某煤矿35KV变电站设计

摘 要

本设计初步设计了煤矿地面35KV变电所的设计。其设计过程主要包括负荷计算、主接线设计、短路计算、电气设备选择、防雷与接地等。通过对煤矿35KV变电所的负荷统计，用需用系数法进行负荷计算，根据负荷计算的结果确定主变压器的台数、容量及型号。用标幺值法对供电系统进行短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供了数据。根据煤矿供电系统的特点，制定了矿井变电所的主接线方式、运行方式。其中35KV侧为全桥接线，6KV主接线为单母分段接线。两台主变压器采用分列运行方式。并根据电流整定值以及相关数据，选择了断路器、隔离开关、互感器等电气设备，并进行校验。 关键词：负荷计算； 短路计算； 变电所； 运行方式

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Abstract

The coal mine ground 35KV transformer substation was designed. Design process is mainly including load calculate, the design of main electrical connection, short out calculate, electric equipment choose, lightning protection and grounding, etc. According to load statistics and the result of load calculation determine the quantity ,capacity and mode of the main voltage transformer .According to the characteristic of the coal electric system determine the main electrical connection and operation mode of the ground transformer substation .The side of 35KV is Full –bridge Connection and the bus of 6KV is single bus section .The two voltage transformers adopt the mode of split run .And according to the check–up of whole definite value and relevant data of the electric current , have chosen such electric equipment as the relay, voltage transformer ,etc.

Keywords：Load calculation; short-circuit calculation; substations; operation mode

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目 录

1概述 ........................................................................................ 1 1.1矿井简介 ............................................................................ 1 1.2十二矿供电系统简介 ............................................................ 1 1.3原始负荷资料 ..................................................................... 1 2负荷计算 ................................................................................. 3 2.1负荷计算目的 ..................................................................... 3 2.2负荷计算方法 ..................................................................... 3 2.3负荷计算过程 ..................................................................... 5 2.3.1各用电设备组负荷计算 ................................................... 5 2.3.2各低压变压器的选择与损耗计算 ..................................... 10 2.3.3计算6KV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器 ............. 12 2.3.4功率因数补偿与电容器柜的选择 ..................................... 12 3变电所主变压器的选择与校验 ................................................... 15 3.1变压器选择原则 ................................................................ 15 3.2变压器选择计算 ................................................................ 15 3.3变压器的损耗计算 ............................................................. 16

3.4 35KV侧全矿负荷计算及功率因数校验 ................................. 16 3.5变压器经济运行方案的确定 ................................................. 17 4电气主接线设计 ...................................................................... 18 4.1对电气主接线的基本要求 .................................................... 18 4.2本所电气主接线方案的确定 ................................................. 18 4.2.1电源进线与主接线 ....................................................... 18 4.2.2负荷分配 .................................................................... 19 5短路计算 ............................................................................... 21 5.1短路电流计算的目的 .......................................................... 21 5.2三相短路计算的方法与步骤 ................................................. 21 5.3短路电流计算过程 ............................................................. 21 5.3.1选择计算各基准值 ....................................................... 23 5.3.2计算各元件的标幺电抗 ................................................. 23 5.3.3计算各短路点的短路参数 .............................................. 24 5.4短路参数汇总表 ................................................................ 28 6高压电气设备选择 ................................................................... 29 6.1高压电气设备选择原则 ....................................................... 29

6.2 35KV电气设备选择及校验 ................................................. 30 6.2.1高压断路器的选择 ....................................................... 30 6.2.2隔离开关的选择 .......................................................... 31 6.2.3电流互感器的选择 ....................................................... 32 6.2.4电压互感器的选择 ....................................................... 33 6.2.5 35KV避雷器的选择 .................................................... 33 6.3 6KV电气设备选择 ............................................................ 34 6.4电力线路的选择 ................................................................ 39 6.4.1 35KV输电线路及母线的选择与校验 .............................. 39 6.4.2 6KV电缆及架空线的选择 ............................................. 40 6.4.3电力线路选择计算汇总表 .............................................. 47 7防雷与接地 ............................................................................ 48 7.1 雷电过电压的保护 ............................................................ 48 7.2 接地装置 ......................................................................... 49 7.2.1 接地装置的分类 .......................................................... 49 7.2.2接地装置的布置 .......................................................... 50 总结 ........................................................................................ 51

参考文献 .................................................................................. 52 致谢 ........................................................................................ 53

1概述

1.1矿井简介

本矿井为年产150万吨的矿井，三水平可采储量为3108.4万吨，考虑

1.3的备用储量系数，三水平的服务时间为15.9年。年平均气温为15C，最高气温为42.3C，最低气温为15C，土壤最高温度30C。

1.2十二矿供电系统简介

目前十二矿工业场地有一座35KV变电所，共有四回35KV供电电源，其中来自平煤集团矸石电厂的两回35KV电源作为主供电源，长度为320m；来自十矿地面变电所的两回35KV电源作为备用电源，长度为2.3km。正常情况下，只允许十二矿使用矸石电厂的电源，只有在矸石电厂停止供电的情况下，才允许十矿地面变电所向十二矿供电，而且只能保证十二矿的矿井通风、排水、提升等安全用电，不准许十二矿生产。

平煤集团矸石电厂位于十二矿西北方向约200m处，装机容量为3x6MW，发出的电力扣除厂用电及十二矿用电外全部通过联网线送向月台35KV变电站。月台35KV变电站通过35KV输电线路与贾庄110KV变电站联接。因此平煤集团矸石电厂的35KV电源安全、可靠。

1.3原始负荷资料

负荷资料见表1-1全矿电力负荷统计表。

表1-1 全矿电力负荷统计表 设备电压 电机单机容安装台工作设备总容需用功率因离变电所的距离(km) 名称 （V） 类型 量（KW） 数/工系数 数 作台数 量（KW） (Kd) cos word精品文档，可编辑，欢迎下载

主井提升 副井提升 主扇风机 压风机 矿综合厂 机修厂 洗煤厂 地面低压 主排水泵 一采区 二采区 井底低压 工人镇 支农 6000 6000 6000 6000 380 380 380 380 6000 6000 6000 660 380 380 Y Y T T X 1200 800 1000 250 500 1/1 1/1 2/1 4/2 5/3 1200 800 1000 500 320 580 650 750 1500 850 950 2378 550 330 0.90 0.85 0.85 0.82 0.30 0.15 1.50 0.32 0.50 0.20 0.47 0.05 0.65 2.2 2.6 0.85 -0.90 0.80 -0.90 0.65 0.55 0.72 0.72 0.88 0.65 0.70 0.75 0.78 0.77 0.76 0.85 0.70 0.76 0.70 0.756 0.85 0.82 0.81 0.85 注 电机类型：Y表示绕线异步；X表示鼠笼异步；T表示同步。

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2 负荷计算

2.1负荷计算目的

电力负荷的计算，对合理配置电源，合理布局供电线路，以及正确选择各个电气设备和导线、电缆等都是不可缺少的。负荷计算得准确，使设计工作建立在可靠的基础资料之上，得出的工程设计方案经济合理。反之，若负荷计算得过大或过小，则会造成投资和设备器材的浪费，或使设备承受不了负荷电流而造成事故，影响安全供电。

在进行供电设计时。基本的原始资料为工艺部门提供的各种用电设备的产品铭牌数据，如额定容量、额定电压等。安装的设备并非都同时运行，而且运行着的设备实际需用的负荷也并不是每一刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内变化着。所以直接用安装容量选择供电设备和供配电系统，必将导致工程投资的增加。

2.2负荷计算方法

供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法和单位产品电耗法等，需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用。且计算结果符合实际。尤其对各用电设备容量相差很小且用电设备数量较多的用电设备组。公式简单、计算方便，只用一个原始公式PcaKdPN就可以表征普遍的计算方法。该公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业变电站的负荷计算都适用。对于不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，查取方便，因此为我国设计部门广泛采用。 本设计采用需用系数法进行负荷计算：

1.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

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一组用电设备。在一个车间中，可根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设备组的计算负荷，其计算公式为 PcaKdPN

QcaKdPNtanPcatan （2-1）

22PcaQca

Sca IcaSca/(3UN)

