煤矿变电所设计

摘 要

本设计根据平煤某矿的电力负荷资料，做出了该矿的35KV总降压变电所的整体设计，包括负荷计算及无功补偿、系统主接线方案的选择、高压电气设备的选择、短路电流的计算及对所选的高压电气设备的校验、继电保护的设计、防雷及接地的设计等。本设计以实际负荷为依据，以变电所最佳运行方式为基础，按照有关规定和规范，做出了满足该矿生产需求的设计。

设计中先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变压器型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路电流计算。设计中还对主要高压电气设备做出了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了继电保护以及防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。

关键词：35KV变电所 负荷计算 主接线设计 短路电流计算 电气设备选择 继电保护

Abstract

This design according to the PingMei mine power load material, make the attained general voltage 35KV substation design specification of the overall design, including load calculation and reactive compensation, system of main wiring schemes choose, high voltage electrical equipment choice, the calculation of short-circuit current and of selected high voltage electrical equipment calibration, relay protection design, lightning protection and grounding design, etc. This design to the actual load as the basis, the best operation way in substation based in accordance with the relevant regulations and standard, make a meet, the design of mine production requirements.

Design the first to load, to select the statistical and computational got the main transformer models, and then based on the load properties and worked on the power supply reliability requirements, considering the Lord wiring design the serious influence of system short circuit, design the short circuit calculation. Design of high pressure of the main electrical equipment selection and calculation, such as breaker, isolating switch, voltage transformer, current transformer, etc. In addition also carried out the relay protection and lightning protection design and calculation, improve the security of the whole substation.

Key words: 35KV substation Load calculation Lord wiring design Short-circuit current calculation Electrical equipment selection Relay protection

目 录

前 言 ........................................................ 1

1 概述 ....................................................... 2

1.1 电源 ................................................. 2

1.2 基本地质气象资料 ..................................... 2

2 全矿负荷计算及无功补偿 ..................................... 3

2.1 负荷分类 ............................................. 3

2.1.1 一级负荷 ........................................ 3

2.1.2 二级负荷 ........................................ 3

2.1.3 三级负荷 ........................................ 4

2.2 需要系数法 ........................................... 4

2.3 负荷统计与计算 ....................................... 4

2.4 变电所6千伏母线的总负荷及全矿负荷计算 ............... 6

2.5 主变压器的选择 ...................................... 11

2.6 无功功率补偿 ........................................ 12

2.6.1 提高自然功率因数的方法 ......................... 12

2.6.2 无功功率补偿计算 ............................... 13

3 系统主接线方案的选择 ...................................... 16

3.1 主接线设计的一般原则 ................................ 16

3.2 系统主接线设计 ...................................... 17

3.2.1 主变压器一次侧的接线 ........................... 17

3.2.2 主变压器二次侧的接线 ........................... 18

4 高压电气设备的选择 ........................................ 20

4.1 35KV系统设备的选择 .................................. 20

4.1.1 断路器的选择 ................................... 20

4.1.2 隔离开关的选择 ................................. 20

4.1.3电流互感器的选择 ............................... 21

4.1.4 电压互感器的选择 ............................... 21

4.1.5 避雷器的选择 ................................... 21

4.1.6 跌落式熔断器选择 ............................... 21

4.1.7 35KV母线及其室外母线瓷瓶的选择 ................ 21

4.2 6KV系统设备的选择 ................................... 22

4.2.1 6KV母线的选择 ................................. 22

4.2.2 主井提升机电缆选择 ............................. 23

4.2.3 6KV母线支持绝缘子的选择 ....................... 23

4.2.4 穿墙套管的选择 ................................. 23

4.3 35KV室外构架的选择 .................................. 24

4.3.1 母线构架 ....................................... 24

4.3.2 进出线构架 ..................................... 24

4.3.3 支架 ........................................... 24

4.4 高压开关柜的选择 .................................... 24

4.4.1 开关柜型号选择 ................................. 24

4.4.2 开关柜方案编号选择 ............................. 25

4.5 6KV出线高压电缆的选择 ............................... 26

5 短路电流的计算及电气设备的校验 ............................ 28

5.1 计算短路电流的目的 .................................. 28

5.2 短路电流的计算公式 .................................. 29

5.3 各短路点短路电流的计算 .............................. 34

5.4 35KV系统设备的校验 .................................. 38

5.4.1 断路器的校验 ................................... 38

5.4.2 隔离开关的校验 ................................. 38

5.4.3 电流互感器的校验 ............................... 39

5.4.4 35KV母线的校验 ................................ 39

5.5 6KV系统设备的校验 ................................... 39

5.6 高压开关柜的校验 .................................... 41

5.6.1进线柜和母联柜断路器校验 ....................... 41

5.6.2 出线柜断路器的校验 ............................. 42

5.7 高压电缆型号及截面的校验 ............................ 42

6 继电保护装置设计 .......................................... 45

6.1 继电保护装置的任务 .................................. 45

6.2 35KV 进出线与联络开关继电保护方案的选择 .............. 45

6.2.1 进线开关的继电保护 ............................. 46

6.2.2 联络开关3DL的继电保护 ......................... 46

6.3 变压器保护 .......................................... 47

6.4 6KV配出线路的继电保护 ............................... 50

7 防雷接地设计 .............................................. 61

7.1 避雷针与避雷器 ...................................... 61

7.2 防雷接地 ............................................ 63

7.3 变电所的防雷保护 .................................... 64

7.4 变电所的进线段保护 .................................. 65

7.5 接地装置 ............................................ 65

8 结论 ...................................................... 67

致 谢 .................................................... 68

参考文献 .................................................... 69

前 言

本设计是应用供配电设计的基本原则和方法进行的120万吨/年某矿井降压变电所设计。根据矿区布置情况选择总变电所位置及型号规格等，并由该矿给出的设备容量等通过负荷计算选择变压器、电缆、开关设备等设备的型号规格，并考虑其接线方式。更多的了解并能熟练地应用国家规范和标准，由此来指导整个的设计过程。

