煤矿35KV供电系统设计毕业设计成人教育 本文简介：
毕业设计（论文）说明书设计（论文）题目：煤矿35KV供电系统设计学校：函授教学站点：继续教育学院年级专业：姓名：毕业设计（论文）任务书论文题目：要求：(时间自20XX年3月26日至20XX年5月20日）指导教师：下达时间：20XX年3月26日摘要林南仓煤矿系100万吨中型煤矿，地理位置优越，历史悠久
煤矿35KV供电系统设计毕业设计成人教育 本文内容：
毕业设计（论文）说明书
设计（论文）题目：煤矿35KV供电系统设计
学
校
：
函授教学站点：
继续教育学院
年
级
专
业
：
姓
名：
毕业设计（论文）任务书
论文题目：
要
求：(时间自
20XX
年
3月26日至20XX年5月20
日）指导教师
：
下达
时间：
20XX年
3
月
26
日摘
要
林南仓煤矿系100万吨中型煤矿，地理位置优越，历史悠久。矿区部分设备都是原来引进外国的。近年来，由于企业的发展迅速，目前的供电系统已经不能保证安全、可靠的供电。本次设计是根据现有的供电系统以及地质条件的特点，对某些设备以及负荷分布进行改进，以满足供电的可靠性和安全性。本次供电系统的设计内容包括：负荷计算、地面变电所设计、短路电流计算、井下变电所设计、地面高低压设备选择、保护装置、变电所防雷及接地等。本设计主供电系统由来自不同地方的两路35kV线路供电，经主变压器变为6kV，由单母分段的接线方式向矿区供电。
本次设计煤矿35kV供电系统，包括井上供电系统部分和井下中央变电所部分。为保证供电的安全性和可靠性，又考虑本煤矿20年的服务期限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对本煤矿设计的合理性。关键字：
35kV；
供电系统；
负荷计算；短路电流计算；设备选择
Abstract
Lin
Nancang
coal
mine1000000tons
of
medium-sized
coal
mines,
the
geographical
position
is
superior,
has
a
long
history.
Mining
equipment
is
the
original
part
of
the
introduction
of
foreign.
In
recent
years,
because
of
the
rapid
development,
the
current
supply
system
has
been
unable
to
ensure
safe,
reliable
power
supply.
The
design
is
based
on
the
existing
power
supply
system
and
the
characteristics
of
geological
conditions,
some
equipment
and
load
distribution
are
improved,
in
order
to
satisfy
the
power
supply
reliability
and
security.
The
power
supply
system
design
content
includes:
load
calculation,
ground
substation
design,
short-circuit
current
calculation,
underground
substation
design,
ground
high
voltage
equipment
selection,
protection,
substation
lightning
protection
and
grounding.
The
design
of
main
power
supply
system
consists
of
anywhere
from
two
35kV
line
power
supply,
the
transformer
into
6kV,
consisting
of
a
single
bus
section
connection
to
the
mining
area
power
supply.
The
design
of35kV
power
supply
system
in
coal
mine
power
supply
system,
including
Inoue
and
underground
central
substation
part.
In
order
to
ensure
the
safety
and
reliability
of
power
supply,
and
consideration
of
the
coal
mine
for
20
years
of
service,
from
two
aspects
of
economy
and
technology
in
the
mine
to
carry
out
overall
design,
to
meet
the
coal
mine
design.Key
words:35kV;
power
supply
system;
load
calculation;
calculation
of
short
circuit
current;
equipment
selection
目录1
概述
1
1.1矿区概况
1
1.2矿区原始信息
1
1.3全矿负荷统计
2
2
负荷计算
3
2.1负荷等级级与负荷曲线
3
2.1.1供电负荷分级
3
2.1.2负荷曲线
3
2.2矿井用电负荷计算
4
2.2.1设备容量的确定
4
2.2.2本矿负荷计算
4
2.2.4初选主变压器
6
2.3功率因数补偿与电容器柜的选择
6
2.3.1提高功率因数补偿的意义
6
2.3.2提高功率因数的方法
6
2.3.3电容器补偿具体计算
7
3主变压器选择与主接线方案的确定
9
3.1主变压器的选择
9
3.1.1主变压器的确定原则
9
3.1.2主变压器选型
9
3.1.3井下电缆回数
10
3.2主接线方式的确定
10
3.2.1供电系统接线方式的要求
10
3.2.2
35kV侧接线方式选择
10
3.2.3
6kV侧接线方式选择
11
4短路计算
14
4.1短路电流常识与计算方法
14
4.1.1短路的原因
14
4.1.2短路的危害
14
4.1.3计算短路电流的目的
14
4.1.4标幺值法计算短路电流
14
4.2短路电流计算
16
4.2.1选取短路计算点并绘制等效电路图
16
4.2.2选择计算各基准值
17
4.2.3计算各元件的标幺电抗
18
4.2.4计算各短路点的短路参数
18
5设备选择
21
5.1电气设备选择的一般原则
21
5.1.1按工作电压选择
21
5.1.2按工作电流选择
21
5.1.3按环境类型选择
21
5.1.4按断路容量选择
21
5.2电气设备的短路校验
22
5.2.1短路动、热稳定性校验原则
22
5.2.2热稳定校验
22
5.2.3动稳定性校验
22
5.3设备选择与校验
23
5.3.1架空线、母线的选择
23
5.3.2
断路器的选择
25
5.3.3
高压隔离开关的选择
27
5.3.4限流电抗器的选择
28
5.3.5
电压互感器、熔断器的选择
31
5.3.6
电流互感器的选择
31
5.3.7
避雷器选择
32
5.3.8母线绝缘子及穿墙套管
32
5.3.9
6kV侧各出线电缆的选择
33
5.3.10高压开关柜选择
36
6井下中央变电所设计
38
6.1井下情况及负荷统计
38
6.2井下负荷计算
38
6.2.1中央变电所高压侧的设计
38
6.2.2中央变电所低压侧的设计
38
6.2.4需用系数法统计负荷
39
6.3中央变电所变压器的选择与损耗计算
40
6.4主接线图以及变电所位置选择
41
6.5井下中央变电所短路电流计算
41
6.6井下中央变电所设备选择
44
6.6.1高压配电箱的选择及校验
44
6.6.2高压电缆的选择及校验
45
7配电装置
46
7.1
关于配电装置
46
7.2
本矿变电所各电压等级配电装置
46
7.2.1
35kV配电装置
46
7.2.2
6kV配电装置
47
8防雷保护及接地
48
8.1变电所的防雷
48
8.1.1变电所的防雷设计原则
48
8.1.2防雷设计基本知识
48
8.2防雷保护装置
48
8.3防雷设计
49
8.3.1
35kV进线段保护
49
8.3.2
避雷针的设计
49
8.4变电所的保护接地
50
8.4.1保护接地的基本原理
50
8.4.2变电所的接地网
50
结论
52
致
谢
53
参考文献
54
1
概述
1.1矿区概况
林南仓矿位于河北省，属于开滦集团控股。主营：原煤开采、洗煤、加工普通机械零配件等。其设计生产能力为100万吨。今年4月份又新建一座洗煤厂，年洗煤量可达400万吨。
矿内变配电所占地约2000平方米，两条进线分别到所内室外两个35/6kV主变压器，平常起用一台主变，地下水丰富的夏季一般开两台主变，室外部四脚分别设置四个避雷器。采用单母分段的主接线形式，主母线分为两段，母线间以断路器隔开。
该矿矿现有的很多供电设备是解放前引进外国的，虽然在当时是比较的先进的，但是随着企业的飞速发展，已不能满足现在的供电系统的要求。整个供电系统存在着许多隐患。设备古老，线路老化，负荷分布不合理，这些都对供电系统的安全造成很大影响。如何保证整个供电系统的安全性和可靠性，是本次设计的主要内容。
1.2矿区原始信息
