煤矿6kV电网单相接地电容电流实用计算方法.doc

收稿日期2006-03-02 作者简介王贵宝1963-,男,乌达煤矿职工大学毕业,工程师,现在五虎山煤矿供应科工作。 煤矿6kV 电网单相接地电容电流实用计算方法 王贵宝 乌达矿业公司五虎山煤矿 内蒙古 乌海市 016044 摘 要文章根据煤矿安全规程规定,对本矿6kV 电网进行实际测定和分析,总结了煤矿电网的特殊性,利用统计的方法,建立了一套计算煤矿6kV 电网单相接地电容电流,既简单又方便的实用方法。 关键词电容电流;实用计算 中图分类号TD61115 文献标志码C 文章编号1008-0155200608-0108-04 新版煤矿安全规程第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 ”。现场工程技术人员迫切需要了解本矿井电容电流的大小;大型矿井的设计工作也迫切需要一种确定矿井电容电流较为准确的计算方法。目前所有计算方法的基本思想都是计算组成电网各主要部分所产生的电容电流,然后将各值之和作为系统的电容电流;也有再乘上一个比例系数K 后作为系统的电容电流。而K 值大小的选取缺乏充分的理论根据。所有这些计算方法在实际计算中误差相当大,且计算复杂,不适于工程实际需要。为此我对本矿井6kV 电网进行了实际测定及分析,总结了煤矿电网的特殊性,利用统计方法建立了一套计算矿井电网电容电流的实用公式,经现场实测数据验证,具有较高的准确性。 11建立计算模型 111 基本公式的建立和根据 我根据乌达矿业公司3个矿井6kV 电网参数的调查及电容电流的实测情况,提出如下基本思路。 1煤矿6kV 电网可以分为单矿井电网和多 矿井电网两种基本类型。所谓单矿井电网是指6kV 电网中只含有一个正规煤矿的电网,而多矿井 电网中则含有多个正规煤矿。 2影响电网单相接地电容电流的主要因素是 井上、下向各车间或各变电所馈电的6kV 电力电缆及保护直配电机匝间绝缘和防止感应过电压用的浪涌电容器。 3在煤矿6kV 电网中,除浪涌电容器及馈电 电缆外,还有大量的其他配电设备如架空线、部分无法统计的配出线短电缆、同步电机、变压器等,这些配电设备都要产生电容电流。此外,电网对地绝缘介质介电常数εc 的微小变化同样要影响电容电流的大小。由此可见,想要逐一准确考虑各种因素的影响,建立绝对准确的计算公式是不可能的,也是不必要的。上述这些因素对电网电容电流的影响都较小如架空线总长一般在几km 至几十km 范围内,它们所产生的电容电流为几十mA 至 几百mA 。我们可以从系统的观点出发,统一考虑这部分因素的影响。煤矿电网中含有大量电缆 ・ 801・ 线路,一般来讲,所用电力电缆总长度越长,截面越大,即矿井电网的规模越大,所用变配电设备也就越多,电网内无法统计的各种配出线电缆也越多。也就是说,除馈电电力电缆及浪涌电容器这两个主要部分外,其余因素对电网单相接地电容电流的影响也就越大。所以就有可能用馈电电力电缆所产生电容电流I d的一个函数fI d来反映除浪涌电容器外的其余因素对电网单相接地电容电流的影响。 综上所述,我认为采用如下形式的计算公式是合理的 I DfI dI dc1 式中I D电网单相接地电容电流,A; I d6kV电网馈电电力电缆所产生的电容电流,A; I dc浪涌电容器所产生的电容电流,A。 112 关于I d的计算方法 有关文献中提出一种计算电缆电容电流的公式为 I d 010556εc・N G T ω・U・L2式中N线芯数; G T各种联结方式相应几何因数; L电缆的长度,km; U电网相电压,V; ω2πf2π50314。 电缆种类很多,其几何尺寸,绝缘厚度及所用介质的介电常数εc均不相同,且无样本可查,因此很难得到准确的电缆参数。再者由于矿井的恶劣工作环境,电缆的εc并不是一个绝对固定的参数,它随着电缆运行时间,运行环境的变化而有微小的变化,并且若用2式进行计算,其工作量非常庞大,往往难以实现。为此建议电容电流I d采用生产厂家提供的每公里数值进行计算。虽然电缆规格繁多,各生产厂家也不统一,但根据电缆所用绝缘材料,主要有油浸纸绝缘,聚乙烯绝缘,交联聚乙烯绝缘3种,可采用表1所提供的数据进行计算。 表1 常用6kV电缆电容电流 截面mm2 电容电流A/km 纸绝缘 交联聚乙烯 天津厂 交联聚乙烯 上海胜华 聚乙烯 上海胜华 1001331601370156125014501633350152016955001590176601756 700171018320188801825 950182019230198501852 1200189019851107001907 1501110110871116011010 1851120111781126011070 113 关于I dc的计算 当高压电动机防雷保护所需的浪涌电容器多处设置时,其所产生的电容电流值相当可观,其值可用下式计算,即 I dcU・ω・∑C3 式中∑C三相浪涌电容器电容值之和,F。 ・ 9 1 ・ 114 f I d 的确定 式1中已知I d 及I dc 后,如何计算整个6kV 电网的电容电流I D 呢这就需确定f I d 的函数表达式。f I d 需要从统计学的观点上找寻。 