通过本次设计，可以培养自己综合运用本专业基础理论,基本知识和基本技能以及分析解决实际问题能力，使自己所学的专业知识更好地应用于实践中，以达到在大学期间对所学专业的深入了解和认识，锻炼自己的独立思考研究能力，初步掌握设计的基本要领，为今后的工作打下良好的基础。

本设计所要解决的主要问题：全矿负荷计算及无功补偿、系统主接线方案的选择、高压电气设备的选择、短路电流的计算及对所选的高压电气设备的校验、继电保护的设计、防雷及接地的设计。

由于自己能力有限，在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处，恳请各位老师能够批评指正。

1 概述

本矿为年产量120万吨，服务年限75年的矿井。井筒深度为400米。开拓方式：中央竖井 立井开拓。瓦斯等级：轻沼气矿。

1.1 电源

1. 供电电压等级：35KV

2． 离矿井地面变电所的距离：4km

3. 系统电抗

 最大运行方式： Xxmin=0.16

 最小运行方式：Xxmax=0.42

4. 输电方式：架空线双回路

5. 出线过流保护动作时间：3秒

6. 电费收取方法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费，每千瓦6元。

1.2 基本地质气象资料

1． 日最高温度 39℃

2． 冻土层厚度 0.8米

3． 主导风向 西北

4． 最大风速 4米/秒

5． 地震烈度 7度

2 全矿负荷计算及无功补偿

在工矿企业供电设计中，所谓负荷（load）是指电气设备（发电机、变压器、电动机等）和线路中流过的功率或电流（因电压一定时，电流与功率成正比），而不是指他们的阻抗。例如：发电机、变压器的负荷是指他们输出的电功率（或电流），线路的负荷是指通过线路的电功率（或电流）。如果负荷达到了电气设备额定容量就叫做满负荷或满载。

2.1 负荷分类

工厂企业各类用电设备，由于其生产工艺不同，因此对供电的要求级别也不同，一般按工厂企业主要车间的用电生产工艺要求，确定其用电负荷的性质。按照工厂企业的用电的重要性和中断供电以后可能在政治上、经济上所造成的损失或影响程度，划分为一级、二级和三级用电负荷.

2.1.1 一级负荷

中断供电造成人身伤亡者，或在政治上经济上造成重大损失者。 一级负荷对供电电源的要求：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，两一个电源应不致同时受到破坏。在一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。

2.1.2 二级负荷

中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，或影响重要用电单位正常工作的负荷。

二级负荷对供电电源的要求：二级负荷应由两个电源供电，即应由两回线路供电，供电变压器也应有两台（两台变压器不一定在同一变电

所）。做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障（不包括铁塔倾倒或龙卷风引起的极少见的故障）时，不致中断供电或中断后能迅速恢复。

2.1.3 三级负荷

不属于一级和二级负荷者。对一些非连续性生产的中小型企业，停电仅影响产量或导致少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。

三级负荷对供电电源无特殊要求，一般按用电负荷容量，选择电网各级电压供电。

2.2 需要系数法

需要系数法是一种借助于一些统计数据，通过计算手段，用各用电设备的额定功率求取计算负荷的方法。由于这种方法计算简便，所取用的数据比较准确，因此在煤矿企业设计中得到广泛的应用。

2.3 负荷统计与计算

根据负荷资料,求出各组设备的设备容量、tan、有功功率P、无功功率Q及视在功率S 。

1.地面部分

(1) 主井提升机

tan = 0.62

P = ∑PeKd = 1480×0.81= 1198.8KW

Q = Ptan = 1198.8×0.62=743.26 KVar

S = P2Q2= .82743.262= 1410.35KVA

下面各用电设备的负荷计算方法同上

将以上所算得的P、Q、S 值填入电力负荷统计表（表1-1）中。

表1-1：电力负荷统计及计算

2.4 变电所6千伏母线的总负荷及全矿负荷计算

（1） 洗煤厂：Ssb = 875.02 KVA (二类负荷) 选两台 S9-1000,6/0.4型电力变压器，采用分列运行方式

额定容量： Seb = 1000 KVA 空载损耗： P0 =1.

