山西某煤矿高压电网单相接地电容电流计算.docx

山西省晋煤寺河矿二号井
高压电网单相接地电容电流计算

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系统对地电容电流具有重要的现实意义。
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，本文在分析煤矿高压电网电容电流理论准确计算基础上，应用了综合考虑电缆系数、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，通过实例计算验证了该改进计算方法的正确性。
1 、电网单相接地电容电流的理论计算
煤矿10kV高压电网中性点不接地系统可以由图1模拟表。

图1 10kV中性点不接地模拟电网

图中，、、为电网各相相电势，为各线路每相对地分布电容，为电力系统中其它线路与设备的一相对地总电容，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计算，其中为配电网一相对地总电容值， 为电网的相电压，大小为。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 、10kV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：
（1）
式中； ；L为电缆的长度(km)；S为电缆芯线横截面积(mm2)；U为电缆线路的额定电压(kV)；为电缆截面系数，见表1，如。

2.2 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：
(2)
式中L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：
(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；为天气系数。阴雨天时=1.05，天气晴朗干燥时=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； 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；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 、计算与结果验证
地面35KV变电所10KV母线I段
地面架空线路较短可以忽略
井下电缆长度统计：
入井电缆：185mm/0.52km 95mm/3.4km
中央变电所：185mm/4.8km、35mm/0.8km
西区变电所：35mm/0.58km
XV煤变电所：35mm/1.1km
XV局扇变电所：35mm/0.6km
母线I段各类线路总长及单项接地电容电流
交联聚乙烯绝缘电力电缆每公里电缆的容性电流经验数据
额定
电压
电缆芯线截面/ mm2
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
6kV

0.58
0.65
0.72
0.79
0.89
0.96
1.03
1.13
1.23
1.37

10kV

1.08
1.19
1.31
1.49
1.61
1.73
1.91
2.09
2.33
185mm电缆总长度=5.32km =5.32km*1.91=10.16A
95mm电缆总长度=3.4km =3.4km*1.49=5.066A
35mm/电缆总长度=3.08km =3.08km*1.08=3.32A
总=10.16+5.066+3.32=18.546A
地面35KV变电所10KV母线II段
地面架空线路较短可以忽略
井下电缆长度统计
入井电缆：185mm/0.5km 95mm/3.4km
中央变电所：185mm/4.8km、35mm/0.8km
西区变电所：35mm/0.25km
XV煤变电所：35mm/0.6km
XV局扇变电所：35mm/0.6km
母线II段各类线路总长及单项接地电容电流
交联聚乙烯绝缘电力电缆每公里电缆的容性电流经验数据
额定
电压
电缆芯线截面/ mm2
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
6kV

0.58
0.65
0.72
0.79
0.89
0.96
1.03
1.13
1.23
1.37

10kV

1.08
1.19
1.31
1.49
1.61
1.73
1.91
2.09
2.33
185mm电缆总长度=5.3km =5.3km*1.91=10.12A
95mm电缆总长度=3.4km =3.4km*1.49=5.066A
35mm/电缆总长度=2.25km =2.25km*1.08=2.43A
总=10.12+5.066+2.43=17.616A
当合上母联时母线I段，母线II单项接地电容电流18.546A
+17.616A=36.162A
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，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。