鹤煤三矿变电站毕业设计论文.doc

河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 摘要
摘要

变电所是电力系统的枢纽环节，由变压器，母线和开关设备等电气设备按一定的结线方式所构成，他从电力系统取得电能，进行电压变换和分配，然后将电能安全、可靠、合理的供给不同的用电场所和电力设备。变电所设计的主要任务是根据变电所担负的任务及用户负荷情况等，选择所址，对用户的负荷进行统计、分析计算，确定用户无功功率补偿装置。进行变压器选择，确定变电站的结线方式，进行短路电流计算，选择变配电开关设备，绘制变电所平面布置图。本变电所的初步设计包括：总体方案的确定；负荷分析；短路电流的计算；配电系统设计与系统接线方案选择；变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择；防雷与接地保护等内容。

关键词： 变电所设计； 负荷的计算； 变压器选择； 开关设备选择； 线路设计； 防雷设计。

I

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目 录

第一章 概 述 1
1.1 矿区井田概况 1
1.2 电源资料 1
1.3 矿区供电的总体要求 1
1.4变电站选址及供电电源的确定 2
第二章 负荷统计及主变压器的选择 5
2.1 变电所的负荷统计 5
2.2 功率因数的改善 5
2.3 主变压器的选择 6
第三章 供电系统拟定与短路电流的计算 8
3.1电气主接线 8
3.2 短路电流计算 13
3.3 井下电缆限流电抗器选择 19
第四章 矿井变电所供电系统设备选择 21
4.1 变电所的主接线 21
4.2 35千伏电器设备的选择 23
4.3 6kV侧电器设备选择 29
第五章 继电保护方案的选择 35
5.1 35KV 进出线、电容器继电保护方案 35
5.2 变压器的继电保护方案 36
5.3 变电所的母线保护 36
5.4 变电所6KV侧母线的速断和过流继电保护 37
第六章 变电所的保护接地及防雷 38
6.1 接地装置一般规定和要求 38
6.2 过电压保护 39
6.3 变电所的防雷保护 40
第七章 变电所室内外布置 43
7.1配电装置布置 43
7.2变电站电气总平面布置 43
参考文献 44
附表 45
致谢 46