KW

短路损耗： PK = 10.0 KW 空载电流： I0﹪= 1.1﹪ 阻抗电压： Ud﹪ = 4.5﹪

有功损耗 = 2P0+2PK（

Ssb/22

） Seb

= 2×1.72+2×10.0×（

875.02/22

）

1000

=7.7 KW

Qk = I0﹪Seb = 1.1%×1000= 11 KVar

Qd = Ud﹪Seb = 4.5﹪×1000 = 45 KVar

无功损耗 = 2Qk+2Qd（

= 2×11+2×45×( = 41.0 KVar

折算到6KV侧：

P = 735+7.7 = 742.7 KW Q = 474.8+41.0 = 515.8 KVar S = 742.72515.82 = 904.2 KVA

下列各用电设备计算同上。

（2）机修厂: Ssb =297.6KVA (三类负荷)

选一台S9400,6/0.4型变压器

（3）铁路煤仓: Ssb = 557.1 KVA (二类负荷)

选两台S9-630,6/0.4型变压器，分列运行。

（4）矸石山: Ssb = 135.5 KVA (二类负荷)

选一台S9-315,6/O.4型变压器。

（5）坑木加工厂: Ssb = 173.1 KVA (三类负荷)

选一台S9-315,6/0.4型变压器。

（6）工人村: Ssb = 512.2 KVA (三类负荷)

Ssb/22

） Seb

875.02/22

)

1000

选一台S9-630,6/0.4型变压器。

（7）支农: Ssb = 439.3 KVA (三类负荷)

选一台S9-500,6/0.4型变压器。

（8）地面低压及照明: Ssb = 1150 KVA (二类负荷)

选两台S9-1250,6/0.4型变压器,分列运行。

（9）东西风井低压侧: 因东西风井的低压负荷使用率很低，故其变压器损耗部分可忽略。

（10）井底车场： Ssb = 301.6 KVA (二类负荷)

选两台S9315,6/0.4型变压器,分列运行。

有功负荷：

Pca=∑P=17362.5 KW

无功负荷：

Qca = ∑Q ＝8382.5 KVar

视在功率：

Sca = P2Q2 =.528382.52= 19280.1KVA

全矿计算负荷（各乘以组间最大负荷同时系数） 总有功功率：

Pca.6 =17362.5×0.8 = 15626.3 KW

总无功功率：

Qca.6 = 8382.5×0.8 = 7544.3 KVar

总视在功率：

Sca.6 = .327544.32 = 17352.1 KVA

全矿6KV侧自然功率因数：

cosca.6 = Pca.6/Sca.6 = 15626.3/17352.1 = 0.901 将以上所得之数据均填入6KV母线负荷统计表（表1-2）中。

表1-2：折算到6KV母线负荷统计表

2.5 主变压器的选择

由全矿计算负荷可知全矿的总容量为17352.2KVA

（1）用电负荷的分析：将用户的用电负荷按负荷性质分别汇总 安全用电负荷：包括表二中第2、4、5、14各项，汇总负荷为8174.5

KW，占第25项总负荷的47.1%

主要生产负荷：包括表二中第1、3、6、7、8、9、10、12、15～19项，汇总负荷为7223.9 KW，占总负荷的41.6%

其他负荷：包括表二中第11、22、23项，汇总负荷为1964.1 KW，占总负荷的11.3%

（2）按上述变压器的容量选择主变压器。上述分析中安全与主要生产这两类负荷占总负荷的88.7%。按《煤炭工业设计规范》第7-5条规定：“煤矿变电所一般选主变压器应在两台及以上， 当一台断开时，其余变压器的容量应能保证安全及原煤生产负荷用量，并不少于全部计算负荷85%。”

为了适合以后扩产的需要，本设计选用两台S9-20000，35/6.3KV型变压器（Seb = 20000 KVA ﹑P0 =21.4 KW Pd =83 KW﹑ I0﹪= 0.6﹪﹑Ud﹪ =8% ）.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方式。

变压器的有功电力损耗为：

Pb = 2P0+2Pd×（

SZj/2Seb

）2=74.04KW

Qk = 0.6﹪×20000 = 120 Kvar Qd =8 ﹪×20000 = 1600 KVar

变压器的无功电力损耗为：

Qb = 2×120+2×1600 ×（

17352.1/22

）=1628.2 Kvar

20000

变电所35KV母线补偿前总（计算）负荷为： 有功负荷：

PZ = PZj+∑Pb =15623.3 +74.04=15697.3 KW

无功负荷：

QZ = QZj+∑Qb =7544.3+1628.2=9172.5KVar

视在功率：

SZ = PZQZ =18180.8KVA

2

2

35KV母线补偿前自然功率因数为：

cosZ = PZ/SZ = 15697.3/18180.8=0.863

tanZ = 0.592

2.6 无功功率补偿

矿井设备的自然功率因数值，通常小于电力部门的规定，矿井的功率因数，一般应提高到0.9以上

2.6.1 提高自然功率因数的方法

煤矿企业中的无功功率消耗，主要是各车间的感应电动机，其次是变电设备，因此提高自然功率因数，一般采用以下措施：

1.调节各环节的工艺流程，合理地选择电动机，使其接近满载运行； 2.正常选择和运行变压器（一般负荷率在75%～80%较合适），对平

均负荷率小于30%的变压器，应予更换。

2.6.2 无功功率补偿计算

QCKpfPmaxtan1tan2Kvar

其中：

Kpf：平均负荷系数，一般取0.7～0.8

Pmax：全矿有功功率计算负荷（KW）

1：补偿前功率因数角

2：补偿后功率因数角

在此是按全矿年均负荷计算补偿电容量。过去也有采用全矿最大负荷Pmax进行计计算的。如果PPmax时，将出现过补偿现象。所以为了节约投资，避免所选电容器过多，并取得较好的补偿效果，按平均负荷计算是合适的。