式中Pca、Qca、Sca——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； PN——该用电设备组的设备总额定容量，KW； UN——额定电压，V；

tan——功率因数角的正切值；

Ica——该用电设备组的计算负荷电流，简称计算电流，A； Kd——需用系数，由表1-1查得。

2.多个用电设备组的计算负荷

在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，而各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数Ksi。具体计算式为

PcaKsi(KdiPNi)(i1，2，3…，m)

i1mQcaKsi(KdiPNitani) （2-2）

i1m22ScaPcaQca

IcaSca/(3UN)

式中Pca、Qca、Sca——配电干线或变电所低压母线的有功、无功、视在计

算负荷；

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Ksi——组间同时系数；

m——该配电干线或变电所低压母线上所接用电设备组

总数；

Kdi、tani、PNi——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因

数角正切值，总设备容量；

Ica——该干线或变电所低压母线上的计算电流，A； UN——该干线或低压母线上的额定电压，V。

2.3负荷计算过程

2.3.1各用电设备组负荷计算

由表1-1查出各用电设备组的需用系数Kd和功率因数cos，根据公式2-1计算各用电设备组的计算负荷。 1 对主井提升

Kd0.90，cos0.85，tan0.62 则: 有功功率 Pca1KdPN10.9012001080(kW） 无功功率 Qca1Pca1tan10800.62670(kvar)

2222 视在功率 Sca1Pca1Qca110806701271(kVA)

2 对副井提升

Kd0.85，cos0.82，tan0.70 则：有功功率 Pca2KdPN20.85800680(kW）

无功功率 Qca2Pca2tan6800.70476(kvar)

2222Q680476830(kVA) 视在功率 Sca2Pca2ca2 3对主扇风机

Kd0.85，cos0.90，tan0.48

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则：有功功率 Pca3KdPN30.851000850(kW） 无功功率 Qca3Pca3tan850(0.48)412(kvar)

2222 视在功率 Sca3Pca3Qca3850(412)944(kVA)

4 对压风机

Kd0.80，cos0.90，tan0.48 则：有功功率 Pca4KdPN40.80500400(kW） 无功功率 Qca4Pca4tan400(0.48)192(kvar)

224002(192)2443(kVA) 视在功率 Sca4Pca4Qca45 对矿综合厂

Kd0.65，cos0.75，tan0.88 则：有功功率 Pca5KdPN50.65320208(kW） 无功功率 Qca5Pca5tan2080.88183(kvar)

2220821832277(kVA)S 视在功率 Sca5Pca5Qca56 对机修厂

Kd0.55，cos0.78，tan0.80 则：有功功率 Pca6KdPN60.55580319(kW） 无功功率 Qca6Pca6tan3190.80255(kvar)

2222 视在功率 Sca6Pca6Qca6319255408(kVA)

7 对洗煤厂

Kd0.72，cos0.77，tan0.83 则：有功功率 Pca7KdPN70.72650468(kW） 无功功率 Qca7Pca7tan4680.83388(kvar)

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22 视在功率 Sca7Pca46823882608(kVA) 7Qca7 8 对地面低压

Kd0.72，cos0.76，tan0.86 则：有功功率 Pca8KdPN80.727500(kW） 无功功率 Qca8Pca8tan00.864(kvar)

2222 视在功率 Sca8Pca8Qca804712(kVA)

9 对主排水泵

Kd0.88，cos0.85，tan0.62 则：有功功率 Pca9KdPN90.8815001320(kW） 无功功率 Qca9Pca9tan13200.62818(kvar)

2222 视在功率 Sca9Pca9Qca913208181552(kVA)

10 对一采区

Kd0.65，cos0.70，tan1.02 则：有功功率 Pca10KdPN100.65850553(kW） 无功功率 Qca10Pca10tan5531.025(kvar)

2222Q5535790(kVA) 视在功率 Sca10Pca10ca10 11 对二采区

Kd0.70，cos0.76，tan0.86 则：有功功率 Pca11KdPN110.70950665(kW） 无功功率 Qca11Pca11tan6650.86572(kvar)

2266525722877(kVA) 视在功率 Sca11Pca11Qca1112 对井底低压

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Kd0.70，cos0.756，tan0.866 则：有功功率 Pca12KdPN120.7023781665(kW） 无功功率 Qca12Pca12tan16650.8661442(kvar)

2222 视在功率 Sca12Pca12Qca12166514422203(kVA)

13 对工人镇

Kd0.85，cos0.81，tan0.72 则： 有功功率 Pca13KdPN130.85550468(kW） 无功功率 Qca13Pca13tan4680.72337(kvar)

2246823372577(kVA) 视在功率 Sca13Pca13Qca1314 对支农

Kd0.82，cos0.85，tan0.62 则： 有功功率 Pca14KdPN140.82330271(kW） 无功功率 Qca14Pca14tan2710.62168(kvar)

2222Q271168319(kVA) 视在功率 Sca14Pca14ca14将各用电设备组的计算负荷，结果计入表2-1全矿电力负荷计算负荷。

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表2-1 全矿负荷计算统计表 用户名称 设备容量 需用系数功率因数 计算负荷 tan kW 一、地面部分 1、主井提升 2、副井提升 3、主扇风机 4、压风机 5、矿综合厂 6、机修厂 7、洗煤厂 8、地面低压 地面小计 二、井下部分 9、主排水泵 10、一采区 11、二采区 12、井底低压 井下小计 三、其他部分 13、工人镇 14、支农 其他小计 全矿计算负荷 Kd cos 0.85 0.82 0.62 0.70 Pca Qca Sca kW 1080 680 850 400 208 319 468 0 45 1320 553 665 kvar 670 476 -412 -192 183 255 388 4 1832 818 5 572 1442 3396 337 168 505 5733 kVA 1271 830 944 443 277 408 608 712 1552 790 877 2203 577 319 11085 1200 0.90 800 0.85 1000 0.85 -0.90 -0.48 500 320 580 650 750 0.80 -0.90 -0.48 0.65 0.55 0.72 0.72 0.75 0.78 0.77 0.76 0.85 0.70 0.76 0.88 0.80 0.83 0.86 0.62 1.02 0.86 1500 0.88 850 950 0.65 0.70 2378 0.70 0.756 0.866 1665 550 330 0.85 0.82 0.81 0.85 0.72 0.62 4203 468 271 739 9487 word精品文档，可编辑，欢迎下载

2.3.2各低压变压器的选择与损耗计算

因采用电压6KV集中补偿功率因数，固对各低压变压器均无补偿作用，对各低压变压器选择时据表2-1中的计算视在容量进行选择。 1机修厂、矿综合厂、工人镇与支农变压器分别选用S9500，6/0.4kV、

S9315，6/0.4kV、S9630，6/0.4kV、S9400，6/0.4kV，型三

相油浸自冷式铜线电力变压器各一台。

2地面低压变压器选用两台S9800，6/0.4kV型铜线电力变压器 3洗煤厂变压器选用两台S9630，6/0.4kV型铜线电力变压器。 4各变压器功率损耗计算。单台变压器的功率损耗按式（2-3）、式（2-4）计算。两台变压器一般为分列运行，其功率损耗应为按0.5运行的单台变压器损耗的两倍。对于井下低压负荷，因表2-1未作分组，故不选变压器。

PTP02PK (kW)

（2-3）

式中 P0——变压器空载有功功率损耗，kW；

PK——变压器的短路电流等于额定电流时的有功功率损,kW； Sca——计算负荷，kVA；

SN.T——变压器的额定容量，kVA； ——变压器的负荷率，Sca/SN.T。

QTQ02QKSN.T(I0%UK%2) 100100（2-4）

I0% 式中Q0——变压器空载无功功率损耗，  Q S N .T ，其中为0100变压器空载电流占额定电流IN的百分数，kvar。

UK% QK——变压器额定短路无功功率损耗，  K S N .T ，其中Q 100为变压器短路电压占额定电压的百分数，kvar。

（1） 对于500kVA机修厂变压器：

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PTP0PK(

Sca24082)15()4.3(kW)SN.T500I0%UK%21.444082QTSN.T()500()20.3(kvar) 2100100100100500（2） 对于315kVA矿综合厂变压器

