XX毕业设计说明书1(DOC 53页)

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1、毕业设计说明书学校：介休电大班级： 12 春数控姓名：张杰学号： 1214001403341二 0 一四年三月二日目录、F前言错误！未定义书签。1.1 河东矿基本情况简介1.2.1 地面用电负荷统计1.2.2 井下采区设计原始资料河东矿35KV变电所供电设计方案及论证2.1 河东矿煤矿总体设计方案2.2 方案的可行性论证2.2.1 技术方面论证2.2.2 经济方面论证矿井地面变电所设计3.1 地面用电负荷计算3.2 地面变电所位置选择3.3 地面变电所的主接线3.3.1 35kV 侧主接线3.3.2 10kV 侧主接线井下中央变电所及供电设计4.1 井下电力负荷计算4.1.1 井下负荷的计算方

2、法4.2.2 井下负荷的计算4.3 井下中央变电所位置选择原则4.4 井下中央变电所主接线短路电流计算5.1 短路电流计算选择5.2 计算短路电流的目的5.3 三相短路电流的计算方法错误！未定义书签。错误！未定义书签。12131314171717192020222223235.3.2 电源为有限容量时的短路电流计算2525325.4 短路电流计算6 设备选择6.1一般的选择方法326.2短路动、热稳定性校验原则336.3变压器选择336.4地面设备选择336.4.1 35kV 设备的选择346.4.2 10kV 设备的选择366.5 井下设备选择376.5.1 电缆选择计算376.5.2 井下

3、开关选择397 保护装置407.1 继电保护装置407.2 防雷保护及接地417.2.1 变电所防雷装置417.2.2 地面变电所保护接地网427.2.3 井下保护接地网4245第一章：前言1.1：河东矿基本情况简介：1、地理位置：河东矿井田位于大运公路和南同蒲线两渡车站的东侧， 铁路及公路运输十分便利 .2、井田范围;井田由河溪沟井田、崔家沟井田、及崔家沟井田括区三部分组成，井田面积共计 48.37km2。3、自然地理：本矿属于底山丘陵，区内大部分黄土覆盖，本区属于大陆性气候，78月为雨季，土壤冻结深度为 2 米。4、井田开拓方式，斜井单水平的开拓方式。5、设计能力：本矿设计能力为 240

4、万吨，服务年限为 25年。6、工作制度：年工作日 300 天，每天三班作业，区长两班生产，一班检修。1、1.2 矿井布置及开采方法：主井：采用斜井提升坡度 16度，长度 650米，采用强力皮带机提升。2、副井：垂直深度 90 米，采用罐笼提升。1.2.1地面负荷统计：地面包括机修车间、室内照明、工业场地照明和其它的一些常规 负荷，这些负荷构成了河东煤矿的地面用电系统。河东煤矿设计地面用电负荷统计如表 1-1所示。表1-1地面用电负荷统计表序号设备名称型号规格数量容量（单台）（kW电压（V1提升机JK-2.5/20X22803802扇风机BDK618-82（1台备 用）1603803机修车间20

5、3804室内照明102205工业场地照明102206其它50003451122 井下采区设计原始资料该设计中的下井回路数为两条.由于一、二级负荷由连于不同母线的双回路 或环式供电，且应使每段母线上的负荷接近相等。 综合考虑1矿的各种因素，将 各负荷分配到各段母线上。其具体分配方案见图 2.1。河东煤矿采区具体情况如下：1、 该矿为低瓦斯较高涌水量矿井，年产量技改为 240万吨，煤 层南北走向，倾角11度（北高南低），斜井开拓，井深120米；煤质 中硬、厚度为3.6米，顶，底板中等稳定。2、采区为中间上山开采，采区分三个区段，区段总长度345米, 工作面长100米；东翼走向长度400米，采用国产

6、80机组采煤，煤 巷掘进用放炮落煤、皮带机运输；西翼最大长度走向280米，为炮采 工作面。3、 井下中央变电所配出电压为 6kV，配出开关的断流容量为 500MVA其到上山巷道下部的距离1600米，采区主要用电设备采用 1140V电压，煤电钻和照明采用127V电压。4、采煤方法为长壁后退式综采采和普通机采，三班出煤，一班 检修，日产量约5000吨，本采区服务年限为15年。其井下采区主要用电设备负荷统计如下表所示：采区用电设备负荷统计表序号设备名称型号规格数量容量（单台）（kW电压（V1采煤机MLQ-8018011402机采面运输机SGW-44A122+2211403下顺槽运输机SGW-4034

7、06604炮采面运输机SGW-221226605顺槽皮带机SP J-8001306606上山皮带机SDJ-150130+306607上山绞车JTB-12001556608煤电钻MZ-1.29121279掘进巷局扇JBT52-221166010调度绞车JD-11.4211.466011回柱绞车JH2-1721766012掘进皮带机SP J-80023066013运输巷皮带机SP J-800130+3066014水泵390+90+306602 河东矿 35kV 变电所供电设计方案及论证 河东煤矿 35kV 供电系统设计包括井上和井下两个部分，下面对 其供电方案进行选择和论证。2.1 河东煤矿总体设