矿井年产量：100万t；服务年限：20年；
立井深度：0.3km；
矿区冻土带厚度为0.35m，一般黑土；
两回35kV架空电源线路长度：；
两回上级35kV电源出线断路器过流保护动作时间：；
本所35kV电源母线最大运行方式下的系统电抗:
(=100MVA);
本所35kV电源母线最小行方式下的系统电抗:(=100MVA);
井下6kV母线上允许短路容量:
=100MVA；
电费收取办法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费；
本所6kV母线上补偿后平均功率因数要求值；
地区日最高气温：；
最热月室外最高气温月平均值：；
最热月室内最高气温月平均值：；
最热月土壤最高气温月平均值：。
1.3全矿负荷统计
表1-1
全矿用电负荷统计表
用电设备名称
电压(V)
容量(kW)
需用系数
Kd
功率
因数装配/使用台数
总容量（kW）
线路类型
距35Kv
变电所
距离
（km）
负荷
等级
1、地面高压主井提升机
6000
2000
0.85
0.9
1/1
2000
C
0.5
1
副井提升机
6000
1500
0.85
0.8
1/1
1500
C
0.4
1
压风机
6000
1000
0.8
0.9
1/1
1000
C
0.5
1
风井通风机
6000
900
0.75
0.85
4/2
1800
K
2.5
1
风井压风机
6000
600
0.9
0.9
4/2
1200
C
2.0
1
2、地面低压锅炉房
380
790
0.7
0.7
—
790
K
0.3
2
修配厂
380
860
0.7
0.65
—
860
C
0.4
3
选煤厂
380
3330
0.7
0.8
—
3330
K
0.5
2
水处理设施
380
210
0.8
0.8
—
210
K
0.7
2
工房
380
750
0.8
0.8
—
750
K
1.5
3
地面其它低压设备
380
660
0.75
0.75
—
660
K
0.2
1
3、井下高压排水泵
6000
750
0.9
0.95
4/4
6000
C
0.8
1
4、井下低压A采区
—
966
0.7
0.75
—
966
K
—
2
B采区
—
938
0.7
0.75
—
938
K
—
2
C采区
—
1600
0.75
0.75
—
1600
K
—
2
井底车场
—
850
0.8
0.75
—
850
K
—
2
2
负荷计算
2.1负荷等级级与负荷曲线
2.1.1供电负荷分级
一般来说，按其供电可靠性及中断供电造成的损失或影响程度，分为以下三级：
一级负荷：中断供电将造成人身伤亡和重大损失的企业
二级负荷：中断供电将造成较大损失、主要设备损坏、造成减产的企业。
三级负荷：一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者。
一级负荷属重要负荷，如中断供电将造成十分严重的后果，因此要求应由两个电源供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。
2.1.2负荷曲线
4012
年负荷曲线
图2-1年最大负荷和最大负荷利用小时数年最大负荷：就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的而是全年至少出现2-3次）消耗电能最大的半小时平均功率。并分别用符号、、表示年有功最大负荷、年无功最大负荷和年视在功率最大负荷。
年最大负荷小时是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗电能，用表示，如图2-2所示，年最大负荷延伸到的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，既全年实际消耗的电能。因此年最大负荷利用小时：
（2-1）
式中——全年消耗的有功电能，kWh。
而一般计算矿用最大负荷利用小时可以用公式近似计算：（2-2）
2.2矿井用电负荷计算
2.2.1设备容量的确定
用电设备铭牌上标出的功率（或称容量）称为用电设备的额定功率，该功率是指用电
设备额定的输出功率。由于各用电设备并不是同时工作，而需将不同工作制的用电设备额定功率换算成统一规定的工作制条件下的功率，称之为用电设备功率。
2.2.1.1用电设备的分类
（1）长期连续工作制：设备长期连续运行，负荷稳定。对这种用电设备有（2-3）
（2）短时工作制：设备工作时间很短，停歇时间长。这类设备同样有（2-4）
（3）
短时连续工作制：设备周期性地时而工作，时而停歇。工作周期不超过10min。
2.2.1.2用电设备组计算负荷的确定
用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。其计算公式为：
kW
（2-6）
kvar
（2-7）
kVA
（2-8）
A
（2-9）
式中，、、——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；——该用电设备组的设备总额定容量，kW;——额定电压，V——功率因数角的正切值;——该用电设备组的计算负荷电流，A;——需用系数
2.2.2本矿负荷计算
根据负荷统计表及负荷计算公式计算负荷，具体计算方法如下：
主井提升机：由公式可得各负荷的有功、无功、视在功率计算负荷。
表2-1
其他设备的计算负荷
设备名称
主井提升机
副井提升机
压风机
风井通风机
风井压风机
锅炉房
修配厂
选煤厂
1700
1275
800
1350
1080
552
602
2331
823
956
384
837
523
563
614
1748
1888
1594
910
1376
1200
788
860
2914
水处理设施
168
126
210
工房
600
450
750
地面其他低压设备
495
436
660
排水泵
5400
1775
5684
A采区
676
595
901
B采区
657
578
875
C采区
1200
1056
1598
井底车场
595
524
793
由以上数据可以计算出补偿前全矿总有功、无功负荷以及低压负荷的有功、无功、视在功率：
全矿低压负荷的变压器损耗，按近似公式计算，如下：
2.2.4初选主变压器
计算可得6Kv母线上补偿前的总负荷。
由补偿前全矿总有功、无功负荷加上全矿低压负荷变压器上的损耗的有功和无功可得出高压侧负荷，因为计算负荷大于10000Kw，所以取，变电所6kV母线补偿前的总负荷为：则补偿前的功率因数
根据选出两台主变压器，型号为-20000,
35/6.3kV
我们知道，全矿负荷中一级二级负荷占大部分，故而采用两台主变压器分列同时运行的方式，当一台出现故障时，另一台能保证重要负荷正常工作运行，进而保证安全性。
2.3功率因数补偿与电容器柜的选择
2.3.1提高功率因数补偿的意义
提高用户的功率因数有如下意义:
(1)提高电力系统的供电能力
(2）降低网络中的功率损耗
(3）减少网络中的电压损失，提高供电质量
(4）降低电能成本
2.3.2提高功率因数的方法
(1）提高用电设备本身的功率因数。
在生产中，尽量采用鼠笼式异步发电机，避免电动机与变压器的转载运行；对不需调速的大型设备，尽量采用同步机，采用高压电动机等。在本设计中，扇风机和压风机就采用了同步电动机，它对该矿供电系统的功率因数具有一定的补偿作用。
(2）采用人工补偿提高功率因数
人工补偿提高功率因数的做法是采用供应无功功率的设备来就地补偿用电设备所需要的无功功率，以减少线路中的无功输送。
人工补偿一般采用并联电力电容器，利用电容器产生的无功功率与电感负载产生无功功率进行交换，从而减少了负载向电网吸取无功功率。
2.3.3电容器补偿具体计算
以上我们知道了功率因数补偿的方法，下面计算出需要补偿的容量。
首先，计算无补偿前主变压器的最大功率损耗。无功损耗与负荷率成正比，所以一台使用时出现最大功率损耗，求出此时功率因数提高到0.9时所需要的补偿量，同时作为6kV母线上应补偿的值。根据需要补偿的容量选电容器柜的数量。重算变压器损耗以及校验35kV侧的功率因数是否达到要求。功率因数一般要求在0.9以上。
2.3.3.1计算需要补偿容量
(1）补偿前主变压器损耗计算（一台运行，一台停运）
在初选出的主变压器参数表中查得以下计算所需参数
负荷率：
(2）补偿前35kV侧负荷与功率因数(3）由计算结果选电容柜和实际补偿量。假如补偿后功率因数，那么，平均负荷系数取，所以总容量：
在6Kv电压侧我们选用每柜的电容柜，可得需要的电容柜数为：
，故而需要电容器柜数14
补偿容量：（）
2.3.3.2补偿过后校验功率因数
(1）补偿过后的6Kv侧计算负荷和功率因数由于补偿前后有功负荷不变，所以可以得出：
(2）主变压器在补偿后最大损耗计算（一台运行，一台停运）
(3）补偿后35kV侧的计算负荷与功率因数校验
通过以上计算校验，满足要求，由此得出：需要14个每柜的电容柜。
3主变压器选择与主接线方案的确定
3.1主变压器的选择
3.1.1主变压器的确定原则
一方面从容量考虑：
（1）主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到更远期的负荷发展。对于城郊要考虑主变压器容量与城市规划相结合。
（2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。
一方面从台数考虑：
（1）
