1 绪论 ...................................................... 1 1.1 **基本情况简介 ......................................... 1 1.2 **煤矿原始情况 ......................................... 1 1.2.1 地面用电负荷统计 .................................. 1 1.2.2 井下采区设计原始资料 .............................. 2 2 **35KV煤矿供电设计方案及论证 .............................. 5 2.1 **煤矿总体设计方案 ...................................... 5 2.2 方案的可行性论证 ....................................... 5 2.2.1 技术方面论证 ...................................... 5 2.2.2 经济方面论证 ...................................... 6 3 矿井地面变电所设计 ........................................ 7 3.1 地面用电负荷计算 ....................................... 7 3.2 地面变电所位置选择 .................................... 10 3.3 地面变电所的主接线 .................................... 11 3.3.1 35kV侧主接线 ..................................... 11 3.3.2 10kV侧主接线 ..................................... 12 4 井下中央变电所及供电设计 ................................. 15 4.1 井下电力负荷计算 ...................................... 15 4.1.1 井下负荷的计算方法 ............................... 15 4.2.2 井下负荷的计算 ................................... 16 4.3 井下中央变电所位置选择原则 ............................ 17 4.4 井下中央变电所主接线 .................................. 18 5 短路电流计算 ............................................. 20 5.1 短路电流计算选择 ...................................... 20 5.2 计算短路电流的目的 .................................... 20 5.3 三相短路电流的计算方法 ................................ 21 5.3.1 电源为无限容量时的短路电流计算 ................... 21 5.3.2 电源为有限容量时的短路电流计算 ................... 22 5.4 短路电流计算 .......................................... 23
6 设备选择 ................................................. 30 6.1 一般的选择方法 ........................................ 30 6.2 短路动、热稳定性校验原则 .............................. 31 6.3 变压器选择 ............................................ 31 6.4 地面设备选择举例 ...................................... 31 6.4.1 35kV设备的选择 ................................... 32 6.4.2 10kV设备的选择 ................................... 34 6.5 井下设备选择 .......................................... 35 6.5.1 电缆选择计算 ..................................... 35 6.5.2 井下开关选择 ..................................... 37 7 保护装置 ................................................. 39 7.1 继电保护装置 .......................................... 39 7.2 防雷保护及接地 ........................................ 40 7.2.1 变电所防雷装置 ................................... 40 7.2.2 地面变电所保护接地网 ............................. 41 7.2.3 井下保护接地网 ................................... 41 8 结 论 .................................................... 44 致 谢 ....................................................... 45 参考文献 .................................................... 46
摘 要
本设计是在煤矿实习的基础上完成的。通过对**煤矿的实地考察，结合该矿现有生产水平和未来发展前景，在原有供电系统的基础上根据煤炭生产行业的有关规定进一步规范和完善。
**煤矿系240万吨大煤矿，供电系统设计内容包括：地面变电所设计、井下供电设计、短路电流计算、地面及井下高低压设备选择、保护装置、地面及井下接地等。本设计主供电系统由来自不同地方的两路35kV线路供电，经主变压器变为10kV，由单母分段的接线方式分别向地面和井下供电。根据煤矿供电系统特点，本设计系统主线路均以最大运行方式进行整定，并以此对线路及其设备进行选择。
**煤矿35kV供电系统包括井上供电系统和井下供电系统两个部分。为保证供电的安全、可靠，又考虑**煤矿50年的服务期限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对**煤矿设计的合理性。
关键词：**煤矿 35KV 供电 设备选择
Abstract
The design is based on the completion of the internship in the coal mine. Da Liao Gap of Ningwu Coal Mine through field visits, in conjunction with the existing level of production plant and the prospects for future development in the power supply system on the basis of the relevant provisions of the coal production industry further standardize and improve.
Da Liao Gap of Ningwu Coal Mine is 30 million tons and coal mines, power system design include ： ground substations design, mine supply design, short circuit current calculations, ground and underground high-low voltage equipment selection, protection devices, ground and underground grounded. From the design of the power supply system in different parts of the two roads 35kV power line, the main 10kV transformers into the single-parent separately to the above ground and underground wiring electricity. According to the characteristics of coal supply system, the design of the main lines are the largest operation of the system means the set of lines and equipment and to choose.
Ningwu coal 35kV electricity supply system includes two parts of the Underground power supply system and above ground power supply system. Considering the three years’ service of Ningwu mine, in order to ensure the security of electricity supply, reliable, the paper designs the engineering system which is reasonable for Lingbei mine from the economic and technical aspects.