S2772  PTP0PK(ca)20.73.5()3.4(kW)SN.T315

I0%UK%21.2772QSN.T()315()14.5(kvar) T 1001001001003152（3） 对于630kVA工人镇变压器

S5772  PTP0PK(ca)21.236()6.3(kW)SN.T630

I0%UK%21.24.55772)630()31.3(kvar)  QTSN.T(2100100100100630（4） 对于400kVA支农变压器

S3192  P T   P 0  P K(ca)20.844.2()3.5(kW)SN.T400

I0%UK%21.443192QTSN.T()400()15.8(kvar) 1001001001004002（5） 对于地面低压两台800kVA变压器

1S17122  P T 2[P0PK(ca)2]2[1.457.2()]5.8(kW)2SN.T2800

I0%UK%21.24.517122Q2[S()]2800[()]33.5(kvar)TN.T 1001001001002800（6） 对于洗煤厂两台630kVA变压器

1S16082  P T 2[P0PK(ca)2]2[1.236()]5.3(kW)2SN.T2630 I%U%1.24.516082QT2[SN.T(0K2)]2630[()]28.3(kvar)1001001001002630

（7） 对于井下负荷的变压器损耗

PT0.015Sca0.015220333(kW)QT0.06Sca0.062203132(kvar)

各低压变压器功率损耗计算结果如表2-2所示：

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表2-2 各低压变压器功率损耗计算结果 负荷名称 机修厂 矿综合厂 工人镇 支农 地面低压 洗煤厂 井下负荷 SN.T(kVA) PT(kW)) QT(kvar) 合计 500 315 630 400 2800 2630 (2203) 4.3 20.3 3.4 14.5 6.3 3.5 5.8 33.5 5.3 28.3 33 132 31.3 15.8 PT62kW；QT275.8kvar 2.3.3计算6KV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器

各组低压负荷加上各低压变压器的功率损耗后即为其高压侧的负荷，因ΣPca9487kW，故查表得Ksi0.85，忽略矿内高压线路的功率损耗，变电所6KV母线补偿前得总负荷为

PcaKsi(PcaPT)0.85(948762)8117(kW)

QcaKsi(QcaQT)0.85(5733275.8)5107.5(kvar)

22Qca811725107.529590(kVA) ScaPca补偿前功率因数

cosPca/Sca8117/95900.84

根据矿井一、二级负荷的比重大于Sca9590kVA,可初选两台主变压

35/6.3kV，器，其型号容量应选为SF710000，由于固定电费按最高负荷收

费，故可采用两台同时分列运行的方式，当一台因故停运时，另一台亦能保证全矿一、二负荷的供电，并留有一定得发展余地。

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2.3.4功率因数补偿与电容器柜的选择

由于无功损耗与负荷率的平方成正比，故出现变压器最大功率损耗的运行方式应为一台使用，一台因故停运的情况，据此计算35kv侧的补偿前负荷及功率因数，并求出当功率因数提高至0.9时所需要的补偿容量，该数值就可以作为6kv母线上应补偿的容量。考虑到35kv变电所的6kv侧均为单母线分两段接线，故所选电容器柜应为偶数：

1)无补偿时主变压器的损耗计算。按一台运行、一台因故停运计算，则负荷率为

Sca/SN.T9590/100000.959

PTP02PK13.60.95925362(kw)QTSN.T[I0%/100(UK%/100)2]

10000(0.0080.0750.95972)771(kvar) 2)35kv侧补偿前的负荷与功率因数为 Pca.35PcaPT8117628179kW Qca.35QcaQT51087715879(kvar)

Sca.35Sca.352Qca.352817925879210080(kVA)

cos35Pca.35/Sca.358179/100800.8114

tan350.7203

3） 计算选择电容器柜与实际补偿容量。设补偿后功率因数提高到

cos'0.9，则tan'0.4843，取平均负荷系数Klo0.8

QcKloPca.35(tan35tan'35)0.88117(0.72030.4843)1532(kvar)

选用GR-1C-08型，电压为6KV每柜容量qc=270kvar的电容器柜，则柜数

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NQc/qc=1532/2705.7

取偶数得Nf6

实际补偿容量：Qc.fNfqc62701620(kvar) 折算到计算补偿容量为

Qc.caQc.f/Klo1620/0.82025(kvar)

4） 补偿后6KV侧的计算负荷与功率因数为

Q'caQcaQc.ca510820253083(kvar) 因补偿前后有功计算负荷不变，则：

S'caPca2Q'ca281172308328687(kVA) cos'8117/86870.9343

5） 补偿后主变压器最大损耗计算。补偿后一台运行的负荷率略有减小

'S'ca/SN.T8687/100000.8687

P'TP0'2PK13.60.8687253(kw)Q'TSN.T[I0%(UK%/100)'2]

10000(0.0080.0750.86872)6(kvar)

6） 补偿后35KV侧的计算负荷与功率因数校验 P'ca.35PcaP'T81178171(kw) Q'ca.35Q'caQ'T308363729(kvar) S'ca.35P'ca.352Q'ca.352817123729287(kVA) cos'35P'ca.35/S'ca.358171/870.9090.9 符合要求。

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3 变电所主变压器的选择与校验

供电变压器是根据其使用环境条件、电压等级及计算负荷选择其形式和容量。变电所的容量是由其装设的主变压器容量所决定的。从供电可靠性出发，变压器台数越多越好，但变压器台数的增加，开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大。所以，变压器台数与容量的确定，应全面考虑技术经济指标，合理决定。

3.1变压器选择原则

1）当企业绝大多数负荷属三级负荷，其少量一、二级负荷或由邻近企业取得备用电源时，可以装设一台变压器。

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，并且当一台出现故障时，另一台应能承担全部一、二级负荷。 3）特殊情况下可装设两台以上变压器。如分期建设的大型企业，其变电站个数及变压器台数均可分期投建，从而台数可能较多。

3.2变压器选择计算

由表2-1负荷统计计算可知，全矿三级负荷占总负荷的13.34%，根据主变压器选择原则，一般选择两台，当一台故障停运时，另一台必须保证一、二级负荷的用电，故可取负荷保证系数Kgu0.85，则 SN.TKguS'ca.350.85877639(kVA)

按此参数亦可选容量为8000KVA的主变压器，但设计上考虑将来的发展情况，故选两台SF7-10000,35/6.3KV为宜。其技术参数如表3-1

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所示：

两台主变压器采用分列运行方式，备用方式为暗备用。

表3-1 主变压器技术参数

型号规格（KVA） 联结组别 阻抗电压UK% 空载电流I0% 损耗 （KW） 空载P0 短路PK SF710000 Ynd11 7.5 0.8 13.6 53 3.3变压器的损耗计算

由公式2-4计算可得

空载无功损耗： Q0=I0%SN.T=0.810000=80(kvar)100100UK%7.5SN.T10000750(kvar)100100S'ca.3587变压器的负荷率：  0.44942SN.T20000短路无功损耗： QK则有功损耗：

22P=49（kw) T2(P0PK)2(13.6530.4494） 无功损耗：

QTQ0QK22(807500.44942)463(kvar)

3.4 35KV侧全矿负荷计算及功率因数校验

\"Pca有功功率： .35PcaPT8117498166(kw)

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\"'无功功率：Qca.35QcaQT30954633558(kvar)

\"\"2\"222视在功率：ScaPQ8166355807(kVA) .35ca.35ca.3535kv侧功率因数校验

\"Pca8166cos\".350.9160.9

Sca.3507\"满足设计要求。

3.5变压器经济运行方案的确定

两台变压器经济运行时的临界负荷值可以由公式3-1确定

P0KqQ0SecSN.T2  P K  K q K （3-1） Q当SSec时，宜于两台同时运行。 式中

Sec——经济运行临界负荷，kVA； SN.T——变压器额定功率，kVA；

P0——变压器空载有功损耗，kw； Q0——变压器空载无功损耗，kw； PN.T——变压器短路有功损耗，kw； QN.T——变压器短路无功损耗，kw； Kq——无功功率经济当量，取Kq0.08；

SecSN.T2P0KqQ0PKKqQK=10000213.6+0.0880=5950（kVA)

53+0.08750故经济运行方案为：当S<5950KVA，宜一台运行；当S>5950kVA，宜两台同时运行。

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4 电气主接线设计

变电所的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等一次设备）及其连接线组成，用以接受和分配电能，时供电系统的组成部分。它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等有关，所以变电所的主接线有多种形式。确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等有密切的关系，是变电所设计的主要任务之一。