对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
（2）
如企业的一、二级负荷较多，必须装设两台变压器，两台互为备用。
（3）特殊情况下可装设两台以上变压器。
3.1.2主变压器选型
为了保证煤矿供电，并根据《煤矿安全规程》规定主变压器应选用一主一备，在一台主变压器故障或者检修时，另一台变压器必须保证煤矿的安全生产用电的原则。根据《煤矿电工手册》取事故负荷保证系数
则每台变压器为：表3-1
-20000,35/6.3kV变压器的主要参数
型号
高压（kV）
低压（kV）
联结方式
阻抗电压(%)
空载电流(%)
空载损耗（kW）
短路损耗（kW）
重量（t）
-20000
35
6.3
Ynd11
(Y0/-11)
8.0
0.7
22.5
93
31.3根据矿井一、二级负荷占得比重较大，可初选两台主变压器，考虑到矿井的深入，负荷的不断增加，选用型号kV电力变压器，作为主变压器。
3.1.3井下电缆回数
下井电缆根数可按下式来确定：式中，、、分别为井下主排水泵计算有功，无功负荷，井下低压总的计算有功，无功负荷;“360-150mm2”下井电缆经最高45℃修正后的安全载流量;?1??规程规定所必须的备用电缆。
计算可得
因井下电缆应为偶数，故下井电缆根数应为4根。
修配厂、工房、锅炉房选用型三相油浸自冷式铜线电力变压器各一台；地面低压、水处理设施选用型铜线电力变压器；洗煤厂选用两台型铜线电力变压器。
3.2主接线方式的确定
3.2.1供电系统接线方式的要求
供电系统接线方式应满足：安全可靠、操作方便、运行灵活、经济合理、便于发展等要求。
3.2.2
35kV侧接线方式选择
3.2.2.1单元接线
发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为单元接线。它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对而言于具有母线时，有所减小等特点；这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。
3.2.2.2桥形接线
为了保证对一二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回电源线路受电荷装设两台变压器的桥式主接线。桥式接分为外桥、内桥和全桥三种。
（1）外桥接线
①优点：高压断路器数少、四个回路只需三台断路器。
②缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧的断路器检修时，变压器需较长时间停运。
③适用范围：适用于较小容量的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障率较少的情况。
（2）内桥接线
①
优点：高压断路器数少，四个回路只需三台断路器。
②
缺点：变压器的切除和投入较复杂，需两台断路器动作，影响一回线路的暂时停运；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需校长时间停运。
③
适用范围：适用于较小容量的变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。
（3）全桥接线
图3-1全桥接线
全桥接线如图所示。线路与变压器均设有断路器。全桥适应能力强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所。其缺点是设备多、投资大，变电所占地面积较大。
变电站所主变容量较大，煤矿对供电可靠性运行的灵活性，操作方便等要求严格，结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线方式。
3.2.3
6kV侧接线方式选择
3.2.3.1单母线接线
（1）
优点：接线简单清晰，操作方便，设备少，配电装置的建造费用低。隔离开关仅在检修时作隔离电压用，不作任何其他操作，便于扩建和采用成套配电装置。
（2）
缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电。引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。
（3）
适用范围：由于单母线接线工作可靠性和灵活性都较差，故这种接线主要用于小容量特别是只有一个电源的变电所中。
3.2.3.2单母线分段式接线
（1）
优点：用断路器把母线分段后，对重要一、二级用户可以从不同段上引出两个回路，有两个电源供电。当一段进线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
（2）
缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在此期间内停电。
（3）
适用范围：由于单母线分段接线比单母线接线的供电可靠性相灵活性有所提高，所以在6.3kV以下的变电所中较广泛使用这种接线方式。
图3-2
单母线分段式接线图
3.2.3.3双母线接线
双母接线中有两组母线，每一电源或每条引出线，通过一台或两台断路器，分别接到两组母线上。
（1）优点：供电可靠、调度灵活、扩建方便。
（2）缺点：增加一组母线，每回路就要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
（3）适用范围：
当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电,采用双母线接线较合适。
综上所述，考虑到经济性和满足矿井供电的要求，6kV侧用单母分段式接线方式。
变电所的主接线简图可以表示为：
图3-3
变电所主接线简图
4短路计算
4.1短路电流常识与计算方法
4.1.1短路的原因
产生短路故障的主要原因是电气设备的载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏时由于绝缘老化、过电压或机械损伤等原因造成的。其他如运行人员带负荷拉、合隔离开关或者检修后未拆除接地线就送电等误操作而引起的短路。此外，鸟兽在裸露的导体上跨越以及风雪等自然现象也能引起短路。
4.1.2短路的危害
发生短路时，因短路回路的总阻抗非常小，故短路电流可能达到很大的数值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏，使供电受到严重影响或被迫中断，甚至引起人员伤亡等重大事故。
4.1.3计算短路电流的目的
（1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。
（2）设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。
（3）确定限流措施。
（4）确定合理的主接线方案和主要运行方式等。
4.1.4标幺值法计算短路电流
在有多个电压等级的供电系统中，计算短路电流时，若采用有名制法计算，要将所有元件的阻抗都归算到相同电压下才能求出短路回路的总阻抗，从而计算出短路电流，计算过程繁琐、易出错，而采用标幺值法则可简化计算。
4.1.4.1标幺制
用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。标幺值是指物理量的有名值与基准值的比值，即
标幺值=物理量的有名值/物理量的基准值
例如容量、电压、电流、阻抗（电抗）标幺值分别为：
，，（4-1）
基准容量（）、基准电压()、基准电流()和基准阻抗（）亦符合功率方程和电压方程。因此，4个基准值中只有两个是独立的，通常选定基准容量和基准电压为给定值，再按计算式求出基准电流和基准电抗，即
（4-2）
4.1.4.2各元件的标幺电抗计算
取，为基准容量
(1)线路标幺电抗。若线路长度为、单位长度的电抗为，则线路电抗
。线路的标幺电抗为即（4-3）
(2)变压器电抗标幺值。若变压器的额定容量为和阻抗电压百分数为，则忽略变压器绕组电阻R的电抗标幺值为
即
（4-4）
(3)系统的标幺电抗。供电部门提供供电系统的电抗参数或相应的条件，应计及供电系统电源的电抗，并看作无限大容量电源系统，这样计算的短路电流更为精确。
若已知供电系统的系统电抗有名值,则系统标幺电抗为:
（4-5）
若已知供电系统出口处的短路容量,则系统的电抗有名值为:（4-6）
进而求得系统标幺电抗为:
即
（4-7）
（4）短路冲击电流
在高压供电系统中为：
（4-8）
（4-9）
式中
——三相短路电流周期分量的有效值
4.2短路电流计算
本矿井上变电所35kV采用全桥接线，6kV采用单母分段接线；主变压器型号为
型，(%)=8.0；地面低压变压器型号为,6/0.4型，；35kV电源进线为双回路架空线路，线路长度为8km；系统电抗在最大运行方式下，在最小运行方式下。地面变电所6kV母线上的线路类型及线路长度见表格。
表4-1
地面变电所6kV母线上的线路类型及线路长度
序号
设备名称
电压（kV）
距6kV母线距离（km）
线路类型
1
主井提升
6
0.5
C
2
副井提升
6
0.4
C
3
风井通风机
6
2.5
K
4
压风机
6
0.5
C
5
风井压风机
6
2.0
C
6
地面其他低压
0.4
0.2
C
7
锅炉房
0.4
0.3
K
8
修配厂
0.4
0.4
C
9
洗煤厂
0.4
0.5
K