Key words: Lingbei Coal Mine;35kV; Power Supply; electrical equipment selection
1 绪论
本设计为了保证**煤矿供电质量，保证供电系统运行的安全性、可靠性和经济性，不但要求监测监控和保护效果要好，而且重要的一点要求在**煤矿的供电设计中严格遵守国家煤矿设计的有关规定，保证其供电的可靠性和安全性，尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的不安全因素。
1.1 **基本情况简介
**位于山西省境内中部，南同蒲铁路、大运高速和大运二级公路由本区东南部经过，介休至阳泉曲和介休至柳林铁路支线由扩区北部通过，其中大运二级公路距拟建的矿井工业场地仅4km，距南同蒲铁路仅4.5km，向井田东北方向经介休抵达太原，向井田东南方向经灵石县抵达临汾和运城，区内均有简易公路与干线公路相通，采用汽车外运煤炭可通过大运高速和大运二级公路直接运往全国各地。在南同蒲铁路的一侧建有河溪沟矿井铁路装车站，本矿井煤炭可通过汽车运往该装车站装火车运往全国各地。矿区交通十分便利。
1.2 **煤矿原始情况
本次设计主要针对**煤矿进行设计，位于矿井工业场地东南面15km处，有灵石110kV变电站一座，内设两台31500kVA 110/35/10kV变压器，高峰负荷20000kW,其110kV电源两回；有35kV及10kV出线间隔。
位于矿井工业场地东北面20km处，有北村110kV变电站一座，内设两台20000kVA 110/35/10kV变压器，高峰负荷15000kW,其110kV电源两回；无35kV及10kV出线间隔。
位于矿井工业场地西南面8km处，有矿区发展规划拟建的北王中110kV变电站一座，内设两台20000kVA 110/35/10kV变压器，其110kV电源两回；有35kV及10kV出线间隔。
矿井地面工业场地设一座35kV变电站，其两回35kV电源均引自拟建的北王中110kV变电站的35kV母线，供电电源十分可靠。
1.2.1 地面用电负荷统计
地面用电负荷主要包括主副井提升机、扇风机等一级地面用电负荷，此外还包括机修车间、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**煤矿的地面用电系统。
**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 容量（单台）序号 设备名称 型号规格 数量 （kW） 1 提升机 JK-2.5/20X 2 2(1台备2 扇风机 BDK618-8 用) 3 4 机修车间 室内照明 工业场地5 照明 6 其它 50 10 220 20 10 380 220 160 380 280 （V） 380 电压
1.2.2 井下采区设计原始资料
井下采区巷道及设备布置如图1-1所示。
图1-1 1411采区巷道及设备布置图
说明：①②……为用电设备负荷，其具体设备如1411采区用电设备负荷统计表1-2中
1、2……所示
**煤矿采区具体情况如下：
1、该矿为低瓦斯较高涌水量矿井，年产量设计为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、1411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50年。
其井下采区主要用电设备负荷统计如下页表1-2所示：
表1-2 1411采区用电设备负荷统计表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 设备名称 采煤机 机采面运输机 下顺槽运输机 炮采面运输机 顺槽皮带机 上山皮带机 上山绞车 煤电钻 掘进巷局扇 调度绞车 回柱绞车 掘进皮带机 运输巷皮带机 水泵 型号规格 MLQ-80 SGW-44A SGW-40 SGW-22 SPJ-800 SDJ-150 JTB-1200 MZ2-1.2 JBT52-2 JD-11.4 JH2-17 SPJ-800 SPJ-800 数量 1 1 3 1 1 1 1 9 2 2 2 2 1 3 容量（单台）（kW） 电压（V） 80 22+22 40 22 30 30+30 55 12 11 11.4 17 30 30+30 90+90+30 1140 1140 660 660 660 660 660 127 660 660 660 660 660 660
2 **35kV煤矿供电设计方案及论证
**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 **煤矿总体设计方案
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，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。
以上内容将在第三章、第四章中详细介绍，这里不再说明。
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，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，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**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，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
**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）进行计算
SPNKr （3-1） cos式中 S——所计算的电力负荷总的视仔功率，kVA；
PN——参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW； cos——参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；
Kr——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 KXP 中： PNP——最大一台电动机的额定功率；