补偿前：tan1 = 0.592

若设补偿后功率因数提高到cos2 = 0.9 则：tan20.9

2

.9

0.484

取平均负荷系数Kpf=0.75 用公式计算所需补偿的无功功率：

QC = 0.75×15626.3×(0.592-0.484) = 1265.7 Kvar

考虑到矿井35KV变电所的6KV侧均为单母线分段接线，故所选电容器柜应为偶数。按型号选用GR-1Y-01型电容器柜，GR-1Y型电容器柜为抑制高次谐波电抗器型，即带有串联电抗器的电容器柜。其电压为6KV

每柜容量qc=270kvar，则柜数N=QC/qc=1265.7/270=4.6，取偶数得N=6。另外，GR-1Y-01型电容器柜由于电抗器装在测量柜内，因此必须增选09（或10号）方案柜。（GR-1Y-01型电容器柜内装有BW6.3-18-1型电容器15个﹑熔断器15个）

计算无功补偿时应按变压器最大功率损耗的运行方式即一台使用，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到0.9时所需要的补偿容量，该数值就可以作为6KV母线上的补偿容量。计算如下：

实际补偿容量QCf=Nqc=6×270=1620 kvar 折算到计算补偿容量为

QC。ca=QCf/Klo=1620/0.75=2160 kvar

补偿后6KV侧的计算负荷与功率因数

.6=QCa.6-QC。ca=7544.3-2160=5384.3kvar QCa

有功计算负荷不变

.6=.325384.32=16527.9 kva .6=Pca.6QcaSCa

'

.6=0.945 cos6=PCa.6/SCa2

2

补偿后主变最大损耗计算（一台运行的负荷率略有减小）

.6/SNT=16527.9/20000=0.8264 '=SCa

PT=P0+2PK=78.08 kw

=SNT×[I0﹪/100+(UK﹪ /100) 2] QT

=1319.38 kvar 补偿后校验

.35=PCa.6+PT=15704.4 kw Pca

.35=QCa.6+QT=6703.7 kvar QCa

.35Qca.35=17075.3 kva .35=PcaSCa

'.35/SCa.35=0.920>0.9 cos35=Pca22

合乎要求。

3 系统主接线方案的选择

变电所的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是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、容量等因素有关，所以变电所的注解线有多种形式。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可靠性与经济性等都有密切的关系，是变电所设计的主要任务之一。

3.1 主接线设计的一般原则

确定供电系统的一般原则是：供电的可靠，操作方便、运行安全灵活，经济合理，具有发展的可能性。

（1）供电可靠性

供电可靠性是指供电系统不间断供电的可靠程度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。不可片面强调供电可靠而造成不应有的浪费。

（2）操作方便、运行安全灵活

供电系统的接线应保证在正常运行和发生事故时操作和检修方便、运行维护安全可靠。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。

（3）经济合理

接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少投资和运行费用，并应提高供电安全性，提高经济性的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中心。

（4）具有发展的可能性

接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的需要。

3.2 系统主接线设计

供电系统按系统接线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端电源供电式等接线方式。由于煤矿的供电系统所接的大都是一类或是二类负荷，因此对供电的可靠性具有很高的要求。本设计采用放射式的接线方式。

放射式的主要优点是供电线路独立，线路故障不互相影响，易于实现自动化，停电机会少；继电保护简单，且易于整定，保护时间短；缺点是电源出线回路较多，设备和投资也多。

3.2.1 主变压器一次侧的接线

为了保证对一、二级负荷进行可靠的供电，在煤矿变电所中广泛采用由两回路电源线路受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线又分为内桥、外桥和全桥三种。

因主变压器一次侧由隔离开关与母线连接，在切换变压器常被迫用隔离开关操作。由于本设计中主变压器电压为35KV,容量在7500KVA及以上，其空载电流超过了隔离开关的切、合能力。

全桥接线的优点是：对线路变压器的操作均方便，运行灵活，适应性强，且易于扩展成单母线分段接线的中间变电所（高压侧有穿越负荷时）。

缺点是：所需设备多，投资大，且变电所占地面积大。

综合考虑，本设计主变压器一次侧采用5个断路器构成的全桥接线。

图3-1 全桥接线

3.2.2 主变压器二次侧的接线

矿井变电所一般均采用单母线分段

图3-2 单母线分段接线

有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式接线变电所主变压器二次的配电母线，多采用单母线分段接线方式，当某回受电线路或变压器故障或检修停止运行时，可通过母线分段断路器QFs的联络，保证继续对两断母线上的重要负荷供电。所以多用于具

有一、二级负荷，且进、出线较多的变电所。母线分段使用断路器比用隔离开关操作方便、运行灵活，可实现自动切换，提高供电的可靠性和连续性。

单母线分段接线的不足之处是：当其中一段母线需要检修和发生故障时，接于该段母线的全部进、出线均停止运行，为此，一、二级负荷必须由接在两段母线上的环形系统或双回路供电，以便互为备用。

4 高压电气设备的选择

电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一，选择是否合理将直接影响整个供电系统的可靠运行。因此在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节约，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。

4.1 35KV系统设备的选择

4.1.1 断路器的选择

35KV接线形式为全桥式，而运行方式为全分列方式，所以35KV进线和变压器回路的断路器应选用相同形式的断路器，当一侧的变压器和里一侧的进线检修时，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。

35KV侧最大长时负荷电流为：

Ig = 1.05S

3U = 346.8A

选ZW7-40.5型断路器。其主要参数为：Ue=35 KV 、Ie =1250 A ，动稳定电流63KA ，4 s热稳定电流25 KA.

