【正文】 阻抗為零的鏈支支路，根據(jù)下式可得修正后的阻抗矩陣元素： (39)合上母聯(lián)開關(guān)后，由上式可求出開關(guān)兩側(cè)母線節(jié)點(diǎn)和的自阻抗和互阻抗分別為： (310) (311)（3）斷開兩段母線間的母聯(lián)開關(guān)母聯(lián)開關(guān)的斷開不能簡(jiǎn)單的按照斷開一條支路的辦法來處理，即并聯(lián)一條阻抗值為的鏈支來模擬。母聯(lián)開關(guān)斷開母聯(lián)開關(guān)圖31母聯(lián)開關(guān)斷開的模擬增設(shè)虛擬節(jié)點(diǎn)斷開的模擬2．負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)的描述煤礦電網(wǎng)的負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)輻射狀負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的。在矩陣默認(rèn)電源節(jié)點(diǎn)為1，因?yàn)樗钦麄€(gè)放射狀網(wǎng)絡(luò)的供電節(jié)點(diǎn)，與各支路均相關(guān)，故不包含在相關(guān)矩陣中。 故障點(diǎn)輻射狀等值網(wǎng)絡(luò)形成通過形成節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣和節(jié)點(diǎn)支路相關(guān)矩陣對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述，煤礦電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)即可被計(jì)算機(jī)所識(shí)別。根據(jù)互易定理和轉(zhuǎn)移阻抗的定義，圖中各個(gè)電源對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗可利用圖所示網(wǎng)絡(luò)求解，而圖又可利用疊加原理分解為圖所示和的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且滿足下式： (317)1m1mX無源網(wǎng)絡(luò)m1mX無源網(wǎng)絡(luò)1主 干 網(wǎng) 絡(luò)22主 干 網(wǎng) 絡(luò)圖34 故障節(jié)點(diǎn)位于主干網(wǎng)絡(luò)且有一個(gè)無限大容量電源(a)初始網(wǎng)絡(luò)(b)等效網(wǎng)絡(luò) mX無源網(wǎng)絡(luò)1mX無源網(wǎng)絡(luò)1主 干 網(wǎng) 絡(luò)m1m122主 干 網(wǎng) 絡(luò)圖35 疊加原理示意圖(a)等效子網(wǎng)絡(luò)1(b)等效子網(wǎng)絡(luò)2對(duì)于圖可列： (318) (319)對(duì)于圖可得： (320) (321) (322)最后將圖得出的結(jié)果疊加，可得： (323) (324) (325) (326)無限大容量電源對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗為： (327)有限大容量電源、…、對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗為： (328)若有網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)無限大容量電源向煤礦企業(yè)供電，應(yīng)先將這些電源節(jié)點(diǎn)直接相連，合并等效為一個(gè)無限大容量電源，然后按式、求各個(gè)電源對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生對(duì)稱短路故障時(shí)，有限大容量電源（）對(duì)故障節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗值按下式計(jì)算： (330)其中：為電源對(duì)短路故障節(jié)點(diǎn)的分支系數(shù)。在故障計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)過程中充分考慮了電機(jī)過渡過程的基本理論、電機(jī)的阻抗及短路故障前負(fù)荷的情況對(duì)特定時(shí)刻短路電流值的影響，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和針對(duì)性。當(dāng)煤礦電網(wǎng)中存在煤矸石電廠時(shí)，其同步發(fā)電機(jī)就是研究短路過渡過程中必須考慮的一個(gè)重要的電源元件。故障計(jì)算時(shí)需要利用電源對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗，當(dāng)電源為由同步發(fā)電機(jī)時(shí)，其轉(zhuǎn)移阻抗?jié)M足下式： (337) (338)其中和分別為故障時(shí)同步發(fā)電機(jī)對(duì)故障節(jié)點(diǎn)的縱軸超瞬變轉(zhuǎn)移阻抗和瞬變轉(zhuǎn)移阻抗。