基于EXCEL 軟件煤礦供電計算公式程序設計

徐加瑞 陳 磊 范秀峰

（內蒙古福城礦業有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299）

1 引言

煤礦供電屬于一類供電，煤礦供電的穩定性和準確性尤為重要。許多煤礦供電因繼電保護整定不當，出現供電保護裝置拒動、誤動及越級跳閘等故障。在煤礦高、低壓供電系統中，供電系統中出現最多的就是短路及漏電故障。產生漏電、短路情況的原因有多種，例如元件老化損壞、氣象條件惡化、人員違規操作、電纜損傷、鳥獸跨接在裸露的載流部分等。漏電和短路會造成大面積停電事故，甚至威脅礦井及人員安全生產。為確保礦井在使用過程中出現拒動、誤動及越級跳閘等故障，供電正確安全，從而設計基于EXCEL 軟件煤礦供電計算公式程序設計[1-2]。

2 標幺值計算方法與短路電流計算步驟

2.1 標幺值概念

將電壓、電流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用標幺值表示。

標幺值是短路電流中的概念，計算時選定一個基準容量（Sj）和一個基準電壓（Uj），將短路計算中所有的計算參數都轉化為與其參數有關的基準量的比值。

相對基準量的比值：

式中：Sj為標準容量；Skd為實際容量；Uj為基準電壓；Ud為實際電壓；X×s為基準量的比值，標幺值。

2.2 采用標幺值的優點

（1）易于比較電力系統中各元件的特性和參數；（2）易于判斷電氣設備的特征和參數的優劣；（3）可以使計算量大大簡化。

2.3 短路電流計算步驟

（1）確定計算條件，畫計算電路圖；

（2）確定運行方式，系統中投入的發電、輸電、變電、用電設備的多少以及它們之間的連接情況；

（3）畫等值電路，計算參數，如圖1。

圖1 等值電路圖

（4）網絡化簡，分別求出短路點至各等值電源點之間的總電抗，如圖2。

圖2 電源阻抗圖

3 標幺值計算方法與短路電流計算步驟

福成礦業有限公司礦井北翼工業場地內現有箱式35/10 kV 變電站一座，由35 kV 箱體、10 kV 箱體、SVG 及接地變箱體、低壓配電箱體、控制值班室箱體以及室外主變組成，其二回35 kV 電源以LGJ-185/14.35 km 共塔架空線路引自上海廟110 kV 變電站不同段35 kV 母線。礦井北翼35/10 kV箱變，35 kV 接線為單母線分兩段，10 kV 接線為單母線分兩段，主變SZ11-12500/35 兩臺，兩臺主變同時運行。已知上海廟35 kV 母線最小短路容量為195.5 MVA，上海廟35 kV 母線最大短路容量為262.5 MVA。

3.1 基準值的選擇

取基準容量Sj=100 MVA，基準電壓Uj1=37 kV，Uj2=10.5 kV。

基準電流為：

基準電抗：

式中：Sj為基準容量；Uj為基準電壓；Ij為基準電流；Xj為基準電抗。

3.2 電源（35 kV）電抗標幺值

根據最小短路容量計算得上海廟110 kV 變電站最小運行方式下的短路阻抗為0.511 51。

根據標幺值計算原理：

架空線（LGJ-185-14.35 km）的基準電抗為：

10 kV 開關柜至+850 中央配電所電纜的基準電抗為：

10 kV 開關柜至+520 中央配電所電纜的基準電抗為：

式中：X×x為線纜電抗；L為線纜長度；Sj為基準容量；Uj為基準電壓。

3.3 短路電流、沖擊電流有效值及短路容量計算

在最小運行方式下對短路電流、沖擊電流有效值及短路容量進行計算（最小運行方式，選取一個短路地點）。

假如降壓站35 kV 母線（d1）點發生短路：

則d1地點的基準短路阻抗為：

其d1點基準短路電流為：

其他地點短路計算結果見表1。

表1 最大最小運行方式下各地點的短路電流值

4 基于EXCEL 軟件煤礦供電計算公式程序設計

4.1 設計原理

系統的容量S=∞，系統的內阻抗Z0（R0,x0）無限大。電力系統的特點： 外電路電流變動時，其端口電壓不變。若系統阻抗不超過短路回路總阻抗的15%，則系統看作“無限大系統”計算中，將配電網中的系統母線看作無限大容量系統。

等值電源內阻抗 ZG Z G 1 // Z G 2 // Z G 3。

電力系統短路公式為：

式中：X×x為線纜電抗；L為線纜長度；Sj為基準容量；Uj為基準電壓；Sd為實際容量；Ud為實際電壓。

4.2 基于EXCEL 繼電保護設計

基于EXCEL 軟件煤礦供電計算公式程序設計計算見表2。

表2 基于EXCEL 程序下最小運行方式下計算

因礦井大型設備配電所位置及電纜長度恒定，其電纜的額定標幺值阻抗為定值。上述表格填寫后，其各個地點的短路容量及短路電流自動生成，其結果準確，過程簡單方便快捷，需要修改時，只是在參數上進行修改，過程簡單。

5 結 語

繼電保護工作在煤礦生產工作中擔負著重要地位和作用，采用基于EXCEL 軟件煤礦供電計算公式程序設計后，能夠使得煤礦繼電保護人員從繁重復雜的工作中解脫出來，提高工作效率，避免人工計算失誤。

基于EXCEL 繼電保護整定計算和短路電流計算程序設計簡化了數據維護的工作，自動計算過程，計算后的數值自動生成，將自動捋定短路整定計算單發布，提高了煤礦機電人員的技術水平與工作效率，避免煤礦供電保護裝置出現拒動、誤動及越級跳閘等現象，確保煤礦供電安全。