4.1对电气主接线的基本要求

（1）根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。 （2）接线力求简单、清晰、操作方便。

（3）保证进行一切倒闸操作的工作人员及设备的安全，并能保证维护和检修的安全进行。

（4）在满足技术要求的前提下，应使接线的投资和运行的费用最经济。 （5）具有扩建的可能性。

4.2本所电气主接线方案的确定

4.2.1电源进线与主接线

对上一级供电部门来说35KV矿井变电所是一级负荷，故上级变电所

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对矿井采用有备用的双回路供电 ，即35KV进线为两路架空进线。对于煤矿企业，因一、二级负荷占总量的2/3以上，故35KV侧宜用全桥接线，6KV主接线根据矿井为一级负荷的要求及变压器是两台的情况确定为单母线分段的接线方式。

图4-1 一次侧主接线图

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4.2.2负荷分配

考虑一、二级负荷必须由联于不同母线段的双回路供电，而主、副井提升机因相距较近，可采用环形供电。将下井电缆与地面低压等分配于两段母线上，力图在正常生产时两段6KV母线上的负荷接近相等。具体分配方案如图4-1所示。

下井电缆回数确定。考虑0.96的同时系数得井下总负荷 Pca0.96(13205536651665)4035(kw) Qca0.96(81855721442)3260(kvar)

22Qca40352326025187(KA) ScaPca井下最大长时负荷电流（计算电流）

Ilo.mIcaSca/3UN5187/(36)499(A)

根据井下开关的额定电流最大为400A，而《煤矿安全规程》规定：下井电缆至少两回，当一回因故停止供电后，其他电缆应能满足井下全部负荷的供电，所以应选三回，考虑到负荷分配和运行的灵活性，最后确定4回下井电缆，两两并联后分列运行。

5 短路计算

研究供电系统的短路并计算各种情况下的短路电流，对供电系统的拟定、运行方式的比较、电气设备的选择及继电保护整定都有重要意义。

5.1短路电流计算的目的

短路产生的后果极为严重，为了短路的危害和缩小故障影响的范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题。

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（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，使之能正确切除短路故障。

（3）确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取短路电流的措施。

（4）确定合理的主接线方案和主要运行方式等。

5.2三相短路计算的方法与步骤

（1）根据短路电流技术要求，根据供电系统图选定短路计算点。 （2）画出计算短路电流的等效电路图。

（3）选取基准容量Sd和基准电压Ud，计算各级基准电流。 （4）据等效电路计算元件的标幺电抗。 （5）计算短路点的总标幺电抗与短路参数。

5.3短路电流计算过程

地面变电所6KV母线上的线路类型及线路长度如表5-1所示。

表5-1 地面变电所6KV母线上的线路类型及线路长度 序号 1 2 3 4 5 6 7 设备名称 主井提升 副井提升 主扇风机 压风机 矿综合厂 地面低压 机修厂 电压（KV） 距6KV母线距离（km） 6 6 6 6 0.4 0.4 0.4 0.30 0.15 1.5 0.32 0.5 0.09 0.20 线路类型 C C K C K C C word精品文档，可编辑，欢迎下载

8 9 10 11 洗煤厂 工人镇 支农 井下6KV母线 0.4 0.4 0.4 6 0.47 2.2 2.6 0.65 K K K C 注 C表示电缆线路，K表示架空线路

线路电抗：对于电缆线路X'0.08/Km，架空线路X\"0.4/Km 短路点选取35KV母线、6KV母线和各6KV出线末端，故可画出图5-1所示的等效短路计算图。

图5-1 等效短路计算图

5.3.1选择计算各基准值

选取基准容量Sd100MVA，基准电压Ud1=37KV，Ud2=6.3KV，Ud3=0.4KV，则各级基准电流为

SdI d13Ud1 SdId2= 3Ud2

Id3Sd3Ud31001.5605(kA)3371009.16(kA)36.3100144.338(kA)30.4 word精品文档，可编辑，欢迎下载

5.3.2计算各元件的标幺电抗

（1） 电源的电抗

Xs*.min0.18,Xs*.max0.32 （2） 变压器电抗

*主变压器电抗 XT1UK%Sd0.0751000.75

100SN.T110010UK%Sd4.51005.625

100SN.T51000.8*地面低压变压器电抗 XT5（3）线路电抗

*35KV架空线路电抗X \"llXSd10060.40.175322Ud137Sd1000.650.080.13122Ud6.32X 1* 下井电缆线路电抗 l1X'S100* 主扇风机 X 2l2X\"d1.50.41.511722Ud6.32100*'SdXlX0.300.080.0605主井提升 3 322Ud26.3Sd1000.150.080.0302322Ud26.3100*'SdX5l5X20.320.0820.0650Ud26.3压风机

*'X 4副井提升  l4X*矿综合厂 X 6  l6X\"地面低压（两台分列运行）

Sd1000.50.40.503922Ud26.3由于变压器在所内，只计算变压器阻抗，不计线抗 U%Sd4.5100**5.625 X 7 XT5K100SN.T51000.8*l8X'机修厂 X8Sd1000.200.080.0403 22Ud6.32 word精品文档，可编辑，欢迎下载

*l9X\"洗煤厂 X9Sd1000.470.40.4737 22Ud6.32Sd1002.20.42.2172 22Ud26.3Sd1002.60.42.6203 22Ud6.32*l10X\"工人镇 X10*l11X\"支农 X115.3.3计算各短路点的短路参数

（1）K1点短路电流计算。（35KV） 1）最大运行方式下的三相短路电流

***短路回路电抗标幺值： X1.mXs.minXl0.180.17530.3553

*短路电流标幺值： I1.m112.8145 *X1.0.3553m(3)*三相短路电流周期分量有效值: I1.mI1.mId12.81451.56054.392(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.12.55I1.m2.554.39211.20(KA) (3)短路冲击电流有效值： Ish.11.52I1.m1.524.3926.68(KA) *三相短路容量： S1I1.mSd2.8145100281.45(MVA)

2）最小运行方式下的三相短路电流

***短路回路电抗标幺值： X1.nXs.maxXl0.320.17530.4953

*短路电流标幺值： I1.n112.019 *X1.n0.4953(3)*三相短路电流周期分量有效值: I1.nI1.nId12.0191.56053.15(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.12.55I1.n2.553.158.03(KA)

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(3)短路冲击电流有效值： Ish.11.52I1.n1.523.154.79(KA) *三相短路容量： S1I1.nSd2.019100201.9(MVA)

（2）K2点短路电流计算（6KV） 1）最大运行方式下

***短路回路电抗标幺值： X2.mX1.mXT10.35530.751.1053

*短路电流标幺值： I2.m110.9047 *X2.m1.1053(3)*三相短路电流周期分量有效值: I2.mI2.mId20.90479.168.29(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.22.55I2.m2.558.2921.14(KA) (3)短路冲击电流有效值： Ish.21.52I2.m1.528.2912.6(KA) *三相短路容量： S2I2.mSd0.904710090.47(MVA)

2）最小运行方式下

***短路回路电抗标幺值： X2.nX1.nXT10.49530.751.2453

*短路电流标幺值： I2.n110.803 *X2.1.2453n(3)*三相短路电流周期分量有效值: I2.nI2.nId20.8039.167.36(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.22.55I2.n2.557.3618.77(KA) (3)短路冲击电流有效值： Ish.21.52I2.n1.527.3611.19(KA)

*三相短路容量： S2I2.nSd0.80310080.3(MVA)

（3）K8点短路电流计算（折算到6KV侧）(地面低压) 1）最大运行方式下

***短路回路电抗标幺值： X8.mX2.mXT51.10535.6256.7303

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*短路电流标幺值： I8.m110.1486 *X8.6.7303m6KV侧的短路电流参数

(3)*I三相短路电流周期分量有效值: I8.m8.mId20.14869.161.36(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.82.55I8.m2.551.363.47(KA) (3)短路冲击电流有效值： Ish.81.52I8.m1.521.362.07(KA) *三相短路容量： S8I8.mSd0.148610014.86(MVA)

2）最小运行方式下

***XX短路回路电抗标幺值： X8.n2.nT51.24535.6256.8703

*短路电流标幺值： I8.n110.1456 *X8.6.8703n(3)*三相短路电流周期分量有效值: I8.nI8.nId20.14569.161.33(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.82.55I8.n2.551.333.39(KA) (3)短路冲击电流有效值： Ish.81.52I8.n1.521.332.02(KA) *三相短路容量： S8I8.nSd0.145610014.56(MVA)