8、计方案本设计进线为35kV,地面变电所设置在电源进线方向的工业广 场的边缘。将10kV高压电能经过敷设在副井筒中的电缆送到井下中 央变电所，再由井下中央变电所通过电缆将 6KV电能送到井下各用电 设备。在井底车场附近设置井下中央变电所。考虑可实现不间断供电，地面变电所用两路35kV进线电源，经变压器降压后的10kV电能分别接于两段母线上，经配电装置再经变 压器变压后向地面各个用户如提升、 通风、机修、照明等用电设备供 电。对一类用户分别接在两段母线上形成双回路供电。井下供电，是由地面变电所经副井筒中的高压电缆，将10kV的电能送到井下中央变电所的母线上， 其电源的引线为两条， 当一条出 故障时

9、，其余的一条电缆能承担井下最大涌水量时排水用全部负荷。 为了便于安装和维护，电缆截面一般不超过120mm2。为了保证供电可靠， 地面变电所和井下中央变电所均采用单母线 分段。井下主排水泵分别联接在变电所母线的两段上。 对井底车场附 近硐室和巷道低压动力设备和采区 1140V、127V用电，经电缆供电。2.2 方案的可行性论证本设计方案主要从技术和经济两个方面来论证设计方案的可行 性。总体方面来讲， 为保证供电的可靠性， 变电所从不同的地方引进 两条进线，设置两台35kV主变压器，采用外桥式接线的室外布置配 电；从主变压器出线后的10kV侧，采用单母线分段固定式室内高压 配电柜配电， 分别对地面

10、和井下进行供电； 地面负荷用电利用两台变 压器供电，其进线分别引自10kV侧单母分段的两个部分，经地面变 压器配出 0.4kV 侧采用低压配电屏配电后， 直接将配出电能供给地面 380V和220V的用电负荷；对井下供电设计，是用两条10kV电缆经副井口直接下井， 在井下设置一处中央变电所， 经配电装置配电后分 接两台矿用防爆变压器供井下用电。2.2.1 技术方面论证1、供电可靠性：主变压器、地面及井下直接供电的各变压器， 均采用双线两台变压器供电。 这样当一台主变压器出现故障或需要检 修时，另一台主变压器能够保证煤矿负荷用电， 使生产正常进行； 当 供地面用电的一台变压器出现故障或需要检修时，

11、 其另一台变压器能 够承担起煤矿地面用电的一、 二级负荷用电 （如主扇风机、 人员提升 机等），不至于引起煤矿事故，导致人员伤亡；当供井下用电的一台 变压器出现故障或需要检修时， 其另一台井下变压器能够承担起煤矿 井下最大涌水量时， 井下排水泵的负荷， 以不至于出现煤矿被淹， 设 备被损坏的情况。2、供电质量：设计采用直接引入35kV供电方案，有煤矿变电所 自身进行由高压到负荷的配送电和对用电的无功补偿， 在必要的时候 还可以对35KV变压器直接进行空载调节，从而保证了供电质量。3、运行操作的灵活性：对矿用设备均设有单独的磁力起动器， 可以方便的对设备频繁操作， 并在一组设备送电端设置馈电开关

12、， 作 为设备的一级保护。 同时，在设备之间装设闭琐保护装置， 增加了设 备运行操作的安全性和灵活性。4、维护与检修：从本设计的接线方式考虑（第三章、第四章中 详细介绍），当线路出现故障或需要检修时，可以方便的切除故障或 将重要负荷供电切换到其它线路。2.2.2 经济方面论证1、投资：在对主变压器接线、变电所配电线路接线和有关设备 的选用上， 均考虑了投资费用， 在保证供电可靠和安全的情况下， 尽 量选用投资费用较低的设备。2、年运行费用：包括各种设备的折旧费、维护费和电费等。由 于设备的折旧费一般是固定不变的， 只有从降低维护费和电费的角度 考虑。本设计做到了从变电所的位置选址到设备的保护装

13、置， 都考虑 了能降低维护费的因素。 由于电价是固定的， 因此降低电费主要从降 低电能损耗方面入手，尽量减少损耗。3、电能损耗：包括有功损耗和无功损耗。由于输电线路固定， 主要从变压器、 电抗器等耗电设备考虑电能损耗。 在变压器选择上尽 量接近用电负荷容量，减小空载运行的损耗；在变电所加设无功补偿 器，补偿无功功率的损耗。从技术和经济两个方面论证来看， 本设计方案满足论证要求，故 在以后各章节对河东煤矿供电系统的设计中均以本设计方案为中心 进行设计。3矿井地面变电所设计煤矿地面变电所，从设计情况看大体分为两种情况：一种是电源 进线为35kV，经主变压器降压到10kV或6kV后，向高压设备供电，