10
工房
0.4
1.5
K
11
水处理设施
0.4
0.7
K
12
井下6kV母线
6
0.8
C
4.2.1选取短路计算点并绘制等效电路图
通常来说，选取各线路始、末端作为短路计算点，线路始端的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验继电保护的灵敏度。
可画出等效短路计算图。图
4-1
等效短路计算图
4.2.2选择计算各基准值
取基准容量,基准电压,,,则可求得各级基准电流为：
4.2.3计算各元件的标幺电抗
（1）电源的电抗
;
（2）变压器电抗
主变压器电抗：地面低压变压器电抗：
（3）线路阻抗
35kV架空线路电抗：主井提升馈电线路电抗：副井提升馈电线路电抗：压风机馈电线路电抗：
风井通风机馈电线路电抗：风井压风机馈电线路电抗：地面低压馈电线路电抗：洗煤厂馈电线路电抗：
水处理设备馈电线路电抗：
锅炉房馈电线路电抗：
机修厂馈电线路电抗：
工房馈电线路电抗：下井电缆线路电抗：4.2.4计算各短路点的短路参数
（1）k35点短路电流计算
最大运行方式下的三相短路电流:
次暂态电流周期分量:
短路电流冲击值、全电流最大有效值以及次暂态三相短路容量分别为：最小运行方式下的两相短路电流
（2）k66点短路电流计算
最大运行方式下的三相短路电流
次暂态电流周期分量:
短路电流冲击值、全电流最大有效值以及次暂态三相短路容量分别为：最小运行方式下的两相短路电流
（3）井下母线短路容量计算（k14点）
井下6kV母线距井上35kV变电所的最小距离是：副井距35kV变电所距离+井深+距井下中央变电所的距离，即，其电抗标幺值为：最大运行方式下井下母线短路的标幺电抗为：井下母线最大短路容量为：可得，各短路点的短路电流计算结果如表所示
表4-2
短路电流计算结果
短路点
最大运行方式下短路参数
最小运行方式下短路参数k35
4.01
10.23
6.1
257.1
3.33
2.88
k66
11.65
29.71
17.71
126.74
10.55
9.14
k25
11.65
29.71
17.71
126.74
10.55
9.14
k3
10.3
26.27
15.66
112.4
9.45
8.18
k4
10.54
26.87
16.02
115
9.65
8.36
k5
10.07
26.68
15.31
109.9
9.26
8.02
k6
2.77
7.06
4.2
30.2
2.7
2.4
k7
7.69
19.6
11.69
83.9
7.2
6.24
k8
1.42
3.62
2.16
15.5
1.4
1.21
k9
7.08
18.05
10.76
77.3
6.68
5.78
k10
6.13
15.64
9.32
66.9
5.82
5.04
k11
8.4
21.41
12.76
91.6
7.82
6.78
k12
10.54
26.87
16.02
115
9.65
8.36
k13
3.99
10.17
6.06
43.5
3.85
3.33
k14
9.65
24.6
14.7
105.26
8.9
7.715设备选择
5.1电气设备选择的一般原则
变电所用的高压设备一般有断路器、限流电抗器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、熔断器等，它们各有特点，根据安装地点的环境不同，电器分室内型和室外型，在选择电气设备的时候，应注意安全可靠和留有适当发展裕度，尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不尽相同。
5.1.1按工作电压选择
高压电器的额定电压是指电器铭牌上标明的相间电压(线电压)。高压电气设备最高允许运行的电压为（1.1～1.15）%，电网最高允许运行的电压为1.1%，因此电气设备的额定电压应不小于装设处电网的额定电压，即（5-1）
5.1.2按工作电流选择
电器设备的额定电流是指规定环境温度为时，长期允许通过的最大电流。如果电器周围环境温度与额定环境温度不符时，应对额定电流值进行修正。当高于时，每增高，额定电流减少1.8%，当低于时，每降低，额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。
电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时负荷电流(或计算电流)，即
（5-2）
5.1.3按环境类型选择
电气设备分为户内与户外两大类。户外设备的工作条件较恶劣，各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外，户外设备虽可用于户内，但不经济。选择电气设备时，还应根据实际环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔地区或湿热带地区等方面的要求。
5.1.4按断路容量选择
断路器的额定断流量或额定断流容量是指断路器在额定电压时的断流能力。断路器断开的实际电流是断路器的灭弧触头开始分离瞬间，电路内短路电流的有效值。因此按断流能力选择断路器时，必须满足下列条件：
，
（5-3）
式中，——电器的额定断流量，kA；——电器的额定断流容量，MVA；——次暂态短路电路，kA；—一次暂态三相短路容量，MVA。
5.2电气设备的短路校验
按正常选择条件选择的电器设备，当短路电流通过时应保证各部分发热温度和所受电动力不超过允许值，因此必须按短路情况进行校验。一般进行动稳定校验和热稳定校验。
5.2.1短路动、热稳定性校验原则
(1)当电器选定之后，应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验所用的短路电流一般取三相短路时的短路电流。
(2)用熔断器保护的导体和电器，可不进行热稳定校验。当熔断器具有限流作用时，可不校验其动稳定。
(3)用熔断器保护的电压互感器回路，可不进行动、热稳定的校验。
(4)悬式绝缘子可不校验动稳定。
5.2.2热稳定校验
短路电流通过电气设备时，电器的各部件温度（或发热效应）应不超过短时允许发热温度。即
（5-4）
或
（5-5）
或（5-6）
式中，——电器设备允许通过的短时热效应，；——短路电流产生的热效应，；——电器设备的额定热稳定电流
，；——电器设备热稳定时间，s；——稳态短路电流，；——假想时间，s。
5.2.3动稳定性校验
短路电流通过电器设备时，电器设备各部件应能承受短路电流所产生的机械力效应，不发生变形损坏，即
或（5-7）
式中，、——电器设备额定动稳定电流峰值及其有效值，；
、——短路冲击电流峰值及其有效值，。
5.3设备选择与校验
5.3.1架空线、母线的选择
5.3.1.1
35kV侧线路选择
我们知道35kV输电线路以及到煤矿变电所母线选用同一规格的导线，根据我国产品供应市场情况以及导线的材料发展，宜
用铝线，对于35kV架空线路线杆挡距一般在100m以上，导线受力较大，故可选LGJ型钢芯铝绞线。按经济电流密度初选导线截面，按最大长时允许电流校验导线截面，并进行电压损失校验。
（1）按经济电流密度选择导线截面型号
一路供电全矿总负荷电流为：
A
式中，P为35kV侧补偿后的负荷，补偿后=0.912。
下式中，为经济电流密度，与年最大负荷利用小时数有关，一般中型煤矿取=3000～5000小时，=1.15。
导线经济截面为：
故初选LGJ-150型钢芯铝绞线，其最高允许温度为70℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为445A。
（2）机械强度校验
一类用户的架空线等级为1，其导线截面不应小于35mm2，所选架空线A=150mm2,满足要求。
（3）按长时允许电流校验导线截面选择的导线截面应使导线的长时允许电流大于线路长时最大工作电流，即当环境温度为不是标准温度（25℃）时，导线的长时允许载流量按下式修正：式中，为导线最高允许稳定温度，为环境温度。
本所环境温度为40℃，故环境温度为40℃时，导线的长时允许载流量为：
A
，满足要求
当一条线路故障或检修时，另一条线路应担负全矿总负荷电流，此时
，满足要求
（4）以电压损失校验导线截面
取高压输电线路允许电压损失为5%，所以可得：几何间距为2m，LGJ-150型钢芯铝绞线的单位长度电阻，电抗。则电压损失为：。
35Kv线路的电压损失为：
因为,所以电压校验满足要求。
故35kV架空线、35kV进线及35kV母线均选用LGJ-150型钢芯铝绞线。
5.3.1.2
6kV母线的选择
进行母线选择时，按长时允许电流初选导线截面,变压器6kV侧回路选用矩形铝母线,
并按短路条件校验其动稳定和热稳定。
（1）其最大长时负荷电流为变压器二次侧最大长时负荷电流再乘以分配系数K=0.8（进线在母线中间），由于变压器可能过载5%，故最大长时负荷电流应为额定电流的1.05倍，其值为:
一般情况，10kV以下室外及35kV以下室内，多采用矩形铝母线，故初选LMY-125ⅹ8型矩形母线，其截面为125ⅹ8
mm2，采用平放方式。在环境温度为25℃时长时允许载流量为1920A。
实际环境温度为时，其长时允许电流为:满足要求。
(2)母线动稳定性校验。
①按机械强度要求校验，应满足式中
—母线跨距，cm；
下式中，?母线最大允许跨距，cm；，K’为计算系数；a为母线相间距离，cm；为短路冲击电流，kA；K’=1380，
a=25cm,l=120cm.