——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(S1S2SN)*KT （3-2）
式中 SS——地面总负荷的视在功率，kVA；
S1、S2、SN——地面各用电计算负荷的视在功率，kVA； KT——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 提升机 扇风机 机修车间 室内照明 工业场地照明 其它 需用系数KX PKX PNPKX PN平均功率因数cos 根据所选电机的负荷率确定 根据所选电机的负荷率确定 0.65 0.84 0.84 0.8 0.3 0.3 0.4 0.3 1、提升机工作面
KXP（=0.87，P=110 kW） PNPN=（110+25）kW =135 kW（25 kW为在提升工作面的其它用电负荷）
故 KXP110 ==0.93 PN135*0.87
由所选电机的负荷率知： cos=0.86
SPNKr0.93=135× kVA =146kVA cos0.862、扇风机工作面
KXP（=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）
故 KXP55 ==0.96 PN65*0.88由所选电机的负荷率知： cos=0.87
SPNKr0.96=65× kVA =72kVA cos0.873、机修车间
Kr=0.3，cos=0.65，PN=20 kW
SPNKr0.3=20× kVA =9.2kVA cos0.654、室内照明
Kr=0.3，cos=0.84，PN=10 kW
SPNKr0.3=10× kVA =3.6kVA cos0.845、工业场地照明
KS=0.4，cos=0.84，PN=10 kW
SPNKS0.4=10× kVA =4.8kVA cos0.846、其它负荷
KS=0.3，cos=0.8，PN=15 kW
SPN
KS0.3=15× kVA =5.7kVA cos0.87、地面总负荷计算
KT=0.85
SS(S1S2S6)*KT=（146+72+9.2+3.6+4.8+5.7）×0.85kVA
=241.3×0.85 kVA
=206kVA
根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
**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。
8、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；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧的断路器检修时，变压器需较长时间停运。
(3)适用范围：适用于较小容量的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障率较少的情况。
a 外桥接线 b 内桥接线 c 全桥接线
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，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。 3、全桥接线
全桥接线如图3-1c所示。它适应能力强，运行灵活，操作方便，但所用设备较多，占地面积大。
综上所述，由于**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，配电装置的建造费用低。
隔离开关仅在检修时作隔离电压用，不作任何其他操作，便于扩建和采用成套配电装置。
(2)缺点：不够灵活可靠，任一元件(母线及母线隔离开关等)故障或检修时，均需使整个配电装置停电。引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。
(3)适用范围：由于单母线接线工作可靠性和灵活性都较差，故这种接线主要用于小容量特别是只有一个电源的变电所中。 2、
图3-2 单母线分段接线图
单母线分段接线 单母线接线如图3-2所示。
(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。 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，并通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。由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，以固定连接方式运行。
1．优点
(1)供电可靠：通过两组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。
2、井下采区负荷按下式进行计算
SPNKr （4-1） cos式中 S——所计算的电力负荷总的视在功率，kVA；
PN——参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW； cos——参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；
Kr——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：
Kr=0.286+0.714
式中 PS——最大电动机的功率，kW。
3、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。
PS （4-2） PN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 需用系数Kr 一般机械化工作面 平均功率因数cos 备注 0.6-0.7 0.6 0.7 0.6 0.7 0.7 Kr值按式（2）计算 取计算功率 炮采工作面（缓倾斜0.4-0.5 煤层） 0.5-0.6 炮采工作面（急倾斜0.3-0.4 煤层） 掘进工作面 输送机 井底车场： 无主排水设备 有主排水设备 0.5 0.6-0.7 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(PSNcos*KS)*KT （4-3）
式中 SS——井下总负荷的视在功率，kVA；