14、 就是通常所说35kV变电所；另一种是电源进线为10kV或6kV直接引 到母线上，通过高压配电装置，直接向高压负荷供电，称为10kV或6kV配电所。本矿地面变电所设计采用的是第一种方案，即35kV变电所供电。3.1 地面用电负荷计算河东煤矿地面负荷容量计算采用的方法是当前广泛被采用的需 用系数法估算，当然也可用有用功和无功功率的复数计算法。因有功 和无功功率的复数计算法比较复杂，所以这里不在说明。1、根据地面用电负荷及用电设备在煤矿生产中的负荷等级，为 保证当一台变压器受到损害，而另一台变压器能够保证其煤矿所有 一、二级负荷供电，确定此设计地面供电采用两台变压器供电。2、地面负荷按下式（3-1

15、 ）进行计算(3-1 )S=2： Pn 七cos式中S 所计算的电力负荷总的视仔功率，kVAZ Pn 参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之 和，kWcos一一参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；K需用系数，其数值有以下方法计算：3、地面所取的各用电负荷的需用系数及平均功率因数见下表所示。4、可以较正确计算出用电功率的设备，如提升机、通风机等的 电力负荷，应取其计算负荷。公式K盏中P最大一台电动机的额定功率;n 电机在相应负荷率时的工作效率;Pn 同一工作面所有用电负荷容量的总合（不包括备用）5、地面用电总负荷的计算，按式（3-2）计算:Ss =(3 +S2 + +Sn)* Kt(3

16、-2)式中S S地面总负荷的视在功率，kVAS1、S2、Sn地面各用电计算负荷的视在功率,kVAKt同时系数。地面总负荷的功率因数应按式（3-2 ）的复数计算，即有功功率 和无功功率分别相加后，可求得总负荷的功率因数，这里不再求得。按地面用电设备负荷统计表1-1及地面用电负荷的需用系数及平均功率因数表3-1，具体计算如下：表3-1地面用电负荷的需用系数及平均功率因数表地面负荷名称需用系数Kc平均功率因数cos提升机P Kx根据所选电机的负荷率确定扇风机根据所选电机的负荷率确定0.3机修车间室内照明工业场地照明0.30.40.30.650.840.84其它0.81、提升机工作面Kx 嚅(口 =0

17、.87 , P =110 kW)Pn= (110+25) kW=135 kW(25 kW为在提升工作面的其它用电负荷)=0.93135* 0.87由所选电机的负荷率知：cos=0.86cosS=2Pn Kr =135X kVA =146kVAF0.862、扇风机工作面pK (n =0.88 , P=55 kW) PnPn= (55+10) kW=65 kW( 10 kW为在扇风机工作面的其它用电负荷)d=0.9665* 0.88由所选电机的负荷率知：cos=0.873、机修车间Kr =时需 kVA =72kVAcosK=0.3，cos=0.65 , 2 Pn =20 kW4、室内照明Kr =2

18、0煌 kVA SkVAcosK=0.3，co =0.84，Z Pn =10 kW5、工业场地照明Kr =10龄 kVA =3.6kVAcosKs=0.4，cos=0.84，Z Pn =10 kWS=z： Pn 上J=10X 0.4 kVA =4.8kVAcos本0.846、其它负荷Ks=0.3， cos=0.8，Z Pn =15 kWPn=15X 03 kVA =5.7kVAcos 0.87、地面总负荷计算Kt =0.85Ss = (S, + S2+ + $6)* Kt = (146+72+9.2+3.6+4.8+5.7 ) X 0.85kVA=241.3 X 0.85 kVA=206kVA根

19、据此计算容量大小选择供地面负荷由高压侧10kV变到0.4kV用电的变压器容量和台数。要选择35kV侧供电的电力变压器，必须知道矿井的所有负荷（即 地面负荷和井下负荷的总和），才能确定35kV侧变压器的选择。这里 暂且不提，本内容在第六章变压器选择里详细介绍。3.2 地面变电所位置选择河东煤矿变电所虽说容量不大，但它是全矿供电的中心。所址选 得正确与否，直接影响到供电的可靠、安全与经济运行。因此本矿是 在符合以下条件下进行的所址选择：1、接近负荷中心，这样可以减小供电距离、电能损耗、电压损 失和节约有色金属。2、不占或少站农田。3、便于各级电压线路的引入和引出。4、交通运输方便。5、具有适宜的地

20、质条件，例如避开滑坡、塌陷区、溶洞地带等； 如在煤田上则应避免压煤，躲开采空区。6、尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污措施或设在污源 的上风侧。7、因本矿位于山区，故所址选择不应为积水浸淹，山区变电所的防洪措施应满足泄洪要求。&具有生产和生活用水的可靠水源。9、适当考虑职工生活上的方便。10、考虑了设计变电所与邻近设施之间的相互影响。11、由于矿井地面工业广场已统一考虑了压煤的问题以及运输、 通讯、水暖等设施，所以本所址选择于矿井地面工业场边缘地上。12、 所址位置必将影响矿区供电系统的接线方式，送电线路的规 格与布局，电网损失和投资的大小。考虑以上因素，将此变电所选在工业广场边缘的上风向

21、区，此处环境污染小，又能满足其他方面的要求。3.3地面变电所的主接线地面变电所起着接受电能，并将电能(或经主变压器降压)再分配 给全矿用电设备的作用。电源进线和负荷出线之间采用什么设备和以 什么形式进行连接，称接线方式。它与电源进线回路数、电压等级、 距电源远近、主变压器的台数等因素有关。3.3.1 35kV侧主接线由于本矿供电电压为35kV，矿井终端变电所采用接线方式有如 下几种如图3-1所示，现通过比较后选择主接线形式。1、外桥接线外桥接线如图3-1a所示。(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