（4）K3点短路电流计算（下井电缆） 1）最大运行方式下

***短路回路电抗标幺值： X3.mX2.mX11.10530.1311.2363

*短路电流标幺值： I3.m110.80 *X3.m1.2363(3)*三相短路电流周期分量有效值： I3.mI3.mId20.809.167.41(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.32.55I3.m2.557.4118.9(KA)

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(3)短路冲击电流有效值： Ish.31.52I3.m1.527.4111.26(KA) *三相短路容量： S3I3.mSd0.8010080.(MVA)

2）最小运行方式下

***短路回路电抗标幺值： X3.nX2.nX11.24530.1311.3763

*短路电流标幺值： I3.n110.7266 *X3.n1.3763(3)*三相短路电流周期分量有效值： I3.nI3.nId20.72669.166.66(KA) (3)短路冲击电流峰值： ish.32.55I3.n2.556.6616.98(KA) (3)短路冲击电流有效值： Ish.31.52I3.n1.526.6610.12(KA) *三相短路容量： S3I3.nSd0.726610072.66(MVA)

其他短路点的计算与以上各点类似，结果见表5-2短路参数汇总表。

5.4短路参数汇总表

表5-2 短路参数汇总表 短路点 K1 4.392 K2 K3 K4 K5 K6 K7 8.29 7.41 3.50 7.86 8.07 7.83 11.20 21.14 18.9 8.93 20.04 20.58 19.97 6.68 12.6 11.26 5.32 11.95 12.27 111.90 281.45 90.47 80. 38.21 85.77 88.06 85.44 3.15 7.36 6.66 3.32 7.02 7.18 6.99 8.03 18.77 16.98 8.48 17.9 18.32 17.84 4.79 11.19 10.12 5.05 10.67 10.91 10.62 201.9 80.3 72.66 36.27 76.58 78.4 76.32 最大运行方式下短路参数 (3)(3)(3)最小运行方式下短路参数 (3)(3)(3)(3)(3)IK(KA) ish(KA) Ish(KA) SK(MVA) IK(KA) ish(KA) Ish(KA) SK(MVA)

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K8 K9 K10 K11 K12 K13 1.36 5.7 8.00 3.47 14.52 20.4 2.07 8.66 12.16 14.86 62.14 87.29 1.33 5.24 7.13 3.39 13.36 18.18 2.02 7.96 10.84 14.56 57.17 77.78 5.80 14.80 8.83 63.33 5.33 13.59 8.1 58.17 2.76 7.03 4.20 30.1 2.65 6.75 4.03 28.88 2.46 6.27 3.74 26.84 2.37 6.04 3.60 25.87

6 高压电气设备选择

电气设备选择是供电系统设计的主要内容之一，正确选择电气设备是保证电力系统安全、经济运行的重要条件。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热、动稳定。

6.1高压电气设备选择原则

对各种电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠，短时通过短路电流时不致损坏，因此，电气设备必须按正常工作条件进行选择，按短路条件进行校验。 （1）按正常条件选择 1.环境条件

电气设备在制造上分户内、户外两大类。户外设备的工作条件恶劣，各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外，户外设备可以用于

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户内，但不经济。此外选择电气设备时，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地区等方面的要求。 2.按电网额定电压选择电气设备的额定电压

在选择电气设备时，应按照电气设备和电缆的额定电压UN不低于装置点电网额定电压UNS的条件选择，即:UNUNS 3.按最大长时负荷电流选择电气设备的额定电流

电气设备的额定电流IN应不小于通过它的最大长时负荷电流Ilo.m（或计算电流Ica），即：INIlo.m （2）按短路情况校验

按短路情况对电气设备进行动稳定和热稳定校验。

6.2 35KV电气设备选择及校验

6.2.1高压断路器的选择

35KV接线形式为全桥式，而运行方式采用全分列方式，所以35KV进线和变压器回路的断路器应选相同形式的断路器。当一侧的变压器和另一侧的进线检修时，桥断路器必须把完好的进线和变压器联络起来，所以35KV的所有断路器应选相同的型号，其最大长时负荷电流应为变压器的最大长时负荷电流，即

Ilo.m1.05SN.T1.0510000173(A) 3UN1335断路器工作电压为35KV，最大长时负荷电流为173A，布置在室外，初步选户外式真空断路器，型号为ZW7-40.5型，额定电压为35KV，额定电流为1250A，其技术参数如表6-1所。

表6-1 所选断路器的电气参数 型 号 额定 电压 额定 电流 额定开 断电流动稳定 电流 额定关 合电流（4s）热稳定电 word精品文档，可编辑，欢迎下载

（KV） （A） （KA） （KA） （KA） 流 （KA） ZW7-40.5 35 1250 1250 25 20 63 50 63 50 25 20 ZN63A-6/1250 6 对于ZW7-40.5型户外真空断路器按当地环境条件和短路情况进行校验。

1）按当地环境条件校验

ZW7-40.5型户外真空断路器，额定工作环境最高空气温度为40C，实际工作环境最高温度为42.3C，因此额定电流必须按当地环境温度进行修正。按当高于40C时，其允许电流一般可按每增高1C，额定电流减少

1.8%进行修正。在42.3C下允许通过最大电流为

INeIN(42.340)1.8%IN2.30.01812501198.25(A)173(A)

符合要求。 2）按短路条件校验

1.额定开断电流校验。断路器的额定开断电流是INbr25KA，而K1点的短路电流为IK14.392KA，因此额定开断电流符合要求。

2.额定关合电流校验。断路器的额定关合电流是iNcl63KA，而K1点的短路的冲击电量为ish11.20KA，因此额定关合电流符合要求。

3.热稳定校验。因两回35KV电源上级出线断路器过流保护动作时间为2.5s，断路器的开断时间为0.1s，则短路电流通过断路器的最长时间为tktbrtpr0.12.52.6(s)，即假想时间ti2.6s。 对无限大容量系统有

(3) IIkl.max4.392(KA)

相当于4s的热稳定电流 I符合要求。

ti2.64.3923.(KA)25(KA)tts44.动稳定校验。由于ies63KA，ish111.20KA，则 iesish1

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符合要求。

6.2.2隔离开关的选择

布置室外的35KV隔离开关一般选用GW5型。基于35KV断路器选择相同型号的原因，35KV所有的隔离开关也应该选择相同的型号。为了便于检修时接地，进线35KV隔离开关与电压互感器回路的隔离开关要选用带接地刀闸的，型号为GW5-35GD/630型，其余回路选用普通GW5-35/630型隔离开关，两者电气参数相同。所选隔离开关电气参数如表6-2所示。

表6-2 GW5-35/630型户外式隔离开关的技术参数 型号 额定电压 (KV) GW5-35GD/630 35 GW5-35/630 35 额定电流 (KA) 630 630 动稳定电流 (KA) 50 50 （5s）热稳定电流(KA) 14 14 在额定环境温度（40C）下的额定电流为630A，实际环境最高温度为（42.3C）下允许的电流IN为

ININ(42.340)1.8%IN6302.30.018630603.92(A)

1）额定电压：UN35KVUNS35KV，符合要求。 2）额定电流：IN603.92AIlo.m符合要求。

3）动稳定校验：ies50KAish11.20KA，符合要求。

4）热稳定校验：当短路发生在隔离开关后，并在断路器前时，事故

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1.05SN.T1.0510000173A 3UN1335

切除靠上一级变电所的过流保护，继电保护动作时间要比35KV进线的继电保护动作时限2.5s大一个时限级差，故tpr2.50.53(s)。则短路电流经过隔离开关的总时间

tktitbrtpr0.133.1(s)

相当于5秒得热稳定电流为：

ti3.1I4.3923.16(KA)Its14(KA) tts5符合要求。

6.2.3电流互感器的选择

选用为ZW7-40.5型户外真空断路器配套的LZZBJ4-35型电流互感器，其额定电压为35KV，额定电流为300A，本型电流互感器为环氧树脂浇注全封闭结构，具有高动热稳定，高精度，多级次，并可制作复变比等特点，主要作计量和继电保护用。其技术参数如表6-3所示。

