变电所设计课程设计

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变电所设计《矿山电工学》 课程设计说明书

设计题目: 35/6kv变电所设计

助学院校: 河南理工大学 自考助学专业: 机电设备与管理

姓 名: 聂梦栩 自考助学学号: 040213200192 成 绩: 指导教师签名:

河南理工大学成人高等教育 2O14 年 10 月 31 日

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目 录

摘 要 ..................................................................................................................... I 第 一 章 负荷计算与功率因数补偿 ................................................................... 1 1.1 概述 ................................................................................................................ 1 1.2 计算各组负荷与填表 .................................................................................... 4 1.3 各低压变压器的选择与损耗计算 ................................................................ 6

1.3.1 机修厂、工人村与支农变压器 ........................................................... 6 1.3.2 地面低压动力变压器 ........................................................................... 6 1.3.3 洗煤厂变压器 ....................................................................................... 6 1.3.4 各变压器功率损耗计算 ....................................................................... 6 1.4 计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器 ................................... 7 1.5 功率因数补偿与电容器柜选择 .................................................................... 8

1.5.1 选择思路 ............................................................................................... 8 1.5.2 无补偿时主变压器的损耗计算 ........................................................... 8 1.5.3 35kV侧补偿前的负荷与功率因数 ...................................................... 9 1.5.4 计算选择电容器柜与实际补偿容量 ................................................... 9 1.5.5 补偿后6kV侧的计算负荷与功率因数 ............................................ 10 1.5.6 补偿后主变压器最大损耗计算 ......................................................... 10 1.5.7 补偿后35kV侧的计算负荷与功率因数校验 .................................. 10 1.6 主变压器校验及经济运行方案 .................................................................. 11 1.7 全矿电耗与吨煤电耗计算 .......................................................................... 11 1.8 拟定绘制矿井地面供电系统一次接线图 .................................................. 12 第 二 章 供电系统短路电流计算 ..................................................................... 14 2.1 概述 .............................................................................................................. 14 2.2 选取短路计算点并绘制等效计算图 .......................................................... 15 2.3 计算各元件的标么电抗 .............................................................................. 16

2.3.1 电源的电抗 ......................................................................................... 16 2.3.2 变压器电抗 ......................................................................................... 16 2.3.3 线路电抗 ............................................................................................. 17 2.4 计算各短路点的短路参数 .......................................................................... 17

2.4.1 K35点短路电流计算 ......................................................................... 18

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2.4.2 K66点短路电流计算 .......................................................................... 18

'2.4.3 K21点短路电流计算（折算到6kV侧） .......................................... 19

2.4.4 井下母线短路容量计算（K7点） .................................................... 20 2.5 设计计算选择结果汇总 .............................................................................. 23 第 三 章 35kV高压电气设备选择 ................................................................... 24 3.1 概述 .............................................................................................................. 24 3.2 高压断路器的选择 ...................................................................................... 24

3.2.1 按当地环境条件校验 ......................................................................... 24 3.2.2 按短路条件校验 ................................................................................. 25 3.3 隔离开关的选择 .......................................................................................... 25 3.4 电流互感器选择 .......................................................................................... 26 3.5 电压互感器的选择 ...................................................................................... 27 3.6 35kV避雷器的选择 ..................................................................................... 28 3.7 6kV电气设备选择 ....................................................................................... 28

3.7.1 开关柜方案编号选择 ......................................................................... 28 3.7.2 高压开关柜校验 ................................................................................. 29 3.7.3 36kV母线选择 .................................................................................... 30 3.7.4 6kV支柱绝缘子的选择 ...................................................................... 31 3.7.5 穿墙套管的选择 ................................................................................. 31 3.8 动稳定校验 .................................................................................................. 32 3.9 热稳定校验 .................................................................................................. 32 3.10 选择结果汇总 ............................................................................................ 33

3.10.1 35kV电气设备 .................................................................................. 33 3.10.2 6kV电气设备 .................................................................................... 33 第 四 章 电力线路选择 ..................................................................................... 35 4.1 概述 .............................................................................................................. 35 4.2 35kV电源架空线路选择 ............................................................................. 35

4.2.1 架空导线型号选择 ............................................................................. 35 4.2.2 按经济电流密度初选导线截面 ......................................................... 36 4.2.3 按长时允许负荷电流校验导线截面 ................................................. 36 4.2.4 按机械强度校验导线截面 ................................................................. 37 4.3 主、副井提升机6kV电缆线路选择 ......................................................... 37

4.3.1 6kV电缆型号选择 .............................................................................. 37

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4.3.2 按经济电流密度选择主井、副井6kV电源电缆电截面 ................ 37 4.3.3 按长时允许负荷电流校验 ................................................................. 38 4.3.4 按允许电压损失校验电缆截面 ......................................................... 38 4.3.5 按短路电流校验电缆的热稳定 ......................................................... 38 4.4 6kV下井电缆选择 ....................................................................................... 39

4.4.1 6kV下井电揽型号选择 ...................................................................... 39 4.4.2 按经济电流密度选择下井电缆截面 ................................................. 40 4.4.3 按长时允许负荷电流校验 ................................................................. 40 4.4.4 按允许电压损失校验电缆截面 ......................................................... 40 4.4.5 按短路电流校验电缆的热稳定 ......................................................... 41 4.5 压风机等其他负荷组6kV电缆线路选择 ................................................. 41 4.6 扇风机1等其他负荷组6kV架空线路选择 ............................................. 42

4.6.1 扇风机1架空导线型号选择 ............................................................. 42 4.6.2 按经济电流密度初选导线截面 ......................................................... 42 4.6.3 按长时允许负荷电流校验导线截面 ................................................. 42 4.6.4 按允许电压损失校验导线截面 ......................................................... 43 4.6.5 按机械强度校验导线截面 ................................................................. 43 4.7 选择计算结果汇总 ...................................................................................... 43 课程设计的收获和建议 ....................................................................................... 48 参考文献 ............................................................................................................... 48

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第 一 章 负荷计算与功率因数补偿

1.1 概述

工矿企业负荷计算，首先需收集必要的负荷资料，按表1-1的格式做成

负荷统计计算表，计算或查表求出各负荷的需用系数和功率因数，然后由低压到高压逐级计算各组负荷，在进行负荷归总时，应计入各低压变压器的损耗，考虑组间同时系数后，就可求得矿井６kV母线上的总计算负荷，作为初选主变压器台数容量的主要依据．