22、；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。并且变压器的切换较故障率较少的情况。(3) 适用范围：适用于较小容量的变电所， 频繁或线路较短、WL2WL, F3QF4 斜T1T2斜b内桥接线Q TI T3 Q全桥接线T3图3-1三种桥型接线方式2、内桥接线内桥形接线如图3-1b所示。(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，不经常切换或

23、线路较 长、故障率较高的情况。3、全桥接线全桥接线如图3-1c所示。它适应能力强，运行灵活，操作方便。综上所述，由于灵北煤矿为240万吨年产量的大型煤矿，本采区 的服务年限为50年，考虑整个矿区近20年的开采能力，从投入经济 和山区少占工业广场面积两个方面考虑， 我这里采用全桥式主接线来 完成35kV侧变电所设计。3.3.2 10kV侧主接线1、单母线接线(1) 优点：接线简单清晰，操作方便，设备少，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。(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。弓I出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。(3

24、) 适用范围：主要用于小容量特别是只有一个电源的变电所中。2、单母线分段接线单母线接线如图3-2所示。叽 UWL2 II i(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。 当出线为双回路时， 架空线路会出现交 叉跨越。另外，在扩建时需向两个方向均衡扩建。(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 63kV

25、以下的变电所中较广泛使用这种接 线方式。综上所述， 不论分段或不分段的单母线接线， 在检修任一回路断 路器的全部时间内， 该回路必须停止工作。 这个缺点在某些情况下恃 别突出，因此，对于电压为 35kV 及以上的配电装置，当引出线较多 时，应广泛采用单母线分段带旁路母线的接线。并通 由 以固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。 双母线的两组母线同时工作， 过母线联络断路器并联运行， 电源与负荷平均分配到两组母线上。 于母线继电保护的要求， 一般某一回路固定与某组母线连接， 定连接方式运行。1优点(1) 供电可靠：通过两组

26、母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检 修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电； 检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路。(2) 调度灵活：各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线 上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。(3) 扩建方便：向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两 组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。2缺点(1) 增加一组母线，每回路就要增加一组母线隔离开关。(2) 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

27、大， 母线故 障后要求迅速恢复供电。 母线和母线设备检修时， 不允许影响对用户 的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时， 采用双母线接 线较合适。综上所述，在本设计中考虑经济和满足供电要求的需要， 10kV 母线侧采用双母线的接线方式，单母线接线图如 3-2 所示。4 井下中央变电所及供电设计井下中央变电所，是全矿井下的供电中心，接受从地面变电所送 来的高压电能之后，向采区变电所及主排水泵的电动机供电， 通过降 压后供给井底车场附近的低压动力设备、照明及电机车的变流设备等 用电。4.1井下电力负荷计算井下中央变电所变压器的容量、台数取决于由该变电所供电的用 电设备负荷。煤矿井下的机电设

28、备，由于井下工作条件比较复杂，使 其负荷变化较大，而且对矿井不同的采煤方法、 机械化程度、供电接 线方式，其总负荷也是各不相同的。因此，要想准确地计算井下低压 供电系统的负荷是十分困难的。我这里采用的方法是当前广泛被采用的需用系数法估算井下变 电所容量，根据此计算容量大小选择变压器容量和台数 。4.1.1井下负荷的计算方法1、根据井下用电设备布置及用电设备的单台容量可大致确定此 设计设置一个井下变电所（两台变压器）即可。(4-1 )2、井下采区负荷按下式进行计算SPn COS式中S 所计算的电力负荷总的视在功率，kVAZ Pn 参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和， kWcos一一

29、参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；K需用系数，其数值有以下方法计算： 由于本设计井下使用为单体支架， 各用电设备无一定顺序起动的 一般机组工作面，按下式计算需用系数：(4-2)K=0.286+0.714 上匚送Pn式中 R 最大电动机的功率，kW3、井下井底车场等负荷，可按式（4-1 ）计算。其所取的各用电 设备的需用系数及平均功率因数见下表所示。4、可以较正确计算出用电功率的设备，如提升机、水泵、空压 机、通风机及大型胶带输送机等的电力负荷，应取其计算负荷。其井下用电设备的需用系数及平均功率因数如表4-1所示。表4-1井下用电设备的需用系数及平均功率因数表井下负荷名称需用系平均功率因数K

30、rcos一般机械化工作面0.6-0.7炮采工作面（缓倾斜040.50.6煤层）0.5-0.60.7炮采工作面（急倾斜0.3-0.40.6煤层）0.50.7掘进工作面输送机0.6-0.70.7井底车场：无主排水设备有主排水设备备注Kr值按式(2 )计取计算功率(4-3)kVA1,有其他固5、井下总负荷的计算，考虑到负荷变化较大的采区与负荷较稳 定的主排水泵等井下固定设备的区别， 为更接近实际，按下式（4-3） 计算：Ss =(送 S+Hp* Ks)*KtCOS式中S s井下总负荷的视在功率，kVAZ S井下各用电设备计算负荷的视在功率之和, 送Pn井下主排水泵计算功率之和，kw cos一一井下主