将式1改写为I D -I dc f I d 4 经过对3个单矿井电网现场实测I D 及统计计算I d 、I dc ,列出表2。按表2画出以I d 为横坐标,I D -I dc 为纵坐标的回归分析图,由图可见I d 同I D -I dc 在较高的贴近度下成线形关系。用最小 二乘法对I d ,I D -I dc 进行线性回归。 表2 回归分析数据 I d A I d -I dc I d A I d -I dc I d A I d -I dc 3161715610165161852111529110715412150121661810035120 42150 10149 12110 20100 24170 回归分析图 设f I d b ・I d a 令Y I D -I dc ;则X I d y 1N ∑N i 1Y t 126∑26 i 1Y t 231345 X 1N ∑N i 1X t 126∑26 i 1X t 181163 b ∑26 i 1 X t -X Y t -Y ∑26i 1 X t -X 2 11133 a Y -b X 21759 从而确定出 f I d 1.133I d 21759 5 将式中5代入式1得到单矿井电网电容电流的计算公式是I D 1.133I d 21759I dc 6 从6式可以推算出多个矿井共用的电网单相接地电容电流计算公式 I D 1.133I nd 21759n I ndc 7 式中I nd 共网中馈电电力电缆所产生的电容电流,A ; I ndc 共网中所有浪涌电容器所产生的电容 电流,A ; n 共网中含正规矿井的个数。 必须指出,式7中n 是指6kV 电网中连接正规矿井的个数。有些电网中连接有小煤窑及地方 矿井,它们一般无高压下井,地面高压设备也很少,所以不能算正规矿井。 115 公式6的物理意义 将式6改写成 I D I d I dc 01133I d 21759 8 令I f 01133I d 21759,I f 表示除馈电电缆及浪涌电容外的其余因素所产生的电容电流。其中21759是指馈电电缆及浪涌电容外,组成一个矿井 供电网最基本的部分所产生的电容电流,并不是每一个矿井的这部分电容电流都绝对是这个数值,但它们都在21759附近。01133I d 反映了随着矿井供电网的增大,由其余因素除I d 、I dc 外所产生的电 容电流也增大这一特征。 21计算实例及问题讨论 查资料中给出了乌达矿业公司五虎山矿的电 ・ 011・ 缆统计数据,并已知矿井没有安装浪涌电容器,且属于单矿井电网。资料中还给出了金属性直接接地实测数据是28A。该矿I d的计算见表3,I dc0代入6式中计算得 I D11133I d21759I dc 1113321.3242.7590 26193A 计算同实测相对误差 ε D 2619-2810 2810 100-3193 为了进一步验证该方法的准确性,我们分别实测及计算了乌达矿业公司其他2个单矿井电网,结果见表4。 表3 五虎山6kV电缆统计及I d计算 截 面mm2电缆绝缘 材 料 电缆长度 km I dA 35油浸纸2192511521 50油浸纸3133511968 70油浸纸5190041189 95油浸纸5134041379 120油浸纸7170561857 150油浸纸111001121 185油浸纸110001120合计27130521.324表4 8个电网电容电流实测及计算结果比较 项 目计算值A测量值 A 相对误差 单矿井电网系统134123519-417 系统2271826154191 系统324152517-4167 系统422132310-3104 系统5191718175134 系统617121719-3191 系统710181112-3157 系统89149140 从表4可见,该法具有较高的准确性,其误差 基本上在5以内。这种方法计算的准确程度与 统计电缆参数的详细与否有关,在现场实际时,正 确而全面地统计全网运行中电缆情况是实现准确 计算的关键。 经验表明,在采用该法计算电网电容电流时, 必须注意以下几点 1本方法是建立在对乌达矿业公司6kV电 网的统计基础之上的,这些煤矿电网具有这样一些 特点电网不仅对煤矿供电往往还带有部分地方负 荷,其中煤矿供电网络主要由高压电缆组成,给地 方供电的网络主要由架空线组成,很少甚至没有高 压电缆,且架空线总长度在几十km以内。因此, 遇到个别特殊的煤矿电网,地方负荷供电网络非常 大,架空线总长超过100km,这时用该法计算就需 要进行必要的修正。但这种情况很罕见,往往出现 在煤矿6kV电网同地方6kV电网联网的情况下。 2电网电容电流并不是一恒定值,它随着电 网负荷的投切,特别是电缆的投切而变化,所以在 计算时,只要统计运行中的电缆,才可与实测值相 比较。 3必须计入电网中地方负荷网络中的高压电 缆。 4注意电网中有无浪涌电容器及它们的投切 情况,没有投入的就不要计入。 3 结论 本文从现场实际出发,通过统计、调查和测量, 经过理论分析后给出了一种煤矿6kV电网单相接 地电流的实用计算方法,经现场验证,该法简单、方 便,计算准确程度符合工程设计需要,是一种比较 理想的实用方法。 责任编辑丁月琴 ・ 1 1 1 ・