故
cm
，满足要求
②按机械共振要求
LMY-125ⅹ8型矩形母线机械共振允许的最大跨距为140cm，而母线跨距为120cm，小于允许的最大跨距，故满足要求。
(3)热稳定性校验
按热稳定选择最小截面为：式中,C—热稳定系数，铝母线取95；—集肤效应系数，取1；—稳态短路电流，=11.65kA；—假想时间，=3+0.2=3.2
s（继电保护3S，断路器固有动作时间0.2S）
则最小热稳定截面为:
，满足要求
5.3.2
断路器的选择
5.3.2.1
35kV侧断路器选择
(1)根据布置方式，室外一般采用DW8-35型多油断路器，本设计采用DW8—35/600型断路器，共五台，操动机构选CD11-X电磁操动机构，油开关的户外端子箱选择XJ-1型。所选断路器电气参数如表5-1所示。
表5-1
所选断路器参数
型号
额定电压/kV
额定电流/A
额定开断电流/kA
额定容量/MVA
极限电流峰值/kA
热稳定电流/kA
热稳定时间/s
DW8-35/600
35
600
16.5
1000
41
16.5
4
（2）额定电压：，符合要求。
（3）额定电流：
，符合要求。
（4）动稳定校验：，符合要求。
（5）热稳定校验：继电保护动作时间=3秒，断路器的分闸时间=0.2秒,则秒，QF1～QF5的相当于4秒的热稳定电流为：
热稳定性符合要求。
式中，，分别为断路器的热稳定电流及该电流所对应的热稳定持续时间；，为短路稳定电流及短路电流的持续时间。断路器通过短路电流的持续时间按下式计算：式中，为继电保护动作时间；为断路器的分闸时间。
（6）断流容量校验：,符合要求
5.3.2.2
6kV侧断路器选择
（1）根据布置方式，室内一般采用SN10-10Ⅲ型少油断路器，本设计采用SN10-10Ⅲ/3000型断路器，共两台，操动机构选CD-1电磁操动机构。所选断路器电气参数如表5-2所示。
表5-2
所选断路器参数
型号
额定电压/kV
额定电流/A
额定开断电流/kA
额定容量/MVA
极限电流峰/kA
热稳定电流/kA
热稳定时间/s
SN10-10Ⅲ/3000
10
3000
40
300
125
40
4
（2）额定电压：，符合要求。
（3）额定电流：，
符合要求。
（4）动稳定校验：，符合要求。
（5）热稳定校验：继电保护动作时间=3秒，断路器的分闸时间=0.2秒,则秒，QF1～QF5的相当于4秒的热稳定电流为：
热稳定性符合要求。
（6）断流容量校验：,符合要求。
5.3.3
高压隔离开关的选择
隔离开关的主要功能是隔离高压电源，保证其它电气设备和线路的安全检修及人身安全。隔离开关断开后，具有明显的可见断开间隙，绝缘可靠。隔离开关没有灭弧装置，不能拉、合闸。隔离开关按电网电压、额定电流电流及环境条件选择，按短流电流校验其动、热稳定性。
5.3.3.1
35kV侧的隔离开关QS1～QS10的选择及校验
（1）根据布置方式，室外一般采用GW4或GW5型隔离开关。本设计中为了方便检修时的接地，两个进线隔离开关QS1、QS2和两个电压互感器隔离开关QS9、QS10选用GW5-35GD/600带接地刀闸的隔离开关，操动机构选CS-D单相接地式手动操动机构，QS3～QS8选用GW5-35G/600不带接地刀闸的隔离开关，操动机构选CS-G手动操动机构。所选隔离开关电气参数如表5-3所示。
表6-3
所选隔离开关参数
型号
额定电压/kV
额定电流/A
极限电流峰值/kA
热稳定电流/kA
热稳定时间/s
GW5-35GD/600
GW5-35G/600
35
35
600
600
50
50
14
14
5
5
（2）额定电压：，符合要求。
（3）额定电流：，
符合要求。
（4）动稳定校验：，符合要求。
（5）热稳定校验：继电保护动作时间=3秒，断路器的分闸时间=0.2秒,
秒，QF1～QF5的相当于5秒的热稳定电流为：
热稳定性符合要求。其他校验相似。
5.3.3.2
6Kv侧隔离开关的选择
（1）根据布置方式，室内一般采用GN2、GN6或GN10型隔离开关。本设计QS11、QS12
选用GN10-10T/3000型隔离开关，操动机构选CS9手力操动机构。所选断路器电气参数如表5-4所示。
表5-4
所选隔离开关参数
型号
额定电压/kV
额定电流/A
极限电流峰值/kA
热稳定电流/kA
热稳定时间/s
GN10-10T/3000
10
3000
160
75
5
（2）额定电压：，符合要求。
（3）额定电流：，
符合要求。
（4）动稳定校验：，符合要求。
（5）热稳定校验：继电保护动作时间=3秒，断路器的分闸时间=0.2秒,
秒，QF1～QF5的相当于5秒的热稳定电流为：
热稳定性符合要求。
5.3.4限流电抗器的选择
在煤矿供电系统中，由于电力系统的容量大，故短路电流可能达到很大的数值，如不加以限制，不但设备选择困难，且也不很经济。故增大系统电抗，限制短路电流是必要的。
该矿井下最大短路容量为105.28
MVA大于井下6kV母线上允许短路容量100MVA，故需要在地面加装限流电抗器，取将短路电流限制在70MVA
由3.1.3可知，下井电缆为4根，双回路两两并联运行，当一根电缆故障时，其余三根必须能承载井下全部负荷的供电，即每根电缆能承担1/3的井下负荷，故选择电抗器时，故应考虑一根电缆故障时的情况。
（1）井下计算负荷电流
我们知道，井下低压归算到6Kv侧上，所以:
正常情况下，每根电缆应承受的负荷电流为862/4=215.5A，一根故障时，862/3=274A。
据此可选择kV，kA的水泥电抗器四台。
（2）电抗器电抗值计算
电抗器前系统电抗为（系统电抗取最大运行方式值）而限制在70MVA所需要的总电抗标么值为因两回路并联运行，故串入每一回路的电抗器相对电抗为据此求出所选电抗器的电抗百分数计算值为故可选用NKL-6-150-4型铝电缆水泥电抗器四台，其百分电抗值为4%，动稳定电流峰值为9.56kA，1秒热稳定电流为9.34kA，其在额定电流下的电抗相对值为（3）电抗器的电压损失校验
正常情况下，四根电缆承担井下总负荷电流
<4%～5%
满足要求。
其中
故障时三根电缆承受井下总负荷电流
<4%～5%
满足要求
（4）电抗器的动、热稳定校验
①动稳定校验
下井回路分列运行时，流过电抗器的短路电流最大，此时最大三相短路电流冲击值为
<9.56kA，满足要求。
两根电缆并联运行，在其中一根发生三相短路，通过电抗器的电流为总电流的一半，此时短路电流冲击值为通过每台电抗器的冲击电流为=6.13kA<9.56kA，满足要求。
②热稳定校验
本线路有t=0.5s的限时速断保护
假想时间
<9.34kA，满足要求。
5.3.5
电压互感器、熔断器的选择
5.3.5.1
35kV电压互感器和熔断器的选择
（1）本设计为终端变电所，不进行绝缘检测，只需测量线路电压，可选两台双圈油浸互感器，其型号为JDJJ2—35，属户外式电压互感器，采用V型接法分别接在35kV两段母线上.
电压互感器地选择：=35kV，根据产品手册选用JDJJ2-35型电压互感器。其技术参数如表所示。
表5-5
JDJJ2-35型电压互感器技术参数
一次电压（kV）
35/
额定容量为0.5级150Va,一级250VA
基本二次线圈(kV)
0.1/
3级600VA辅助二次线圈(kV)
0.1/
最大容量1200VA（2）高压熔断器的选择除按工作环境条件、电网电压、长时最大负荷电流（对保护电压互感器的熔断器不考虑负荷电流）选择型号外，还必须校验其断流容量，即对保护变压器的熔件，其额定电流可按变压器额定电流的1.5～2倍选取。
对于限流式熔断器，不能用于低于额定电压等级的电网上，以免熔件熔断时电弧电阻过大而出现过截流电压。
35kV电压互感器保护用熔断器的选择：
对于保护电压互感器的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量来选择不考虑负荷电流。
由短路参数统计表可查得35kV侧最大短路容量为257.1MVA，故选用RW9-35/0.5型户外高压熔断器，其额定电压为35kV，熔管额定电流为0.5A，最大切断容量600MVA，满足要求。
6kV侧电压互感器在选择高压开关柜时配套选择，详见设备汇总表。
5.3.6
电流互感器的选择
（1）35kV侧电流互感器
电流互感器选用LCW—35型户外支持式、多匝油浸瓷绝缘的高压电流互感器，单独装设，利用一次线圈的串并联，可得到不同的变比，选用额定电流变比为15～600/5，准确级次0.5，1s热稳定倍数65，动稳定倍数100。
（2）6kV侧电流互感器
根据6kV侧隔离开关的计算数据，6kV侧选用LMJC-10-1000/5型母线式电流互感器.额定电压10kV，额定电流为1000A，1秒热稳定电流为65kA。
①动稳定校验②热稳定校验
，满足要求。
5.3.7
避雷器选择
一般选用变电站避雷器FZ-35型，选两组分放在35kV两段母线上，与电压互感器供用一个间隔。6kV侧选用FZ-6型避雷器。
5.3.8母线绝缘子及穿墙套管
（1）母线支柱绝缘子的选择
室内选用ZA-10T型外胶装支柱绝缘子，其允许的抗弯荷重为动稳定校验
支柱绝缘子受力按下式计算式中，—支柱绝缘子间距，取200cm；a—母线相间距离，取30cm；—短路电流冲击值，6kV侧为29.71kA.