功率因数的补偿计算与主变压器的容量、负荷率及运行方式密不可分，题意是要求将35kV母线的功率因数提高到0.9以上，故应将主变压器的功率损耗也计入总的负荷中，在计算过程中将会存在估算与最后验算的反复。

拟定供电系统，主要是综合考虑矿井负荷性质，主变压器的台数、容量及电源线的情况来决定矿井地面35／6kV变电所的主接线方式。并绘制供电系统一次接线图。

本章可按以下八步去计算。

（一）计算各组负荷并填入表1-1中11～14各栏。 （二）选择各低压变压器并计算其损耗。

（三）计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器。 （四）功率因数补偿计算与电容器柜选择。 （五）主变压器校验及经济运行。 （六）全矿电耗与吨煤电耗计算。

（七）拟定并绘制矿井地面供电系统一次接线图。 （八）设计计算选择结果汇总。

某年产90万吨原煤的煤矿，其供电设计所需的基本原始数据如下：矿年产量：90万吨；服务年限：75年；矿井沼气等级：煤与沼气突出矿井；立井深度：

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0.36 km ；冻土厚度： 0.35 m ； 矿井地面土质：一般黑土；两回35kV架空电源线路长度： L1＝L2＝6.5km；两回35kV电源上级出线断路器过流保护动作时间：

t1＝t2＝2.5s；本所35kV电源母线上最大运行方式下的系统电抗：

Xsmin＝0.12（Sd＝100MVA）；本所35kV电源母线上最小运行方式下的系统电抗Sal＝100MVA；：Xs.max＝0.22（Sd＝100MVA）；井下6kV母线上允许短路容量：电

费收取办法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费；本所35kV母线上补偿后平均功率因数要求值：cos35.a0.9；

地区日最高气温： m＝44℃； 最热月室外最高气温月平均值：m. o＝42℃； 最热月室内最高气温月平均值：m. i＝32℃； 最热月土壤最高气温月平均值：m. s＝27℃。

全矿负荷统计分组及有关需用系数、功率因数等如表1-1所示。 表1-1 全矿负荷统计分组表

安装 设 备 名 称 负 荷 等 级 电压 V 单线 电 路 机 类 类 型 型 机 容量 kW 台数 ―― 工作 台数 1 1 主机提升 2 副井提升 3 扇风机1 4 扇风机2 5 压风机 6 地面低压 7 机修厂 8 洗煤厂 9工人村 变电所设计

2 2 1 1 1 1 1 3 2 3 3 4 5 Y Y T T T 6 7 8 1000 630 800 800 500 870 750 920 480 9 0.95 0.94 0.88 0.88 0.9 0.72 0.6 0.75 0.76 10 0.85 0.84 -0.91 -0.91 -0. 0.78 0.7 0.78 0.85 11 0.28 0.20 1.5 1.5 0.36 0.05 0.20 0.46 2.0 工 作 设 备 总容量 kW 需用 系数 Kd 功率 因数 cosφ 离35kV 变电所 的距离 km 6000 C 6000 C 6000 k 6000 k 6000 C 380 380 380 380 C C K K 1000 1/1 630 800 800 250 1/1 2/1 2/1 4/2 8

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10支农 3 380 K X X 500 5/3 360 1500 2378 0.75 0.88 0.7 0.85 0.86 0.76 2.7 0.65 11主排水泵 1 12井下低压 2 6000 C 660 C 变电所设计

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注1：线路类型：C——电缆线路；k——架空线路。

注2：电机型式：Y——绕线异步；X——鼠笼异步；D——直流；T——同步。

试对该矿地面35／6kV变电所初步设计中的负荷计算、主变压器选择、功率因数补偿及供电系统拟定等各内容进行设计计算。

1.2 计算各组负荷与填表

利用表1-1中8～11各列的数据和公式,分别算出各设备或设备组的Pca、Qca、及Sca,并填入表1-1中12～14列。

例如，对于主井提升机有

Pca.1Kd1PN10.951000950 kW Qca.1tanPca.10.629505 kvar

ScaPca2Qca29502521118kVA

又如，对于扇风机1，由同步电动机拖动，表1-2中其cosφ标出负值，其原因是：同步电动机当负荷率＞0.9，且在过励磁的条件下，其功率因数超前，向电网发送无功功率，故为负值。此时同步电动机的无功补偿率约为40～60%，近似计算取50%，故其补偿能力可按下式计算：

Pca.3Kd3PN30.88800704 kW

Qca.3 0.5（Pca.3tan3）0.5［704（－0.46）］－162 kvar

Sca3Pca.32Qca.327042162b2722kVA

同理可得其余各组数据见表2－。

在表1-1的合计栏中，合计有功负荷9591 kW和无功负荷5357 kvar是表中12列、13列的代数和，而视在负荷10986 kVA，则是据上述两个数值按公式计算得出，视在容量的代数和无意义。

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表1-2 全矿负荷统计分组表

安装 设 备 名 称 负 荷 等 级 电压 V 单线 电 路 机 类 类 型 型 机 容量 kW 台数 ―― 工作 台数 1 1 主机提升 2 副井提升 3 扇风机1 4 扇风机2 5 压风机 6 地面低压 7 机修厂 8 洗煤厂 9工人村 10支农 2 2 1 1 1 1 1 3 2 3 3 3 4 5 Y Y T T T X X 6 7 8 1000 630 800 800 500 870 750 920 480 360 1500 2378 9 0.95 0.94 0.88 0.88 0.9 0.72 0.6 0.75 0.76 0.75 0.88 0.7 10 0.85 6000 C 6000 k 6000 k 6000 C 380 380 380 380 380 C C K K K 630 800 800 250 500 1/1 2/1 2/1 4/2 5/3 0.84 -0.91 -0.91 -0. 0.78 0.7 0.78 0.85 0.85 11主排水泵 1 12井下低压 2 13合计 6000 C 660 C 0.86 0.76 950 592 704 704 450 626 450 690 365 270 2125 1665 ∑Pca 9591 11 12 13 14 工 作 设 备 总容量 kW 需用 系数 Kd 功率 因数 cosφ 计算容量 离35kV 变电所 的距离 km 有功 kW 无功 kvar 视在 kVA 6000 C 1000 1/1 5 385 -162 -162 -115 501 459 552 226 167 1475 1442 ∑Qca 5357 1118 706 722 722 465 802 3 884 429 317 2587 2203 S c a∑ 10986 0.28 0.20 1.5 1.5 0.36 0.05 0.20 0.46 2.0 2.7 0.65 变电所设计