4.1.2 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选择相同的型号。为便于检修时接地，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GW5-35II，其技术参数为：Ue=35 KV 、Ie=630A动

稳定电流100KA，4s热稳定电流21 KA，其操动机构为CS17-G型。

4.1.3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500A。本型的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。其主要技术参数为：变比500/5，准确及组合0.2/10P10/10P10/10P10，额定输出(VA)15/25/50，4s热稳定电流20KA，动稳定电流50KA。

4.1.4 电压互感器的选择

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）。故选用JDJ-35型单相双绕组油浸式户外电压互感器两台，接成V型，其主要技术参数为：原边电压35KV，工频实验电压95KV，二次电压0.1KV极限容量1000KVA.。原边加RW10-35/0.5型高压限流熔断器（其技术参数为：Ue=35 KV 、Ie=0.5 A 、三相断流容量Se=2000MVA）。

4.1.5 避雷器的选择

本设计中35KV避雷器选用HZ5WZ-42/134型电站用金属氧化锌避雷器，其技术参数为：额定电压42 KV ，系统电压35 KV ， 工频放电电压不小于80 KV、 最大雷击残压134KV。

4.1.6 跌落式熔断器选择

选用RW1135/100型跌落式熔断器，其技术参数为：Ue=35 KV、 Ie=100 A、额定开断电流5KA。

4.1.7 35KV母线及其室外母线瓷瓶的选择

35KV室外配电装置的架空线路，线杆挡拒一般在100米以上，导线受力较大，故选用钢芯铝绞线（LGJ），线路几何均距设为2米。

一路供电的负荷电流

Ilo =Ica= .35Pca

3UNcos = 15704.4

335 = 259.4 A

根据年利用小时数为3000～5000h，查得钢芯铝绞线的经济电流密度为Jec=1.15A/mm2。

计算导线经济截面时，可按每路最多承担0.65~0.75左右的总负荷电流考虑，则导线的经济截面：

S = 0.65Ica/Jec = 0.65×259.4/1.15 = 146.6 mm2

选标准截面为120mm2 即LGJ-120型（选偏小值），其25℃时允许载流量Ica为380A。

选用悬式绝缘子组成绝缘串，作为母线绝缘瓷瓶。每组绝缘子为四个。

选用LXP-6型钢化玻璃悬式绝缘子（《工厂常用电气设备手册》395页）。技术参数如下： 泄露距离不小于290 mm ,工频试验干闪络75KV ，湿闪络45 KV ，击穿110KV ，50﹪全波冲击闪络不小于110 KV ，机械试验负荷不小于一小时4500 Kg ,破坏值6000 Kg。

4.2 6KV系统设备的选择

6KV侧最大长时负荷电流

I2.lo.m = 1.05S

UN2 = 1.05

= 2023.1 A 4.2.1 6KV母线的选择

本设计中变电所6KV变压器回路母线选用矩形铝母线且三相水平平放，其截面按长时允许电流选择，按动、热稳定进行校验。其长时最大

工作电流 Ilo.m 为变压器二次侧最大长时负荷电流乘以分配系数。

其长时工作电流为0.7I2.lo.m = 0.7×2023.1 = 1416.2 A

选用LMY型10010mm2截面矩形铝母线。

4.2.2 主井提升机电缆选择

本设计副井提升机为一级负荷，主井提升机为二级负荷，两组负荷采用环形电网供电，两者与矿35KV变电所的平面布置呈三角形，二者之间的距离一般为80米，而主井离35KV变电所为200m，副井为280m。所以，在计算负荷电流和电压损失时应按开环运行、两组负荷由一路电缆供电考虑，80m长的联络线因较短，可选为两路电缆用同型号同截面。

按经济电流密度选择主井、副井6KV电缆截面

Sca.1Sca.21410.35948.1

IcaUN2=6 = =227.2 A

年利用小时数3000～5000小时，铝芯电缆的经济密度Jj = 1.73 选用ZLQ22-6-3×150铝芯交联聚氯乙烯钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，其25度时长时连续负荷允许载流量为295 A。

4.2.3 6KV母线支持绝缘子的选择

6KV母线支持绝缘子选用ZA-7.2Y型户内外胶装支持绝缘子。其技术参数如下：Ue = 6KV, 工频试验电压有效值干闪络不小于36KV ，击穿不小于58 KV ，冲击波试验电压全波不小于60 KV ，载波不小于73KV ，机械破坏负荷375 Kg。