31、排水泵的加权平均功率因数；Ks 井下主排水泵的同时系数，只有排水设备时取定设备时取0.9-0.95 ；Kt 同时系数。井下总负荷的功率因数应按式（4-3 ）的复数计算，即有功功率 和无功功率分别相加后，可求得总负荷的功率因数。4.2.2 井下负荷的计算按井下用电设备负荷统计表1-2和需用系数及平均功率因数如表4-1所示，具体计算如下：1、一般机械化工作面K=0.286+0.714 JPnPs=80 kW, 2 pn =( 80+24+11.4+17+44)kW =176.4 kW故 K r=0.6， cos=0.7PN*K70=151.2kVA2、输送机、绞车K=0.5，cos=0.7，Z p

32、n =( 120+55+105+60 kW =340 kWS=2 Pn*%s广=242.86kVA3、炮采工作面(缓倾斜煤层)Kr=0.5，cos=0.6，无 Pn =( 17+11.4+36+22)kW =86.4 kW4、掘进工作面Kr=0.4，S=2 Pn * K；/Co =72kVAcos=0.6，Z Pn =(48+22+60)kW =130 kWS=2： Pn*%詐=86.67kVA5、主排水设备Kf1, cos=0.85，Z Pn =90 kWS=2 Pn * KxCo =105.88kVA6、井下总负荷计算SsO： s+Ks*送 %s)*Kt=(151.2+242.86+72+

33、86.67+105.88 ) X 0.9kVA=620kVA ( Kt =0.9)4.3 井下中央变电所位置选择原则(1) 尽量位于负荷中心，保证一类负荷主排水泵电动机的供电, 通常将中央变电所洞室与水泵房建在一起；(2) 地质条件好，顶、底板稳定，无淋水；(3) 变电所要求通风良好，运输方便；(4) 电缆进出线方便。一般井下中央变电所的位置如图 4-1所示。图4-1井下中央变电所位置4 一水泵房1 一主井；2 一副井；3 一中央变电所；4.4井下中央变电所主接线1. 主接线原则常见的主接线原则如下：1)高压电源进线与馈出线同时控制;2)高压母线用单母线分段，两段母线之问设联络开关，正常时母线

34、 分列运行；3) 一类负荷分别接于两段母线上，其它高压负荷尽量均 匀地分配在两段母线上；4)高压电缆进线数目与母线段数相对应， 并分别接于备段上。2 .井下中央变电所主接线方式井下中央变电所，10kV高压电源进线为两条电缆，其接线方式 如图4-2所示。图4-2两台变压器低压侧有联络开关的接线方式DW 一 DW8（型馈电开关灵北煤矿井下设计如图4-2，具有系统简单、可靠的特点。因为 下井电缆为两条，当一条电缆发生故障时，另一条电缆能够承担井下 最大涌水量时的排水负荷。本设计井下中央变电所主接线方式图4-2为两台变压器低压侧有联络开关的接线方式，这种接线方式的优点是可以方便的扩展成为 多台变压器供

35、电，以便随时备用。5短路电流计算本章内容为设计的重点，也是灵北煤矿设计的难点，同时也是以 后各章节计算和设备选择的基础。5.1短路电流计算选择供电系统中可能发生的故障类型比较多，但常见的，而且危害较 大的故障就是短路。所谓短路，是指供电系统中不等电位的导电部分 在电气上被短接时的总称。根据短接的情况不同，可将短路分为如下 图所示的几种。在短路电流计算时，对于三相对称短路一般采用计算 曲线法；对于不对称短路，则采用对称分量法。三相短路/ A两相接地短路小接地电流系统中的单相接地短路图5-1五种短路方式任何一种短路都有可能扩大而造成三相短路。 因为短路后所产生 的电弧，会迅速破坏相间绝缘，而形成三

36、相短路，在电缆网路中更为 常见。由于煤矿供电系统大都为小接地电流系统， 且大都距大发电厂较 远，故单相短路电流值一般都小于三相短路电流值，而两相短路电流以三相在煤 通常可值也比三相短路电流值小， 因此在本设计的短路电流计算中， 短路电流为重点进行计算。5.2 计算短路电流的目的发生短路故障后， 短路回路中将出现数值很大的短路电流。 矿供电系统中， 短路电流要比额定电流大几十倍甚至几百倍， 达数千安。这样大的电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动 力，并使载流体温度急剧上升而损坏设备。 同时短路点电压将降为零， 在短路点附近， 电压也要相应地显著下降， 造成这些地方的供电中断 或严重影响电动

37、机工作。在发生接地短路时所出现的不对称短路电 流，还将对与架空线平行敷设的通讯线路产生干扰。 更危险的是当短 路点离发电厂很近， 而且短路的持续时间较长时 可能造成发电机失 去同步，而使整个电力系统的运行解体，这是最严重的后果。为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大， 需要进 行系列的计算及采取相应措施。 以保证供电系统在正常或故障的情 况下，做到安全、可靠又经济。掌握短路电流的计算方法很重要。综 上所述，计算短路电流的目的，可归纳为下列几点：(1) 作为系统主接线方案比较的项目之一，以便判断哪种主接线 方式更能保障供电的安全和可靠，然后再决定系统的主要运行方式。(2) 作为校验电气