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注1：线路类型：C——电缆线路；k——架空线路。

注2：电机型式：Y——绕线异步；X——鼠笼异步；D——直流；T——同步

1.3 各低压变压器的选择与损耗计算

因采用高压6kV集中补偿功率因数，故对各低压变压器均无补偿作用，选择时据表1-2中的计算视在容量按公式的原则进行。

1.3.1 机修厂、工人村与支农变压器

查附表1分别选用S9-800，6／0.4kV、S9-500，6／0.4kV、S9-400，6／0.4kV型三相油浸自冷式铜线电力变压器各一台。

1.3.2 地面低压动力变压器

选用两台S9-800，6／0.4kV型铜线电力变压器。

1.3.3 洗煤厂变压器

选用两台S9-800，6／0.4kV型铜线电力变压器。

1.3.4 各变压器功率损耗计算

单台变压器的功率损耗按公式计算；两台变压器一般为分列运行，其功率损耗应为按0.5β运行的单台变压器损耗的两倍；对于井下低压负荷，因表2－9中未作分组，故不选变压器，其损耗按近似公式计算。

例如，对于500kVA工人村变压器，据附表1中的有关参数，可算得

s429pTp0pKca154.7KW

500SNT22变电所设计

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1.444292I0%UK%2QTSNT50021.7kvar 2100100100100500又如，对于地面低压两台800 kVA变压器，同样可算得

221Sca802PT2P0PK21.457.26.5KW 28002SNT1.24.58052I0%UK%2QT2SNT280037kvar

1001001001002800井下低压负荷的变压器损耗,按近似公式计算，即

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

同理可得其它各低压变压器的损耗如表2－10所示。

表1-3 各低压变压器功率损耗计算结果

负荷名称 ST.N，kVA 地面低压 2×800 6.5 机修厂 800 6.1 32.9 洗煤厂 2×800 7.3 41 工人村 500 4.7 21.7 支 农 400 3.5 15.7 井下低压 (2196) 33 132 ΔPT，kW 合计 ΔQT，kvar 37 ΣΔPT＝61kW；ΣΔQT＝280kvar

1.4 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=9591 kW，故查表1-3得Ksi=0.85，忽略矿内高压线路的功率损耗，变电所6kV母线补偿前的总负荷为

Pca.6Ksi(PcaPT)0.859591618204 kW Qca.6Ksi(QcaQt)0.8553572804792 kvar Sca6P2ca6Q2ca682042479229501KVA

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补偿前功率因数

cos6Pca.682040.8635 Sca.69501根据矿井一、二级负荷占的比重大与Sca.6=9501kVA，可初选两台主变压器，其型号容量按附表2选为SF7-10000，35／6.3kV，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、二级负荷的供电，并留有一定的发展余地。

1.5 功率因数补偿与电容器柜选择

1.5.1 选择思路

题意要求35kV侧的平均功率因数为0.9以上，但补偿电容器是装设联接在6kV母线上，而6kV母线上的总计算负荷并不包括主变压器的功率损耗，这里需要解决的问题是，6kV母线上的功率因数应补偿到何值才能使35kV侧的平均功率因数为0.9级以上?

分析解决此问题的思路如下：先计算无补偿时主变压器的最大功率损耗，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，并按公式（2－52）求出当功率因数提至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；考虑到矿井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，据此再算出实际补偿容量，最后重算变压器的损耗并校验35kV侧补偿后的功率因数。

1.5.2 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.695010.9501 SN.T10000变电所设计

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PTP02PK13.60.950125361 kW QTSN.T［I0%UK%（）2］10000(0.0080.0750.95012)757 kvar 100100以上△P0、△PK、I0％、UK％等参数由附表2查得。

1.5.3 35kV侧补偿前的负荷与功率因数

Pca.35Pca.6PT8204618265 kW Qca.35Qca.6QT47927575549 kvar

sca352222pca35Qca35826555499955KVA

cos35Pca.3582650.8302 Sca.3599551.5.4 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350.9，则 tan350.4843，取平均负荷系数Klo0.8，据公式可得

QcKloPca.35(tan35－tan'35)0.88265(0.6715－0.4843)1238 kvar

按表2－7选用GR-1C-08型，电压为6kV每柜容量qc=270 kvar的电容器柜，则柜数

NQc1238 4.6 qc270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

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Qc.caQc.f1620  2025 kvar Klo0.81.5.5 补偿后6kV侧的计算负荷与功率因数

Qca.6Qca.6－Qc.ca 4792－2025  2767 kvar

因补偿前后有功计算负荷不变，故有

'Sca62'222pca6Qca6820427678658KVA

cos6Pca.68204  0.948 Sca.686581.5.6 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

Sca.686580.8658 SN.T10000PTP02PK13.60.865825353 kW

SN.TQT［I0%UK%（）2］10000(0.0080.0750.86582)2 kvar 1001001.5.7 补偿后35kV侧的计算负荷与功率因数校验

Pca.35Pca.6PT  820453  8257 kW  27672 3409 kvar Qca.35Qca.6QT2235825723409233 kVASca35PcaQca35cos35Pca3582570.9240.9 Sca3533

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合乎要求。

1.6 主变压器校验及经济运行方案

由表1-3负荷统计计算表可知、全矿三级负荷约占总负荷的15%，故可取负荷保证系数Kgu=0.85。

则有SNTKguSca350.85337593 kVA＜10000 kVA 合乎要求。 按此参数亦可选容量为8000 kVA的主变压器，但设计上为了留有余地并考虑发展，选10000 kVA为宜。

两台主变压器经济运行的临界负荷可由公式求出，即

SecSNT2P0KqQ0PkKqQk

对于工矿企业变电所，可取Kq=0.06，上式ΔQ0、ΔQk由公式求得，临界负荷为

Sec10000213.60.060.008100006128KVA

530.060.07510000得经济运行方案为：当实际负荷S s＜6128 kVA时，宜于一台运行，当

S6128 kVA时，宜于两台同时分列运行。 s1.7 全矿电耗与吨煤电耗计算

按表1-4，一般大型矿井取上限。中小矿井取下限，取年最大负荷利用小时

T＝4500小时，故全矿年电耗 max'6APTmaxPmaxTmaxPca 4500825737.110kwh 35吨煤电耗为

AP37.1106At 41.2kwht

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1.8 拟定绘制矿井地面供电系统一次接线图

拟定矿井地面供电系统图，应从35kV电源线开始，依次确定电源进线回路、35kV和6kV主接线，再考虑各6kV负荷的分配与联接来构思。至于下井电缆的回路数，主要由负荷电流和井下开关最大额定电流，并兼顾是否设置限流电抗器来统筹考虑。最后绘制地面供电系统一次接线图。

