煤礦地面供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要1煤礦簡(jiǎn)介及負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 11.1煤礦簡(jiǎn)介 11.2負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 12負(fù)荷計(jì)算 22.1負(fù)荷分級(jí)與負(fù)荷曲線 22.1.1供電負(fù)荷分級(jí) 22.1.2負(fù)荷曲線 22.2礦井用電負(fù)荷計(jì)算 32.2.1設(shè)備容量的確定 32.2.2多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 42.2.3負(fù)荷計(jì)算 52.3功率因數(shù)補(bǔ)償 82.3.1提高功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊饬x 82.3.2提高功率因數(shù)的方法 8224733變電所主變壓器選擇 13224673.1變壓器的選取原則 1311073.2變壓器選擇計(jì)算 13316413.3變壓器損耗計(jì)算 14224193.435kV側(cè)全礦負(fù)荷計(jì)算及功率因數(shù)校驗(yàn) 1551673.5變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的確定 15273754電氣主接線設(shè)計(jì) 1616384.1對(duì)主接線的基本要求 16175444.2本所電氣主接線方案的確定 16188124.2.1確定礦井35kV進(jìn)線回路 16270774.2.235kV、6kV主接線的確定 17296794.2.3下井電纜回?cái)?shù)的確定 171965短路電流計(jì)算 20231915.1短路電流計(jì)算的目的 2060785.2短路電流計(jì)算中應(yīng)計(jì)算的數(shù)值 20281865.3三相短路電流計(jì)算計(jì)算的步驟 20144665.4短路電流計(jì)算過(guò)程 21194585.5短路參數(shù)匯總表 30265675.6負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)表 32312236變電所的防雷與接地 6174406.1變配電所的防雷設(shè)計(jì) 6189708.1.1變電所的防雷措施 61320596.2接地裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算 64154846.2.1保護(hù)接地方案設(shè)計(jì) 6478536.2.2保護(hù)接地裝置計(jì)算 6415338結(jié)論 6628083致謝 6732011參考文獻(xiàn) 68摘要百靈煤礦已有百年多歷史，許多設(shè)備都是原來(lái)引進(jìn)國(guó)外的。隨著企業(yè)的發(fā)展，目前的供電系統(tǒng)不能安全、可靠的進(jìn)行工作。本次設(shè)計(jì)主要是現(xiàn)有的供電設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析、改造來(lái)滿(mǎn)足供電系統(tǒng)的可靠性。本次設(shè)計(jì)主要有負(fù)荷計(jì)算、地面變電所設(shè)計(jì)、短路電流計(jì)算、地面高壓選擇、保護(hù)裝置及地面避雷裝置的選擇等。系統(tǒng)主線以最大方式計(jì)算，并對(duì)短路電流和方式進(jìn)行計(jì)算。以完全確保百靈煤礦井上供電系統(tǒng)全面、穩(wěn)定的供電。關(guān)鍵詞：百靈煤礦；短路電流計(jì)算；負(fù)荷計(jì)算1煤礦簡(jiǎn)介及負(fù)荷統(tǒng)計(jì)1.1煤礦簡(jiǎn)介內(nèi)蒙古百靈煤礦位于阿左旗宗別立鎮(zhèn)呼魯斯太地區(qū)，東至烏海市60公里，西至巴彥浩特86公里，南距石嘴山市70公里，距汝銀鐵路呼魯斯太火車(chē)站5公里，交通發(fā)達(dá)，運(yùn)輸方便。礦區(qū)含主焦煤面積18平方公里，平均厚度36.58米，探明煤炭?jī)?chǔ)量3億多噸。此煤礦屬于高瓦斯礦井，所以對(duì)于礦山供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)尤為看重。本次設(shè)計(jì)針對(duì)百靈礦供電系統(tǒng)存在的安全隱患，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的供電設(shè)備以及對(duì)負(fù)荷的合理布置，使百靈礦供電系統(tǒng)能夠安全、可靠地對(duì)整個(gè)礦區(qū)供電。1.2負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表1-1全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分組設(shè)備名稱(chēng)等級(jí)電壓V線路類(lèi)型電機(jī)型式單機(jī)容量kW安裝/工作臺(tái)數(shù)工作設(shè)備總?cè)萘縦W需用系數(shù)功率因數(shù)變電所的距離km主井提升16000CY7101/17100．870．840．5副井提升16000CY4001/14000．850．820．4扇風(fēng)機(jī)116000KT8002/18000．880．832．5扇風(fēng)機(jī)216000KT8002/18000．880．832．5壓風(fēng)機(jī)16000CT2505/37500．870．870．2工房3380K————4800．750．841.5修配廠3380C—450——4500．600．750．3地面低壓1380C————8000．720．780．1洗煤廠2380K————11000．