4.2.4 穿墙套管的选择

选用CWL2-12/3150型户外铝导体穿墙套管。技术参数：Ue = 12 KV,Ie= 3150A ，弯曲负荷12 KN 。

4.3 35KV室外构架的选择

4.3.1 母线构架

选用门型构架，高度为5.2米，宽5米。

其环形柱为QZ28-5.2-1612（两根），钢梁QGL-4（一根）。

4.3.2 进出线构架

选用门型构架，高度为7米，宽5米。

其环形柱为QZ-25.7-7-1614（两根），钢梁QGL-4（一根）。

4.3.3 支架

（1） 隔离开关支架：高度为3米，宽2.6米。

（2） HZ5WZ-42/134型避雷器、JDJ-35型电压互感器与RW10-35/0.5型限流熔断器共用一个支架，高4.5米。避雷器和电压互感器在下层，高2.5米。

（3）RW1135/100型熔断器支架高4米。

4.4 高压开关柜的选择

4.4.1 开关柜型号选择

最大长时负荷电流为2023.1A，6KV采用室内成套配电装置，选用开关柜型号为KYN28A-12型，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于检修。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，供6KV绝缘检测、仪表继电保护之用。

4.4.2 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019和母联柜052以及架空进线柜021和母联柜053配合使用，分别组成进线柜。进线柜和母联柜配用ZN63A-6/2500型户内真空断路器。 （2）母联柜方案编号

选用母联柜009和母联柜052配合使用组成分段联络柜。 （3）出线柜方案编号

电缆出线方案编号选001号。架空出现方案编号选023号。出线柜均配用ZN63A-12/630型真空断路器。 （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043，配用JDZ10-10型电压互感器和HY5WS-17/50型避雷器。

6KV高压开关柜配用专用型LZZBJ9-12/15电流互感器,其额定电压为10KV，其技术参数如图

表4-1：电流互感器的技术参数

4.5 6KV出线高压电缆的选择

因所有6KV出线电缆的选择方法一样，故不在这里一一叙述，列表（表4-2）如下：

表4-2 高压电缆型号及截面的选择

5 短路电流的计算及电气设备的校验

5.1 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较大的短路电流。在煤矿供电系统中，短路电流要比额定电流大十几倍甚至几百倍，通常可达数千安。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，电压也要相应显著下降，造成这些地方的供电中断或严重影响电动机工作。在发生接地短路时所出现的不对称短路电流，还将对与架空线路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，可造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列，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，需要进行一系列的计算及采取相应措施，以保证系统在正常或故障的情况下，做到安全可靠又经济。掌握短路电流计算很重要。因此，计算短路电流的目的，可归纳为以下几点：

1.作为系统主接线方案比较的项目之一，以便判断那种主接线方式更能保障供电的安全可靠，然后再决定系统的主要运行方式。

2.作为校验电气设备的依据，以便确定所选的的设备，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项参数。

5.根据故障的实际情况，进行故障分析，找出事故的原因。

5.2 短路电流的计算公式

下面介绍利用有名值计算法来进行短路电流的计算

在简单的供电系统中，当k点发生三相短路时，其短路电流周期分量的有效值可由欧姆定律直接求得，即

3）

 I（k

UavRX

2

kl

2kl



Uav3Zkl

（5-1）

式中，Uav为短路点所在线路的平均电压；各级标准电压等级的平均电压值如表所示；Rkl、Xkl、Zkl分别为短路回路的总等值电阻、电抗和阻抗，均已归算到短路短路点所在的电压等级。

表5-1标准电压等级的平均电压

在高压供电系统中，一般情况下Xkl3Rkl，短路回路的电阻Rkl可以省略，用Xkl代替，所引起的误差不超过15%，则式（5-1）可变为

3）

 I（k

Uav3Xkl

(5-2)

当k点发生两相短路时，短路电流的周期分量Ik(2)为

(2)Ik

Uav

(5-3) 2Xkl

由式（5-2）和式（5-3）可得

(2)Ik

(3)

Ik (5-4) 2

计算短路电流问题的关键是如何求出短路回路中各元件的阻抗。下面介绍供电系统中常用元件阻抗的计算方法。

1.系统（电源）阻抗Xs

无限大容量系统的内部电抗分为两种情况：一种是当不知道系统（电源）的短路容量时认为系统电抗为零；另一种情况是如果知道系统（电源）母线上的短路容量Sk及平均电压Uav时，则系统电抗可由下式求得

Xs

Uav3I

(3)

k



UavIk(3)Uav

2UavSk

（5-5）

2.变压器电抗XT

由变压器的短路电压百分数uk%的定义可知：

uk%

3INTZTS

ZTNT （5-6） 2

UNTUNT

式中，ZT为变压器等效阻抗，；SNT为变压器额定容量，VA；

UNT为变压器额定电压，V ;INT为变压器额定电流，A。

变压器的阻抗可由下式求得

2

UNT

ZTuk% (5-7)

SNT

当忽略变压器的电阻时，变压器的电抗XT就等于变压器的阻抗ZT,即

2Uav

XTuk% (5-8)

SNT

式中，Uav为短路点的平均电压，V。

在式（5-8）中将变压器的额定电压代换为短路点所在的线路平均电压Uav，是因为变压器的阻抗应归算到短路点所在处，以便计算短路电流。当考虑变压器的电阻时，可根据变压器的铜耗PNT为

2

UNT

RTPNT2

SNT (5-9)

再由式（5-7）可计算出变压器的阻抗ZT，从而变压器的电抗可由下式求出：

22

XTZTRT

(5-10)

3.电抗器的电抗XL

电抗器是用来限制短路电流的电感线圈，只有当短路电流过大造成开关设备选择困难或不经济时，才在线路中串联接电抗器。电抗器的电抗是以其额定值的百分数形式给出，其值可由下式求出