38、设备的依据，以便确定所选的设备，在发生短 路故障时是否会被损坏。(3) 正确地选择和校验限制短路电流所需的设备，以确保电气设 备不被短路电流损坏。(4) 确定选择和校验继电保护装置所需的各种参数。(5) 根据故障的实际情况， 进行故障分析， 找出事故的发生原因。5.3 三相短路电流的计算方法 三相短路电流的计算方法总体有精确计算法和近似估算法两种， 我这里采用的是近似估算法。5.3.1 电源为无限容量时的短路电流计算 当电源为无限容量时， 即认为在短路过程中， 电源的电压维持不 变。也就是说电源的电阻和电抗均为零。 但实际上电源的容量和阻抗 总有一定数值，因此，当电源的阻抗不超过短路回路总阻抗

39、 ( 或计算电抗）的 5一 10时，就可以忽略电源的阻抗。如果以供电电源为基准的电抗标么值大于或等于 3，即计算电抗 标么值Xj3时，可以认为短路电流周期分量在整个短路过程中保持不变，也就是短路电流不衰减， 其短路电流计算方法与电源为无 限容量时的短路电流计算方法相同。具体的计算步骤如下：1 、根据供电系统绘制等值电路图，一般称为“计算系统图” ，要 求在围上标出各元件的参数，并标出各短路点的位置 （短路点应根据 计算短路电流的目的决定 ） 。对较复杂的网络，还要根据计算要求依 次绘制出简化的等值图， 在图上和计算过程中， 电抗标么值可直接用 编号表示， 省略电抗标么值的符号。 分子表示某元件

40、电抗的编号， 分 母为其标么值的大小。2 、确定基准容量和基准电压，并根据公式决定基准电流值。3 、求出系统各元件的标么基准电抗，并将计算结果标注在等值 图上。4 、按等值图各元件电抗的连接情况，求出由电源到短路点的总 电抗xJ。5、按欧姆定律求短路电流标么值：由于电源是无限容量的，所以电源电压始终保持恒定，故短路电流标么值 I *可按下式直接求出：I = 1 / Xs = S式中I *、s分别为短路电流标幺值和短路容量标么值。 而且短路后各种时间的短路电流标么值与短路容量标么值都相等， 即I = I 0.2 = I 8 = S = So.2 = S、求出当t = 0时的短路电流I 和短路容量

41、s；、求出当t = 0.2s时的短路电流lo.2和短路容量So.2 ； 、求出当t=乂时的稳定短路电流I S和稳定短路容量 S。1= 10.2 = I 亠 I * X lb （kA）S = So.2 = & = I * X Sb （kA）i kr=2.55 I （ kA） ; Ikm=1.52 I （ kA）6 、求短路容量和短路电流。为了向供电设汁提供所需的资料， 应确定下列几种短路电流和短路容量：ABC（i kr计算短路电流冲击值；I km短路全电流最大有效值）532电源为有限容量时的短路电流计算电源为有限容量时短路电流的计算方法，与电源为无限容量的短 路电流计算方法的区别在于：因为当电源

42、为有限容量时，电源的阻抗 就不能忽略。在短路过程中，由于电流增加很多倍，势必造成电源端 的电压下降，使短路电流周期分量衰减，从而形成短路后不同时刻的 短路电流值不相等，使计算工作更为复杂。对此情况一般都采用计算 曲线（也称运算曲线）的方法，求得短路电流。具体计算步骤：1、根据已知资料给定的供电系统及各元件的参数，绘制计算系 统图，标出短路点位置，对较复杂的网络，还要根据计算的要求依次 绘制简化的等值图。2、选取基准值。3、分别求得各元件的标么基准电抗，并将它标在等值图上。4、 由等值图逐步地求出各短路点的总电抗标么值Xz。5、当我们所选的基准容量与电源（不论分组的或等值的）的总 额定容量不相同

43、时，必须将总电抗标么值换算成以电源总额定容量为基准的计算电抗xj , Xz* =X6、根据计算电抗Xz啲数值， 中得出不同时间的短路电流标么值， 5.4短路电流计算本设计供电系统引线一个电源 容量，另一个电源S2 （原有回路去查与电源相应的计算曲线，从 I * 、丨 0.2*和 I 匚。S1 （西马房3km引线）为无限大1km的总额定容量为791MVA它在35kV母线上的短路容量为275MVA两条线路同时送电，两台变压 器并联运行。为了使计算方便、迅速，先将等值电路中各元件电抗进行编号， 把编号的号码写在等值图上。而且在书写电抗标么值的符号时， 均省 略标么值“* ”的符号，例如本来应为X；r