770．790．5排水泵16000CX1005/33000．880．860．75井下低壓2660CX———26000．710．77——注1.線路類(lèi)型：C表示電纜線路；K表示架空線路。2.電機(jī)類(lèi)型：Y表示繞線異步；X表示鼠籠異步；T表示同步。2負(fù)荷計(jì)算2.1負(fù)荷分級(jí)與負(fù)荷曲線2.1.1供電負(fù)荷分級(jí)工廠的供電負(fù)荷，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ52修訂本）規(guī)定，按其供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上造成的損失或影響程度，分為以下三級(jí)：一級(jí)負(fù)荷：凡是突然斷電，可能造成人身傷亡事故或重要設(shè)備損壞事故，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失或造成不良影響的負(fù)荷。又叫保安負(fù)荷。二級(jí)負(fù)荷：凡中斷供電造成大量減產(chǎn)或大量廢品的形成較大經(jīng)濟(jì)損失的負(fù)荷。三級(jí)負(fù)荷：一般電力負(fù)荷，所有不屬于上述一、二級(jí)負(fù)荷者。一級(jí)負(fù)荷屬重要負(fù)荷，如中斷供電將造成十分嚴(yán)重的后果。2.1.2負(fù)荷曲線[1](kw)AP/kw年負(fù)荷曲線1/11/731/12OTmax8760h日/日t/h圖2--1年每日最大負(fù)荷曲線圖2--2年最大負(fù)荷和最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)年最大利用小時(shí)是反應(yīng)電力負(fù)荷特征的重要參數(shù)，它與企業(yè)的生產(chǎn)班制[2]有關(guān)系。如一班制，Tmax≈1800~3000h;兩班制，Tmax≈3500~4800h;三班制，Tmax≈5000~7000h。年最大負(fù)荷：就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)（這一工作班的最大負(fù)荷不是偶然出現(xiàn)的而是全年至少出現(xiàn)2-3次）消耗電能最大的半小時(shí)平均功率。并分別用符號(hào)[3]、、表示年有功最大負(fù)荷、年無(wú)功最大負(fù)荷和年視在功率最大負(fù)荷。年最大負(fù)荷小時(shí)是一個(gè)假想的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗電能，用表示，如圖2-2所示，年最大負(fù)荷[1]延伸到[1]的橫線與兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形面積，恰好等于年負(fù)荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積，既全年實(shí)際消耗的電能[1]。因此年最大負(fù)荷利用小時(shí)：（2-1）式中——全年消耗的有功電能，kWh。而一般計(jì)算礦用最大負(fù)荷利用小時(shí)可以用公式近似計(jì)算：（2-2）2.2礦井用電負(fù)荷計(jì)算2.2.1設(shè)備容量的確定用電設(shè)備銘牌上標(biāo)出的功率（或稱(chēng)容量）稱(chēng)為用電設(shè)備的額定功率，該功率是指用電設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）額定的輸出功率。由于各用電設(shè)備并不是同時(shí)工作，因此，在計(jì)算負(fù)荷時(shí)，不能將其額定功率簡(jiǎn)單地直接相加，而需將不同工作制的用電設(shè)備額定功率換算成統(tǒng)一規(guī)定的工作制條件下的功率，稱(chēng)之為用電設(shè)備功率。1長(zhǎng)期連續(xù)工作制這類(lèi)工作制的用電設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷比較穩(wěn)定。對(duì)這種用電設(shè)備有（2-3）2短時(shí)工作制這類(lèi)工作制的用電設(shè)備工作時(shí)間很短，而停歇時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)。對(duì)這類(lèi)用電設(shè)備同樣有（2-4）3短時(shí)連續(xù)工作制用電設(shè)備這類(lèi)工作制的用電設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停歇。反復(fù)運(yùn)行，工作周期一般不超過(guò)10min。負(fù)荷持續(xù)率為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值，用ε[3]表示為（2-5）式中T——工作周期，s；t——工作周期內(nèi)的工作時(shí)間，s；t0——工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間，s。斷續(xù)周期工作制設(shè)備的設(shè)備容量，一般是對(duì)應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷持續(xù)率的。式中——負(fù)荷的持續(xù)率；——與名牌容量對(duì)應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)率；——負(fù)荷持續(xù)率為ε時(shí)設(shè)備的輸出容量，kW。用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定用電設(shè)備組是由工藝性質(zhì)相同、需用系數(shù)相近的一些設(shè)備合并成的一組用電設(shè)備。