XLXL%

UNL

INL (5-11)

式中，XL%为电抗器的百分电抗值；UNT为电抗器的额定电压，V；

INL为电抗器的额定电流，A。

有时电抗器的额定电压与安装地点的线路平均电压相差很大，例如

额定电压为10kV的电抗器，可用在6kV的线路上。因此，计算时一般不用线路的平均电压代换它的额定电压。

4.线路电抗Xl

线路电抗取决与导线间的几何均距、线径及材料，根据导线参数及几何均距可从手册中查得单位长度的电抗值X0，由下式求出线路电抗

Xl；

XlX0l （5-12）

式中，l为导线长度，km；X0为线路单位长度电抗，/km。 单位长度电抗也可由下式计算：

X00.1445lg

2D

（5-13） 0.0157

d

式中，d为导线直径，mm；D为各导体间的几何均距，mm。三相导线间的几何均距可按下式计算：

DD12D23D31

（5-14）

式中，D12,D23,D31分别为各相导线间的距离，mm。

在工程计算中，高压架空线X00.4/km，1kV以下电

X00.06/km缆；3～10kV电缆X00.08/km

在低压供电系统中，常采用电缆线路，因其电阻较大，所以在计算低压电网短路电流时，电阻不能忽略，线路每相电阻值可用下式计算

Rl

l

rA （5-15）

式中，l为线路长度，m；A为导线截面积，mm2；r为电导率，

m/mm2。



当已知线路单位长度电阻值时，线路每相电阻也可由下式求得：

RlR0l （5-16）

式中，R0为单位长度电阻值，/km，l为线路长度，km。 在计算低压供电系统中的最小两相短路电流时，需要考虑电缆在短路前因负荷电流而使温度升高造成电导率下降以及因多股绞线使用使电阻增大等因素。此时电缆的电阻应按最高温度下的电导率计算，其值如表5-2所示

表5-2 电缆的电导率

在短路回路中若有变压器存在，应将不同电压等级下的各元件阻抗都归算到同一电压等级下（短路点所在电压等级），才能做出等效电路，计算出阻抗。阻抗归算公式如下：

Uav2

Z/ZU

av1



 （5-17）

2

式中，Z′为归算到电压等级Uav2下的阻抗；Z为对应于电压等级

Uav1下的阻抗

5.3 各短路点短路电流的计算

算出井下电缆的根数

井下负荷：P = 7566.6 KW

Q = 5756.5KVar S = 9507.4 KVA cos = 0.796

井下总负荷电流 = S /3U = 9507.5/3×6 = 914.9 A 轻沼气矿井下电缆根数 = 井下电流/400 +1 = 3.2

图5-1 短路电流计算系统图

由断路器的选择可知 Sk1000MVA

线路l1 l14km，X010.4/km 由变压器SNT20000KVA,UN1

uk%8%



已知：Xxmin=0.16 ， Xxmax=0.42

N2

356.6kV,

电源电抗：

Uav1372

Xs1.37

Sk1000

架空线l1的电抗：

Xl1X01l10.441.6

变压器的电抗：

2Uav372

XTuk%8%5.48

SNT20

各短路点的总电抗

k1点短路：

Xk1XsXl11.371.62.97

k2点短路：

Xk2

6.36.3

Xk12.970.086

3737

2

2

1.最大运行方式下

35KV母线处k1点的短路电流为：

Ik(3)1



6.83kA

ish12.55Ik(3)117.4kA（冲击电流）

(3)

Ish11.52IK110.38kA（冲击电流的有效值）

Sk1av1Ik(3)1437.7MVA

6KV母线处点k2短路电流为：

Ik(3)2



14.79kA

ish22.55Ik(3)237.7kA

(3)Ish21.52IK2

22.48kA

Sk2av2Ik(3)2161.4MVA

2.最小运行方式下

35KV母线处k1点的短路电流为：

Ik(3)1



6.3kA

ish12.55Ik(3)116.07kA

(3)Ish11.52IK1

9.58kA

Sk1av1Ik(3)1403.7MV

A

(2)

Ik1min

(3)

Ik10.8666.35.46kA 6KV母线处点k2短路电流为：

Ik(3)2



7.19kA

ish22.55Ik(3)218.33kA

(3)Ish21.52IK2

10.93kA

Sk2av2Ik(3)278.45MV

A

(2)

Ik2min

(3)

k20.8667.196.23kA 其余均按上述方法计算后列入下表（表5-3）中：

表5-3：各短路点的短路参数

5.4 35KV系统设备的校验

5.4.1 断路器的校验

校检： Ue=35 KV ， 电压符合要求。

Ie =1500 A﹥346.8A ， 电流符合要求。 动稳定： 63 KA﹥ 17.4 KA(ich) ， 合格。 热稳定：tj = 0.5+0.2 = 0.7s (定时速断)。

