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煤矿供电系统项目设计方案1 绪论本设计为了保证盐池县四股泉煤矿供电质量，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四股泉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 四股泉煤矿基本情况简介1.1.1 交通位置1、 位置四股泉煤矿位于宁夏回族自治区吴忠市东南部，行政区划隶属盐池县惠安堡镇管辖，具体位置在萌城以东，北至贺陡沟，南抵新建队到甘肃省界，东至南河队，西至四股泉村。地理极值坐标：东经10642001064515，北纬370730371230，南北长约10.0km，东西宽约2.50km，面积约24.12km2。2、 交通四股泉煤矿北距惠安堡镇42km,东侧有G211公路穿过，北部有盐兴公路和惠安堡至大水坑公路和在建的太中银铁路通过，北至吴忠市、灵武市、银川市，往南到甘肃环县、庆阳，东至盐池、定边，西至红寺堡、中宁县均有公路相通，由G211国道与萌(城)石(板沟)一般公路相通，并从煤矿中部通过，交通便利。1.1.2 地形、地势1、 地形地貌四股泉煤矿位于青龙山和萌城石梁所狭持的惠安堡复向斜构造盆地中，盆地内由古近系第四系砂质泥岩、泥岩及砂质黄土组成的残山丘陵与洼地相间排列，地形波浪起伏。丘陵多呈长塬形，长轴呈北西方向展布，丘间洼地展布方向与之相同，地形东南高，西北低，海拔最高为1641.2m，最低为1442.0m，相对高差209.2m，发育的沟谷主要有烟泉沟、沙坡子沟、羊粪沟、苦水河等，呈“”或“”形，一般宽5-40m，切深3-50m不等，呈蛇曲状向北西北延伸，汇集于北部的苦水河中。丘陵区植被不发育，主要生长有骆驼刺、芨芨草、沙蒿、老瓜头、甘草等，另外还有人工种植的拧条、刺槐、杏树等。1.1.3 四股泉煤矿原始情况 宁夏回族自治区发展改革委对盐池县四股泉矿区总体规划的批一号井井田境界北以勘探线为界，南以省为界，东以煤层隐伏露头线为界，西以500m煤层底板等高线为界，南北走向长约5km，东西倾斜宽2.4km，井田面积12km2。本次设计主要针对四股泉煤矿进行设计，位于矿井工业场地东南面15km处，有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 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，这些负荷构成了四股泉煤矿的地面用电系统。四股泉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序号设备名称型号规格数量容量（单台）（kW）电压（V）1提升机JK-2.5/20X22803802扇风机BDK618-82(1台备用)1603803机修车间203804室内照明102205工业场地照明102206其它50四股泉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120万吨，煤层南北走向，单斜构造，地层倾向西，倾角16-29。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、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。3、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。其井下采区巷道及设备布置如图1-1所示，井下采区主要用电设备负荷统计如表1-2所示。图1-1 1411采区巷道及设备布置图说明：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所示表1-2 井下采区用电设备负荷统计表序号设备名称型号规格数量容量（单台）（kW）电压（V）1采煤机DMB-300S130011402机采面运输机SGW-44A122+2211403下顺槽运输机SGW-403406604炮采面运输机SGW-221226605顺槽皮带机SPJ-8001306606上山皮带机SDJ-150130+306607上山绞车JTB-12001556608煤电钻MZ2-1.29121279掘进巷局扇JBT52-221166010调度绞车JD-11.4211.466011回柱绞车JH2-1721766012掘进皮带机SPJ-80023066013运输巷皮带机SPJ-800130+3066014水泵390+90+306602 四股泉煤矿供电设计方案及论证四股泉煤矿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 四股泉煤矿总体设计方案 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3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。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，故在以后各章节对四股泉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 地面用电负荷计算本矿地面用电负荷统计采用需用系数法5：1、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 5 （3-1）式中 所计算的电力负荷总的视在功率，kVA； 参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW； 参加计算的所有电力负荷的平均功率因数； 需用系数。其中=5 （3-2）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。5、地面工作面用电设备的需用系数可按下式计算： 5 （3-3）式中表示容量最大的一台设备的额定功率，地面用电负荷的需用系数及平均功率因数如表3-1表3-110 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需用系数KX平均功率因数提升机扇风机根据所选电机的负荷率确定机修车间室内照明工业场地照明其它0.30.30.40.30.650.840.840.80各种用电负荷的具体计算如下：1、提升机工作面 ,（25KW是提升工作面其他用电负荷）故：由所选电机的负荷率知： 2、扇风机工作面（10 kW为在扇风机工作面的其它用电负荷）故：由所选电机的负荷率知： =0.873、机修车间 =0.3，=0.65，=20 kW 4、室内照明 =0.3，=0.84，=10 kW 5、工业场地照明 =0.4，=0.84，=10 kW 6、其它负荷 =0.3，=0.8，=15 kW 7、地面总负荷计算 =0.85 =（140+68+9.2+3.6+4.8+5.7）0.85kVA=241.30.85 kVA=197kVA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，此内容在第六章详细介绍。3.2 地面变电所位置选择企业的变配电所担负着电力系统接受电能，变换电压和分配电能的任务，是企业供电的枢纽。变配电所的位置是否合理，直接影响供电系统可靠性和经济性，对供电系统的质量也有很大的影响。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、不占或少占农田。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、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。2、内桥接线内桥形接线如图3-1b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。 3、全桥接线 全桥接线如图3-1c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，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。 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3 通过比较三种方式的优缺点，再结合四股泉煤矿的实际情况，综合起来，我这里选择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、单母线分段接线 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特别突出，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。（如图3-2） 3、双母线接线1) 优点 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。 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。 