在一個(gè)車(chē)間中，可以根據(jù)具體情況將用電設(shè)備分為若干組，再分別計(jì)算各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。其計(jì)算公式為kW（2-6）kvar（2-7）kVA（2-8）A（2-9）式中、、——該用電設(shè)備組的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷；——該用電設(shè)備組的設(shè)備總額定容量，kW——額定電壓，V——功率因數(shù)角的正切值——該用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷電流，A——需用系數(shù)2.2.2多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷在配電干線上或礦井變電所低壓母線上，常有多個(gè)用電設(shè)備組同時(shí)工作，但是各個(gè)用電設(shè)備組的最大負(fù)荷也非同時(shí)出現(xiàn)，因此在求配電干線或礦井變電所低壓母線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)再計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)[3]。具體計(jì)算公式如下：(i=1,2,3,…,m)（2-10）（2-11）（2-12）（2-13）式中：、、——為配電干線或變電站低壓母線有功、無(wú)功、視在計(jì)算負(fù)荷；——同時(shí)系數(shù)；m——為配電干線或變電站低壓母線上所接用電設(shè)備總數(shù)；、、——分別對(duì)應(yīng)于某一用電設(shè)備組的需用系數(shù)、功率因數(shù)角正切值，總設(shè)備容量；——該干線或低壓母線上的額定電壓，V；——該干線變電站低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷電流，A；——需用系數(shù)2.2.3負(fù)荷計(jì)算根據(jù)用電負(fù)荷表及負(fù)荷計(jì)算公式計(jì)算負(fù)荷，具體計(jì)算方法如下：1）主井提升機(jī)=0.87×710=617.7(kW)2）副井提升機(jī)3)扇風(fēng)機(jī)14)扇風(fēng)機(jī)25)壓風(fēng)機(jī)6）工房7)修配廠同理可得其他負(fù)荷的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷為表2-1其他設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷設(shè)備名稱(chēng)地面低壓576461738洗煤廠8476611075排水泵264155.83306.7井下低壓184615332400則計(jì)算出井下6kV母線上的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷為：=(617.7+340+704+704+652.5+264)×0.9=2953.98(kW)=(401.505+238+472+472+371.9+155.83)×0.9=1900.1115(kW)同理可得380V線上各負(fù)荷的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷如下：=（360+270+576+847）×0.9=1839.6kW）=（234+238+461+661）×0.9=1434.6(kvar)=2332.38(kVA)=2953.98+1839.6=4793.58（kW）=1900.1115+1434.6=3334.7115(kvar)=3512.3+2332.38=5844.68(kVA)計(jì)算可得功率因數(shù)為：[1]。礦井所要求功率因數(shù)為0.9，故需用電容器補(bǔ)償。2.3功率因數(shù)補(bǔ)償2.3.1提高功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊饬x由于一般企業(yè)采用了大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變壓器等用電設(shè)備，特別近年來(lái)大功率電力電子拖動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用，企業(yè)供電系統(tǒng)除要供給有功功率外，還需要供給大量無(wú)功功率，使發(fā)電機(jī)和輸電設(shè)備的能力不能充分利用，并增加輸電線路的功率損耗和電壓損失，估提高用戶(hù)的功率因數(shù)有如下益處。1）提高電力系統(tǒng)的供電能力在發(fā)電和輸、配電設(shè)備的安裝容量一定時(shí)，提到用戶(hù)的功率因數(shù)相應(yīng)減少了無(wú)功功率的供給，則在同樣設(shè)備條件下，電力系統(tǒng)輸出的有功功率可以增加。2）降低網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗當(dāng)線路額定電壓和線路闡述的有功功率P及線路電阻R恒定時(shí)，則線路中的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比。3）減少網(wǎng)絡(luò)中的電壓損失，提高供電質(zhì)量由于用戶(hù)功率因數(shù)的提高，使網(wǎng)絡(luò)中的電流減少。因此，網(wǎng)絡(luò)的電壓損失減少，網(wǎng)絡(luò)末端用電設(shè)備的電壓質(zhì)量提高。4）降低電能成本從發(fā)電廠發(fā)出的電能有一定的總成本。提高功率因數(shù)可減少網(wǎng)絡(luò)和變壓器中的電能損耗。在發(fā)電設(shè)備容量不變的情況下，供給用戶(hù)的電能就相應(yīng)增多了，每度電的總成本就會(huì)降低。