暫態(tài)短路電流滿足： (343)對(duì)于穩(wěn)態(tài)短路電流值有： (344)——同步發(fā)電機(jī)的空載電動(dòng)勢(shì)；——同步發(fā)電機(jī)的同步電抗值。同步電動(dòng)機(jī)反饋電流的計(jì)算方法與同步發(fā)電機(jī)一致，見式和。從短路電流過渡過程的數(shù)學(xué)分析可知[1]，短路沖擊電流和短路沖擊全電流最大有效值可按下式計(jì)算： (347) (348)式中：——短路電流的沖擊系數(shù)，并且滿足； 其中為非周期分量的衰減時(shí)間常數(shù)。發(fā)生對(duì)稱短路故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)序圖中只有正序分量，所有電氣元件的阻抗值就是其正序阻抗值。圖310 三相短路故障和兩相短路故障的復(fù)合序網(wǎng)絡(luò)三相短路故障序網(wǎng)圖兩相短路故障序網(wǎng)圖設(shè)有個(gè)有限大容量電源、…、和1個(gè)無限大容量電源向煤礦企業(yè)的主干網(wǎng)絡(luò)供電，兩相短路故障發(fā)生在負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)，相關(guān)節(jié)點(diǎn)為（如圖），則各個(gè)電源對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗分別按下式計(jì)算： (350) (351)求出各個(gè)電源對(duì)故障點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗后，再利用式即可求出煤礦電網(wǎng)兩相短路故障電流值。煤礦內(nèi)部多為電纜線路供電，環(huán)境惡劣，單相接地故障不及時(shí)處理很容易導(dǎo)致相間短路，直至引發(fā)煤礦事故。單相接地電容電流值等于上述幾項(xiàng)的電容電流之和。4．油浸紙電纜線路的單相接地電容電流（1）6kV電纜線路 (356)——電纜線路的截面積，單位為。當(dāng)時(shí)，就應(yīng)在變壓器中性點(diǎn)加裝消弧線圈，使電流經(jīng)消弧線圈接地，以減小電容電流，不致發(fā)展成相間短路故障。4 整定配合基本原則煤礦電網(wǎng)的繼電保護(hù)是按斷路器配置裝設(shè)的，因此繼電保護(hù)必須按斷路器分級(jí)進(jìn)行整定。當(dāng)保護(hù)裝置已經(jīng)具備有防止某種運(yùn)行狀態(tài)誤動(dòng)作的功能時(shí)，則整定計(jì)算就不要再考慮該運(yùn)行狀態(tài)下的整定條件。（4） 負(fù)荷電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)。（8） 保護(hù)的正、反方向短路。整定結(jié)果的可選性也是比較多的。差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算可獨(dú)立進(jìn)行，只要滿足系統(tǒng)運(yùn)行變化的限度就可以確定整定值。在線路商瑞裝設(shè)相同型號(hào)和變比的電流互感器，它們的二次繞組用電纜(稱二次輔助導(dǎo)線)連接起來，按環(huán)流式接線，差動(dòng)繼電器接在差流回路內(nèi)。由此可見，縱差保護(hù)的范圍就是兩側(cè)電流互感器之間的距離，在此范圍以外的短路故障，保護(hù)不動(dòng)作?？v差保護(hù)的主要缺點(diǎn)是澇要敷設(shè)與被保護(hù)線路同樣長的輔助導(dǎo)蛻因此貸用較高。按反方向進(jìn)行配合增大定值取消方向元件的配合方法，一般是不可取的。（5）整個(gè)電網(wǎng)中，階段式保護(hù)的整定方法是首先對(duì)電網(wǎng)中所有線路的第一段保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算，再依次進(jìn)行第二階段保護(hù)整定計(jì)算，直至全網(wǎng)保護(hù)全部整定完畢。對(duì)雙回線路，應(yīng)以單回運(yùn)行作為計(jì)算的運(yùn)行方式，對(duì)環(huán)網(wǎng)線路，應(yīng)以開環(huán)方式作為計(jì)算的運(yùn)行方式。 ，在常見運(yùn)行大方式下，三相短路的靈敏系數(shù)不小于1時(shí)即可投運(yùn)。對(duì)于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。但是實(shí)際上， d1點(diǎn)和d2點(diǎn)短路時(shí)，從保護(hù)2安裝處所流過短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的。另一種辦法就是在個(gè)別情況下，當(dāng)快速切除故障是首要條件時(shí)，就采用無選擇性的速斷保護(hù)，而以自動(dòng)重合閘來糾正這種無選擇性功作，對(duì)此我們將在第五章里再進(jìn)行分析。