II

河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 第一章 概述

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第一章 概 述

1.1 矿区井田概况
（1）交通位置
鹤壁三矿位于鹤壁煤田的中部，南距老市中心约5公里，东距淇宾区，京珠高速，107国道和京广铁路鹤壁站约22公里，距鹤壁北站1公里，交通便利。
（2）井田范围
设计的鹤壁三矿年产量125万吨，属于高瓦斯矿井。井田南北走向才约5公里，东西宽约4.5公里，井田面积22.5平方公里。
（3）自然地理
本区处于太行山与华北平原的过渡带，地势西高东低。区内为低缓丘陵地貌，丘岗和沟谷大致为南北向。本区属海河流域卫河水系，北部有羑河流过，为季节性河流，在汤阴县境内注入汤河，南部有汤泉河，也是季节性河流，在六矿附近流入汤河，汤河在内黄县境内流入卫河。区内有小型水库5座，雨季蓄水，用于灌溉，旱季干涸。
（4）气象
据鹤壁市气象站58年以来观测资料：
本区属北温带大陆干旱性气候，年平均气温15.3°C，年平均相对湿度为60.43％，年平均降雨量679.8毫升。8月至来年2月多为北风；3月至7月多为南风，平均风速3.4M/S。冻土期为12 月至来年2月。
（5）地震
据河南省地震烈度区划图的通知，本区地震烈度为Ⅷ度。
1.2 电源资料
我矿变电所电源分别来至大湖变电站和康家变电站，变电站电压等级为100KV/35KV/6KV，名称是湖三线2和康三线2，电压均为35KV，供电距离为7公里，电缆为LGJ-150，变压器运行方式为分列式。
1.3 矿区供电的总体要求
首先我们按照矿区总体供电的有关要求作为设计的前提。
矿区总体供电的用户包括：煤炭生产企业和煤炭生产服务的辅助企业，附属企业以及居民区域城镇福利设施等。各种用户供用电设施的形成和发展，均与矿区总体供电的形成和发展相联系。随着生产发展过程中逐步形成的矿区供电系统，应力求在不同阶段都能收到合理的技术经济效果。矿区内各种主要企业的供用电设施都应作为总体中的一个组成部分，既要考本企业在总体中的联系与可靠性，又要考虑全区的合理性。
（1）矿区总体供电应根据本区煤炭系统电力负荷的分布和发展情况，结合地区电力规划，照顾当地农用和其他需要，合理确定供电电源，电压等级，供电系统和建设顺序。供电系统应有利于分期建设，不建或少建临时工程。
（2）供电系统采用6、35千伏及以上电压，当两种电压的技术经济比较相差不多时，宜采用较高电压方案。
（3）矿区电源一般取自电力系统。
（4）每一矿井应有两回电源线路，当任一回因故障停止供电时，另一回应能担负矿井全部负荷。矿井的两回电源线路上都不得分接任何负荷。
（5）矿区或大型矿井变电所的数量，容量和地址位置的选择，除应接近负荷中心，便于进出线、有发展余地、不占或少占农田、地形地质条件适宜尽量不压资源；运输、通讯、给水、采暖方便等条件外；应考虑分期建设、投资效果与矿区总体供电系统一起经方案比较后确定。
（6）矿区和主要企业送电线路的导线应按经济电流密度选择，按允许电压损失及允许载流量的条件验算。
（7）矿区变电所主变压器一般选用两台。当一台停止运行时，尚应保证安全和原煤生产用电负荷，且不小于全部负荷的80﹪。
（8）由两回及以上线路供电时,其中一回停止运行,其余线路对矿井,露天应保证全部负荷,对其他用电单位应保证全部负荷的80%。
（9）对于经过审定的矿区逐年用电负荷发展计划，矿区供电系统分期建设规模等各项原则方案，必须与当地电力部门密切联系，共同协商，并尽量取得协商纪要或书面协议。
1.4变电站选址及供电电源的确定
一、变电所位置的确定
矿区变电所不论容量大小，应有两个以上的独立企业用户或是与电力系统联系的枢纽，这样的变电所位置应附和有关整体的合理性。应考虑的条件是：
（1）接近负荷中心
负荷中心的计算方法如下：
在确定矿区的供电负荷中心时，除要知道各用电负荷的容量，电压和所在矿区的位置外，尚应考虑该企业的最大用电负荷时的利用小时数，以后才能选出较合理的供电负荷中心，确定矿区变电所的坐标位置，可按下式计算：
X= (1.1)

Y= (1.2)
式中 P1, P2 ……Pn——矿井和辅助企业的用电负荷，千瓦；
tmax1.tmax2……tmaxn—— 矿井和辅助企业最大用电负荷时的利用小时数；
x1,x2, …… xn——矿井和辅助企业距假设坐标零点的水平距离，公里;
y1,y2……yn——矿井和辅助企业距假设坐标零点的垂直距离，公里；
（2）不占或少占农田。
（3）便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定。
（4）交通运输方便。
（5）具有适宜的地质条件。
（6）尽量不设在空气污浊地区，否则应采取防污措施或是在污染源的上风侧。
（7）110千伏变电站的地址标高宜在百年一遇的高水位之上，35－60千伏变电所的所址标高宜在50年一遇的高水位之上，否则应有防护措施。
（8）所址不应为积水淹侵，山区变电所的防洪设施满足泄洪要求。
（9）具有生产和生活用水的可靠水源。
（10）适当考虑职工生活上的方便。
（11）确定所址时，应考虑与邻近设施之间的相互影响。
（12）所址位置必须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。故所址位置的选择应与矿区各变电所的数量，容量，用户负荷的分配同时考虑。应避免电力倒流。对于相近方案应从技术经济比较择优。
经过方案比较，我矿变电所位置确定在工业广场的东北角。
二、变电所供电电源的确定
1、供电电源的要求
（1）电源一般取自电力系统。对有一类负荷的企业，应由两回独立电源供电，对特殊重要的一类负荷（保安负荷）应由两个独立电源供电；无一类负荷的大、中型企业一般由两回电源线路供电；当取得两回线路确有困难或负荷较小的企业可由一回专用架空线路供电；只有三类负荷的企业，一般由一回电源线路供电。
（2）对特殊重要的一类负荷，即保安负荷，除两个电源外，还应有保证安全停产用的保安电源。保安电源应取自自备电厂或其它总降压变电所或其它独立的电源。当保安负荷有其它保安措施时，不应考虑两电源同时故障的可能性。当企业由两个独立电源点供电时，允许不另外设置保安电源。
（3）对有一类负荷的工矿企业的两回电源线路，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负企业的一、二类负荷用电，并应保证全部负荷的80％；对矿山企业，则担负全部负荷用电。
（4）有一类负荷的工矿企业的两回电源线路上，不得分接任何负荷（特殊情况下，经有关部门批准，其中一回路，可不受分接负荷的限制）。
2、供电电源的确定
由于三矿是高瓦斯矿井，采取立井提升，企业电力用户如水泵、风机、提升机、中央变电所等均属于一类用户，其供电要求具有很高的可靠性与安全性，否则，会造成大量的减产，甚至人员伤亡，给国民经济带来不可估量损失，鉴于以上分析，结合煤矿安全规程中有关供电设计的要求，三矿变电所电源取用电源为两个，一是康三线，二是湖三线，设计时应满足，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负企业的一、二类负荷用电，并应保证矿山一类负荷用电。