1．电源进线与主接线

按已知原始数据，上级变电所提供两回35kV架空电源线路，故电源进线回路为2。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则可采用单母线分两段的接线方式。

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（～80m），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。具体分配方案见图2。

3．下井电缆回数确定

由表2－9中11、12行，考虑0.96的同时系数得井下总负荷为

Pca 0.9621251665 3684 kW Qca 0.9614751442 2800 kvar

ScaP2Q236842280024627KVA

caca井下最大长时负荷电流（计算电流）

Ilo.mIcaSca4627445 A 3UN36变电所设计

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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时，其它电缆应能满足井下全部负荷的供电。所以，本例至少应选用3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。

至于下井电缆上是否串接限流电抗器，应在短路计算完成后，根据井下6kV母线上的短路容量是否超出原始资料中不大于100MVA的要求来决定。经粗略估算，本例可以不设置限流电抗器。

4．绘制供电系统图

据以上的计算分析比较，可绘得该矿井地面变电所供电系统一次接线如图2

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第 二 章 供电系统短路电流计算

2.1 概述

本章要求对图2所示的供电系统进行短路计算，故根据短路计算的目的，首先要在图1上选定合理的短路计算点，并根据此绘制等效短路计算图。对于工矿企业35/6～10kV供电系统，一般为无限大电源容量系统，正常运行方式常为全分列方式或一路使用、一路备用方式，电路相对简单，故可在等效短路计算图中直接进行阻抗的串、并联运算，以求得各短路点的等效总阻抗，进而求得各短路参数。本题可按以下四步求解。

一、选取短路计算点并绘制等效计算图 二、选择计算各基准值 三、计算各元件的标么电抗

四、计算各短路点的总标么电抗与短路参数

按前面给定的条件，对图2所示的供电系统进行短路电流计算。要求计算出有关短路点最大运行方式下的三相短路电流、短路电流冲击值以及最小运行方式下的两相短路电流。

根据第一章的计算可列出短路电流计算所需的原始资料如下：该矿地面变电所35kV采用全桥接线，6kV采用单母分段接线；主变压器型号为SF7－10000，35/6.3型，Uk%=7.5；地面低压变压器型号为S9－800，6／0.4型，U k%= 4.5；35kV电源进线为双回路架空线路，线路长度为6.5km；系统电抗在最大运行方式: X*s.min =0.12，在最小运行方式: X*s.max =0.22。

6kV母线上的线路类型及线路长度如表3－7所示。

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表2－7 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 8 9 1 0 1 1 设备名称 主井提升 副井提升 扇风机1 扇风机2 压风机 地面低压 机修厂 洗煤厂 工人村 支农 井下6kV母线 电压（kV） 距6kV母线距离(km) 线路类型 6 6 6 6 6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 6 0.28 0.2 1.5 1.5 0.36 0.05 0.2 0.46 2 2.7 0.65 C C K K C C C K K K C 注：C—电缆线路 K—架空线路

2.2 选取短路计算点并绘制等效计算图

一般选取各线路始、末端作为短路计算点，线路始端的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。故本题在图2中可选35kV母线，6kV母线和各6kV出现末端为短路计算点。

由于本题35/6kV变电所正常运行方式为全分列方式，故任意点的短路电流由系统电源通过本回路提供，且各短路点的最大、最小短路电流仅与系统的运行方式有关，故可画得如图1所示的等效短路计算图。

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图1 等效短路计算图 选择计算各基准值

选基准容量Sd＝100MVA，基准电压Ud1＝37kV，Ud2＝6.3kV，Ud3＝0.4kV 则可求得各级基准电流为

Id1Id2sd1001.5605KA

3Ud1337sd1009.16KA 3Ud236.3Id3sd100144.3376KA 3Ud330.4

2.3 计算各元件的标么电抗

2.3.1 电源的电抗

X*s.max＝0.22；X*s.min＝0.12

2.3.2 变压器电抗

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主变压器电抗 X*T1Uk%Sa1000.0750.75 SNT110Sd1000.0455.625 SNT20.8地面低压变压器电抗 X*T5Uk%2.3.3 线路电抗

35kV

X*llX0架空线电抗

Sd1006.50.46.50.029220.19 22Ud371

下井电缆电抗 X*70.650.081000.650.201560.131 26.31001.51.00781.5117 26.3扇风机1馈电线路电抗 X*111.50.4扇风机2馈电线路电抗 X*131.51.00781.5117 主井提升馈电线路电抗 X*160.280.201560.054 副井提升馈电线路电抗 X*170.20.201560.0403

X*190.360.201560.0726 压风机馈电线路电抗 地面低压馈电线路电抗 X*210.050.201560.0101 洗煤厂馈电线路电抗 X*230.461.00780.4636 工人村馈电线路电抗 X*2721.00782..0156 机修厂馈电线路电抗 X*28 0.20.201560.0403 支农馈电线路电抗 X*302.71.00782.7211

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2.4 计算各短路点的短路参数

2.4.1 K35点短路电流计算

1．最大运行方式下的三相短路电流

X*35. m＝X*s.min X*l＝0.120.19＝0.3099

I*35. m＝11＝＝3.2268 350.3099I335. m＝I*35.mId1＝3.22681.5605＝5.05 kA

ish.35＝2.55 I(3)35.m＝2.555.05＝12.88kA Ish.35＝1.52 I(3)35.m＝1.525.05＝7.68 kA

S35＝I*35.mSd＝3.2268100＝322.68MVA 2．最小运行方式下的两相短路电流

X*35. n＝X*s.max X*l＝0.220.19＝0.4099

I*35.n＝11＝＝2.4396 0.409935nI(3)35.n＝I*35. nId1＝2.43961.5605＝4.03kA I(2)35. n＝0.866 I(3)35.n＝0.8664.03＝3.49 kA

2.4.2 K66点短路电流计算

1．最大运行方式下的三相短路电流

X*66. mX*35.m X*T10.30990. 751.0599

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I*66. m110.9435 1.059966I(3)66. m＝I*66.mId2＝0.94359.16＝8.65 kA ish.66＝2.55I(3)66.m＝2.558.65＝22.06kA Ish.66＝1.52I(3)66m＝1.528.65＝13.15 kA S66＝I*66mSd＝0.9435100＝94.35MVA