dz時(shí)，保護(hù)裝置才能起動(dòng)。根據(jù)電力系統(tǒng)短路的分析，當(dāng)電源電勢(shì)一定時(shí)，短路電流的大小決定于短路點(diǎn)和電源之間的總阻抗Z?，三相短路電流可表示為 （43）式中E?———系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)； Zd——短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的阻抗； Zs——保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗。對(duì)不同安裝地點(diǎn)的保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線的實(shí)際情況選取其最大和最小運(yùn)行方式。k＝1．2~1．3，則上式即可寫為 (45)對(duì)保護(hù)2來講，按照同樣的原則，其起動(dòng)電流應(yīng)整定得大于d2點(diǎn)短路時(shí)的最大短路電流,即 (46)起動(dòng)電流與無關(guān)，所以在圖2上是直線，它與曲線和Ⅱ各有一個(gè)交點(diǎn)。由圖2可見，當(dāng)系統(tǒng)為最大運(yùn)行方式時(shí)，電流速斷的保護(hù)范圍為最大，當(dāng)出現(xiàn)其它運(yùn)行方式或兩相短路時(shí)，速斷的保護(hù)范圍都要減小，而當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路冰電流速斷的保護(hù)范圍為最小。（a） （b）圖3 電流速斷保護(hù)的單相原理接線圖及系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)電流速斷保護(hù)的影響曲線3電流速斷保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作迅速，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。而當(dāng)線路短時(shí)，由于短路電流曲線變化平緩，速斷保護(hù)的整定值在考慮了可靠系數(shù)以后．其保護(hù)范圍將很小甚至等于零，如圖4(b)所示。該保護(hù)使用在雙側(cè)電源線路上又未經(jīng)方向元件控制時(shí)，應(yīng)考慮與背側(cè)線路保護(hù)的配合問題。保護(hù)的工作原理和簽定計(jì)算的基本原則由于要求限時(shí)速斷保護(hù)必須保護(hù)本線路的全長，因此它的保護(hù)范圍必然要延伸到下一條線路中去，這樣當(dāng)下一條線路出口處發(fā)生短路時(shí)，它就要起動(dòng)，在這種情況下，為了保證動(dòng)作的選擇性，就必須使保護(hù)的動(dòng)作帶有一定的時(shí)限，此時(shí)限的大小與其延伸的范圍有關(guān)。對(duì)這個(gè)新沒保護(hù)的要求，首先是在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長，并具有足夠的靈敏性，其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動(dòng)作時(shí)限。 延時(shí)電流速斷保護(hù) 1延時(shí)電流速斷保護(hù)的內(nèi)容 電流定值應(yīng)對(duì)本線路末端故障有規(guī)定的靈敏系數(shù)，還應(yīng)與相鄰線路保護(hù)的測(cè)量元件定值配合，時(shí)間定值按配合關(guān)系整定。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化很大，或者被保護(hù)線路的長度很短時(shí)，速斷保護(hù)就可能沒有保護(hù)范圍，因而不能采用。電流速斷保護(hù)的單相原理接線如圖3（a）所示，電流繼電器接于電流互感器LH的二次側(cè)，它動(dòng)作后起動(dòng)中間繼電器，其觸點(diǎn)閉合后，經(jīng)串聯(lián)信號(hào)繼電器而接通斷路器的跳閘線圈TQ，使斷路器跳閘。而在交點(diǎn)以后短路時(shí)，由于短路電流小于起動(dòng)電流，保護(hù)將不能起動(dòng)，由此可見，有選擇性的電流速斷保護(hù)不可能保護(hù)線路的全長。為了保證電流速斷保護(hù)動(dòng)作的選擇性，對(duì)保護(hù)Ⅰ來講，其起動(dòng)電流I39。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式及故障類型改變時(shí)，Id都將隨之變化。dz，是用電力系統(tǒng)一次側(cè)的參數(shù)表木的，它所代表的意義是； 當(dāng)在被保護(hù)線路的一次側(cè)電流達(dá)到這個(gè)數(shù)值時(shí)，安裝在該處的這套保護(hù)裝置就能夠起動(dòng)。