44、i编号后改为X5，进一步又 可省略改写成X5。本设计中的短路计算均按此法表示。计算过程如下：5-2所示。（1）选取基准容量 Sb=100MVA选取短路点所在母线的平均电压为基准电压，如图图5-2短路电流计算系统图即:计算K1点短路时，选取Ub1=37kV计算 K2、K3、K5、K7、K9 点短路时，选取 Ub2=10.5kV;计算K4、K10点短路时，选取 Ub3=0.69kV;计算K6 K8点短路时，选取 Ub4=0.4kV。（2）计算各元件的电抗标么值：X1= 0（由于该电源为无限大容量，其电抗很小，这里忽略不计）X2二宝= 100/275=0.363SksX3=X0L1br =0.087

45、 （ X0=0.4 Q/km为35kV单导线每公里架空线电抗）U b1S2d1貝0 弹图5-3等值电路图X4=X0L2 孚=0.029;U b1X5=X6=U1%宝=5.2(Uk1%=6.5为1250kVA变压器短路电压百分数)100 STr1X7= X11=X0L3冬=0.036 ( X0=0.08 Q/km 为 10kV每公里下井电缆电U b2抗）X8=X12=U必呈=10100 STr 3（Uk2%=4为400kVA变压器短路电压百分数）X9=X10=Uk3% 2 =25100 STr4（Uk3%=4为160kVA变压器短路电压百分数）（3）求各短路点的回路总阻抗：1） K1点的短路回路

46、总阻抗X13= X1+X3=0.088;X14= X2+X4=0.392X13 的计算电抗：X14 = X14 X=0.392Sbx( 791/100) =3.12） K2点的短路回路总阻抗X15=X5 +X6=522=2.6;X16=X13X X14X13 +X14=0.072;X17=X15+X16=2.672则分布系数：C1=X16/X13= X14/ (X13+ X14) =0.8167C2= X16/X14=X13/ (X13+ X14) =0.1833而各支路的转移电抗为：X18= X17/ C1=3.272; X19= X17/ C2=14.577最后求出各支路的计算电抗第一分支

47、路：由于电源S1是无限容量的，不必再求计算电抗。第二分支路：计算电抗X19 = X19 X |=115-3043)4)5)K3点的短路回路总阻抗:X20=X18+X7=3.308K4点的短路回路总阻抗:X21=X8+X20=13.308K5点的短路回路总阻抗由于此变压器的进线电缆很短，故可忽略不计，此时X22=X18=3.2726) K6点的短路回路总阻抗:X23=X9+X22=28.2727) K7点的短路回路总阻抗由于此变压器的进线电缆很短，故可忽略不计，此时X24=X19=14.577计算电抗 X24 = X24 X t=115.3048) K8点的短路回路总阻抗：X25=X10+X24

48、=39.577计算电抗 X25 = X25 X S2 =313.054Sb9) K9点的短路回路总阻抗:X26=X11+X19=14.613计算电抗 X26 = X26 X J=115-58910) K10点的短路回路总阻抗:X27=X12+X26=24.613计算电抗 X27 = X27 X=194.689Sb(4)求各短路点的短路参数1) K1点的短路参数电源1提供的电源参数：lkii = 1/X13=1/0.088=11.364I = 10.2 = I = I；11 X I b1=11.364 Xb =11.364 X73U b1丄 =17.733(kA)J3x37S= S0.2 = S

49、=l 5 X s=11.364 X 100=1136.4(MVA)ikr=2.55 I =45.219(kA)(ikr 为短路冲击电流)Ikm = 1.52 I =26.954(kA)(Ikm为全电流最大有效值)电源2提供的电源参数12 = 1/X14 =1/3.1=0.323(计算电抗 3)I = 10.2 = I = Ik12X I2 =0.323 X Z91=3.987(kA)73Ub1后 37S= S0.2 = &=l ki2 X S2=0.323 X 791=255.493(MVA) ikr=2.55 I =10.167(kA) ; lkm = 1.52 I =6.06(kA) 短路

50、点K1的短路参数，应分别为两个电源提供的数据之和I k1= I o.2*k1 = I 沁1 = 17.733+3.987=21.72(kA)S k1 = S0 .2*k1 = S *k1 =1136.4+255.493=1391.893(MVA)ikr*k1 =45.219+10.167=55.386(kA)Ikm*k1 =26.954+6.06=33.014(kA)2) K2点的短路参数电源1提供的电源参数Ik2i=1/X18=1/3.272=O.3O6k21I = 10.2 = I 上 |；21 X =0.306 X J00=1.683(kA)V3Ub27310.5S= S0.2 = &=

51、ik21X Sb=0.306 X 100=30.6(MVA) ikr=2.55 I =4.292(kA); 扁=1.52 I =2.558(kA) 电源2提供的电源参数I；22 = 1/X1g =1/115.304=0.009(计算电抗 3)I = 10.2 = I = Ik22 X =0.009 X 791=0.391(kA)J3Ub273x10.5S= S0.2 = & =lk22 X a=0.009 X 791=7.119(MVA)ikr =2.55 I =0.997(kA); 扁=1.52 I =0.594(kA)短路点K2的短路参数，应分别为两个电源提供的数据之和I k2 = 10.