可得：
满足要求。
（2）高压穿墙套管的选择
①按电压，电流初选CWLB-10/1000型户外铜导体穿墙套管，额定电压10kV，额定电流1000A,5秒热稳定电流为20kA，抗弯破坏强度为750kg。其允许的抗弯荷重为：②热稳定校验
，满足要求。
③动稳定校验
穿墙套管受力按下式计算式中
；
—穿墙套管至最近支柱绝缘子间距，取200cm；—穿墙套管本身长度，cm；a是母线相间距离，cm；
?短路电流冲击值，6kV侧为29.71kA；
可得：
满足要求。
5.3.9
6kV侧各出线电缆的选择
（1）下井电缆型号及截面的选择
高压电缆型号根据敷设地点及敷设方法选，在地面一般选油浸纸绝缘铝包铠装电缆，若采用直埋时，电缆外面应有防腐层，除立井井筒中敷设电缆外，一般采用铝芯，井筒中敷设电缆应选用钢丝铠装，并根据井筒深度选用不滴流或干绝缘电缆，电缆芯线应为铜质芯线。
电缆芯线截面应按经济电流密度选，按长时允许电流最小热稳定截面校验，下井电缆为4根，由于受工作环境与条件的限制，必须用耐拉的电缆，本设计中选用粗钢丝铠装铅包钢芯电缆。
由3.1.3已确定下井电缆为4根
井下总负荷电流为：
每根电缆最大长时工作电流为：①按经济电流密度选择导线截面
取=3000～5000小时，=2.25
导线经济截面为
选用ZQD30-3ⅹ380铜芯不滴流油浸纸绝缘铅套裸钢带铠装电缆，最高允许工作温度为65℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为380A。
②按长时允许电流校验导线截面
本所环境温度为40℃，故环境温度为40℃时，导线的长时允许载流量为：
A
，满足要求
③热稳定校验
考虑短路发生在线路首端，此时短路电流最大。稳态短路电流=11.65kA，主保护为速断保护，=0.25
s
最小热稳定截面为：
，满足要求
④电压损失校验导线截面
已知电缆长度为800m，，A=185mm2，故电压损失为：
V
电压损失百分数为满足要求；
（2）主井提升机电缆选择
①按经济电流密度选择导线截面
负荷电流为
A
取=3000～5000小时，=1.73
导线经济截面为：
选用ZLQ20-3ⅹ150铝心粘性油浸纸绝缘铅套裸钢带铠装电缆，最高允许工作温度为65℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为260A。
②按长时允许电流校验导线截面
本所环境温度为40℃，故环境温度为40℃时，导线的长时允许载流量为
A
，满足要求
③热稳定校验
考虑短路发生在线路首端，此时短路电流最大。稳态短路电流=11.65kA，主保护为速断保护，=0.25
s
最小热稳定截面为
，满足要求
④电压损失校验导线截面
已知主提升机电缆距变电所0.5km，=0.9.由于电缆的电抗很小，一般为0.08Ω/km，故计算电压损失时只需要考虑导线电阻的影响，电抗忽略不计，则导线的电压损失为：式中，?电缆工作电流；r—导线导电率；；；A—导线截面面积150
。
故电压损失为：V
电压损失百分数为：
，满足要求。
表5-6
电缆选择结果汇总
名称
型号
AA
mm2mm2V主提升机
ZLQ20-3ⅹ150
206
182
61
150
32.84
0.55
副提升机
ZLQ20-3ⅹ95
162
153
61
95
30.99
0.52
压风机
ZLQ20-3ⅹ70
130.4
87.58
61
70
33.86
0.56
地面其他低压
ZLQ20-3ⅹ70
130.4
63.5
61
70
8.18
0.14
修配厂
ZLQ20-3ⅹ70
130.4
82.77
61
70
18.49
0.31
风井压风机
ZLQ20-3ⅹ70
130.4
115.5
61
70
17.86
0.3
下井电缆
ZQD30-3ⅹ185
300
287
61
185
44.23
0.74
5.3.10高压开关柜选择
一般矿用供电系统开关柜选用GG-1A型，本矿选用GG-1A型固定式开关柜，共26面，取25%的备用柜7面，共计33面柜。
（1）6kV进线柜
因为它负荷电流大，故选用GG-1A-25号柜，本柜额定容量为2000VA
（2）电压互感器与避雷器柜的选择
因为它工作电流小，选用GG-1A-54号柜，它有一个隔离开关，其隔离开关型号为GN8-10/400型（3个），熔断器为RN2-10型，电压互感器熔断器为RN2-10型，电压互感器选用JDZJ-10型，Y0/
Y0/△接法，给有功电度表和绝缘监视电压表提供电压信号，准确度为0.5级，3个避雷器型号为FZ-6。
（3）电容器出线柜选择
电容器容量大，拟选用GG-1A-03号柜,有断路器1个，型号为SN10-10-400型，隔离开关1个，型号为GN8-10-400,电流互感器2个，选用LQJ-10-0.5/3-400，操动机构1个，CS15型。
（4）电容器进线柜
电容器进线柜选用与GDR-10型高压电容柜配套的放电柜兼进线柜。
（5）联络开关柜
选用GG-1A-95号柜与GG-1A-11号柜组合使用，其额定电流为1000A，电流互感器选用LQJ-10-0.5/3-1000/5型（2个）。
（6）其它各柜的选择
下井、压风机、通风机、主提升机、副提升机、选煤厂、地面低压都是双回路供电，均选用GG-1A-07号柜，共16面，内设两个隔离开关和一个少油断路器，断路器选用SN1-10G/400型户内少油断路器，配套选用CD2型电磁操动机构，隔离开关选用GN6-10T/400、GN8-10T/400型户内隔离开关，配套选用CS6-1型手动操动机构。
机修厂、水处理设施、工房、锅炉房均为单回路供电，都选用GG-1A-03号柜，内设一个断路器和一个隔离开关，断路器选用SN1-10G/400型户内少油断路器，配套选用CD2型电磁操动机构，隔离开关选用GN8-10T/400型户内隔离开关，配套选用CS6-1型手动操动机构。
6井下中央变电所设计
6.1井下情况及负荷统计
副井距35kV变电所400m，距井下中央变电所100m，井深300m。中央变电所距一号采区变电所300m，距二号采区变电所450m，距三号采区变电所400m至井底车场的距离为350m。井下负荷统计如下表：
表6-1
井下负荷统计表
负荷名称
设备台数
设备容量/kw
额定电压V
需用系数Kd
功率因数cosφ
安装台数
工作台数
安装容量
工作容量主排水泵
6
4
750
3000
6000
0.9
0.95
井底车场
1
1
-
850
660
0.75
0.75
硅整流
4
4
-
-
-
-
-
井底水泵
4
3
80
80
660
0.8
0.8
A采区变电所
-
-
-
1300
-
0.7
0.75
B采区变电所
-
-
-
1100
-
0.7
0.75
C采区变电所
-
-
-
1050
-
0.7
0.75
硅整流
4
4
-
-
-
-
-
检修泵站
1
1
40
40
660
0.8
0.8
6.2井下负荷计算
井下电压等级为：6kv、1140v、660v、固定照明为127v。
6.2.1中央变电所高压侧的设计
（1）接线方式及母线的确定
井下中央变电所采用双回路。当其中任一回路停止供电时，其余回路可以担负全负荷供电。高压母线采用单母线分段。各段母线之间设置分段联络开关，母线分列运行。
（2）配出线接线的确定
井下主排水泵分别接在202、203和208、205配电箱，209、210、207配电箱分别引向采区变电所。
6.2.2中央变电所低压侧的设计
由于井底水泵、硅整流需用双回路，特设两台变压器接在206、203配电箱。并设有有低压总开关，并设检漏继电器。低压侧的用电负荷分配如下：
（1）变压器1：1号硅整流、1号井底水泵、充电硐室、变电所室内照明。
（2）变压器2：2号硅整流、2号井底水泵、火药库及东大巷照明等。
（3）变压器3、4：井底车场和低压设备及照明。
6.2.4需用系数法统计负荷
根据表6-1和式（3-4）及式（3-5），分别算数各设备组的、及。
1号主排水泵：工作容量较小的设备直接给出估算的视在功率。
故而可得其余各组负荷计算数据见下表：
表6-2
各组计算负荷统计表
线路号
负荷名称
额定
电压
/v
需用系数Kd
功率
因数cosφ
tanφ
计算负荷
有功功率kw
无功功率kvar
视在功率kVA
计算电
流A
202
1号主泵
6000
0.9
0.95
0.33
675
224.6
711.4
68.46
204
井底车场
660
0.8
0.75
0.88
680
598.4
906
792.57
206
1号硅整流90