對(duì)反應(yīng)于電流升向而動(dòng)作的電流速斷保護(hù)而言，能使該保護(hù)裝置起動(dòng)的最小電流值稱為保護(hù)裝置的起動(dòng)電流，以I39。同樣地，保護(hù)1也無法區(qū)別d3和d4點(diǎn)的短路。但是這種愿望是否能實(shí)現(xiàn)，需要作具體分析。在簡(jiǎn)單、可靠和保證選擇性概述的前提下，原則上總是越快越好。 對(duì)于接入供電變壓器的終端線路(含T接供電變壓器或供電線路)，如變壓器裝有差動(dòng)保護(hù)，線路電流速斷保護(hù)定值允許按躲過變壓器其他側(cè)母線三相最大短路電流整定。（7）判定電流保護(hù)是否使用方向元件。（3）一個(gè)保護(hù)與相鄰的幾個(gè)下一級(jí)保護(hù)整定配合或同時(shí)應(yīng)滿足幾個(gè)條件時(shí)進(jìn)行整定時(shí)，整定值應(yīng)取最嚴(yán)重的數(shù)值。根據(jù)規(guī)定，縱差保護(hù)的應(yīng)用范圍是：對(duì)于1~10KV線路，長度不超過2Km；對(duì)于35kv線路，長度不超過5Km。但是，實(shí)際上由于兩側(cè)電流互感器特性不完全一致，在外部短路時(shí)，二次差動(dòng)回路中將出現(xiàn)不平衡電流，流入繼電器。當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)，如圖1(a)的d2點(diǎn)所示，線路兩側(cè)的電流IⅠ和IⅡ的大小和相位都不相同，流入繼電器的電流為 （42）式中Ijd—流過繼電器的故障電流；Id—故障點(diǎn)的短路電流。對(duì)于單回線路可考慮采用縱縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(簡(jiǎn)稱縱差保護(hù))的原理接線圖如圖1所示。（2）按整定條件進(jìn)行初選整定值，按電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最小運(yùn)行方式效驗(yàn)靈敏度，其靈敏度應(yīng)滿足要求，在滿足要求之后即可確定選定的整定值。一種是以差動(dòng)為基本原理的保護(hù)。（6） 重合閘及手動(dòng)合閘，備用電源的自動(dòng)投入。（2） 斷線及非全相運(yùn)行。針對(duì)煤礦配電網(wǎng)具體的運(yùn)行特點(diǎn)，考慮降低靈敏度以減少保護(hù)誤動(dòng)的概率。圖312 煤礦電網(wǎng)故障計(jì)算流程圖 本章小結(jié)本章介紹了煤礦電網(wǎng)故障計(jì)算的特點(diǎn)，根據(jù)煤礦企業(yè)故障計(jì)算的實(shí)際要求及目前計(jì)算方法中存在的不足，應(yīng)用基本電工理論和方法，給出了有限大和無限大容量電源對(duì)短路點(diǎn)轉(zhuǎn)移阻抗的計(jì)算公式，之后基于電機(jī)故障暫態(tài)過渡過程的基本理論提出了特定時(shí)刻故障計(jì)算、兩相短路故障、單相接地電容電流計(jì)算的計(jì)算機(jī)求解方法，最后闡述了本系統(tǒng)故障電流計(jì)算的流程圖。煤礦高壓系統(tǒng)單相接地的電容電流為同一電壓等級(jí)的所有電力線路與電力設(shè)備的電容電流之和，即 (358)《煤礦安全規(guī)程》第457條中規(guī)定“礦井高壓電網(wǎng)，必須采取措施限制單相接地電容電流超過20A”。2．凸極式同步電動(dòng)機(jī)的單相接地電容電流 (353)——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，單位為。煤礦井下電網(wǎng)的單相接地電容電流一般由兩部分組成：電力線路（架空線和電纜）的電容電流和電力設(shè)備（包括發(fā)電機(jī)、大容量同步電動(dòng)機(jī)）的電容電流。此時(shí)，求各個(gè)電源的轉(zhuǎn)移阻抗的基本思路與兩相短路故障時(shí)的處理方法基本相同，即相當(dāng)于短路故障點(diǎn)位于負(fù)荷分支網(wǎng)絡(luò)，然后在故障點(diǎn)之前串聯(lián)一個(gè)阻抗值為的支路，然后按前面的方法計(jì)算就可求得經(jīng)過渡電阻短路時(shí)的故障電流。根據(jù)正序等效定則，當(dāng)煤礦電網(wǎng)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，相當(dāng)于在接入短路點(diǎn)的正序等值阻抗后再串聯(lián)一個(gè)負(fù)序等值阻抗（如圖），所以兩相短路故障電流計(jì)算公式如下： (349)其中為計(jì)算三相短路時(shí)的網(wǎng)絡(luò)阻抗值，各元件的正序阻抗值與對(duì)稱短路計(jì)算時(shí)的阻抗值一致。不對(duì)稱故障與對(duì)稱故障的區(qū)別在于不對(duì)稱短路時(shí)，各相的情況各不相同，除了電壓與電流不同外，而且它們之間的相角也不相同。若異步電動(dòng)機(jī)端頭處發(fā)生三相短路時(shí)，大容量異步電動(dòng)機(jī)的反饋沖擊電流可按下式計(jì)算： (346)式中：——異步電動(dòng)機(jī)的反饋沖擊系數(shù)，對(duì)于