52、2*k2 = I 沁2 = 1.683+0.391=2.074(kA)S k2 = S0.2*k2 = &*k2=30.6+7.119=37.719(MVA)ikr*k2 =4.292+0.997=5.289(kA); I km*k2 =2.558+0.594=3.152(kA)3) K3点的短路参数由于10.5kV侧为单母分段运行，K3、K4 K5 K6只有电源1提 供的电源，且它是无限大容量，不必查曲线表。其短路参数lk3 = 1/X20=1/3.308=0.302I k3 = 10.2*k3 = I 沁3 = Ik3 X 上 =0.302 X J00=1.66(kA)V3U b273x1

53、0.5k3 = S0.2*k3 = S*k3 = I k3 X S =0.302 X 100=30.2(MVA) ikr*k3 =2.55 I k3=4.233(kA);I km*k3 = 1.52 I4) K4点的短路参数Ik4 = 1/X21 = 1/13.308=0.075Sbs k3=2.523(kA)I k4= I 0.2*k4 = I 3*k4 = I k4 X =0.075 XL100=6.276(kA)如0.69 k4=9.54(kA)S k4 = S0.2*k4 = S3*k4 = I k4 X Sb =0.075 X 100=7.5(MVA) i kr*k4 =2.55 I

54、k4=16(kA);I km*k4 = 1.52 I5) K5点的短路参数Ik5 = 1/X22=1/3.272=0.306J=1.683(kA)V3X10.5I k5 = I 0.2*k5 = I 3*k5 = I k5 X jS=0.306 X血b2S k5 = S.2*k5 = S*k5 = I k5 X Sb =0.306 X 100=30.6(MVA)ikr*k5=2.55 I k5=4.292 (kA); Ikm*k5=1.52 I k5=2.558 (kA)6) K6点的短路参数1 k6= 10.2*k6 = I 3*k6 = Ik6 X -S =0.035 XJ00 =5.05

55、2(kA)V3Ub473 X 0.4Ik6 = 1/X23=1/28.272=0.035SbS k6= So.2*k6 = S-k6 = ik6 X S =0.035 X 100=3.5(MVA)ikr*k6=2.55 I k6=12.883(kA);Ikm*k6 = 1.52 I k6=7.679(kA)7)8)9)K7点的短路参数l；7 = 1/ X24 = 1/115.304=0.0091 k7= 10.2*k7 = I a*k7 = lk7 XZ k9 = 10.2*k9 = I *k9 = lk9 X -=0.009 XL791=0.391 (kA)V3Ub273x10.5 S k9

56、 = S0.2*k9 =&*k9=lk9 X a =0.009 X 791=7.119 (MVA)ikr*k9=2.55 I k9=0.997 (kA);Ikm*k9=1.52 I k9=0.594 (kA) K10点的短路参数l；10 = 1/ X27 = 1/194.689=0.005*791 k10= I 0.2*k10 = I a *k10 = I k10 X二2 -=0.005 X L =3.309 (kA)J3Ub3后 0.69 k10 = S0.2*k10 =*k10 = I k10 X S =0.005 X 791=3.955 (MVA)ikr*k10=2.55 I k10=8

57、.438 (kA);1肝“0=1.52 I k10=5.03 (kA) =0.009 XL791=0.391(kA)73U b2如10.5S k7 = S0.2*k7 = S*k7 = l；7 X s =0.009 X 791=7.119(MVA) ikr*k7=2.55 I k7=0.997 (kA); Ikm*k7=1.52 I k7=0.594 (kA) K8点的短路参数l；8=1/ X25 = 1/313.054=0.0031 k8= 10.2*k8 = I a*k8 = lk8 X2 =0.003 XJ91=3.425(kA)3Ub473x0.4S k8 = S0.2*k8 = j*

58、k8 = I；8 X a =0.003 X 791=2.373(MVA)ikr*k8=2.55 I k8=8.734 (kA);Ikm*k8 = 1.52 I k8=5.206 (kA)Ik9 = 1/ X26 = 1/115.589=0.009S210)S2K9点的短路参数6 设备选择 设备选择包括地面和井下配电设备两个部分， 由于本设计中的配 电设备较多， 逐一进行说明选择比较的过程较为繁琐， 因此本设计中 只是分别对地面和井下配电设备部分设备选择的过程进行举例说明。 电气设备在使用中，不但要求在正常工作条件下能安全可靠地运 行，而且还要求在发生严重短路故障时， 设备流过短路电流后， 不致

59、 于受到破坏。 为此在选择设备时， 不但要根据设备的正常工作条件所 给的参数 （ 如工作电压、 工作电流、 使用条件等参数 ） 来选择，而且还 要根据设备安装地点，在短路故障时所产生短路效应来校验设备。6.1 一般的选择方法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 ）。 电器的最高工作电压是制造厂保证可以长期处在超过额定电压 10%-15%下可靠工作的电压。 选择电器时，所选电器的最高工作电压应不小于电器正常运行的 工作电压，即：（1.1 i.15）Unun式中U N电器的额定电压，kV;U n电器安装处正常运行的工作电压，kV;2、按工作电流选择电器的额定电流是指在实际环境温度不超过电器计算温度的