2.3.2提高功率因數(shù)的方法提高功率因數(shù)的關(guān)鍵是盡量減少電力系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備所需用的無(wú)功功率，特別是減少負(fù)荷從電網(wǎng)中取用的無(wú)功功率，使電網(wǎng)在輸送有功功率時(shí)，少輸送或不輸送無(wú)功功率。1）提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)。在生產(chǎn)中，盡量采用鼠籠式異步發(fā)電機(jī)，避免電動(dòng)機(jī)與變壓器的轉(zhuǎn)載運(yùn)行；對(duì)不需調(diào)速的大型設(shè)備，盡量采用同步機(jī)，采用高壓電動(dòng)機(jī)等。在本設(shè)計(jì)中，扇風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)就采用了同步電動(dòng)機(jī)，它對(duì)該礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)具有一定的補(bǔ)償作用。2）采用人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)的做法是采用供應(yīng)無(wú)功功率的設(shè)備來(lái)就地補(bǔ)償用電設(shè)備所需要的無(wú)功功率，以減少線路中的無(wú)功輸送。一般采用并聯(lián)電力電容器，利用電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率與電感負(fù)載產(chǎn)生無(wú)功功率進(jìn)行交換，從而減少了負(fù)載向電網(wǎng)吸取無(wú)功功率。并聯(lián)電容器補(bǔ)償法具有投資省、有功功率損耗小、運(yùn)行維護(hù)方便、故障范圍小、無(wú)振動(dòng)與噪聲、安裝地點(diǎn)較為靈活。2.3.3電容器補(bǔ)償計(jì)算需要電容器的容量（2-16）式中——補(bǔ)償電容器的容量，單位：kvar——總有功功率，單位：kW——補(bǔ)償前的功率因數(shù)，——補(bǔ)償后的功率因數(shù),計(jì)算可知：=3334.71115×（0.75-0.49）=867(kvar)電容器采用雙星型接線接在變電所的二次母線上，因此選容量為30kvar，額定電壓為kV的電容器，裝于電容柜中，每柜裝9個(gè)，每柜容量為270kvar，則電容柜的總數(shù)為：N=867÷270=3.2取4個(gè)柜。利用電力電容補(bǔ)償.容量為＝270×4=1080補(bǔ)償后變電所總無(wú)功功率：＝3334.7-1080=2254.7補(bǔ)償后的功率因數(shù)：滿(mǎn)足要求3變電所主變壓器選擇3.1變壓器的選取原則供電變壓器是根據(jù)其使用環(huán)境條件、電壓等級(jí)及計(jì)算負(fù)荷選擇其形式和容量。變電所的容量是有其裝設(shè)的主變壓器容量所決定的。從供電的可靠性出發(fā)，變壓器臺(tái)數(shù)是越多越好。但變壓器臺(tái)數(shù)增加，開(kāi)關(guān)電器等設(shè)備以及變電所的建設(shè)投資都要增大。所以，變壓器臺(tái)數(shù)與容量的確定，應(yīng)全面考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，合理選擇。當(dāng)企業(yè)絕大多數(shù)負(fù)荷屬三級(jí)負(fù)荷，其少量負(fù)荷或由鄰近企業(yè)取得備用電源時(shí)，可裝設(shè)一臺(tái)變壓器。如企業(yè)的一、二級(jí)負(fù)荷較多，必須裝設(shè)兩臺(tái)變壓器。兩臺(tái)互為備用，并且當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)能承擔(dān)全部一、二及負(fù)荷。特殊情況下可裝設(shè)兩臺(tái)以上變壓器。例如分期建設(shè)大型企業(yè)，其變電站個(gè)數(shù)及變壓器臺(tái)數(shù)均可分期投建，從而臺(tái)數(shù)可能加多。3.2變壓器選擇計(jì)算按第二章計(jì)算出來(lái)的計(jì)算負(fù)荷進(jìn)行用電負(fù)荷分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇變壓器容量及臺(tái)數(shù)。其計(jì)算計(jì)算過(guò)程如下：1、用電負(fù)荷分析一級(jí)負(fù)荷：包括副提升機(jī)、主扇風(fēng)機(jī)、井下主排水泵各項(xiàng)，其總負(fù)荷為2184kW，占全礦總負(fù)荷的33.6%。二級(jí)負(fù)荷：包括主提升機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、選煤廠、地面低壓（生產(chǎn)負(fù)荷占75%）、一采區(qū)、二采區(qū)、井底車(chē)場(chǎng)各項(xiàng)，其總負(fù)荷為3171.5kW，占全礦總負(fù)荷的48.8%.三級(jí)負(fù)荷：包括礦綜合廠、機(jī)修廠、地面低壓負(fù)荷的15%、工人村、支農(nóng)各項(xiàng)，其總負(fù)荷為1142.5kW，占全礦總負(fù)荷的17.6%。2、根據(jù)礦井主變壓器的選擇條件，一般選兩臺(tái)，當(dāng)一臺(tái)故障停運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)必須保證一、二級(jí)負(fù)荷的用電。