S——井下各用电设备计算负荷的视在功率之和，kVA；
P——井下主排水泵计算功率之和，kW；
N cos——井下主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1，有其他固定
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
Kr=0.286+0.714
PS PNPS=80 kW，PN=（80+24+11.4+17+44）kW =176.4 kW
故 Kr=0.6，cos=0.7
SPN*Krcos=151.2kVA
2、输送机、绞车
Kr=0.5，cos=0.7，PN=（120+55+105+60）kW =340 kW
SPN*Krcos= =242.86kVA
3、炮采工作面（缓倾斜煤层）
Kr=0.5，cos=0.6，PN=（17+11.4+36+22）kW =86.4 kW
SPN*Krcos =72kVA
4、掘进工作面
Kr=0.4，cos=0.6，PN=（48+22+60）kW =130 kW
SPN*Krcos =86.67kVA
5、主排水设备
KS=1，cos=0.85，PN=90 kW
SPN*Kscos =105.88kVA
6、 井下总负荷计算
SS(SKS*Pcos)*KT
=（151.2+242.86+72+86.67+105.88）×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
1一主井；2一副井；3一中央变电所；4一水泵房
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DW80型馈电开关
**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—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**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 两相短路
两相接地短路 大接地电流系统中的单相接地短路
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，以三相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。在煤矿供电系统中，短路电流要比额定电流大几十倍甚至几百倍，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，电压也要相应地显著下降，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(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XΣ*′≥3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X
*Σ
。
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／XΣ*＝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*″＝I0.2*＝I∞*＝S*″＝S0.2*＝S∞*
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：
A 、求出当 t＝0时的短路电流I″和短路容量S″； B、求出当t＝0.2s时的短路电流I0.2和短路容量S0.2； C、求出当t＝∞时的稳定短路电流I∞，和稳定短路容量S∞。
I″＝I0.2＝I∞＝I*×Ib（kA） S″＝S0.2＝S∞= I*×Sb（kA）
ikr=2.55 I″（kA） ; Ikm=1.52 I″（kA） （ikr计算短路电流冲击值；Ikm短路全电流最大有效值）
5.3.2 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XΣ*。
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XΣ*' ，XΣ*' =XΣ*PNSN。 Sb6、根据计算电抗XΣ*'的数值，去查与电源相应的计算曲线，从中得出不同时间的短路电流标么值，I*″、I0.2*和I∞*。
5.4 短路电流计算
本设计供电系统引线一个电源S1（西马房3km引线）为无限大容量，另一个电源S2（原有回路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
**X“*”的符号，例如本来应为XTr编号后改为进—步又可省略改写成X5。15，
本设计中的短路计算均按此法表示。
计算过程如下：
（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5-2所示。
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=
Sb=100/275=0.363 SksX3=X0L1Sb=0.087（X0=0.4Ω/km为35kV单导线每公里架空线电抗） Ub21
图5-3 等值电路图
X4=X0L2Sb=0.029; Ub21X5=X6=
Uk1%Sb=5.2（Uk1%=6.5为1250kVA变压器短路电压百分数）
100STr1Sb=0.036（X0'=0.08Ω/km为10kV每公里下井电缆电抗） 2Ub2X7= X11=X0'L3X8=X12=
Uk2%Sb=10（Uk2%=4为400kVA变压器短路电压百分数）
100STr3Uk3%Sb=25（Uk3%=4为160kVA变压器短路电压百分数）
100STr4X9=X10=
（3） 求各短路点的回路总阻抗： 1）K1点的短路回路总阻抗
X13= X1+X3=0.088； X14= X2+X4=0.392
X13的计算电抗：X14'= X14×2）K2点的短路回路总阻抗 X15=
X5X6XX=5.2/2=2.6; X16=1314=0.072; X17=X15+X16=2.672 X5X6X13X14S2=0.392×（791/100）=3.1 Sb则分布系数：