2．最小运行方式下的两相短路电流

X*66. n＝X*35.n X*T1＝0.40990.751.1599

I*66.n＝11＝＝0.8621 1.159966nII3*＝I0.86219.16＝7.90kA 66.n66. nId2＝2(3)＝0.866 I＝0.8667.90＝6.84 kA 66. n66.n'2.4.3 K21点短路电流计算（折算到6kV侧）

1．最大运行方式下的三相短路电流

X*21.m＝X*66.mX*21X*T5＝1.05990.01015.625＝6.695

I*21. m110.1494 21m6.6956kV侧的短路电流参数

I321. m＝I*21.mId3＝0.14949.16＝1.37 kA

Ish.21＝2.55I(3)21.m＝2.551.373.49kA Ish.21＝1.52I(3)21.m＝1.521.37＝2.08 kA

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S21＝I*2.mSd＝0.1494100＝14.94MVA

2．最小运行方式下的两相短路电流

X*21. n＝X*66.n X*21 X*T5＝1.15990.01010.40995.6256.795

I*21.n110.1472 6.79521n6kV侧的最小两相短路电流为

I(3)21.n＝I*21.nId2＝0.14729.16＝1.35kA I(2)21. n＝0.866 I(3)21.n＝0.8661.35＝1.17 kA

2.4.4 井下母线短路容量计算（K7点）

井下6kV母线距井上35kV变电所的最小距离是：副井距35kV变电站距离+井深+距井下变电所的距离，即l70.20.360.090.65（km），其电抗标么值为

X*l7＝X0l7Sd100＝0.080.65＝0.131 22Ud26.3最大运行方式下井下母线短路的标么电抗为

X*X*s.minX*l1X*TX*l70.120.190.750.1311.1909

井下母线最大短路容量为Sk7＝11S＝100＝83.97MVA d1.1909该值小于井下6kV母线上允许短路容量100MVA，故不需要在地面加装限流电抗器。

其它短路点的计算与以上各点类似。各短路点的短路电流计算结果如表3－8所示。

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表2－8 短路计算结果参数表

短 路 点 最大运行方式下短路参数 最小运行方式下短路参数 Ik(3)（kA） ish(3)（kA） Ish(3)（kA） Sk(3)（MVA） Ik(3)（ kA）Ik(2)（kA） K35 K66 K25 K7 K11 K13 K16 K17 K19 K21 K23 K27 K28 K30 5.04 8.65 8.65 7.77 3.56 3.56 8.21 8.33 8.09 1.37 6.02 2.98 8.33 2.42 12.85 22.06 22.06 19.81 9.08 9.08 20.94 21.24 20.63 3.49 15.35 7.60 21.24 6.17 7.66 13.15 13.15 11.81 5.41 5.41 12.48 12.66 12.30 2.08 9.15 4.53 12.66 3.68 322.68 94.35 94.35 83.97 38. 38. .58 90. 88.30 14.94 65. 32.52 90. 26.45 3.81 7.90 7.90 7.10 3.43 3.43 7.54 7. 7.44 1.35 5.65 2. 7. 2.37 3.30 6.84 6.84 6.15 2.97 2.97 6.53 6.61 6.44 1.17 4. 2.50 6.61 2.05 变电所设计

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图2 某矿35kV地面变电所供电系统一次接线图

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2.5 设计计算选择结果汇总

1．补偿后6kV侧负荷与功率因数

Pca.6Pca.68204 kW；cos60.948

2767 kvar；Qca.6Sca.68658 kVA；

2．补偿后35kV侧负荷与功率因数

Pca.358257 kW；Qca.353409 kvar ；Sca.3533 kVA ；

cos350.924

3．主变压器选择：SF7-10000，35／6.3kV型，两台。 4．电容器柜与放电柜

GR-1C-08型，6kV，270 kvar，六台；GR-1C-03型，6kV放电柜，两台。 5．两主变压器经济运行临界负荷：Sec＝6226 kVA 6．全矿年电耗：AP＝37.1105kwh 7．吨煤电耗：At＝41.2 kwht

总结1）在将低压负荷功率归算到高压侧时不可引入电压折算，但应加上变压器损耗。

2）由本例功率因数补偿计算可以看出，补偿前后主变压器的功率损耗计算值相对变电所总负荷而言差距不大，因此在工程实际中可以直接按补偿前的损耗值计算。

3）因为电力电容器在6kV母线上是相对长时稳定投运的，起的是平均无功补偿的作用，即发出的是平均无功功率，而不是计算无功功率，所以在用35kV侧计算有功功率Pca.35由公式来计算所需的电容器柜容量Qc时，应将Pca.35乘以平均负荷系数Klo ，换算成平均功率；而求得实际的补偿容量Qc.f后，欲求其计算补偿容量Qc.ca，则应将Qc.f再除以Klo ，否则将得出错误的结果。

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4）在有功平均负荷系数与无功平均负荷系数近似相等的条件下，平均功率因数就近似等于计算功率因数。

第 三 章 35kV高压电气设备选择

3.1 概述

电气设备的选型，除了掌握电气设备选择理论外，还必须了解电气设备制造情况，才能选择出合理型号。对具体设备选择时，需要弄清其两种运行方式（正常和短路运行）下通过它的最大长时负荷电流和最大短路电流。热稳定校验是否合理，在很大程度上取决于继电保护动作时间确定的合理性。

本章可按前述各设备的选择原则，依次选择变电所35kV与6kV电气设备。 按第一章和第二章给定的条件，对图2所示的供电系统进行主要高压电气设备选择计算。

3.2 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型式的断路器。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

Il0m1.05SNT1.0510000173 3UN1335按照工作室外、工作电压为35kV和最大长时负荷电流为173A，可选择ZW7-40.5型户外真空断路器，其额定电压为35kV，额定电流为1250A。其技术参数如表4—3所示。

对ZW7-40.5型户外真空断路器按当环境条件和短路情况进行校验。

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3.2.1 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℃，实际工作环境温度为44℃，因此额定电流必须按当地环境温度进行修正。按当高于+40℃时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8%进行修正。在44℃下允许通过的最大电流为

IN0IN44401.8%IN125040.01812501160173

符合要求。

3.2.2 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=5.03kA，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点的短路的冲击电流为ish=12.83kA，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＝2.6s，即假想时间 ti＝2.6s 。

3对于无限大容量系统有：I＝IK5.03kA 1max＝相当于4s的热稳定电流：Iti2.6＝5.03＝4kA25kA 符合要求。 tts4（4）动稳定校验。由于ies＝63kA，ish1＝12.83kA 则iesish1 符合要求。