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河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 第二章 负荷统计及主变压器的选择

第二章 负荷统计及主变压器的选择

2.1 变电所的负荷统计
负荷计算是指矿区总体供用电规划中对矿区各种企用户总负荷的概略计算，介绍常用的对新老矿区都实用的利用单吨年耗来计算企业最大负荷的方法。
矿区各种企业用电的最大负荷
(2.1)
式中 Pmax——企业用电总的最大有效负荷，千瓦；
ш——企业产品单耗，千瓦－小时/吨；
Q—— 企业产品的年产量，吨；
Tmax——年最大负荷利用小时数。
负荷分别由大湖变电站湖三、康三线供电。同时系数0.85，则
最大涌水量：有功功率11110.7kW,无功功率6545kvar;视在功率12895.2KW
正常涌水量：有功功率8963.59kW,无功功率5210.89kvar 视在功率10370KW
全矿年耗电量 35400000kWh
吨 煤 电 耗 28.32 kWh
经计算，本变电站主变压器选用2×10000kVA两台，两台分列运行。
注：（本章的负荷统计见附表）

2.2 功率因数的改善
经计算全矿功率因数Φ＝8963.59/10370=0.86<0.95
若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。
需要电容器的容量： Qc＝Pz（tgΦ1－tgΦ2） (2.2)
式中 Qc——补偿电容器的容量，单位：千乏
Pz——总有功功率， 单位：千瓦
tgΦ1——补偿前的功率因数，
tgΦ2——补偿后的功率因数,
cosФ1=0.86
cosФ2=0.95
计算可知，tgΦ1＝0.5667, tgΦ2=0.329
Qc＝8963.59×(0.5667-0.329)
=2088.2千乏
选择GR-1型电容柜，该柜装YY6.3-10-1电容器。容量为1500千乏。需用电容柜的数量：
N=2088.2÷150=1.4 取2个柜
利用电力电容补偿.容量为Qc＝2×150＝3000千乏
补偿后变电所总无功功率：Qz＝4969.6-3000=1969.6千乏
经计算：补偿后的功率因数：ø＝0.97 满足要求
由于煤矿变电所6千伏供电采用双母线分段，电容器分别安装在一 、二段母线上。共计2个电容柜。满足无功功率的补偿要求。
2.3 主变压器的选择
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检修时，另一台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Ksb＝0.8
则每台变压器容量为：
S≧ Ksb×Pz/ ø (2.3)
式中 ø——补偿后的功率因数
Ksb——事故时负荷保证系数
Pz——变电所总有功功率
所以 S≥0.8×8785.1/0.95=7398 kVA
考虑矿井不断延伸，负荷不断增加，兼顾矿区今后的发展，选用SF9-10000/35型变压器。其参数见表2.1。

表2.1 主变压器的技术参数

变压器型号
SF9-10000/35
额定电压（低）
6.3
额定电压（高）
35＋—×2.5﹪
接线组别
Ynd11
额定电流
165/916.4
空载电流
0．29
空载损耗
11000w
负载损耗
48850w
冷却方式
ONAN/ONAT
短路阻抗
7.5﹪