1号井底水泵
660
0.8
0.8
0.6
64
38.4
74.64
65.3
变电所室内照明
3干线负荷
64
38.4
74.64
155
208
3号主泵
6000
0.9
0.95
0.33
675
224.6
711.4
68.46
210
A采区变电所
6000
0.75
0.78
0.8
975
780
1248.6
120.2
209
B采区变电所
6000
0.75
0.76
0.86
825
709.5
1088
104.7
207
C采区变电所
6000
0.73
0.76
0.86
1168
1004.5
1540.5
148.4
205
4号主泵
6000
0.9
0.95
0.33
675
224.6
711.4
68.46
203
3号井底水泵
660
0.8
0.8
0.6
64
38.4
74.64
65.3
2号硅整流90
瓦斯监测电源
0.50.52号井底水泵
660
0.8
0.8
0.6
64
38.4
74.64
65.3
检修泵站
660
0.8
0.8
0.6
32
19.2
37.3
32.6
干线负荷
160
96
186.6
252.9
201
2号主泵
6000
0.9
0.95
0.33
675
224.6
711.4
68.46
6.3中央变电所变压器的选择与损耗计算
（1）变压器的选择：
由可得：
206配电点：，选择KS7-200/6变压器；
203配电点：,选择KS7-315/6变压器；
204配电点：，选择KBSG-1000/6变压器。
表6-3
6kV
矿用变压器技术参数
型号规格
电压（kV）
损耗（kW）
阻抗电压(%)
空载电流(%)
连接组别
重量（T）
外形尺寸（m）
长ⅹ宽ⅹ高
高压
低压
空载
短路
KS7-200/6
6
0.693
0.4
0.54
3.4
4
2.4
Y,y0
Y,d11
1.03
1.47ⅹ1.05ⅹ1.24KS7-315/6
0.76
4.8
4
2.31.3
1.58ⅹ1.041ⅹ1.26
KBSG-1000/6
6
1.2
0.693
2.7
6.1
6
1.5
5.4
2.86ⅹ1.1ⅹ1.53
（2）变压器功率损耗计算
对于KS7-200/6变压器，据变压器的有关参数，可算得：
对于井底车场两台1000kVA变压器，可算得：
可求得KS7-315/6的功率损耗为
，。
则有：
可求得井下总负荷为：6.4主接线图以及变电所位置选择
（1）本矿中央变电所采用单母线分段接线，分列运行，主接线简图如下所示：图6-1
中央变电所主接线
（2）位置选定原则：
变电所应尽量位于负荷中心；地质条件好，顶、底板稳定，无淋水；变电所要求通风良好，运输方便；电缆进出线方便。
6.5井下中央变电所短路电流计算
（1）线路类型统计
中央变电所6kV母线上的线路类型及线路长度见下表：
表6-4母线上的线路类型及长度
序号
负荷名称
电压（kV）
距6kV母线距离（m）
线路类型
1
1#排水泵
6
600
C
2
2#排水泵
6
750
C
3
3#排水泵
6
700
C
4
4#排水泵
6
500
C
5
203干线
C
6
206干线
C
7
井下车场低压
0.66
400
C
8
A采区变电所
6
450
C
9
B采区变电所
6
500
C
10
C采区变电所
6
500
C
（2）绘制等效短路计算图并选择基准值
等效短路计算图如下图所示:图6-2中央变电所短路等效计算图
取基准容量,基准电压，则求得基准电流为：（3）计算各元件的标幺电抗
电源的电抗：
变压器电抗：
电抗器电抗：线路阻抗：
由于203干线和206干线的变压器在所内，且电缆很短其阻值很小,忽略不计。
（4）计算各短路点的短路参数
k3点短路电流计算:
表6-5
各短路点电流计算汇总
短路点
k3
3.8
9.7
5.78
41.3
k4
0.46
1.2
0.7
5
k5
3.74
9.54
5.68
40.8
k6
3.71
9.46
3.88
40.5
k7
1.43
3.56
2.71
15.6
k8
3.77
9.62
5.73
41.2
k9
3.7
9.43
5.62
40.3
k10
0.722
1.84
1.2
7.9
k11
k12
3.77
3.77
9.62
9.62
5.73
5.73
41.2
41.2
6.6井下中央变电所设备选择
按照《煤矿安全规程》选择井下电气设备类型。
6.6.1高压配电箱的选择及校验
根据额定电压选择时，所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压。电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时工作电流。还有根据开关电气断流能力和电气设备的短路稳定性来根据本矿的实际情况，选择矿用隔爆型配电装置，其技术数据如下：
表6-6
BGP6-6矿用隔爆型配电装置技术参数
型号
额定工作电压
额定工作电流A
额定短路开断电流(有效值)
极限通过电流
（峰值）
热稳定电流
（峰值）
额定短路持续时间
断流容量
BGP6-6
6kV
100—1000
10kA
25kA
25kA
4s
100MVA
根据计算的长时负荷电流，连接主排水泵的201号配电箱选择KYGG-2Z
-100/6型。
额定电压：，符合要求。
额定电流：，符合要求。
动稳定校验：，符合要求。
热稳定校验：继电保护动作时间=3秒，断路器的分闸时间=0.2秒,
秒，4秒的热稳定电流为：
热稳定性符合要求。
短路容量校验：，符合要求。
表6-7配电箱型号表
线路号
201
202
203
204
205
型号
BGP6-100/6
BGP6-100/6
BGP6-400/6A
BGP6-1000/6A
BGP6-100/6
线路号
207
208
209
210
206
型号
BGP6-200/6
BGP6-100/6
BGP6-200/6
BGP6-200/6
BGP6-200/6
6.6.2高压电缆的选择及校验
高压电缆的型号选定原则：固定敷设的敷设电缆应选用铠装电缆；中央变电所至采区变电所的电缆可采用铝芯电缆，其他地点须采用铜芯电缆；井下严禁使用铝包电缆；电缆应带有供保护接地用的足够的截面的导体。
首先，至A采区电缆选择：
（1）按经济电流密度选择导线截面
负荷电流为
，导线经济截面为
选用VV22-450（四芯）铜芯聚氯乙烯绝缘及护套钢带内铠装电力电缆，在环境温度为35℃时长时允许载流量为128A。
（2）按长时允许电流校验导线截面
，满足要求。
（3）热稳定校验
考虑短路发生在线路首端，此时短路电流最大。稳态短路电流，主保护为速断保护，=0.25
s
最小热稳定截面为：，满足要求。
（4）电压损失校验导线截面
已知A采区变电所距中央变电所0.45km，=0.78。由于电缆的电抗很小，一般为0.08Ω/km，故计算电压损失时只需要考虑导线电阻的影响，电抗忽略不计，则导线的电压损失为：
V
电压损失百分数为：，满足要求。
综上，至B采区变电所和C采区的电缆同样选择VV22-450（四芯）铜芯聚氯乙烯绝缘及护套钢带内铠装电力电缆。7配电装置
7.1
关于配电装置
配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常运行情况下接受和分配电能，而在系统发生故障时迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此，配电装置应满
足下述基本要求。
（1）运行可靠
（2）便于操作、巡视和检修
（3）保证工作人员的安全
（4）力求提高经济性、具有扩建的可能
7.2
本矿变电所各电压等级配电装置
7.2.1
35kV配电装置
本矿变电所35kV侧采用屋外配电装置，屋外配电装置可分为中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。考虑到屋外配电装置安全净距较大，施工周期短，便于扩建以及站址周围环境因素。35kV选择屋外半高型配电装置。母线置于高一层的水平面上，与断路器、隔离开关、电流互感器等上下重置布置。这样可以缩小母线相间距离和纵向尺寸，同时具有占地面积少，结构简单，消耗钢材料少，便于施工等优点。
故而，本次设计的35kV配电装置布置图如图7-1所示。
图7-1
35kV配电装置布置图
7.2.2
6kV配电装置