3.3 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

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GW5-35GD/630型。其余回路均选GW5-35/630型隔离开关。

在额定环境温度40℃）下的额定电流为630A，实际环境温度（44℃）下允许通过的电流IN 为

ININ44401.8%IN63040.018630583

隔离开关只需要按正常工作条件选择，按短路情况校验动热稳定性。以进线隔离开关为例选择校验。表4－7列出了进线隔离开关的有关参数。

假想时间的确定：当短路发生在隔离开关后，并在断路器前时，事故切除靠上一级变电所的过流保护，继电保护动作时限要比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＝3s。

表3－7 隔离开关的选择结果

计算数据 UNS ：35kV Imax ：173.21 A I.ti：5.032×3.1 2GW5－35GD型隔离开关参数 UN ∶ 35kV IN ∶ 583A Its.tts：202×4 2ish ：12.83kA ies ∶50 kA 则短路电流经过隔离开关的总时间

tk＝ti＝tbrtpr＝0.13＝3.1s

由表4－7可知，所选GW5-35型隔离开关符合要求。

3.4 电流互感器选择

选用供ZW7－40.5型户外真空断路器用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、测量和继电保护用。其技术参数如下表4－8所示。

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表3

变比 300/5 －8 LZZBJ4—35型电流互感器参数

额定输出(VA) 25/25/50/50 4s热电流 (有效值)，kA 动稳定电流 (峰值)，kA 42.8 17.1 准确级次组合 0.5/0.5/10P10/10P10 实际环境温度(44℃)下允许通过的电流IN 为

ININ44401.8%IN30040.018300278173符合要

求。

1．动稳定性校验

由表3－8、表3－7有I 42.8kA＞I 12.83kA， 符合要求。

essh2．热稳定校验

22tts17.1241170＞I由表3－8、表3－7有，Its It5.0323.178.4

符合要求。

3.5 电压互感器的选择

35kV电压互感器，为油浸绝缘型，均为单相，有双圈与三圈之分。如对35kV不进行绝缘检测时，可选两台双圈互感器，接成V型，供仪表用电压，否则选用三台三圈互感器，接成Y/Y/△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型单相双圈油浸式户外电压互感器。其主要技术数据为：

原边电压 35kV ；工频试验电压 95kV ；副边电压 0.1kV ；极限容量 1000VA 。

配用两台RW10－35/0.5 型限流熔断器。

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3.6 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保护装置。在架空线上发生感因雷击后，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使其它电气设备受到保护。当过电压消失后，避雷器又能自动恢复到起初状态。

本例中选用HY5WZ-42/134型阀型避雷器,其主要技术数据为：

额定电压 42kV ；系统电压 35kV ；工频放电电压 ≮80kV ； 伞裙数 18 ； 最大雷击残压 134kV 。

3.7 6kV电气设备选择

6kV采用室内成套配电装置，选用开关柜的型号为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。

3.7.1 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。

2. 母联柜方案编号

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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； 架空出线方案编号选023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043。

3.7.2 高压开关柜校验

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，其电气技术数据如表4－9所示。表中IN 表示断路器在实际环境温度（44℃）下允许的电流。

假想时间的确定：当短路发生在6kV母线上时，变压器差动保护不动作（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2.1s由表4—9可知，所选ZN63A－12型真空断路器符合要求。

表3－9 ZN63A-12型真空断路器选择结果

计算数据 UNS 6kV Ilo.m 1010.3 A Ikmax2 8.6kA ish 21.93kA I∞2ti 8.62×2.1 ish 21.93kA ZN63A－6/1250型真空断路器技术参数 UN 6kV IN 1156.25A INbr 20kA ies 50kA Its2.t 202×4 iNcl 50 kA 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。

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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

I10ml1.05PNM1.051500166.7

3UN2cos360.866其他参数如表3－10所示。

表3—10 出线回路断路器选择结果表

计算数据 UNS 6kV Imax 166.7 A IKmax2 8.6kA ish 21.93kA I∞2ti 8.62×2.1 ish 21.93kA ZN63A－6/630型真空断路器电气参数 UN 6kV IN 582.75A INbr 16kA ies 40kA Its2t 162×4 iNcl 40 kA IN 表示断路器在实际环境温度（44℃）下允许的电流。

假想时间的确定：当短路发生在6kV线路末端时，过流保护动作，其时限

1.6s 为1.5s（比进线保护少两个时限级差），t＝t＋t＝0.11.5＝ibrpe由表4—10可知，所选ZN63A-12型真空断路器符合要求。 3．6kV高压开关柜配用电流互感器的选择

6kV开关柜选用专用型LZZBJ9-12/15电流互感器，其额定电压为10kV，其参数如表4－11所示。

4．电压互感器与避雷器柜的选择

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。

3.7.3 36kV母线选择

变电所设计

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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。

本例选择6kV母线的已知参数与例4－3基本相符，故可接例4－3的选择方法选用LMY80×6.3型矩形铝母线，并经长时允许电流、动稳定、热稳定校验合格。

表3－11电流互感器的选择结果

所在柜名称 变比 4s热电流(kA) (有效值) 6kV进线 6kV母联 主井提升 副井提升 扇风机Ⅰ 扇风机Ⅱ 压风机 地面低压 机修厂 洗煤厂 工人村 支农 下井电缆 电容器柜 选变比为150/5。

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 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 5.7 8.6 8.6 8.6 5.7 5.7 17.1 8.6 注：副井提升和压风机回路的电流互感器曾选变比为100/5，计算结果表明不满足动稳定要求，故改

3.7.4 6kV支柱绝缘子的选择

参考例3－3，可选用ZNA-6型户内式支柱绝缘子，并经动稳定校验合格。

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3.7.5 穿墙套管的选择

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。由于变压器二次电流最大电流为1010.3A，电压为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。

由于环境日最高温度为44℃，则其长时允许电流

'IIalal808044150014231010.3 符合要求。 40403.8 动稳定校验

穿墙套管端部所受的最大短路电动力为

FmaxLc7321.051.7310I1.731021.9310261N

a0.472shll1.50.6 式中 Lc＝12＝＝1.05m

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261N  0.67358  4415N，则动稳定符合要求。

3.9 热稳定校验

假想时间为ti＝2.2s，稳态短路电流由表3－8查得I∞＝8.65kA，则相当于5s的热稳定电流

Iti2.28.655.73kA＜20 kA 符合要求。 553.10 选择结果汇总

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3.10.1 35kV电气设备

1．高压断路器：ZW7－40.5型 2．隔离开关：GW5－35GD/630型 3．电流互感器：LZZBJ4－35型 4．电压互感器：JDJ－35型 5．熔断器：RW10－35/0.5 型 6．避雷器：HY5WZ－42/134型