河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 第三章 供电系统拟定与短路电流的计算

第三章 供电系统拟定与短路电流的计算

3.1电气主接线
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。
一、主接线的设计原则
1、主接线的设计依据
在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：
(1) 发电厂、变电站在电力系统中的地位和作用
①电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330～550kV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110～220kV系统，也有接入330kV系统；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110～220kV系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。
②电力系统中的变电站有系统枢纽变电站、地区重要变电站和一般变电站三种类型。一般系统枢纽变电站汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330～500kV；地区重要变电站，电压为220～330kV；一般变电站多为终端和分支变电站，电压为110kV，但也有220kV。
(2) 发电厂、变电站的分期和最终建设规模。
①发电厂的机组容量，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8～10%为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。
②变电站根据5～10年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台（组）主变压器；当技术经济比较合理时，330～500kV枢纽变电站也可装设3～4台（组）主变压器；终端或分支变电站如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。
(3)负荷大小和重要性。
①对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
②对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。
③对于三级负荷一般只需一个电源供电。
(4)系统备用容量大小。
①系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运行备用容量不宜少于8～10%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运三种情况。
②装有2台（组）及以上主变压器的变电站，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该站70%的全部负荷，在计及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。
③系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如：检修母线或断路器时，是否允许线路、变压器或发电机停运；故障时允许切除的线路、变压器的机组的数量等。设计主接线时，应充分考虑这个因素。
(5) 系统专业对电气主接线提供的具体资料。
①出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线截面等。
②主变压器的台数、容量和形式；变压器各侧的额定电压、阻抗、调压范围及各种运行方式下通过变压器的功率潮流。各级电压母线的电压波动值和谐波含量值。
③调相机、静止补偿装置、并联电抗器、串联电容补偿装置等型式、数量、容量和运行方式的要求。
④系统的短路容量或归算的电抗值。注明最大、最小运行方式的正、负、零序电抗值，为了进行非周期分量短路电流计算，尚需系统的时间常数或电阻R、电抗X值。
⑤变压器中性点接地方式及接地点的选择。
⑥系统内过电压数值及限制内过电流措施。
⑦为保证大系统的稳定性，提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求。
二、主接线设计的基本要求
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
1、可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，主接线首先应满足这个要求。
(1) 研究主接线可靠性应注意的问题。
①应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而，目前仅作为参考。
②主接线可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。
③主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。
④要考虑所设计发电厂、变电站在电力系统中的地位和作用。
(2)主接线可靠性的具体要求。
①断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
②断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
③尽量避免发电厂、变电站全部停运的可能性。
④大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
2、灵活性。
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
（3） 建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电
停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
3、经济性。
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
(1)投资省
①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
③要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电站可采用简易电器。
(2)占地面积小
主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
(3)电能损失少
经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电站所接入系统的电压等级一般不超过两种。
三、主接线形式
变电站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。
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。
2、桥形接线
当只有两台变压器和两条输电线路时，多采用桥形接线，使用断路器数目最少；桥形接线可分为内桥式和外桥式；内桥式桥连断路器设置在变压器侧，外桥式桥连断路器则设置在线路侧。桥连断路器正常运行时处于闭合状态。当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，用用内桥式接线比较合适；外桥式接线则在出线较短，且变压器随经济运行的需要需经常切换，或系统有穿越功率流经本厂时，就更为适宜。
外桥接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母分段接线，且投资少，占地面积小，缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护，适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器经常驻需要切换以及可能发展为有穿越负荷的变电所。
内桥结线一次侧可设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积无较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母分段不如外桥方便，适用于进线距离行，变压器切换少的终端变电所。
全桥接线方式的优点：适应性强，操作方便，运行灵活，也有利于发展中间变电所。
对于其他形式的接线方式虽然投资小，但是操作不便，变电所设备维修停电困难，都不适应煤矿供电可靠性的要求，由于煤矿供电的特殊性，故采用全桥接线方式。
桥型接线见图3.1所示

全桥接线
图3.1 桥型接线
3、单母线分段式接线
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二交侧的配电母线，多采用单母分段，多用于具有一二级负荷，且进出线较多的变电所，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均应停止运行。单母线分段接线见图3.2。
W1
QF1
W2

