基于煤矿电力系统短路故障电算理论及应用研究

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1、煤矿现代化2013年第5期总第116期煤矿电力系统短路故障电算理论及应用研究廉王龙，陈烨。赵励(1．晋城乾泰安全技术有限责任公司，山西晋城048006；2．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008)摘要本文结合煤矿电网故障计算的特点，根据煤矿企业故障计算的实际要求，应用基本电工理论和方法，给出了有限大电源对短路点转移阻抗的计算公式，提出了特定时刻电流计算的计算机求解方法，最后阐述了本系统故障电流计算的流程图。关键词煤矿；短路；节点阻抗矩阵中图分类号：TM713文献标志码：A文章编号：1009～0797(2013)05—0073—03煤矿企业处于电力系统的末端，煤矿企业电网相关，在支

2、路相关矩阵的对应位置元素取I；否则不中可能包含发电机、变压器、供配电线路、补偿电容相关，对应元素取0。在矩阵默认电源节点为1，因为器、限流电抗器、各种开关设备、负荷等多种电气元它是整个放射状网络的供电节点，与各支路均相关，件。故障电流计算是煤矿电气技术人员最经常进行故不包含在相关矩阵中。对于一个含有P个节点、q的日常工作之一。目前在煤矿企业中普遍采用手工条支路的放射状负荷分支网络，其节点支路相关矩阵方法进行计算，过程繁琐且结果不精确，采用计算机【G]为qx(p-1)阶。如图1所示的放射状网络的相关进行故障计算可以提高计算的准确度和速度，减轻矩阵为式1。电气技术人员劳动强度。短路是供电网络和电气

3、设备因绝缘损坏等缘故，致使相与相或相与地之间电气上被短接的现象，它是电力系统中最常见且危害较大的一种故障。由8于煤矿企业生产环境的特殊性，煤矿电网有特殊要图1辐射状网络示意图求，即煤矿井下电网中性点严禁直接接地，所以不存1l1l1l1在相与地(地线)之间的短路。[1l011ll1O煤矿电网都为小接地电流系统，对称短路故障O00O001在煤矿电网中虽然发生的几率小于不对称短路故[G】=O01O00OOO0l1l0障，但它是最严重的故障类型，是探讨其它各种故障00O0100的基础，所以首先研究三相对称短路故障的计算。0OO0OlO1网络数学模型的建立其中节点支路相关矩阵[G]的行所代表的支路依煤矿

4、电网分为高压(额定电压大于1140V)和低次为：102、203、208、304、305、506和507。压(额定电压小于等于1140V)两部分。高压电网的1．2故障点辐射状等值网络形成接线方式有单电源辐射状接线、多电源(包含附加电通过形成节点阻抗矩阵[z】和节点支路相关矩阵源)放射状接线和多电源环状接线，而低压电网一般[G】对系统进行描述，煤矿电网的结构即可被计算机为单电源辐射状接线。所识别。为了进一步实现故障电流的求解，煤矿电网煤矿电网的负荷分支网络是由若干个辐射状负高压部分应被转化为只包含若干个电源节点、短路荷网络所构成的。辐射状网络是最简单、最常见的供故障点和电源对短路点转移阻抗的辐射状

5、等值网络电网络，它是由某一个方向单向馈电的网络。计算机【55，56，57，58]，其中转移阻抗的计算是辐射状等值网在对负荷分支网络的描述中引入了节点支路相关矩络形成的关键『3]。阵的概念。设网络中有m个有限大容量电源E．、E、⋯、E1．1节点支路相关矩阵向煤矿企业供电(如图2)，其内阻值分别为z、z：、⋯节点支路相关矩阵：以支路顺序号为行号，节点、z，而z(i=l，2⋯X)为主干网络的节点阻抗矩阵号为列号所形成的表明节点与支路相关特性的矩阵，[z】中第x列的对应元素，令当x节点发生对称短路并且规定在矩阵中只含有0、1两个元素，由电源注入故障时，各个电源对x节点的转移阻抗值分为z节点的电流必须流

6、经某一支路时，称此节点与该支路Z2x、⋯、Zmx。·73·煤矿现代化2013年第5期总第116期根据互易定理和转移阻抗的定义，各电源对故数n，节点数为m，对称故障节点为X，则[G]为n×障点x的转移阻抗可通过图2所示的网络求解：(m一1)阶。图3中的Z∑为主干网络中的相关节点SIUllIz1xl与负荷分支网络中故障节点x之间所有支路的阻抗lIU；2{Ilz2)‘{值之和，并且有：=『iI×Ix(2)Zx=[Z]·[G)(]：【Z，Zz，⋯，Z]‘[GJ{U【Izi式中：【z】为以发生对称故障的负荷分支网络中各个【uxJ【z)()(J支路的阻抗值为元素的一个行矩阵，并且有[z]=[z，UiZ：，

7、⋯，Znl=[(rx，)，(rl+jx)，⋯(r+ix)]【Cx]一节点支=一；’詈=一等．一-．‘；：一(3)路相关矩阵的第x列元素。根据(2)和(3)可得：当节点x发生对称短路故障时，有限大容量电源Ei(i=l，2，⋯m)对故障节点x的转移阻抗值z．x按Z=；=-．-。；=㈩ZIx’Z2Z’’ZZ仃Ⅸ一l下式计算：公式变形，各个电源对短路点的转移阻抗分别7Zjx=Zis+为：i其中：c；为电源