3.10.2 6kV电气设备

1．开关柜型号：KYN28A－12（Z） 2．开关柜一次接线方案编号 （1）进线柜方案编号

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 （2）母联柜方案编号

选用母联柜009和母联柜052配合使用 （3）出线柜方案编号 1）电缆出线方案编号为001。 2）架空出线方案编号为023。

3）电压互感器与避雷器柜的方案编号为043。

3．进线柜和母联柜断路器采用 ZN63A－6/1250型户内真空断路器 4．出线柜断路器采用ZN63A－12/630型真空断路器 5．高压开关柜配用电流互感器型号为LZZBJ9－12/15

6．电压互感器和避雷器柜配用JDZ10－10型电压互感器和HY5WS－17/50

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型避雷器

7．6kV母线采用LMY80×6.3型矩形母线 8．6kV母线户内支柱绝缘子选用ZNA－6型 9．6kV穿墙套管选用CLWB－10/1500 型

第 四 章 电力线路选择

4.1 概述

对于一级用电户，矿井地面35kV变电所要求双回路或环形供电，已确定为全分列运行，当一路故障时，另一路必须能保证全矿的供电，故最大长时负荷电流和正常工作电压损失均按一路供电考虑，表4－8中各6kV的一、二级负荷组也按此原则考虑。但在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。本章可按以下六步求解。

（一）35kV电源架空线路选择。

（二）主、副井提升机6kV电缆线路选择。 （三）6kV下井电缆选择。

（四）压风机等其他负荷组6kV电缆线路选择。 （五）扇风机1等其他负荷组6kV架空线路选择。 （六）选择计算结果汇总。

根据前三章的计算结果，试选择该矿35kV电源架空导线的型号截面，并按第一章表4－8所规定的线路类型，选择表内各负荷组供电的6kV配电线路的型

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号截面。

4.2 35kV电源架空线路选择

4.2.1 架空导线型号选择

根据我国产品供应市场情况和以铝代铜的技术，宜选用铝线，对于35kV架空线路，线杆挡距一般在100m以上，导线受力较大，故可选LGJ型钢芯铝绞线，线间几何均距设为2m。

4.2.2 按经济电流密度初选导线截面

一路供电的负荷电流

IloIca'Pca353UNcos8257147.4

3350.924一般中型矿井Tmax＝3000～5000h，查表4－2可得，钢芯铝绞线的经济电流密度Jec＝1.15 A/mm2。则导线的经济截面为

Sec0.65Ica0.65147.483.3mm2 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，查表4－3得，其25℃时允许载流量Iac为275A。

4.2.3 按长时允许负荷电流校验导线截面

据例4－10知，该地区最热月最高气温月平均值为42℃，钢芯铝绞线最高允许温度为70℃，据公式4－4算得其温度修正系数为0.79

则修正后的允许载流量为

0.79Ial0.79275217147.4 合格。 Ial变电所设计

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4.1.4按允许电压损失校验导线截面

取高压输电线路允许电压损失为5％，得Ual＝350000.05＝1750V。 查表5－7得该导线的单位长度电阻、电抗分为：r0=0.46Ω／km和x0=0.382Ω／km；而线路长度L已由第二章的例2－10给出为6.5km；故得35kV线路的电压损失为

''U3Icar0Lcosx0Lsin3147.40.466.50.9240.3826.50.382948V

由于U＜Ual1750V，故电压损失校验合格。

4.2.4 按机械强度校验导线截面

查表4－1得35kV钢芯铝绞线在非居民区的最小允许截面为16mm2，居民区为25mm2，均小于所选截面70mm2，故机械强度校验合格。

最后确定该矿双回路35kV架空线路每路均选为LGJ－70型钢芯铝绞线，两路总长度为13km。

4.3 主、副井提升机6kV电缆线路选择

据表4－8与图2可知，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，二者与矿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，可选为与两路电源电缆用型号同截面。

4.3.1 6kV电缆型号选择

高压电缆的型号，应根据敷设地点与敷设方式选，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，数量不多时常采用直埋敷设。

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4.3.2 按经济电流密度选择主井、副井6kV电源电缆电截面

一路供电的负荷电流IcaSca1Sca21118706175.5 3UN36按Tmax＝3000～5000h，查表5－2可得，铝芯电缆的经济电流密度Jec＝1.73 A/mm2。则电缆的经济截面为

SecIca175.5101.5mm2 Jec1.73初选ZLQ22-6-3×95型铝芯电缆，其25℃时允许载流量为190A。

4.3.3 按长时允许负荷电流校验

电缆直埋地下，据例4－10知，该地区最热月土壤最高气温月平均值为27℃，则修正后的长时允许负荷电流为

IIal'alm0'6527190185

m06525按一般黑土查表4－9得土壤热阻率的修正系数为0.88，乘以185A后为

163A＜175.5A，故改选3×120mm2电缆，经修后允许截流量为188.5A＞175.5A合格。

4.3.4 按允许电压损失校验电缆截面

180V 取高压配电线路允许电压损失为3％，则有 Ual＝60000.03＝线路实际电压损失按公式（5－32）计算（忽略电抗）

U12i1PLiinScUNi111182807062808028V

120628.8706200111820080U2122V

ScUN120628.8变电所设计

PLiin43

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由于两路单独供电的实际电压损失均小于允许电压损失180V，故电压损失校验合格。

4.3.5 按短路电流校验电缆的热稳定

矿35kV变电所6kV母线上最大三相稳态短路电流I∞已由例4－10算出为86A。

短路电流作用的假想时间 titip＋tia

取断路器动作时间tbr=0.15 s ，其过流保护动作时间tse，因当一路供电时，断路器是控制两级6kV终端负荷，可定为0.6s（时限级差0.3s）。

对于无限大电源系统，tiptse＋tbr0.6＋0.15  0.75s 。

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

ti860.881.4mm2 C95SminI由于Smin81.4mm2＜120mm2，故所选ZLQ22-6-3×120型电力电缆满足要求。

主井提升与副井提升所选120mm2电缆的总长度为280＋200＋80 560m 。

4.4 6kV下井电缆选择

在例2中已求出井下6kV级总计算有功负荷Pca为3684kW，最大长时负荷电流Ica为445A，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L11应为由表4－9提供的650m再加上井底至井下变电所的50m，即L11 =700m。为了管理维护方便，4回下井