C1=X16/X13= X14/（X13+ X14）=0.8167 C2= 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×
S2=115.304 Sb3）K3点的短路回路总阻抗: X20=X18+X7=3.308 4）K4点的短路回路总阻抗: X21=X8+X20=13.308 5）K5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=3.272 6）K6点的短路回路总阻抗: X23=X9+X22=28.272 7）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×
S2=115.304 Sb8）K8点的短路回路总阻抗: X25=X10+X24=39.577
计算电抗 X25'= X25×
S2=313.054 Sb9）K9点的短路回路总阻抗: X26=X11+X19=14.613
计算电抗 X26'= X26×
S2=115.589 Sb10）K10点的短路回路总阻抗: X27=X12+X26=24.613
计算电抗 X27'= X27×
（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: Ik*11=1/X13=1/0.088=11.364 I″＝I0.2＝I∞＝Ik*11×Ib1=11.364×
Sb3Ub1
S2=194.689 Sb=11.364×100=17.733(kA) 337S″＝S0.2＝S∞=Ik*11×Sb=11.364×100=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
*Ik12=1/ X14′=1/3.1=0.323(计算电抗>3)
I″＝I0.2＝I∞＝Ik*12×
S23Ub1
=0.323×791=3.987(kA) 337S″＝S0.2＝S∞=Ik*12×S2=0.323×791=255.493(MVA)
ikr=2.55 I″=10.167(kA)； Ikm=1.52 I″=6.06(kA)
短路点K1的短路参数，应分别为两个电源提供的数据之和
I″k1＝I0.2*k1＝I∞*k1＝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
*Ik21=1/X18=1/3.272=0.306
I″＝I0.2＝I∞＝Ik*21×
Sb3Ub2=0.306×100=1.683(kA) 310.5S″＝S0.2＝S∞=Ik*21×Sb=0.306×100=30.6(MVA)
ikr=2.55 I″=4.292(kA)； Ikm=1.52 I″=2.558(kA)
电源2提供的电源参数
*Ik22=1/ X19′=1/115.304=0.009(计算电抗>3)
I″＝I0.2＝I∞＝Ik*22×
S23Ub2=0.009×791=0.391(kA) 310.5S″＝S0.2＝S∞=Ik*22×S2=0.009×791=7.119(MVA)
ikr=2.55 I″=0.997(kA); Ikm=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＝I0.2*k2＝I∞*k2＝1.683+0.391=2.074(kA) S″k2＝S0.2*k2＝S∞*k2=30.6+7.119=37.719(MVA)
ikr*k2=4.292+0.997=5.289(kA); Ikm*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
*Ik3=1/X20=1/3.308=0.302
I″k3＝I0.2*k3＝I∞*k3＝Ik*3×
Sb3Ub2=0.302× 100=1.66(kA) 310.5S″k3＝S0.2*k3＝S∞*k3=Ik*3×Sb =0.302 ×100=30.2(MVA)
ikr*k3=2.55 I″k3=4.233(kA); Ikm*k3=1.52 I″k3=2.523(kA)
4）K4点的短路参数
*Ik4=1/X21=1/13.308=0.075
I″k4＝I0.2*k4＝I∞*k4＝Ik*4×
Sb3Ub3=0.075× 100=6.276(kA) 30.69S″k4＝S0.2*k4＝S∞*k4=Ik*4×Sb =0.075×100=7.5(MVA)
ikr*k4=2.55 I″k4=16(kA); Ikm*k4=1.52 I″k4=9.54(kA)
5）K5点的短路参数
*Ik5=1/X22=1/3.272=0.306
I″k5＝I0.2*k5＝I∞*k5＝Ik*5×
Sb3Ub2=0.306× 100=1.683(kA) 310.5S″k5＝S0.2*k5＝S∞*k5=Ik*5×Sb =0.306×100=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
*Ik6=1/X23=1/28.272=0.035
I″k6＝I0.2*k6＝I∞*k6＝Ik*6×
Sb3Ub4=0.035× 100=5.052(kA) 30.4S″k6＝S0.2*k6＝S∞*k6=Ik*6×Sb =0.035×100=3.5(MVA)
ikr*k6=2.55 I″k6=12.883(kA); Ikm*k6=1.52 I″k6=7.679(kA)
7）K7点的短路参数
*Ik7=1/ X24'= 1/115.304=0.009
I″k7＝I0.2*k7＝I∞*k7＝Ik*7×
S23Ub2=0.009× 791=0.391(kA) 310.5S″k7＝S0.2*k7＝S∞*k7=Ik*7×S2 =0.009×791=7.119(MVA)
ikr*k7=2.55 I″k7=0.997 (kA); Ikm*k7=1.52 I″k7=0.594 (kA)
8）K8点的短路参数
*Ik8=1/ X25'= 1/313.054=0.003
I″k8＝I0.2*k8＝I∞*k8＝Ik*8×
S23Ub4=0.003× 791=3.425(kA) 30.4S″k8＝S0.2*k8＝S∞*k8=Ik*8×S2 =0.003×791=2.373(MVA)
ikr*k8=2.55 I″k8=8.734 (kA); Ikm*k8=1.52 I″k8=5.206 (kA)