在上述分析中一、二級(jí)負(fù)荷占全礦總負(fù)荷的82.4%，當(dāng)兩臺(tái)變壓器中一臺(tái)停止運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)必須保證82.4%的正常供電，再考慮將來(lái)的發(fā)展情況，礦井不斷延伸，負(fù)荷不斷增加，故選用兩臺(tái)S7-8000/35型銅線雙繞組無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，其技術(shù)參數(shù)如表3-1所示：表3-1主變壓器技術(shù)參數(shù)型號(hào)S7容量(kVA)8000連接組別Y,d11電壓36/6.3阻抗電壓7.5空載電流0.8損耗（kW）空載11.5負(fù)載45.0兩臺(tái)主變壓器采用分列運(yùn)行方式，備用方式為暗備用。3.3變壓器損耗計(jì)算根據(jù)公式2-3計(jì)算主變壓器各項(xiàng)損耗空載無(wú)功損耗：kvar；滿(mǎn)載無(wú)功損耗：kvar；變壓器的負(fù)荷率，則有功損耗：kW；無(wú)功損耗：kvar；3.435kV側(cè)全礦負(fù)荷計(jì)算及功率因數(shù)校驗(yàn)有功功率kW無(wú)功功率kvar視在功率kVA35kV側(cè)功率因數(shù)校驗(yàn)>0.9滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.5變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的確定兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷值可由公式3-1確定。（3-1）如果S<Scr宜一臺(tái)運(yùn)行，如果S>Scr宜兩臺(tái)運(yùn)行。式中—經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臨界負(fù)荷，kVA；—變壓器額定容量，kVA；—變壓器空載有功損耗，kW；—變壓器空載無(wú)功損耗,kW—變壓器滿(mǎn)載有功損耗，kW；—變壓器滿(mǎn)載無(wú)功損耗，kvar；—無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，大型礦井一般取無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量kq=0.09本礦兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為：kVA故經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案為：當(dāng)實(shí)際負(fù)荷S<4724kW時(shí)，宜一臺(tái)運(yùn)行，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷S>4724kW時(shí)，宜兩臺(tái)運(yùn)行。4電氣主接線設(shè)計(jì)變電所的主接線是由各種電氣設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統(tǒng)的組成部分。它與電源回路數(shù)、電壓和負(fù)荷的大小、級(jí)別以及變壓器的臺(tái)數(shù)、容量等因素有關(guān)，所以變電所的主接線有多種形式。確定變電所的主接線對(duì)變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置及運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性等都有密切的關(guān)系，是變電所設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。4.1對(duì)主接線的基本要求在確定變電所主接線前，應(yīng)首先明確其基本要求：（1）安全可靠。應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，充分保證人身和設(shè)備的安全。此外，還應(yīng)負(fù)荷等級(jí)的不同采取相應(yīng)的接線方式來(lái)保證其不同的安全性和可靠性要求，不可片面強(qiáng)調(diào)其安全可靠性而造成不應(yīng)有的浪費(fèi)。（2）操作方便，運(yùn)行靈活。供電系統(tǒng)的接線應(yīng)保證工作人員在正常運(yùn)行和發(fā)生事故時(shí)，便于操作和維修，以及運(yùn)行靈活，倒閘方便。（3）經(jīng)濟(jì)合理。接線方式在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求和保證供電質(zhì)量的前提下應(yīng)力求簡(jiǎn)單，以減少設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。（4）便于發(fā)展。接線方式應(yīng)保證便于將來(lái)發(fā)展，同時(shí)能適應(yīng)分期建設(shè)的要求。4.2本所電氣主接線方案的確定4.2.1確定礦井35kV進(jìn)線回路35kV礦井變電所距上級(jí)供電電源6km，對(duì)上一級(jí)供電部門(mén)來(lái)說(shuō)是一級(jí)負(fù)荷，故上級(jí)礦井變電所對(duì)礦井采用有備用的雙回路供電，即35kV進(jìn)線為兩路架空線進(jìn)線。4.2.235kV、6kV主接線的確定為了保證對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行可靠供電，在企業(yè)變電所中廣泛采用由兩回電源受電和裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的橋式主接線。橋式接線分為外橋、內(nèi)橋全橋三種。因上一級(jí)變電站距本礦變電所為6km，對(duì)于35kV電壓等級(jí)來(lái)說(shuō)，輸電線路不遠(yuǎn)，可以選外僑，但為了提高礦井供電的可靠性和運(yùn)行的靈活性，選用全橋更合適。故確定本礦35kV側(cè)為雙回路的全橋接線系統(tǒng)。35kV架空線路由兩條線路送到本礦變電所，正常時(shí)兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行。