IRW=I

tjtRW

= 5.63×

0.7

= 2.36KA﹤25KA ， 合格。 4

断路器的容量校检：1000MVA﹥361MVA ， 合格。

故所选断路器完全符合要求。

5.4.2 隔离开关的校验

校检： Ue=35 KV ， 电压符合要求。

Ie =630 A﹥346.8 A ， 电流符合要求。 动稳定： 100 KA﹥ 17.4 KA(ich) ， 合格。 热稳定：tj = 3+0.2 = 3.2s (定时速断)。

tjtRW

IRW=I

= 6.83×

3.2

= 6.11KA﹤21KA ， 合格。 4

故所选隔离开关完全符合要求。

5.4.3 电流互感器的校验

校验：实际环境温度（44°C）下允许通过的电流IN为

IN= IN-（44-40）×1.8%IN=464A>346.8A 动稳定：50KA﹥ 17.4 KA(ich) ， 合格。

热稳定：2.36KA﹤25KA ， 合格。

5.4.4 35KV母线的校验

按长时允许电流验算：

查得：LGJ-120的长时允许电流为380 A ﹥ 346.8 A，合格。

5.5 6KV系统设备的校验

⑴6KV母线的校验：

由手册上查得：平放时其25℃时的长时允许电流为1820A，所给最高环境温度为39℃，换算成39℃时的长时允许电流为：

Iy = Ie

7039

= 1820×0.83 =1510.6A ﹥1416.2 A 合格

7025

1.动稳定校检：

KYN28A-12高压开关柜中最宽的柜宽为1.54m，柜间空隙取18mm，则：

L = 154+1.8 = 155.8 cm

6KV母线d2点的ich = 37.7 KA ，母线中心距为250mm，故其电动

力F为：

2

F = 1.76ich

155.8L

×102 = 1.76×37.72××102

25a

= 155.9公斤 母线最大弯距：

M = F×L/10 = 155.9×155.8/10 = 2428.2 公斤厘米 母线的计算弯曲应力为：

j=

MM2428.8

= 2 = 2 W60.6/6bh/6

= 674.7公斤/厘米2﹤ 700公斤/厘米2

故母线动稳定合格。 2.热稳定校验

继电保护动作时限为2s，tj =2+0.2 = 2.2s 查得：铝母线热稳定系数 C = 97 母线热稳定最小截面为：

Smin =

I

tjC

mm2﹤1000 mm2

故母线热稳定校检合格。 ⑵6KV母线支持绝缘子的校验： 其最大允许抗弯力Fy为：

Fy = 0.6Fp= 0.6×375 = 225 Kg

前已计算出6KV母线的电动力 F = 155.9 Kg

Fy= 225 Kg ﹥ F =155.9 Kg

故母线支持绝缘子动稳定合格。

⑶穿墙套管的校验： 电压：12 KV ﹥ 6KV

电流：Ie= 3150A ﹥ Ig = 2023.2 A 动稳定：Fy = 0.6Fp= 0.6×1200 = 720 Kg

取穿墙套管至最近的支柱绝缘子距离为L1=120cm ,穿墙套管长56.5cm 。

则：Fjs= 0.88

L1L2212065.5

ich= 0.88××37.72×102 a35

= 66.3 Kg

穿墙套管相间安装距离a为50 cm 。

720Kg ﹥ 66.3 Kg 合格

热稳定：

IRW = 37.7×

2.2

= 25 KA ﹤ 30 KA 合格 5

故所选穿墙套管完全合格。

5.6 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。

5.6.1进线柜和母联柜断路器校验

ZN63A-12/2500型户内真空断路器的技术参数为：Ue=12 KV 、

Ie=2500A ，极限通过电流峰值80KA，4s热稳定电流31.5KA。

校检油断路器：Ue=12 KV ﹥6 KV， 电压符合要求。

Ie =2500 A﹥2023.2 A ， 电流符合要求。

动稳定： 80 KA﹥37.7 KA (ich) ， 合格。 热稳定：tj = 2+0.2 = 2.2s IRW=I

tjtRW

= 14.79×

2.2

= 15.5KA﹤31.5KA ， 合格。 4

故所选断路器完全合格。

5.6.2 出线柜断路器的校验

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.MUN2cos

=

1.05320060.89

=363.7A

ZN63A-12/630型断路器的技术参数为：Ue=6 KV 、Ie=630 A 、，极限通过电流峰值50KA，2s热稳定电流20KA。

断路器校检：

Ue=6 KV =6 KV， 电压符合要求。 Ie =630 A﹥1539.7 A ， 电流符合要求。

动稳定： 50 KA﹥ 37.7 KA(ich) ， 合格。 热稳定：tj =0.5+0.2 = 0.7s IRW=I

tjtRW

= 14.79×

0.7

= 8.75KA﹤20KA ， 合格。 4

故所选ZN63A-12/630断路器完全合格。

5.7 高压电缆型号及截面的校验

主提升机电缆的校验：

（1）按长时允许电流校检其截面：

修正后的长时允许电流为 254.8 A ﹥227.2 A 合格

（2）按电压损失校检：

高压配电线路允许电压损失5﹪，Uy = 6000×0.05 = 300 V 线路的电压损失为： U = I

L280cos = 3×227.2××0.85 DS28.8150

= 21.6 ﹤ 300 V 电压损失校检合格。 (3) 按热稳定条件校检：

Smin = 14790×

.2

= 69.6 mm2 ﹤ 150 mm2 合格 95

故所选电缆完全合格。

因所有6KV出线电缆的校检方法一样，故不在这里一一叙述，列表（表5-5）如下：

表5-5 高压电缆型号截面选择的校检