9）K9点的短路参数
*Ik9=1/ X26'= 1/115.589=0.009
I″k9＝I0.2*k9＝I∞*k9＝Ik*9×
S23Ub2=0.009× 791=0.391 (kA) 310.5S″k9＝S0.2*k9＝S∞*k9=Ik*9×S2 =0.009×791=7.119 (MVA)
ikr*k9=2.55 I″k9=0.997 (kA); Ikm*k9=1.52 I″k9=0.594 (kA)
10）K10点的短路参数
Ik*10=1/ X27'= 1/194.689=0.005
I″k10＝I0.2*k10＝I∞*k10＝Ik*10×
S23Ub3=0.005× 791=3.309 (kA) 30.69S″k10＝S0.2*k10＝S∞*k10=Ik*10×S2 =0.005×791=3.955 (MVA)
ikr*k10=2.55 I″k10=8.438 (kA); Ikm*k10=1.52 I″k10=5.03 (kA)
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—1.15)UN≥Un 式中 UN——电器的额定电压，kV；
Un——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条件下，电
器所能允许长期连续通过的最大工作电流。这时电器所有部分的发热温度都不超过允许值。
在选择电器时，必须使电器的额定电流不小于电器所在电路中的最大正常工作电流，即：IN≥In
式中 IN——电器的额定电流，A；
In——电器所在电路中的最大正常工作电流。 3、按装置种类型式选择
电器常被制成屋内和屋外两种类型：屋内型不受任何特殊的大气影响；屋外型可以经受风、霜、雨、露、积雪、覆冰、灰尘和有害气体等的影响。当屋外配电装置处在尘秽很严重或空气中含有有害于绝缘气体的地区时，必须加强电器的绝缘，选用特殊绝缘结构的加强型电器或选用额定电压高一级的电器。
4、按断路容量选择
断路器的额定断流量IrN或额定断流容量SrN是指断路器在额定电压时的断流能力。断路器断开的实际电流是断路器的灭弧触头开始分离瞬间，电路内短路电流的有效值。因此按断流能力选择断路器时，必须满足下列条件：
IrN≥I″ ，SrN≥S″
式中 IrN——电器的额定断流量，kA；
SRn——电器的额定断流容量，MVA； I″——次暂态短路电路，kA； S″—一次暂态三相短路容量，MVA。
6.2 短路动、热稳定性校验原则
(1)当电器选定之后，应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验所用的短路电流一般取三相短路时的短路电流。
(2)用熔断器保护的导体和电器，可不进行热稳定校验。当熔断器具有限流作用时，可不校验其动稳定。
(3)用熔断器保护的电压互感器回路，可不进行动、热稳定的校验。 (4)悬式绝缘子可不校验动稳定。
6.3 变压器选择
根据变电所变压器的计算容量，选择变压器的型号、容量、台数。 1、选型：地面高压为35kV、10kV侧的变压器选用普通变压器SL7-1250/35、S9-160/10；10kV侧的井下变压器选用矿用型动力变压器KSB-400/10。二次侧电压660V以下的变压器选用防爆型干式变压器。井下照明为127V电压供电，变压器设两台防爆型干式变压器。
2、变压器台数的确定：35kV主变压器、地面供电变压器、井下中央变电所的变压器均设为两台。井上部分当任一台变压器故障或需要检修时，能够保证另一台变压器承担起全部负荷。井下任一台变压器停止运行时，其余一台能够保证排出最大涌水量时所需的负荷容量。其所选变压器容量及型号均标于所画大图中，这里不在阐述。
6.4 地面设备选择举例
以矿井地面变电所为例，其主变压器选用SL7-1250/35变压器两台，两台并联运行，如图6-1所示接线：
表6-1 短路电流计算结果
短路点 运行方式 短 路 参 数 I″＝I0.2＝Ik kA ikr kA Ikm kA S″ MVA K1 最大 21.72 55.386 33.014 1391.893 最小 - - - - K2 最大 2.074 5.289 3.152 37.719 最小 - - - - 6.4.1 35kV设备的选择 1、35kV母线的选型
1）按持续工作电流选择
In=1.05SN3UN=1.051250=21.7A 335对电压为35kV的屋外配电装置采用钢芯铝绞线作母线，选取LGJ-300，其载流量在环境温度为250C 时为735A，由于所处环境最高温度为450C，其载流量为：
Ial Ialal.m7045735547.8（A）≥21.7（A）
al.m257025考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值应再降低8％，故为： Ial547.80.92504（A）>21.7（A）
故载流量和长时允许电流符合要求，但还需要进行热稳定校验。 2）热稳定校验
由tf=1.255s，Ik=21720A，C=95，Ksk=1 按式 A≥Ik217202
tfKsk=1.2551=254（mm） C95该截面小于所选导线截面，故所选LGJ-300截面能满足热稳定要求。 由以上计算，所选LGJ-300满足母线要求。
图6-1 地面变电所接线图
2、1#、2#带接地刀闸的隔离开关选型
由表6-2计算可以看出，该电器的额定值都大于实际需要值，故选用该设备符合要求，其操动机构配套选用CS-G型。 3、3#-8#隔离开关选型
其计算值与2相同，不同之处在于它们不带接地刀闸，因此根据2的计
表6-2 隔离开关的选型
项 目 实 际 需 要 值 GW5-35GD/1200 额 定 值 电 压 电 流 35kV 35kV 1200A 算值选用GW5-35/1200型隔离开关，其操动机构配套选用CS-G型。
1.05SN1.051250In===21.7A 3353UNikr=55.386 kA 动 稳 定 热 稳 定 80 kA 21.5 kA Iktf1.255=21.72=10.9 kA t54、9#-11#断路器的选型
表6-3 断路器的选型