6kV主接線根據(jù)礦井為一級(jí)負(fù)荷的要求及主變壓器是兩臺(tái)的情況確定為單母線分段的接線方式。35kV母線和6kV母線，正常時(shí)均處于斷開(kāi)狀態(tài)。母線分段用斷路器分段，這不僅便于分段檢修母線，而且可減少母線故障影響范圍，提高供電的可靠性和靈活性。4.2.3下井電纜回?cái)?shù)的確定由表2-1可知，井下的計(jì)算負(fù)荷為：kW,kW；kvar，kvar；kVA，kVA;井下總負(fù)荷電流為：A規(guī)程規(guī)定，下井電纜必須采用銅芯，又因?yàn)榫麻_(kāi)關(guān)的額定電流有限且當(dāng)一回電纜因故障停止供電時(shí)，其它電纜應(yīng)能滿(mǎn)足井下全部負(fù)荷的供電任務(wù)，由此確定下井電纜回?cái)?shù)為4。5短路電流計(jì)算5.1短路電流計(jì)算的目的研究供電系統(tǒng)的短路并計(jì)算各種情況下的短路電流，對(duì)供電系統(tǒng)的擬定、運(yùn)行方式的比較、電氣設(shè)備的選擇及繼電保護(hù)整定都有重要意義。短路產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，為了限制短路的危害和縮小故障影響范圍，在供電設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，必須進(jìn)行短路電流計(jì)算，以解決些列技術(shù)問(wèn)題。選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。設(shè)置和整定繼電保護(hù)裝置，使之能正確地切除短路故障。確定限流措施，當(dāng)短路電流過(guò)大造成設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采取限制短路電流的措施。確定合理的主接線方案和主要運(yùn)行方式等。5.2短路電流計(jì)算中應(yīng)計(jì)算的數(shù)值短路電流,即三相短路電流周期分量第一周期的有效值。它可供計(jì)算繼電保護(hù)裝置的整定值和計(jì)算短路沖擊電流及短路全電流最大有效值之用。2、三相短路容量，用來(lái)判斷母線短路容量是否超過(guò)規(guī)定值、作為選擇限流電抗器的依據(jù)，并可供下一級(jí)變電所計(jì)算短路電流之用；3、短路電流穩(wěn)態(tài)有效值,可用來(lái)校驗(yàn)設(shè)備、母線及電纜的熱穩(wěn)定性；4、短路沖擊電流及短路全電流最大有效值，可用來(lái)校驗(yàn)電器設(shè)備、載流導(dǎo)體及母線的動(dòng)穩(wěn)定性。5.3三相短路電流計(jì)算計(jì)算的步驟1、根據(jù)供電系統(tǒng)繪制等值網(wǎng)絡(luò)（1）選取基準(zhǔn)容量Sj和基準(zhǔn)電壓Uj，并根據(jù)公式?jīng)Q定基準(zhǔn)電流值Ij。（2）求出系統(tǒng)各元件的標(biāo)么基準(zhǔn)電抗，將計(jì)算結(jié)果標(biāo)注在等值網(wǎng)絡(luò)圖上。（3）按等值網(wǎng)絡(luò)各元件的聯(lián)接情況，求出由電源到短路點(diǎn)的總阻抗。（4）按歐姆定律求短路電流標(biāo)么值：對(duì)于電源是無(wú)限大容量的系統(tǒng)，其短路電流標(biāo)么值可按公式5-1求出：（5-1）且短路后各種時(shí)間的短路電流標(biāo)么值與短路容量標(biāo)么值都相等，即（5）求短路電流和短路容量；為了向供電設(shè)計(jì)提供所需的資料，應(yīng)下列短路電流和短路容量：①求出次暫態(tài)短路電流和短路容量；；②求出短路沖擊電流和短路全電流最大有效值kAMVA(5-2)kAkA5.4短路電流計(jì)算過(guò)程短路電流計(jì)算系統(tǒng)如圖4-5所示，短路點(diǎn)選取35kV母線側(cè)、6kV母線側(cè)及6kV各出線回路末端，各元件參數(shù)可由表1-1中獲得。輸電線路、主變壓器和下井電纜均為一臺(tái)（路）工作，一臺(tái)（路）備用。該電源為無(wú)限大容量，其電抗標(biāo)么值,最大運(yùn)行方式下，系統(tǒng)阻抗為=0.36，最小運(yùn)行方式下，系統(tǒng)阻抗為=0.69，離上一級(jí)變電所距離為6km。主變壓器為兩臺(tái)，每臺(tái)容量為8000kVA，=7.5。線路電抗：對(duì)于電纜=0.08Ω/km，架空線=0.4Ω/km。此外，當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)在同一地點(diǎn)總裝機(jī)容量大于1000kW時(shí)，高壓異步電動(dòng)機(jī)在同一地點(diǎn)的同時(shí)運(yùn)行的總裝機(jī)容量大于800kW且短路點(diǎn)就在異步電動(dòng)機(jī)端頭時(shí)，要考慮其作為附加電源對(duì)短路電流的影響。1、選取基準(zhǔn)容量=100MVA計(jì)算點(diǎn)時(shí)，選取=37kV，kA計(jì)算點(diǎn)時(shí)，選取=6.3kV，kA2、計(jì)算各元件的電抗標(biāo)幺值（1）系統(tǒng)電抗：最大運(yùn)行方式下，=0.36最小運(yùn)行方式下，=0.69（2）35kV進(jìn)線（架空線）:（3）主變壓器:（4）主提升機(jī)、副提升機(jī)(電纜):（5）主扇風(fēng)機(jī)（架空線）：（6）壓風(fēng)機(jī)（電纜）：（7）礦綜合廠（架空線）：（8）機(jī)修廠（電纜）：（9）選煤廠（電纜）：（10）地面低壓（兩臺(tái)分列運(yùn)行）：由于變壓器在所內(nèi)，只計(jì)算變壓器阻抗，不計(jì)線路（11）工人村（架空線）：（12）支農(nóng)（架空線）：（13）下井電纜：（14）主提升機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)）：式中—異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流標(biāo)么值，一般取=5。