6kV大多采用成套配电装置。因此选择屋内配电装置，采用固定式开关柜，并结合电气设备的选择情况来对开关柜进行选择。开关柜内电气设备进行动、热稳定校验合格。查阅设备手册选择GG-1A型室内固定高压开关柜，其额定电压12kV，额定电流1250A。该开关柜是三相交流50Hz、3.6-12kV单母线分段系统的成套配电装置，作为接受和分配电网电能、并对电路实行控制、保护及检测。6kV配电装置采用单列布置。
8防雷保护及接地
8.1变电所的防雷
变电所是供电系统的枢纽，一旦遭到雷击造成停电故障，将会对社会生产生活造成很大的影响，故必须装设可靠的防雷设备，对直击雷和线路侵入的雷电波进行防护。
8.1.1变电所的防雷设计原则
变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，在此前提下，力求经济合理的原则。
8.1.2防雷设计基本知识
（1）在作防雷保护设计前，应到当地气象部门了解最新的当地年平均雷暴日数和年平均雷暴次数，以便确定设计标准。
（2）根据变电所布置形式，确定避雷针的个数、高度。如箱式变电站，因占地面积较小，可采用高度较高的单支避雷针，以求降低工程造价的目的。如35kV、
6kV设备均在户外，设备布置为水平排列，尽量选多个高度低些的等高的独立避雷针，以求布置均称，整体美观的效果。
（3）充分利用进线终端杆的高度，设计安装避雷针。
（4）选择两支避雷针时，两针距离与避雷针高度之比不宜大于5。
（5）避雷针与主变压器应尽量保持15～20m的距离，避免对主变压器的逆闪络和逆变换电压。
（6）应充分考虑跨步电压的危险。建议避雷针距主控室的距离不宜小于10m，独立避雷针距道路应在3m以上。
（7）接地电阻必须符合各种规程、规范的要求。
（8）在设计标准和设备选型应考虑留有适当的裕度。
8.2防雷保护装置
防雷保护装置包括避雷针、避雷线、避雷器等，它们的合理设置与组合，可使输电线路、变电所电气设备与建筑物免遭大气过电压的伤害。
（1）避雷器：避雷器是防护感应雷对电气设备产生危害的保护装置，它一端与被保护设备并联，另一端接地，且放电电压低于被保护设备的绝缘水平。当感应雷(雷电波)入侵设备时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使电气设备受到保护。
（2）避雷针：为防止直击雷对变电所电气设备、线路及建筑物等的侵害，变电所装有避雷针或避雷线，通常采用避雷针。避雷针高于被保护设备，并具有良好的接地，所以能起到保护作用。
8.3防雷设计
本设计在35kV线路上各装设一组FZ-35型避雷器，并在6kV侧的两段母线上装设两组FZ-6型阀型避雷器，置于互感器内，为了限制入侵波的幅值及陡度，保证阀型避雷器的应有工作条件，变电所进线段设置保护，在变电所四周设置四根避雷针。
8.3.1
35kV进线段保护
在进入变电所前两公里的线段上设置GJ-35型避雷线，并在进入变电所时在35kV进线处装设管型避雷器，据35kV母线的最大短路电流为4.01kA，最小短路电流为3.3kA的条件选用GXS135/0.5～4型管FZ-35型避雷器,其断流量下限为0.5kA,上限为41kA，满足要求。
8.3.2
避雷针的设计
经过配电装置的选择布置之后，确定本变电站的大小为30×35m，考虑在金属架构上装设单支避雷针。单支避雷针在高度为的水平面上，其保护半径可按下式计算：
当时，
（8-1）
当时，
（8-2）
式中：为避雷针高度（m）；为被保护物体的高度（m）；为高度影响系数（
时，；时，）。
由配电装置图可知，，假设装设的避雷针高度为20m，则在高度为8m的水平面上，由公式（8-2）得出保护半径由公式（8-2）得出在地面上的保护半径。因此，装设单支避雷针不能满足要求。
由于单支避雷针不能满足要求，所以考虑装设两支等高的避雷针。避雷针装设在金属架构上,两支避雷针的间距D=20m，令避雷针的高度h=20m。确定两针外侧保护范围的方法与单支避雷针的相同，由公式（8-2）计算得出两针内侧的保护范围可通过两针顶点及保护范围上部边缘的最低点的圆弧来确定，计算公式如下：
由公式（7-3）计算得出两针间水平面上保护范围的一侧最小宽度：
因此，所选的避雷针能满足要求，具体见大图。
8.4变电所的保护接地
电力系统和设备的接地，按其功能分为工作接地和保护接地两大类。为保证电力系统和设备达到正常工作要求而进行的接地，称为工作接地。如电源中性点的直接接地或经消弧线圈的接地以及防雷设备的接地等。为保障人身安全、防止触电等而将设备的外露可导电部分进行接地，称为保护接地。
8.4.1保护接地的基本原理
保护接地装置的电阻小于其他接地体的电阻，由于流过每一条通道的电流值与其电阻的大小成反比，故接地电阻越小，通过的电流就越大。因此加装保护接地装置后，接地电流从保护装置流入大地，流经人体的电流几乎为零，从而达到保护的目的。
8.4.2变电所的接地网
为了满足接触电压和跨步电压的要求，同时也是为了便于将电气设备和构架连接到接地体上，变电所一般设置统一的接地网，它是指接地装置、接地干线和引线的总称。接地装置由接地体和连接线组成，接地体又分为自然接地体和人工接地体两种。
为了节约金属材料和费用，应尽量利用允许利用的自然接地体，也可由自然接地体与人工接地体组成混合接地装置。人工接地体一般由水平埋设的接地体为主，其埋深约0.6～0.8m（应在地区冻土层以下），敷设面积一般就是变电所的占地范围。接地网的外缘应连成闭合形，并将边角处做成圆弧形，以减弱该处电场。接地网内还设有水平均压带，以减小对地电位分布曲线的陡度，并减小接触电压和跨步电压。保护接地电阻的允许值，随电网和接地装置的不同，应符合表中所示的要求。
表7-1
保护接地电阻的允许值
电网名称
接地装置特点
接地电阻（）
大接地电流电网
仅用于该电网接地小接地电流电网
1kV以上设备接地与1kV以下设备共用时的接地1kV以下中性点接地与不接地电网
并列运行变压器总容量在100kV以上的接地重复接地装置煤矿井下电网
接地网本所保护接地布置图见大图。
结论
经过这段时间的努力和精心设计,通过毕业实习以及翻阅大量的资料文献，使我对35kV煤矿供电系统有了深入的探索和研究。依照本煤矿具体现状，在原有煤矿设计的基础上，设计出了能满足本矿安全、可靠生产的煤矿地面供电系统。
在本设计中，我根据煤矿负荷的特点，就供电系统的主要内容展开说明，其内容包括电气主接线的方案比较和选择，负荷计算和统计，变压器的选择，短路电流计算，无功补偿方式的选择，无功功率的补偿容量的计算和电缆型号选择，各种基本供电设备的选择和校验，以及变电所防雷接地的基本说明。
虽然本设计满足了本矿一般的生产需要，但由于本人知识水平的相对欠缺，对现代先进的煤矿开采方式和供电系统先进设备缺少一定的了解，因此在设计中很少使用现代化的微机监控和保护系统，这也是本设计有待于改进的地方。在以后的学习和社会实践中，我会加强各方面知识的学习，掌握更多的科学文化知识，为社会献出自己的微薄之力。
通过这段时间对煤矿供电系统的设计，使我对所学知识进行了系统的归纳，对自己现在所掌握的知识水平有了一定的了解，这对我以后的实际工作将会起着很大的促进作用。致
谢
毕业设计即将结束，通过这次毕业设计使我对过去二年半的学习作了一次全面的总结，在温习旧知识的同时，学习了新的知识，并且使理论知识和实际得到了有机的结合。在不断的学习和进步中也一次次的感到自己能力的有限和学习知识的永无止境，活到老，就要学到老！
本次设计是在\
老师的悉心指导下完成的。在与老师相处的这段时间里，他严谨的治学态度和在指导我们完成毕业设计中所表现出来的吃苦耐劳的精神、开拓创新的能力给我留下了深深的印象。
从师老师的时间里，不但使我学到了很多的专业知识，而且在治学、生活和做人方面也学到了很多东西，这对我以后的路将是一笔宝贵的财富。借此设计完成之际，谨向几个月以来一直指导、关心我的老师表示诚挚的感谢！
同时要感谢从教和关心我的其他老师，在此致以深深的谢意！还要感谢与我一起学习的同学，感谢他们一直以来对我的支持和帮助！在即将结束大学本科学习生涯启程远行的时候，我难以表达对父母的感激之情。谨以此文献给远方默默支持我的父母，他们的挚爱就像大海一样深邃，使我有勇气面对一切的困难，他们的挚爱
现在是、并将永远是我拼搏进取的力量源泉！
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指
导
教
师
评
语
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语指导教师职称年
月
日答辩
评
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