图3.2 单母线分段式接线
方案比较：
单元接线当其中一元件发生故障时整个单元都要停电检修，不能满足矿山供电的要求。
单母线分段接线一般用于进出线回路较多的中间变电所。
我们在35千伏侧选用全桥型接线，全桥型接线灵活可靠，也可扩展成为单母线分段接线。而6千伏侧我们则选用单母线分段接线。
3.2 短路电流计算
本矿井35千伏送电线路来自大湖变电站的35千伏线路按经济电流密度选择，均采用LGJ-150导线，杆塔采用ø300等径电杆，地线采用GJ-35。
对高压供电系统通常采用标么值的方法来计算短路电流,因此应事先求出系统中各元件的电抗标么值。
标么值就是某电气量的实际值与同单位的电气量的选定值之比。标么值是没有单位的量。由于选定的值不同,标么值也不同。
取基准容量
Sj=100MVA Uj1=37kV Uj2=6.3kV
则： Ij1= ==1.56kA (35kV 级)
Ij2＝＝=9.16kA (6kV级)
本变电站的短路系统图见图3.3所示。
图3.3 短路系统图
35千伏架空线路导线选择及阻抗：
矿井正常生产时的负荷电流：
Ica=P/1.732×U×COSФ=8963.59/1.732×35×0.9=164.3 A
按经济电流密度选择导线截面，按年运行小时3000－5000小时，经济电流密度取jn＝1.15 sj=ica/jn=197
查《电力工程手册》表,选用导线为：LGJ-150导线。
查《工厂配电设计手册》表4—9，LGJ-150导线每公里电抗值为X0＝0.4Ω/kM
则：35kV导线电抗标么值：
XL*=X0×L×Sj/Uj2 (3.1)
式中： L——架空线路长度
Sj——基准容量 100MVA.
Uj——基准电压 37kV
至大湖变电站电缆长为7千米,
计算其导线电抗标么值如下:
XL1*=0.4×7×100/37²=0.2
XL2*=0.4×7×100/37²=0.2
XL2*=0.08×1×100/6.3²=0.22
XT1= XT2=(UK%／100)×(Sj/ SNtr)
=(7.5×100) ×(100/10)
=0.75
UK%—电压百分值
Sntr—额定容量 MVA
供电部门提供大湖变电站35kV母线的标么电抗最大运行方式为0.52,最小运行方式为0.64。
短路阻抗图如图3.4所示
3.4 短路阻抗图

d1点短路:
最大运行方式下,X=0.72

=1.39×1.56
=2.17kA

＝100/0.72
=138.9 MVA
ikr=2.55×I"=2.55×2.17=5.53kA
Ikm =1.52×2.17=3.3kA
最小运行方式下, X=0.84

=1.19×1.56
=1.86 kA

＝100/0.84
=119.1 MVA
ikr=2.55×I"=2.55×1.86=4.47 kA
Ikm =1.52×1.86=2.83KA
d2点短路时:
最大运行方式下,X=1.1

=0.909×9.62
=8.74 kA

=100/1.1
=90.91 MVA
ikr=2.55×I"=2.55×8.74=22.29 kA
Ikm=1.52×8.74=13.28 KA
最小运行方式下,X=1.59

=0.639×9.62
=6.15 kA

=100/1.59
=62.9 MVA
ikr=2.55×I"=2.55×6.15=15.68 KA
Ikm=1.52×6.15=9.35 KA
d3点短路时:
最大运行方式下,X=1.32

=0.76×9.62
=7.31 kA

=100/1.32
=75.76 MVA
ikr=2.55×I"=2.55×7.31=18.64 kA
Ikm=1.52×7.31=11.11 KA
最小运行方式下,X=1.81

=0.55×9.62
=5.29 kA

=100/1.81
=55.25 MVA
ikr=2.55×I"=2.55×5.29=13.49 KA
Ikm=1.52×5.29=8.04 KA
短路计算结果见下表3.1：
运行方式
计算点
最大运行方式
最小运行方式
变电站35KV侧
d1点
X
0.72
0.84
I″(KA)
2.17
1.86
Ikr(KA)
5.53
4.74
Ikm(KA)
3.3
2.93
S″(MVA)
138.9
119
变电站 6KV侧
d2点
X
1.1
1.59
I″(KA)
8.74
6.15
ikr(KA)
22.29
15.68
Ikm(KA)
13.28
9.35
S″(MVA)
90.91
62.9
井下中央变电所
d3点
X
1.32
1.81
I″(KA)
7.31
5.29
ikr(KA)
18.64
13.49
Ikm(KA)
11.11
8.04
S″(MVA)
75.76
55.25
至主井井低电缆阻抗：
XL3*=XL4*=X0×L4×Sj /Uj2 (3.2)
式中 L4——矿井变电所至井低电缆长度
Sj——基准容量100MVA
Uj——基准电压 6.3kV
X0——为电缆线路每公里电抗近似值。查《工厂配电手册 》表4－9,X0=0.08
下井电缆根数Cn按下式确定：