（15）主扇風(fēng)機(jī)（同步電動(dòng)機(jī)）：其中為同步電動(dòng)機(jī)次暫態(tài)的額定容量標(biāo)么值。等值電路圖如圖5-1所示，圖中元件所標(biāo)的分?jǐn)?shù)，分子表示元件編號(hào)，分母表示元件電抗標(biāo)么值。圖5-1等值電路圖3、各短路點(diǎn)短路計(jì)算（1）點(diǎn)短路（35kV）①最大運(yùn)行方式下短路回路電抗標(biāo)么值為：短路電流標(biāo)么值：則：最大運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA②最小運(yùn)行方式下短路回路電抗標(biāo)么值為：短路電流標(biāo)么值：則：最小運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA（2）點(diǎn)短路（6kV母線）因主扇風(fēng)機(jī)（同步電動(dòng)機(jī)）、主提升機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)）均構(gòu)成附加電源，因此要考慮電動(dòng)機(jī)反饋的影響，但異步電動(dòng)機(jī)僅對(duì)短路沖擊電流有影響。S1支路提供的短路參數(shù)：①最大運(yùn)行方式下短路回路電抗標(biāo)么值為：短路電流標(biāo)么值：則：最大運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA②最小運(yùn)行方式下短路回路電抗標(biāo)么值為：短路電流標(biāo)么值：則：最小運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVAS2支路提供的短路參數(shù)：S2支路為異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的附加電源，故只考慮其對(duì)短路沖擊電流的影響。異步電動(dòng)機(jī)提供的沖擊電流可由公式5-3計(jì)算：（5-3）式中—電動(dòng)機(jī)的額定電流；—電動(dòng)機(jī)反饋電流沖擊系數(shù)，對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)取=1.4～1.6，對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)取=1—異步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)平均值=0.9，則：S2支路的額定電流為：（取=0.92）kAS2支路電抗為：由公式5-3可得，S2支路提供的短路沖擊電流為：kAS3支路提供的短路參數(shù)：取=0.92，=0.9，則該支路的額定電流為：kA考慮到同步電動(dòng)機(jī)一般裝有低壓保護(hù)裝置，當(dāng)t>0.2秒后，開(kāi)關(guān)跳閘，故它對(duì)穩(wěn)態(tài)短路電流無(wú)影響，利用+0.07=0.27（0.07是考慮查具有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線時(shí)，計(jì)算電抗需增加的數(shù)值）查具有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線，得：,則：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA故：①最大運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA ②最小運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA（3）點(diǎn)短路（下井電纜）①最大運(yùn)行方式下短路回路電抗標(biāo)么值為：短路電流標(biāo)么值：則：最大運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA②最小運(yùn)行方式下短路回路電抗標(biāo)么值為：短路電流標(biāo)么值：則：最小運(yùn)行方式下點(diǎn)短路時(shí)的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量：kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值：kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA其余各短路點(diǎn)參數(shù)計(jì)算方法與上述類(lèi)似，結(jié)果見(jiàn)5.6短路參數(shù)匯總表。5.5短路參數(shù)匯總表表5-1短路參數(shù)匯總表短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式kAkAkAMVAkAkAkAMVA35kV母線k12.897.374.391851.794.562.721156kV母線k26.918.4610.4974.25.7115.428.6861.2工人村k33.117.934.73342.757.014.1830礦綜合廠k44.6711.917.1513.9410.055.9943地面低壓k51.283.261.95141.193.031.8113下井電纜k65.9515.179.04654.9512.627.5254選煤廠k75.8614.948.91644.8512.377.3753壓風(fēng)機(jī)k86.0515.439.2664.9512.627.5254主扇風(fēng)機(jī)k94.0610.356.2743.23.699.415.6139.2主提升機(jī)k106.0516.299.2664.9513.