表6-3 LZZBJ4-35型电流互感器技术参数 变比 准确级次组合 额定输出(VA) 4s热电流(有效值)（KA） 300/5 0.5/0.5/10P10/10P10 25/25/50/50 17.1 动稳定电流（峰值）（KA） 42.8 实际环境温度（42.3C）下允许通过的电流IN为

ININ(42.340)1.8%IN3002.30.018300287.58(A)173(A)

符合要求。

1）动稳定性校验：ies42.8KAish11.20(KA)，符合要求。

22tts17.1241169.6Iti4.39223.159.8，2）热稳定校验：Its负荷要求。

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6.2.4电压互感器的选择

35KV电压互感器，为油浸绝缘型，均为单相，有双绕组与三绕组之分。如对35KV不进行绝缘测试时，可选两台双绕组互感器，接成V形，供仪表用电压，否则选用三台三绕组互感器，接成YYd11型。互感器短路保护采用限流高压熔断器。

由于煤矿35KV变电所不对35KV进行绝缘检测（由上级变电所检测）。则选两台JDJ-35型单相双绕组油浸式户外电压互感器。其及主要技术参数为：原边电压35KV，工频试验电压95KV，二次电压0.1KV，极限容量1000VA。配用两台RW10-35/0.5型限流熔断器。

6.2.5 35KV避雷器的选择

避雷器是防护雷电入侵对电气设备产生危害的维护装置。在架空线上发生雷击后，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使其他受到保护。当过电压消失后，避雷器又能自动回复到起初状态。

本设计中选用HY5WZ-42/134型阀型避雷器，其主要技术参数为：额定电压42KV，系统电压35KV，工频放电电压不小于80KV，伞群数为18，最大雷击残压134KV。

6.3 6KV电气设备选择

6KV采用室内成套配电装置，选择开关柜的型号为KYN28A-12（Z），即铠装移开式交流封闭金属开关设备，开关柜的一次接线方案与供电系统图上的要求相适应。开关柜中的电流互感器配置数量应根据继电器保护与测量等要求进行选择。对双回路及环形供电的开关柜需选用两组隔离开关以利检修。电缆回路的开关柜都需装设零序电流互感器，作为向选择性漏电保护提供零序电流的元件。在每段母线上还需装设电压互感器与避雷器柜，供6KV绝缘检测、仪表继电保护之用。

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（1）开关柜方案编号选择

1）6KV进线柜方案编号

选用架空进线柜19和母联柜52以及架空进线柜21和母联柜53配合使用，分别组成进线柜。

2）母联柜方案编号

选用母联柜9和母联柜52配合使用组成分段联络柜。 3）出线柜方案选择

电缆出线方案编号选1号，架空出现方案编号选23号。 4）电压互感器与避雷器柜

选用电压互感器与避雷器柜方案编号为43。 （2）高压开关柜的校验

高压开关柜只需对其断路器进行校验即可。 1）进线柜和母联柜断路器选择校验

进线柜和母联柜配用ZN63A-6/1250型户内真空断路器，其技术参数如表6-1所示。

最长时负荷电流

Ilo.m1.05SN.T1.05100001010.4(A) 3UN136在额定环境温度（40C）下的额定电流为1250A，实际环境最高温度为（42.3C）下允许的电流IN为

ININ(42.340)1.8%IN12502.30.01812501198.25（A）

1.额定电压校验：UN6KVUNS6KV，符合要求。

2.额定电流校验：IN1198.25(A)Ilo.m1010.4(A)，符合要求。 3.额定开断电流校验：断路器的额定开断电流是INbr20KA，而K2点的短路电流为IK28.29KA，因此额定开断电流符合要求。

4.额定关合电流校验：断路器的额定关合电流是iNcl50KA，而K2点的短路冲击电流为ish21.14KA，因此额定关合电流符合要求。

5.热稳定校验：当短路发生在6KV母线上时，变压器差动保护不动

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作（因不是其保护范围），此时过流保护动作时限为2s（比进线保护少一个时限级差），则titbrtpr0.122.1(s)。

相当于4s的热稳定电流

I符合要求。

ti2.18.296.01(KA)20(KA) tts46.动稳定校验：由于ies50KA。ish21.14KA，则 符合要求。

2）出线柜断路器的选择校验

出线柜均配用ZN63A-12/630型真空断路器。因为主排水泵供电回路负荷最大，可以按它进行校验。最大长时负荷电流为

Ilo.m11.05PN.M1.051500178.3(A)

3UNcos360.85iesish

其他参数如表6-4所示。

表6-4 ZN63A-12/630型真空断路器技术参数 计算数据 ZN63A-12/630型真空断路器技术参数 计算数据 ZN63A-12/630型真空断路器技术参数 UNS 6KV UN 6KV Ilo.m1178.3A IN 603.9A ish 21.14KA ies 40KA 2Iti 8.2921.6 2Itst 1624 IK28.29KA INbr 16KA ish 21.14KA iNcl 40KA IN表示断路器在实际环境最高温度为（42.3C）下允许的电流

ININ(42.340)1.8%IN6302.30.018630603.92(A)

假想时间的确定：当短路发生在6KV线路的末端时，过流保护动作，

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其时限为1.5s（比进线保护少了两个时限级差），

titbrtpr0.11.51.6(s)。

由表6-4可知，所选ZN63A-12/630型真空断路器符合要求。 3）6KV高压开关柜配用的电流互感器的选择

6KV开关柜选用专用型LZZBJ-12/15电流互感器，其额定电压为10KV，技术参数如表6-5所示。 4）电压互感器与避雷器的选择

电压互感器与避雷器柜配用JDZ10-10型电压互感器和HY5WS-17/50型避雷器。

表6-5 电流互感器的技术参数 所在柜名称 变比 4s热电流（KA） （有效值） 6KV进线 6KV母线 主井提升 副井提升 主扇风机 压风机 地面低压 机修厂 洗煤厂 矿综合厂 工人镇 支农 下井电缆 电容器柜 1250/5 1250/5 150/5 150/5 150/5 150/5 150/5 150/5 150/5 150/5 100/5 100/5 300/5 150/5 40 40 8.6 8.6 8.6 8.6 8.6 8.6 8.6 8.6 5.7 5.7 17.1 8.6 动稳定电流 （KA）（峰） 100 100 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 21.4 14.3 14.3 42.8 21.4 （3）6KV母线选择

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本设计中变电所室内6KV变压器回路母线选用矩形铝母线，其截面按长时允许电流选择，热稳定校验。 1）按最大长时负荷电流选择

最大长时负荷电流

1.05SN.T1.0510000 I 1010.4(A)lo.m3UN36 进线位置在母线中间，取分配系数K0.8，则母线最大长时允许电流为

' Ilo.mKIlo.m0.81010.4808.3(A)

选截面为806.3的矩形平放母线，其额定电流为1100A(25C)。 实际环境最高温度为42.3C，其长时允许电流为 I ' Ialal符合要求。

al7042.31100863(A)808.3(A)al257025 2）热稳定截面校验

热稳定系数C为87，则最小热稳定截面为

t2.6SminIi8290153.6(mm2) C87式中titbrtpr2.50.12.6s，断路器过流保护动作时间为2.5s，断路器的开断时间为0.1s。

最小热稳定截面153.6mm2小于所选铝母线截面806.3mm2，故热稳定符合要求。

（4）6KV支柱绝缘子的选择

选用ZNA6型户内式支柱绝缘子，其额定电压6KV，破坏力为3679N，故最大允许抗弯力Fal为

Fal0.6Fde0.636792202(N)

因母线单一平放，其换算系数K1，故 KFmax114681468(N)2202(N) 符合要求。

（5）穿墙套管的选择

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对穿墙套管，按电压及长时允许电流选择，对动稳定进行校验，由于

Ilo.m1010.3A，电压6KV，故选用户外式铝导线的穿墙绝缘子，型号为

CLWB10/1500，额定电压为10KV，额定电流为1500A。套管长度为0.6m，最大破坏力为7358N，5s热稳定电流为20KA。

由于实际环境最高温度为42.3C，则其长时允许电流 '808042.3IalIal15001456(A)1010.3(A)4040符合要求。 1）动稳定校验

穿墙套管所受的最大短路电动力为

1.052LcFmax1.73107ish1.73107(21.14103)2203(N)

a0.4ll1.50.6式中 Lc——Lc121.05(m)