项 目 实 际 需 要 值 LW-35/1600 额 定 值 电 压 电 流 动 稳 定 热 稳 定 35kV 21.7A UN=35kV IN=1600A Ilim=63 kA It=4=25 kA ikr=55.386 kA Ik断 流 容 量 tf1.255=21.72=10.9 kA t5S\"=1391.893MVA SrN=2205MVA 由表6-3所示，计算结果说明选用LW-35/1600型断路器符合要求。考虑室外设备、操作人员安全，选用CD2型电动操作机械。
6.4.2 10kV设备的选择
下面以10kV进线柜内的主要电器为例进行选型计算。 1、电流互感器选型
电流互感器要根据电压、电流比、装置种类、结构形式、精确度进行选择，只对动、热稳定性校验。电流互感器选用LDJ-10/1200型，其精度为0.5/3。
1）动稳定ilimKd2IIN10390260010376.36（kA）> 5.289 kA 2）热稳定 Iktft=2.0740.75=1.8 kA < 50×600=30 kA 1故动、热稳定性都满足要求。 2、断路器的选择
表6-4 断路器的选型
项 目 实 际 需 要 值 LW-10/1000型 额 定 值 电 压 6.3kV UN=10kV
电 流 1.05SN1.051250In===120.3A 36.33UNS″=37.719MVA I″=2.074 kA ikr=5.289 kA IN=1000A 断 路 容 量 断 流 量 动 稳 定 热 稳 定 SrN=250MVA IrN=25 kA ilim=63 kA It=4=25 kA Iktf0.75=2.074=0.9 kA t4由表6-4所示，选LW-10/1000型断路器符合要求，其操动机械配套选用CD10型电动操作机构。 3、隔离开关选型
由表6-5所示，所选GW19-10/1000型隔离开关满足要求。其操动机构选用手动CS6-1T型操作机构。
表6-5 隔离开关选型
项 目 实 际 需 要 值 所选隔离开关额定值 GW19-10/1000型 电 压 电 流 动 稳 定 热 稳 定 10.5kV 120.3A UN=10kV IN=1000A ilim=31.5 kA It=4=12.5 kA ikr=5.289 kA Iktf0.75=2.074=0.8 kA t56.5 井下设备选择 下面以下井电缆和开关为例说明其选择方法，其他电缆和开关的选择方法相同。对于电钻综合保护装置和照明综合保护装置这里也不再说明。
6.5.1 电缆选择计算
电缆截面通常按允许负荷电流、允许电压损失、电缆的机械强度选择。 实际上并不需要对每条电缆均用上述各种方法选择，而是抓住每个电缆段(或每条电缆)的主要问题选择该段(条)电缆截面即可满足其它条件要
求。例如供电容量较大长度较长的干线电缆和单机容量较大(如掘进机械、绞车等)且供电距离较长的主线电缆，主要按允许电压损失选择缆线截面即可满足其它条件的要求；供电容量较小长度较短的支线电缆主要按允许负荷电流选择导线截面即对满足其它条件要求；移动机械所用电缆主要按机械强度选择主芯线截面即可满足其他条件要求。 1、按持续允许电流选择截面
KIP≥Ia
式中 IP——空气温度为25℃时，电缆允许载流量，A； K——环境温度不同时载流量的修正系数；
Ia——通过电缆的最大持续工作电流，A。 2、按经济电流密度选择电缆截面
A=
式中 A——电缆截面，mm2；
IN——正常负荷时，井下总的持续工作电流，A； n——不考虑下井电缆损坏时，同时工作电缆的根数； J——经济电流密度（A/mm2），见下表。 下井主电缆的年运行小时，一般取3000-5000h。 3、按电缆短路时的热稳定选择电缆截面
按电缆短路时的热稳定选择电缆截面有以下两种方法：热稳定系数法和允许短路电流法。这里主要介绍热稳定系数法：
这种方法比较简单，一般在纸绝缘电缆的热稳定计算都采用此法。
AminIK(3)tfCIN nJ
式中 Amin——电缆短路时热稳定要求的最小截面，mm2； IK(3)——三相最大稳定短路电流，A； tf——短路电流作用的假想时间，s； C——热稳定系数，查相关手册。 4、按电压损失校验电缆截面
此种电压损失校验电缆截面有计算法和查表法，这里主要介绍计算法：
U%3InL(ROcosXOsin)
10UNRL(ROXOtg)
10UN2 也可写成 U%式中 U%——电压损失百分数； In——电缆中的负荷电流，A； UN——额定电压，kV；
RO、XO——电缆线路单位长度的电阻及电抗，Ω/km；
L——电缆线路长度，km；
cos、sin、tg——功率因数及与功率因数相对应的正弦、正切值。
高压系统中的电压损失按《全国供用电规则》的规定，在正常情况下不得超过7%，故障状态下不得超过10%。电压损失从地面变电所算起至采区变电所母线止。 5、电缆截面选择计算
举例为短路时的热稳定选择电缆截面，当供电系统在最大运行方式时，地面变电所下井电缆首端发生三相短路电流，其电流IK(3)= 1.683 kA，按式
AminIK(3)tfC
校验下井电缆截面，即：
查电缆的热稳定系数表C=93.4, 假想时间tf=0.65s
故 AminIK(3)tfC= 1683×
0.65=14.5 mm2 93.4故下井电缆最小截面应不小于14.5 mm2,又考虑其他方面校验的影响，这里选用70mm2做为下井电缆。
6.5.2 井下开关选择
严禁井下配电变压器中性点直接接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机向井下供电。
额定电压与额定电流的选择与地面高压开关选择相同，断流容量的选择也按地面开关的选择方法，井下主要选用DW80型馈电开关和QC83型磁力起动器，对电钻和照明采用综合保护装置。
其它设备的选择方法与井上选择基本相同，这里不在说明，其所选设备型号均标于设备选择或所画大图中。
7 保护装置
**煤矿供电系统井上、井下的保护装置包括继电保护和防雷、接地等，本章只对这些保护作简单的介绍。
7.1 继电保护装置
煤矿供电系统的继电保护是保证煤矿安全供电的重要工具。装设继电保护装置是根据**煤矿电力系统的接线和运行的特点，适当考虑其发展，选择设备力求技术先进经济合理。
本设计中的电力设备和线路有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。
主保护——满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。
