小保当二号煤矿110kV变电站短路电流计算

刘伟华

摘要：变电站短路电流的计算，可以为变电站运行方式的制定、电气一次系统设计、断路器等高压电气设备的选型、继电保护整定等环节提供依据。本文以小保当二号煤矿110kV变电站为例，对变电站短路电流的计算进行了研究探讨。

关键字：变电站设计；电气一次设计；负荷计算；短路电流计算

1矿井电源点选择

根据《榆神矿区(深部区)三期总体规划》，小保当二号煤矿两回电源一回引自锦界110kV变电站，另一回引自柠条塔110kV变电站。

根据陕西小保当矿业有限公司与陕西省地方电力(集团)有限公司榆林电力分公司签订的《长期供用电协议》小保当二号煤矿两回电源一回引自锦界110kV变电站，输电线路为JL/G1A-300/36.3km；另一回电源引自柠条塔110kV变电站，输电线路为JL/G1A-300/48.3km。

2负荷统计

小保当二号煤矿设计能力为1500万吨煤/年，煤矿及选煤厂电力负荷如下：

设备总台数： 1566台

设备工作台数： 1512台

设备工作容量： 67056kW

有功功率和无功功率分别计入0.9和0.95的重合系数后，小保当二号煤矿110kV变电站10kV母线上计算负荷为：

有功功率： 60350kW

无功功率： 34348kvar

视在功率： 67057kVA

功率因数(考虑低压、井下无功补偿后)： 0.87

3输电线及变电站设计

3.1输电线路设计

根据榆林电力设计院2013年8月完成的《锦界110kV变电站及柠条塔110kV变电站至小保当煤矿110kV专用供电线路施工设计》，锦界110kV变电站至小保当110kV变电站的110kV输电线路，利用8km原有线路，新建28.3km线路，并采用JL/G1A－300钢芯铝绞线；柠条塔110kV变电站至小保当110kV变电站的110kV输电线路，利用20km原有线路，新建28.3km线路，并采用JL/G1A－300钢芯铝绞线。同时两回线路均采用铁塔架设。

3.2变压器容量选择

变电站内装设三台110/10kV，50MVA的变压器。在矿井基建后期及生产初期时装设两台，两台变压器一台工作一台备用，变压器最大负荷率80%。待矿井正式达产后，负荷增加时，适时再装设一台，三台变压器两台工作，一台备用，变压器最大负荷率67%。

3.3主接线方式选择

由于煤矿对供电连续性要求较高，变电站110kV侧不允许停电检修断路器及母线，故110kV侧采用双母线分段方式接线。

由于矿井一二类10kV负荷均为双回线路供电，电源引自10kV侧不同母线段，一段母线或断路器停电检修时，10kV电源可引自另外一段母线或断路器，故采用单母线分段方式接线可满足要求。同时由于矿井10kV出线较多，若采用双母线接线方式，主接线及继电保护将非常复杂，故10kV侧采用单母线分段方式接线。^[1]

4短路电流计算

4.1短路计算过程

小保当110kV变电站两回电源一回引自锦界110kV变电站，输电线路为JL/G1A-300/36.3km；另一回引自柠条塔110kV变电站，输电线路为JL/G1A-300/48.3km。

采用标幺值计算方式，系统参数基准容量Sj=1000MVA，110kV侧基准电压Uj=115kV，10kV侧基准电压10.5kV。

(1)系统最大运行方式下，锦界110kV变电站110kV出口处系统阻抗0.059Ω，锦界110kV至小保当110kV输电线线路长度36.3km，小保当110kV变压器分列运行。由于短路时回路总电阻小于总电抗的1/3，故忽略掉电阻，只考虑电抗。短路电流计算路如下：