（取偶数） (3.3)
式中
Pp ,Qp——井下主排水泵计算有功、无功负荷，kW、kVar;
Pd, Qd——井下低压总的计算有功、无功负荷，kW、kVar;
360——下井电缆150mm2经45度修正后的安全载流量，若矿井负荷较少可据此原理选用120mm2，95 mm2等；
1——规程规定所必须的备用电缆。

根据矿井的实际情况考虑，本矿井为高沼气矿井，立井开采。正常涌水量时井下计算负荷为12429.4kW，最大涌水量时井下计算负荷为13332.5kW，工作电流为2071.6A ,经计算与方案比较，决定选用四根YJV42—6000 3×95交联聚乙烯绝缘电力电缆作为下井电缆。下井电缆的具体参数见表3.2。

表3.2 下井电缆（铜芯）
型号
YJV42—6
截面
25
35
50
70
95
120
150
IY40,A
135
164
194
242
293
335
380
外径
38.8
41.4
44.4
47.6
51.2
54.5
57.7
重量
1.9
2.3
2.8
3.5
4.4
5.3
6.3
电导率
48.5m/Ωmm2 (线芯温度为50度)

3.3 井下电缆限流电抗器选择
由于中央变电所6KV母线上无论是在最大运行方式，还是最小运行方式下，d3发生短路，其短路容量均大于50MVA，故下井电缆需装设限流电抗器，限流电抗器一般按额定电压、额定电流及百分电抗选择，按正常工作时电压损失和短路时残压及动热稳定性校验，按百分电抗值选择，将短路容量限制到50MVA，所必须的百分电抗值Xr％可按下式计算：
1、Xr％＝100（100/50-1.292）1.732×1500×6.3²/6000×100
＝12％
2、ΔUr％＝Xr％×293/1500×0.56
＝12％×293/1500×0.56
＝1.3％<5％
3、母线残余电压校验
Ure％＝Xr％×I″/Inr
＝12％×7090/1500
＝56.7％
4、选择限流电抗器主要参数

Ue（kv）
Ie（A）
Xr％
6
1500
12％

河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文) 第四章 矿井变电所供电系统设备选择

第四章 矿井变电所供电系统设备选择

4.1 变电所的主接线
（一）主接线方式选择
煤矿供电为一级用户，对煤矿供电系统应作 简单，可靠，运行灵活，经济合理，操作方便，安全可靠。、对电器设备故障能够及时进行检修。根据负荷对可靠性的要求，35千伏线路采用双回路供电方式。对变电所的主接线选用全桥接线方式。
（二）母线的选择
（1）按持续工作电流选择母线：
(4.1)

初步选矩形铝母线LMY－50×5，6千伏侧选LMY－100×8

＝173.2 A
173.2÷0.7＝247.43 A

＝962.27 A
查《煤矿电工手册》母线技术数据，铝母线LMY－50×5，LMY－100×8,见表4.1。 表4.1 铝母线技术数据
铝母线LMY－50×5
铝母线LMY－100×8
25度
35度
40度
25度
35度
40度
632A
556A
568A
1495A
1310A
1210A
（2）热稳定校验
(4.2)
式中 A—所选导体截面，毫米；
C—材料热稳定系数
ksk—集肤效应系数
tt—短路电流假象时间，秒。
查表，见下表4.2。
表4.2 铝母线热稳定系数
导体种类和材料
C值
铜母线
170
铝母线
95
35kV侧
=43 mm²

6kV侧
=110 mm²

满足要求。
（3）动稳定校验：
可根据母线动稳定检验简化计算表，查所允许通过的短路冲击电流，若该值大于可能通过的三相短路冲击电流，表示满足要求。
三相短路冲击电流为35千伏侧，＝7.34kA。6千伏侧为＝18.08kA
满足要求。
母线动稳定简化计算表见表4.3。

表4.3 母线动稳定简化计算表
支点距离
100
200
140
相间距离
20
25
30
35
20
25
30
35
20
25
30
35
50×5
40.6
45.5
49.8
53.8
33.8
37.9
41.5
45
29
32.5
35.5
38.5
100×8
103
115
126
136
85.5
95.5
105
113