后备保护—一应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。 后备保护可分为远后备和近后备两种形式：
远后备——当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。
近后备——当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另—套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。
辅助保护——为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。 本设计在考虑下列因素的情况下装设保护装置：
(1)当被保护元件发生短路或足以破坏系统正常运行的情况时，保护装置应动作于掉闸；在发生不正常运行时，保护装置应动作于信号。 (2)矿井变电所的高压馈电线上，装设有选择性的检漏保护装置。
(3)保护装置应以足够小的动作时限去切除故障，保证系统剩余部分仍能可靠运行。
(4)动作于掉闸的保护装置一般应保证选择性，在必须加快动作时，应考虑由自动重合闸来补救保护的无选择性动作。
(5)选择保护方式时，不考虑考虑可能性很小的放障类型和运行方式。力求使用最少数量的继电器和触点，使其接线简单可靠。
(6)保护装置的电压回路断线时如能造成误动作，则装设防止这种误动作的闭锁装置并发出信号。
(7)表示保护装置动作的必要回路内装设信号继电器。
(8)保护装置除作为被保护元件的主保护外，如有可能还作相邻元件的
后备保护。
(9)在实际可能出现的最不利方式或故障类型下，保护装置应对计算点有足够的灵敏度。保护装置的灵敏系数为：
对反应电气量上升的保护装置
灵敏系数＝保护范围内发生金属性短路时故障参数计算值
保护装置的动作参数整定值对反应电气量下降的保护装置 灵敏系数＝保护装置的动作参数整定值
保护范围内发生金属性短路时故障参数计算值 (10)保护装置的灵敏度应该互相配台，从故障点向电源侧方向逐步降低保护装置的灵敏度。
(11)保护装置所用的电流互感器，对最大负载和最大整定的故障电流，其误差小于10%。
7.2 防雷保护及接地 7.2.1 变电所防雷装置
（1）避雷针 为防止直击雷对变电所电气设备、线路及建筑物等侵害，本设计变电所采用避雷针。避雷针高于被保护设备，并具有良好的接地，所以能起到保护作用。上图为地面变电所防雷保护的平面布置图，避雷针接地线与保护接地线在土壤中距离大于3米。
（2）避雷器 避雷器是防护感应雷对电气设备产生危害的保护装置，它一端与被保护设备并联，另一端接地，且放电电压低于被保护设备的绝缘水平。当感应雷(雷电波)入侵设备时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使电气设备受到保护。地面变电所防雷保护平面图如7-1所示。
图7-1 地面变电所防雷保护平面图
7.2.2 地面变电所保护接地网
保护接地网是将变电所在正常运行时，设备(构架)不带电的外露金属体与接地引线、接地干线和接地极在电气上连接起来组成的整体。保护接地网地下部分是实习中看不到的，但可从原设计资料中收集到上图。
为了减少对地电位分布曲线的陡度，接地网还设有水平均压带，从而减小接触电压和跨步电压。对不同点的接地电阻至少每年测量一次，保证达到一定的要求。地面变电所保护接地网如下图7-2所示。
7.2.3 井下保护接地网
本设计在井下指定点敷设主接地极、局部接地极、并用电缆铅包、铠装外皮及接地线心相互连接起来，形成一个总接地网。从接地网上任一局部接地极测得的总接地网电阻，不应超过2Ω。接地网电阻越低对人身越安全，但太低有一定的困难。
图7-2 地面变电所保护接地网
1-隔离开关；2-构架；3-断路器；4、5、6、7-隔离开关；8、9-断路器；10-电压互感器、避雷器；11-铅锤接地极；12-变压器；13-屋内接地干线；14-接地引线；15-屋外接地干线；16-均压带
井下总接地网包括：主接地极、局部接地极、接地母线和辅助接地母线、连接导线和接地导线。禁止采用铝导线作为接地极、接地母线、辅助接地母线、连接导线和接地导线，禁止使用无接地线芯（或无其他可供接地的护套，如铅皮、铜皮套等）的橡套电缆或塑料电缆。
井下保护接地网示意图如7-3所示：
图7-3 井下保护接地网示意图
1－接地母线；2－辅助接地母线；3－主接地极；4－局部接地极；5－漏电保护辅助接地极；6－电缆；7－电缆接地层；8－中央变电所；9－采区变电所；10－配电点；11－电缆接线盒；12－连接
导线；13－接地导线；14－采煤机组；15－输送机
8 结 论
经过这段时间的努力和精心设计,通过翻阅大量的资料文献，使我对**35kV煤矿供电系统有了深入的探索和研究。依照**煤矿具体现状，在原有河东煤矿设计的基础上，设计出了能满足本矿安全、可靠生产的煤矿地面和井下供电系统。
虽然本设计满足了本矿一般的生产需要，但由于本人知识水平的相对欠缺，对现代先进的煤矿开采方式和供电系统先进设备缺少一定的了解，因此在设计中很少使用现代化的微机监控和保护系统，这也是本设计有待于改进的地方。在以后的学习和社会实践中，我会加强各方面知识的学习，掌握更多的科学文化知识，为社会献出自己的微薄之力。
通过这段时间对**煤矿供电系统的设计，使我对所学知识进行了系统的归纳，对自己现在所掌握的知识水平有了一定的了解，这对我以后的实际工作将会起着很大的促进作用。
致 谢
本设计是在张庆慧副教授的悉心指导下完成的。在与翟占勇老师相处的这段时间里，他严谨的治学态度和在指导我们完成毕业设计中所表现出来的吃苦耐劳的精神、开拓创新的能力给我留下了深深的印象。
从师于翟占勇老师的时间里，不但使我学到了很多的专业知识，而且在治学、生活和做人方面也学到了很多东西，这对我以后的路将是一笔宝贵的财富。借此设计完成之际，谨向几个月以来一直指导、关心我的 老师表示诚挚的感谢！
同时要感谢从教和关心我的其他老师，在此致以深深的谢意！还要感谢与我一起学习的同学，感谢他们一直以来对我的支持和帮助！在即将结束大学本科学习生涯启程远行的时候，我难以表达对父母的感激之情。谨以此文献给远方默默支持我的父母，他们的挚爱就像大海一样深邃，使我有勇气面对一切的困难，他们的挚爱现在是、并将永远是我拼搏进取的力量源泉！
参考文献
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