22 l1——穿墙套管与支持绝缘子之间的距离，1.5m； l2——穿墙套管自身的长度，0.6m。

由于Fmax202(N)0.673584415(N)，动稳定符合要求。 2）热稳定校验

稳态短路电流IIsh8.29KA，假想时间ti2.2s，则相当于5s热稳定电流

Iti2.28.295.5(KA)20(KA) 55符合要求。

6.4电力线路的选择

6.4.1 35KV输电线路及母线的选择与校验

（1）35KV输电线路及母线的选择

对于35KV架空线路，线杆挡距一般在100米以上，导导线受力较

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大，故可选择LGJ型钢芯铝绞线，线间几何均距设为2m。35KV输电线路和母线选用同一规格的导线，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）按经济电流密度初选导线截面 负荷电流

8171IloIca148.2(A)3Ucos3350.909

矿井最大负荷年利用小时Tmax3000~5000h，选用钢芯铝绞线的经济电流密度Jec1.15A/mm2。则导线的经济截面为

0.65Ica0.65148.2Sec87.8(mm2) Jec1.15式中 0.65——两分列运行线路的电流分配系数。

初选导线为LGJ70型钢芯铝绞线，则25C时允许载流量Iac为275A。

2）按长时允许负荷电流校验导线截面

该地区最高气温为42.3C，钢芯铝绞线最高允许温度为70C。

则修正后的允许载流量为

'7042.3'IalIalm0275215.8(A)148.2(A)m07025 符合要求。

3）按允许电压损失校验导线截面

线间几何均距为2m，LGJ70型钢芯铝绞线的单位长度电阻

r00.46/Km，电抗x00.382/Km。

'Pca.35则电压损失为

l2.3U(Pr0Qx0)(81660.4635560.382)335.8(V)35 UN电压损失百分数为

U335.8  U%100%100%0.959%3%UN35000 word精品文档，可编辑，欢迎下载

符合要求。

4）按机械强度校验导线截面

35KV钢芯铝绞线在非居民区最小允许截面16mm2，居民区为25 mm2，小于所选截面70 mm2，符合要求。

最后该矿双回路35KV输电线路每路均选为LGJ70型钢芯铝绞线，两路总长度为2.62Km。

6.4.2 6KV电缆及架空线的选择

（1）6KV各出线电缆的侧选择

按经济电流密度选择导线截面，按长时允许电流校验导线截面，并进行热稳定和电压损失校验。

1）主、副井提升机6KV电缆线路选择

副井提升机为一级负荷，主井提升机为二级负荷，两组采用环形电网供电，两者与矿35KV变电所的平面布置呈三角形，二者之间相距一般为80m，而主井离35KV变电所为300m，副井为150m，则计算负荷电流和电压损失应按开环运行，两组负荷由一路电缆供电，80m长的联络线较短，可选为与两路电缆同型号截面。高压电缆的型号，在地面一般选用铝芯油浸纸绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，型号为ZLQ22。 1.按经济电流密度选择导线截面 一路供电的负荷电流

PP1271830IloIcaca1ca2202.2(A)3UN36

按Tmax3000~5000h，Jec1.73A/mm2。则电缆的经济界面为

SecIca202.2116.9(mm2)Jec1.73 初选ZLQ2263120型铝芯电缆，最高允许工作温度为65C，其

25C允许载流量为220A。

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2.按长时允许负荷电流校验

电缆直埋地下，该地区最热月土壤最高气温平均值为30C，则修正后的导线长时允许电流载流量为

'm0'6530IalIal220205.8(A)6525 m0 按一般土壤得土壤热阻率的修正系数为0.86，乘以205.8A为177A<202.2A，故不符合要求。改选3150mm2电缆，经修正后允许载流量为205.1A>202.2A，符合要求。 3.按允许电压损失校验电缆截面

由于电缆的电抗值较小，一般每公里约为0.06~0.08，故计算电压损失时，只考虑导线电阻的影响，电抗值忽略不计。铝芯铠装电缆的电导率28.8m/mm2，则线路实际电压损失为

UPLii1nniScUN1271300830(15080)22(V)

150628.8U电压损失百分数

'PLii1iScUN8301501271(30080)23.5(V)

150628.8U%U22100%100%0.37%3% UN6000U'23.5U%100%100%0.39%3%

UN6000'故电压损失校验合格。 4.按短路电流校验电缆的热稳定

变电所母线最大三相短路电流周期分量有效值I8290A。 短路电流作用的假想时间

titiptia

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取断路器动作时间tbr0.15s，其过流保护动作时间tse，因当一路供电时，断路器是控制6KV终端负荷，可定为0.6s。 对于无限大电源系统

tiptsetbr0.60150.75s 故得

ti0.750.050.8(s) （0.05为电弧熄灭时间） 电缆最小热稳定截面为

SminIti82900.878.1(mm2)150(mm2)C95故所选ZLQ2263150型电力电缆符合要求。 2）6KV下井电缆选择

井下6KV级总计算有功负荷Pca为4035kW，最大长时负荷电流为499A，并确定用4回下井电缆，两两并联后分列运行。因此，在确定每回电缆中的负荷电流时，应该是0.75Ica的一半（0.75为井下负荷分配系数），电压损失应按其中一路两回电缆并联考虑，热稳定校验则应按一路中某一回电缆首端发生短路考虑。一回下井电缆总长度应为650m再加上井下变电所不同位置布置方式而引起的长度增加50m，即为700m。为了管理维护方便，4回下井电缆应选用同型号同截面的电力电缆。立井井筒电缆应选用交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆，故选为MYJV42型铜芯电力电缆。 1.按经济电流密度选择下井电缆截面 一路供电其中一回电缆的负荷电流

Ica.10.50.75Ica0.50.75499187（A） 按Tmax3000~5000h，则铜芯电缆的经济电流密度为

Jec2.25A/mm2。电缆的经济截面为

SecIca.118783.1(mm2) Jec2.25 初选MYJV426370型铜芯电缆，其25C时允许载流量为221A。

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2.按长时允许负荷电流校验

电缆直埋地下，该地区最热月土壤最高气温平均值为30C，则修正后的长时允许负荷电流为

IIal'alm0'8030221211(A)

m08025按一般土壤得土壤热阻率的修正系数为0.88，乘以211为186A<187A，故改选395mm2电缆，经修正后允许载流量为219A>187A合格。

3.按允许电压损失校验电缆截面

取一路运行实际电压损失，忽略电抗，但导线截面加倍，电导率

48.6mm2。

UPcaL403570050.9(V)

2ScUN295648.6电压损失百分数

U%U50.9100%100%0.85%3% UN6000符合要求。

4.按短路电流校验电缆的热稳定

变电所母线最大三相短路电流周期分量有效值I8290A。 短路电流作用的假想时间 titiptia

取断路器动作时间tbr0.15s，其过流保护动作时间tse为0.9s， 对于无限大电源系统

tiptsetbr0.90151.05s 故得

ti1.050.051.1(s) （0.05为电弧熄灭时间） 电缆最小热稳定截面为

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SminIti82901.162.1(mm2)95(mm2) C140 故所选MYJV426370型电力电缆满足要求。 4回电缆的总长度为70042800(m)。 3）压风机等其他负荷组6KV电缆线路

类似以上的选择原则与方法，考虑地面高压可一律选用ZLQ226型铝芯电缆，因均为终端负荷，故控制开关过流保护动作时间可定为0.3s，及短路作用假想时间为0.5s，据I8290A用式SminIti可算得各负

C荷组所选6KV电缆的最小热稳定截面Smin62mm2，则所选电缆截面应不小于70mm2。

压风机等其他三个负荷组计算视在功率均小于主井提升，且最长供电距离为320m，故可全部选为ZLQ226370型滤芯电力电缆，满足全部选择、校验条件，各负荷组的电缆长度为：

