短路容量表示；如是阻抗元件，用短路时的通过能力表示。因为各元件用MVA表示，与所在系统的电压无关，即可省去电压换算环节。 1）确定系统短路容量 煤矿井下供电系统一般把系统短路容量确定为50MVA 2）高压电缆短路容量计算 S = U2/0.08L U为电缆电压kV，L为电缆长度km 3）S1、S2串联短路容量计算 S = S1S2/（S1＋S2） S1、S2并联短路容量计算 S = S1＋S2 4）三相短路电流

Id(3) = S/31/2U U为kV, S为kVA 5）两相短路电流 Id = 0.87 Id 3. 总结

上面介绍的3种计算短路电流的方法计算结果误差都很小，其中公式法计算结果最精确，而且都可以计算到井下供电系统高低压的任何短路点，只是我没有更加详细的写出来。我只写出了3种方法的常用部分，由于3种方法计算结果很接近，所以在计算时可以灵活运用，用最快的方法计算某一段短路电流。如：MVA法最多用于6kV干线电缆的短路电流计算；查表法最多用于变压器二次短路电流的计算；公式法最精确，但计算比较繁琐，只有MVA法、查表法无法快速计算时才用。

短路电流的计算值主要用于对煤矿井下高压整定值进行校验，校验值低于1.5，就要采取相应措施（如：增加电缆截面，在线路上增加保护），来防止短路事故造成严重后果。

(2)

(2)

2.标么值

计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).

(1)基准

基准容量 Sjz =100 MVA

基准电压 UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV

有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4

因为 S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16144

(2)标么值计算

容量标么值 S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量

S* = 200/100=2.

电压标么值 U*= U/UJZ ; 电流标么值 I* =I/IJZ

3无限大容量系统三相短路电流计算公式

短路电流标么值: I*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).

短路电流有效值: Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)

冲击电流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC冲击系数,取1.8

所以 IC =1.52Id

冲击电流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)

当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC ,取1.3

这时:冲击电流有效值IC =1.09*Id(KA)

冲击电流峰值: ic =1.84 Id(KA)

掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.

一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流; 设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.

4．简化算法

【1】系统电抗的计算

系统电抗，百兆为一。容量增减，电抗反比。100除系统容量 例：基准容量 100MVA。当系统容量为100MVA时，系统的电抗为XS*=100/100＝1

当系统容量为200MVA时，系统的电抗为XS*=100/200＝0.5

当系统容量为无穷大时，系统的电抗为XS*=100/∞＝0

系统容量单位：MVA

系统容量应由当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量

作为系统容量。如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流为40KA。则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为XS*=100/692＝0.144。

【2】变压器电抗的计算

110KV, 10.5除变压器容量；35KV, 7除变压器容量；10KV{6KV}, 4.5除变压器容量。

例：一台35KV 3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875

一台10KV 1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813

变压器容量单位：MVA

这里的系数10.5，7，4.5 实际上就是变压器短路电抗的％数。不同电压等级有不同的值。

【3】电抗器电抗的计算

电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。

例：有一电抗器 U=6KV I=0.3KA 额定电抗 X=4% 。

额定容量 S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15

电抗器容量单位：MVA

【4】架空线路及电缆电抗的计算

架空线：6KV，等于公里数；10KV，取1/3；35KV，取 3％0

电缆：按架空线再乘0.2。

例：10KV 6KM架空线。架空线路电抗X*=6/3=2

10KV 0.2KM电缆。电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013。

这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小。

【5】短路容量的计算

电抗加定，去除100。

例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2, 则短路点的短路容量

Sd=100/2=50 MVA。

短路容量单位：MVA

【6】短路电流的计算

6KV，9.2除电抗；10KV，5.5除电抗; 35KV，1.6除电抗; 110KV，0.5除电抗。

0.4KV，150除电抗

例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2, 短路点电压等级为6KV,

则短路点的短路电流 Id=9.2/2=4.6KA。

短路电流单位：KA

【7】短路冲击电流的计算

1000KVA及以下变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=Id, 冲击电流峰值ic=1.8Id

1000KVA以上变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=1.5Id, 冲击电流峰值ic=2.5Id

例：已知短路点{1600KVA变压器二次侧}的短路电流 Id=4.6KA，

则该点冲击电流有效值Ic=1.5Id,＝1.5*4.6＝7.36KA,冲击电流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA。

可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗{标么值}.但一定要包括系统电抗