487.5254副提升機(jī)k116.0515.439.2664.9512.627.5254機(jī)修廠k125.9515.179.04654.9512.627.5254支農(nóng)k132.295.843.48252.115.383.2123\5.6負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)表計(jì)算公式為表5-2負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)表負(fù)荷名稱(chēng)電壓負(fù)荷容量負(fù)荷電流主變一次側(cè)358000132主編二次側(cè)680007696kV母線68000769井下總負(fù)荷62584368主提升機(jī)685982.5副提升機(jī)663060.6主扇風(fēng)機(jī)692188.6壓風(fēng)機(jī)644442.7礦綜合廠0.38225341.8地面低壓0.38653999.2機(jī)修廠0.38381578.9選煤廠0.38625946.6工人村0.38377572.8支農(nóng)0.383104716變電所的防雷與接地6.1變配電所的防雷設(shè)計(jì)變電所是供電系統(tǒng)的樞紐，一旦遭到雷擊造成停電故障，將會(huì)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活造成很大的影響，故必須裝設(shè)可靠的防雷設(shè)備，對(duì)直擊雷和線路侵入的雷電波進(jìn)行防護(hù)。故本設(shè)計(jì)在35kV線路上各裝設(shè)一組FZ-35型避雷器，并在6kV側(cè)的兩段母線上裝設(shè)兩組FZ-6型閥型避雷器，置于互感器內(nèi)，為了限制入侵波的幅值及陡度，保證閥型避雷器的應(yīng)有工作條件，變電所進(jìn)線段設(shè)置保護(hù)，在變電所四周設(shè)置四根避雷針。6.1.1變電所的防雷措施1、35kV進(jìn)線段保護(hù)在進(jìn)入變電所前兩公里的線段上設(shè)置GJ-35型避雷線，并在進(jìn)入變電所時(shí)在35kV進(jìn)線處裝設(shè)管型避雷器，據(jù)35kV母線的最大短路電流為2.89kA，最小短路電流為1.79kA的條件選用GXS135/0.5～4型管型避雷器,其斷流量下限為0.5kA,上限為4kA，滿(mǎn)足要求。2、裝設(shè)避雷針母線架高5.5米，進(jìn)出線門(mén)型架高7.3米。（1）避雷針的布置布置如圖6-1所示，在變電所四周裝設(shè)四支避雷針，每支針距構(gòu)件在5米以上，接地體在地下應(yīng)與設(shè)備接地線相距3米以上。圖6-1避雷針布置圖（2）避雷針有效高度的計(jì)算避雷針的高度圖中四支避雷針?biāo)纬傻拈L(zhǎng)方形可將其分為兩個(gè)三角形，每個(gè)三角形外側(cè)按雙支避雷針的方法計(jì)算，當(dāng)三角形相鄰各對(duì)避雷針的時(shí)，則全部面積被保護(hù)。由雙支避雷針保護(hù)范圍計(jì)算可知，當(dāng)時(shí)，其條件為,針1、2的距離等于針3、4的距離，即針1、3的距離等針2、4的距離，即針1、4的距離等針2、3的距離，即由以上計(jì)算可知，針1、2的高度為7.3+4=11.3m，針3、4的高度為為7.3+6.18=13.48m，考慮留有一定富裕度取19m，兩針間距與針高之比不宜大于5，故選用19m高避雷針。（3）被保護(hù)物高度水平面上的保護(hù)半徑的計(jì)算（4）各針間的水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小保護(hù)寬度的計(jì)算針1、2保護(hù)范圍離兩針安裝地平面的最低高度針1與3等于針2與4針1與4等于針2與3量取各D/2作相應(yīng)的兩針間連接的中垂線，量取各相應(yīng)的值，由端點(diǎn)作對(duì)應(yīng)針的保護(hù)圓的切線，即得全部保護(hù)范圍。若變電所的所有被保護(hù)物均被包括在內(nèi)，即達(dá)到保護(hù)要求。從上述計(jì)算可知，均大于零，即變電所全部被保護(hù)在其保護(hù)范圍。 （5）避雷針的接地避雷針的接地采用獨(dú)立的接地般，與所內(nèi)接地網(wǎng)應(yīng)保持5米間距，采用5根直徑50mm，2.5m長(zhǎng)的鍍鋅鋼管構(gòu)成多邊形，40ⅹ4的鍍鋅扁鋼引至墻外，埋入0.35米深的凍土層。接地電阻的計(jì)算防止直擊雷及防高電位的侵入工頻電阻和沖擊接地電阻為：工頻電阻為：沖擊接地電阻為：防感應(yīng)雷工頻接地電阻：3、高壓側(cè)裝設(shè)閥式避雷器主要用來(lái)保護(hù)主變壓器，以免雷電流沖擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞了變電所這一最關(guān)鍵的設(shè)備。為此要求避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器安裝，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地中性點(diǎn)及金屬外殼連在一起接地，6.2接地裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算6.2.1保護(hù)接地方案設(shè)計(jì)本所地質(zhì)為砂質(zhì)粘土，凍土層厚0.35米，土壤電阻率100，擬采用水平接地長(zhǎng)網(wǎng)，埋于0.8米深的凍土之下，和變電所共用一個(gè)接地裝置，查得扁鋼接地電阻為1Ω時(shí)，40ⅹ4扁鋼約為200米長(zhǎng)，，在室內(nèi)外均鋪設(shè)人工接地網(wǎng)，采用長(zhǎng)孔網(wǎng)布置，且將邊角作成圓弧狀，以減弱該處場(chǎng)強(qiáng)。6.2.2保護(hù)接地裝置計(jì)算(1)6kV接地電流本所6kV電纜長(zhǎng)度=16.1km，6kV架空線網(wǎng)