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电缆应选用同型号同截面的电力电缆。

4.4.1 6kV下井电揽型号选择

根据《煤矿安全规程》的规定，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（42表示粗钢丝铠装）。

4.4.2 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

11Ica10.75Ica0.75445167

22按Tmax＝3000～5000h，查表4－2可得，铜芯电缆的经济电流密度Jec＝2.25 A/mm2。

电缆的经济截面为 SecIca16774.2mm2 Jec2.25初选MYJV42-6-3×70型铜芯电缆，其25℃时允许载流量为233A。

4.4.3 按长时允许负荷电流校验

电缆直埋地下，并途经立井井筒，据例4－10知，该地区最热月土壤最高气温月平均值为27℃，则修正后的长时允许负荷电流为

IIal'alm0'6527233227

m06525按一般黑土查表4－9得土壤热阻率的修正系数为0.88，乘以227A后为200A＞167A，合格。

因电缆有360m途经立井井筒，可再按电缆沟条件校验，按例4－10知该地区最热月室内最高气温月平均值为32℃，增加5℃后算得其修正系数为0.84，乘以233A后为196A＞167A，合格。

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4.4.4 按允许电压损失校验电缆截面

取高压配电线路允许电压损失为3％，则有

Ual＝60000.03＝180V

一路运行实际电压损失按公式计算（忽略电抗），但导线截面加倍。即

UPcaL11368470063.2V

2ScUN270648.6由于实际电压损失小于允许电压损失180V，故电压损失校验合格。

4.4.5 按短路电流校验电缆的热稳定

矿35kV变电所6kV母线上最大三相稳态短路电流I∞已由例4－10算出为8650A。

短路电流作用的假想时间 titip＋tia

取断路器动作时间tbr=0.15 s ，其过流保护动作时间tse因是控制6kV下井电缆，井下6kV电网还有2～4级才到移动变电站终端负荷，故应定为0.9s（时限级差0.3s），有利于井下6kV系统选择性过流保护的时限设置。

对于无限大电源系统，

tiptse＋tbr0.9＋0.15  1.05s

故得 ti 1.05＋0.05  1.1s （0.05为电弧熄灭时间）

电缆最小热稳定截面为

ti86501.165mm2 C140SminI由于Smin65mm2＜70mm2，故所选MYJV42-6-3×70型电力电缆满足要求。 4回70mm2电缆的总长度为7004 2800m 。

4.5 压风机等其他负荷组6kV电缆线路选择

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类似于（二）、（三）两步的选择原则与方法，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，即短路电流作用的假想时间为0.5s，据I∞= 8650A用公式可算得各负荷组所选6kV电缆的最小热稳定截面Smin = 65mm2，此即表明所选电缆截面应不小于70mm2。

又由表4－9可以看出，压风机等其他三个负荷组的计算视在功率均小于主井提升，而且最长供电距离为360m，故凭设计经验可全部选为ZLQ22-6-3×70型铝芯电力电缆，满足全部选择、校验条件。各负荷组的电缆长度如下：

压 风 机：2×360=720m ；地面低压：2×50=100m ；机 修 厂：200m 。

4.6 扇风机1等其他负荷组6kV架空线路选择

4.6.1 扇风机1架空导线型号选择

根据我国产品供应市场情况和以铝代铜的技术，宜选用铝线，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。

4.6.2 按经济电流密度初选导线截面

一路供电的负荷电流

IloIcaPca370474.5

3UNcos3360.91上式Pca.3与相应的功率因数均由表4－9查得。

一般中型矿井Tmax＝3000～5000h，查表4－2可得，铝绞线的经济电流密度Jec＝1.15 A/mm2。则导线的经济截面为

Sec0.7Ica0.774.545.3mm2 Jec1.15式中 0.7——两分列运行线路的电流分配系数。

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初选导线为LJ－35型铝绞线，查表4－3得，其25℃时允许载流量Ial为135A。

4.6.3 按长时允许负荷电流校验导线截面

据例4－10知，该地区最热月最高气温月平均值为42℃，铝绞线最高允许温度为70℃，查表4－4得，其温度修正系数为0.79 。

则修正后的允许载流量为

'Ial0.79Ial0.7913510774.5 合格。

4.6.4 按允许电压损失校验导线截面

取高压终端负荷配电线路允许电压损失为4％，得Ual＝60000.04＝240V。 查表4－7得该导线的单位长度电阻、电抗分为：r0=0.96Ω／km和x0=0.366Ω／km；而线路长度L已由第二章的例4－10给出为1.5km；故得一路运行时的电压损失为

U3Icar0Lcos3x0Lsin3374.50.961.50.910.3661.50.415199V由于U＜Ual240V，故电压损失校验合格。

4.6.5 按机械强度校验导线截面

查表4－1得35kV钢芯铝绞线在非居民区的最小允许截面为25mm2，居民区为35mm2，均不大于所选截面35mm2，故机械强度校验合格。

最后确定扇风机1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。

同理可确定其他三个6kV负荷组的导线型号、截面与长度如下： 扇风机 2：LJ－35型铝绞线，两路总长度为3km； 洗 煤 厂：LJ－50型铝绞线，两路总长度为0.92km；

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工 人 村：LJ－35型铝绞线，一路长度为2km； 支 农：LJ－25型铝绞线，一路长度为2.7km。

4.7 选择计算结果汇总

上述各部选择计算结果列于表4－13中。

表4－13 例4－4的选择计算结果表

编号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 设备名称 电压，kV 所选导线型号截面 LGJ－70 ZLQ22-6-3×120 ZLQ22-6-3×120 LJ－35 LJ－35 ZLQ22-6-3×70 ZLQ22-6-3×70 ZLQ22-6-3×70 LJ－50 LJ－35 LJ－25 MYJV42-6-3×70 导线总长度，km 35kV电源线 35 主井提升 副井提升 扇风机1 扇风机2 压 风 机 地面低压 机 修 厂 洗 煤 厂 工 人 村 支 农 下井电缆 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2×6.5=13 0.28 0.2＋0.08=0.28 2×1.5=3 2×1.5=3 2×0.36=0.72 2×0.05=0.1 0.2 2×0.46=0.92 2.0 2.7 4×0.7=2.8

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课程设计的收获和建议

本设计的完成是在我们的导师老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，在此向老师表示衷心地感谢！老师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！

还要感谢我的同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。

写课程设计是一次再系统学习的过程，设计的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

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参考文献

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