系统阻抗：X_s=0.059Ω

架空线电抗有名值：

X_L=X^’×L=0.35×36.3=12.7Ω

架空线电抗标幺值：

50MVA变压器阻抗电压Uk%=10.5，变压器阻抗标幺值：

①K1点短路电流标幺值：

K1点短路电流有名值：

K1点短路冲击电流值(短路电流冲击系数K_ch取1.8)：

i_ch1=K_chI_k1=2.55×3.24=8.26kA

K1点短路冲击电流有效值(短路电流冲击系数K_ch取1.8)：

I_ch1= =1.51×3.24=4.89kA

K1点短路容量：

S_k1= = ×115×3.24=645.34MVA

②K2点短路电流标幺值：

K2点短路电流有名值：

K2点短路冲击电流值(短路电流冲击系数K_ch取1.8)：

i_ch2=K_chI_k2=2.55×15.07=38.43kA

K2点短路冲击电流有效值(K_ch取1.8)：

I_ch2= =1.51×15.07=22.76kA

K2点短路容量：

S_k2= = ×10.5×15.07=273.75MVA (2-21)

(2)系统最大运行方式下柠条塔110kV变电站110kV出口处系统阻抗0.041Ω，柠条塔110kV至小保当110kV输电线线路长度48.3km，小保当110kV变压器分裂运行。短路电路中总电阻小于总电抗的1/3，故忽略掉电阻，只考虑电抗。短路电流计算路如下：

系统阻抗：X_s=0.041Ω

架空线电抗有名值：

X_L=X^’×L=0.35×48.3=16.9Ω

架空线电抗标幺值：

50MVA变压器阻抗电压Uk%=10.5，变压器阻抗标幺值：

①K3点短路电流标幺值：

K3点短路电流有名值：

K3点短路冲击电流值(短路电流冲击系数K_ch取1.8)：

i_ch3=K_chI_k3=2.55×2.97=7.57kA

k3点短路冲击电流有效值(短路电流冲击系数K_ch取1.8)：

I_ch3= =1.51×2.97=4.48kA

K3点短路容量：

S_k3= = ×115×2.97=591.56MVA

②K4点短路时短路电流标幺值：

K4点短路电流有名值：

K4点短路冲击电流值(K_ch取1.8)：

i_ch4=K_chI_k4=2.55×14.52=37.02kA

K4点短路冲击电流有效值(K_ch取1.8)：

I_ch4= =1.51×14.52=21.93kA

K4点短路容量：

S_k4= = ×10.5×14.52=264.06MVA

短路电流计算系统图及等值阻抗图见图4-1。

图4-1短路电流计算系统图及等值阻抗图

短路电流计算见表4-2。

表4-2短路电流计算表

短路点	回路名称	综合 阻抗	短路电流周期分量起始值 Ik(kA)	短路 电流值 Id(kA)	短路冲击电流值 ich(kA)	短路冲击电流有效值 Ich(kA)	短路 容量 S(MVA)
K1	小保当二号煤矿变电站110kV母线(锦界110kV变电站供电)	0.155	3.24	3.24	8.26	4.89	645.34
K2	小保当二号煤矿变电站10kV母线(锦界110kV变电站供电)	0.365	15.07	15.07	38.43	22.76	273.75
K3	小保当二号煤矿变电站110kV母线(柠条塔110kV变电站供电)	0.168	2.97	2.97	7.57	4.48	591.56
K4	小保当二号煤矿变电站110kV母线(柠条塔110kV变电站供电)	0.378	14.52	14.52	37.02	21.93	264.06

4.2短路计算结果

小保当二号煤矿110kV变电站110kV母线上最大三相短路电流为3.24kA(K1点，引自锦界110kV变电站)，短路容量为645.34MVA；10kV母线上最大三相短路电流为15.07kA(K2点，引自锦界110kV变电站)，短路容量为273.75MVA。

5结语

本文结合小保当二号煤矿110kV变电站短路电流计算的实际设计经验，以此展开了分析研究，可为今后类似工程提供参考。

参考文献

[1]姜威达.66kV岔鞍智能变电站二次系统设计研究[D].大连理工大学，2018:21-23.

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