压风机：23200(m)，地面低压：290180(m)，机修厂：200(m) （2）6KV 各架空线路选择 主扇风机架空线选择

对于6KV架空线路，线杆挡距一般在100m以下，导线受力较小，故可选LJ型铝绞线，线间几何均距设为1m。 1.按经济电流密度初选导线截面 一路供电的负荷电流

Pca.3944IloIca100.9(A)3UNcos3360.9

矿井最大负荷年利用小时Tmax3000~5000h，选用铝绞线的经济电流密度Jec1.15A/mm2。则导线的经济截面为

0.7Ica0.7100.9Sec61.4(mm2)Jec1.15

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式中 0.7——两分列运行线路的电流分配系数。

初选LJ35型铝绞线，其25C时允许载流量Ial为135A。 2.按长时允许负荷电流校验导线截面

该地区最高气温为42.3C，钢芯铝绞线最高允许温度70C。其温度修正系数为0.79。

则修正后的允许载流量

'0.79Ial0.79135106.7(A)100.9(A) Ial符合要求。

3.按允许电压损失校验导线截面

该导线的单位长度电阻、电抗分为：00.96/km和

x00.366/km，线路长度LL为1.5km，故得一路运行时的电压损失为

Ul1.5(Pr0Qx0)(8500.964120.366)242(V) UN6电压损失百分数为

U%U242100%100%4.03%5% UN6000故电压损失校验合格。 4.按机械强度校验导线截面

6KV铝绞线在非居民区最小允许截面为25mm2，居民区为35mm2，均不大于所选截面35mm2，故机械强度校验合格。

最后确定主扇风机双回路6KV架空线路每路均选为LJ35型铝绞线，两路总长度为3km。

同理可确定其他四个6KV负荷组的导线型号、截面与长度： 矿综合厂：LJ25型铝绞线，一路总长度为0.5km。 洗煤厂:LJ25型铝绞线，两路总长度为0.94km。 工人镇:LJ25型铝绞线，一路总长度为2.2km。

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支农：LJ25型铝绞线，一路总长度为2.6km。

6.4.3电力线路选择计算汇总表

编号 1 35KV电源线 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6KV母线 主井提升 副井提升 压风机 地面低压 机修厂 主扇风机 矿综合厂 洗煤厂 工人镇 支农 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 35 设备名称 电压（KV） 所选导线型号截面 导线总长度（km） LGJ70 2.62 LMY806.3 ZLQ2263150 0.30 0.15+0.08=0.23 0. 0.18 0.2 3 0.5 0.94 2.2 2.6 ZLQ2263120 ZLQ226370 ZLQ226370 ZLQ226370 LJ35 LJ25 LJ25 LJ25 LJ25

7 防雷与接地

7.1 雷电过电压的保护

1 装设直击雷保护的范围

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应装设直击雷保护装置的设施，变电站的直击雷过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。下列设施应装设直击雷保护装置：

（1） 屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道。

（2） 油处理室、燃油泵房、漏天油罐及其架空管道、装卸油台、大型变压器修理间等建筑物。 2 直击雷保护的措施

对主厂房需装设的直击雷保护，或为保护其他设备而在主厂房上装设的避雷针，应采取如下措施：

（1） 加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房柱内钢筋焊接成一体。在适当地方接引下线，一般应隔10-20m引一根。引下线数目应尽可能多些。

（2） 防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线应尽量远离电气设备，为了防止因下线向发电机回路发生反击而可能危及发电机绝缘，已在靠近避雷针引下线的发电机出口处装设一组避雷器。

（3） 装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加集中接地装置，其工频接地电阻应大于10欧。

7.2 接地装置

7.2.1 接地装置的分类

接地装置可分为保护接地和防雷接地。接地的基本概念，二者都是共同的，而且在工程设施中也常常互有联系，所以也要提及工作接地和保护接地。电力系统中各种电气设备的接地可分为以下两种： 1 保护接地

为了人身安全，无论在发，配电还是用电系统中都将电器设备的金

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属外壳接地，这样就可以保证金属外壳经常固定为地单位，一旦设备绝缘损坏而使外壳带电时不只有危险的电压升高以避免工作人员触电伤亡，但当设备发生故障而有接地短路电流流入大地时，接地点和与它紧密相连的金属导体的电位升高，有可能威胁到人身安全。 2 防雷接地

这是针对防雷保护的需要而设置的，目的是减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。

从物理过程看，防雷接地与前两种接地有两点区别，一是雷电流的幅值大，二是雷电流的等值频率高。雷电流的幅值大，就会使地中电流密度增大，因而提高了土壤中的电场强度，在接地体附近尤为显著。若此电场强度超过土壤击穿场强时在接地体周围的土壤中便会发生局部火花放电，使土壤导电性增大，使接地电阻减小，因此，同一接地装置在幅值甚高的冲击电流作用下，其接地电阻要小于工频电流的数值，这种效应称为火花效应。

另一方面，由于雷电流的等值频率较高，这就是接地体自身电感的影响增加，阻碍电流向接地体远端流通，对于长度长的接地体这种影响更加明显。结果会使接地体得不到充分利用，使接地装置的电阻值大于工频接地电阻值。这种现象称为电感影响。由于上述两方面原因，同一接地装置在冲击和工频电流作用下，将具有不同的电阻值。

7.2.2接地装置的布置

接地网布置的一般原则

变电所的接地装置应充分利用以下自然体接地：

（1） 埋设在地下的金属管道（易燃和有爆炸介质的管道除外）； （2） 金属井管；

（3） 与大地有可靠连接建筑物及构筑物的金属结构和钢筋混凝土基础；

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（4） 水工建筑物和类似建筑物的金属结构和钢筋混凝土基础； （5） 穿线的钢管，电缆的金属外皮； （6） 非绝缘的架空地线；

在利用了自然接地后，接地电阻尚不能满足要求时，应装置人工接地体。对于大接地短路电流系统的发电厂和变电所则不论自然接地体的情况如何，仍应装设人工接地体。

变电所接地网中的垂直接地体对工频电流散流作用不大。防雷接地装置可采用垂直接地体，作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄雷电流之用。

人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不易小于均压带间距的一半。接地网内应装设水平均压带，接地网的埋深一般采用0.6m或0.8m。

总 结

本论文根据变电所的设计原则，围绕十二矿地面35KV变电所设计这一课题展开设计，主要完成的设计工作：

（1）针对煤矿供电负荷的用电需求情况，用需用系数法进行了负荷计算。并以此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。同时也为短路

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计算提供了依据。

（2）根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行了设计；高压35KV侧采用全桥接法，6KV的母线采用单母分段接线形式。

（3）用标幺值对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供了数据。

（4）按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行了选择，并对他们进行了动稳定和热稳定等方面的校验。

这次设计是我对过去四年的学习作了一次全面的总结，使理论知识和实践得到了有机的结合。虽然只有短短的几个月，但是学到了很多知识，同时又认识到自己实际经验的匮乏，检查发现设计中有很多漏洞，虽尽力修正，仍存在不完善的地方，请各位老师给予批评指正。通过本次设计深感自己知识的有限，在今后的学习和工作中，一定更加努力。

参考文献

[1]邹有明主编. 现代供电技术. 北京：中国电力出版社，2008年1月 [2]应敏华，程乃蕾主编. 供用电工程. 北京：中国电力出版社，2006年9月

[3]王辑祥，梁志坚合编. 电气接线原理及运行. 北京：中国电力出版社，

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2005年2月

[4]熊信银主编. 发电厂电气部分（第四版）. 北京：中国电力出版社，2009年7月

[5]傅知兰主编. 电力系统电气设备选择与使用计算. 北京：中国电力出版，2004年10月

[6]赖昌干编著. 矿山电工学. 北京：煤矿工业出版社，2006年 [7]唐志平编著.供配电技术. 北京：电子工业出版社，2009年6月 [8]蓝之达编著.供用电工程. 北京：中国电力出版社，1998

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致 谢

本论文是在xx导师的悉心指导下完成的。在毕业设计期间从确定设计题目到每周一次的答疑，x老师总是耐心细致的帮同学解决设计中遇到的各种问题，这对我们的感触很大，每个人心里都下决心做好设计，不辜负导师的教诲。这将对我以后的工作和生活产生了很大的影响，并终生受益。在本论文完成之际，特向田书老师表示衷心的感谢。

我还要感谢大学四年内所有的老师们，正是得益于他们的辛勤培养，我才能完成此论文，在此向所有恩师表示我最崇高的敬意和最诚挚的谢意。

设计中引用了大量的与供电系统相关的资料和研究成果，特向书中引用的文献的作者表示感谢。

我在此还要感谢跟我一起完成毕业设计的同学们，在这两个月的时间里，我们结成一个互相帮助，共同进步的团队。他们在我设计的过程中给予了很大的帮助，在此表示我对他们真挚的谢意。

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