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 增加一组母线，每回路就要增加一组母线隔离开关。 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，本设计中考虑经济和满足供电需求的需要。10kv母线侧采用双母线的接线方式。 图3-2单母线分段接线图34 井下中央变电所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，本设计采用需用系数法计算井下变电所容量，根据此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61、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 （4-1）式中 S所计算的电力负荷总的视在功率，kVA； 参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW； 参加计算的所有电力负荷的平均功率因数； 需用系数。其中= （4-2）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如表4-1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。表4-1 井下用电设备的需用系数及平均功率因数表11井下负荷名称需用系数Kde平均功率因数一般机械化工作面炮采工作面（缓倾斜煤层）掘进工作面输送机有主排水设备Kde值按式（4-2）计算0.4-0.50.3-0.40.51 0.6-0.70.60.60.7 0.854.1.2 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Pmax=300 kW，=（300+24+11.4+17+44）kW =352.8 kW故 =0.6，=0.7 2、输送机、绞车=0.5，=0.7，=（120+55+105+60）kW =340 kW 3、炮采工作面（缓倾斜煤层）=0.5，=0.6，=（17+11.4+36+22）kW =86.4 kW 4、掘进工作面 =0.4，=0.6，=（48+22+60）kW =130 kW 5、主排水设备 =1，=0.85，=90 kW 6、井下总负荷计算 （其中 =0.9） =（302.6+242.86+72+86.67+105.88）0.9kVA=620kVA 4.1.3 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11一主井；2一副井；3一中央变电所；4一水泵房4.2 井下中央变电所主接线 1、井下中央变电所主接线应遵循以下原则5 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四股泉煤矿井下中央变电所设计，10kV高压电源进线为两条电缆如图4-2所示，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。 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）1 5 短路电流计算5.1 短路电流概述 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。 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。根据短接的情况不同，可将短路分为如下图所示的几种。 三相短路 两相短路 小接地电流系统中的单相接地短路 两相接地短路 大接地电流系统中的单相接地短路 图5-1 五种短路方式1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 三相短路电流的计算方法发生短路故障后，短路回路中将出现很大的短路电流，要比额定电流大几十倍甚至几百倍，为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大，需要进行一系列的计算及采取措施。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。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。5.2.1 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相对值大于或等于3，即计算电抗相对值X*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”，要求在图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，电抗相对值可直接用编号表示，省略电抗相对值的符号。分子表示某元件电抗的编号，分母为其相对值的大小。 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、求出系统各元件的相对基准电抗，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*。5、按欧姆定律求短路电流相对值：由于电源是无限容量的，所以电源电压始终保持恒定，故短路电流相对值I*可按下式直接求出：I*1X*S*15式中 I*、S*分别为短路电流相对值和短路容量相对值。而且短路后各种时间的短路电流相对值与短路容量相对值都相等，即I*I0.2*I*S*S0.2*S*15 6、求短路容量和短路电流。为了向供电设计提供所需的资料，应确定下列几种短路电流和短路容量： A 、求出当 t0时的短路电流I和短路容量S； B、求出当t0.2s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。II0.2II*Ib（kA） SS0.2S= 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）5.2.2 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、分别求得各元件的相对基准电抗，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相对值X*。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，必须将总电抗相对值换算成以电源总额定容量为基准的计算电抗X*，X* =X*。6、根据计算电抗X*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相对值，I*、I0.2*和I*。5.3 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。而且在书写电抗相对值的符号时，均省略相对值“*”的符号，例如本来应为编号后改为，进步又可省略改写成。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 =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。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）计算各元件的电抗相对值： 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=100/275=0.363 X3=0.087 （=0.4/km为35kV单导线每公里架空线电抗）X4=0.029;X5=X6=5.2 （=6.5为1250kVA变压器短路电压百分数）X7= X11=0.036 （=0.08/km为10kV每公里下井电缆电抗）X8=X12=10 （=4为400kVA变压器短路电压百分数） X9=X10=25 （=4为160kVA变压器短路电压百分数）图5-2 短路电流计算系统图15 图5-3 等值电路图15 （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=0.392X13的计算电抗： X14= X14=0.392（791/100）=3.1 2）K2点的短路回路总阻抗X15=5.2/2=2.6; X16=0.072; X17=X15+X16=2.672则分布系数：C1=X16/X13= X14/（X13+ X14）=0.8167C2= 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=115.304 3）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=115.304 8）K8点的短路回路总阻抗: X25=X10+X24=39.577计算电抗 X25= X25=313.0549）K9点的短路回路总阻抗: X26=X11+X19=14.613计算电抗 X26= X26=115.589 10）K10点的短路回路总阻抗: X27=X12+X26=24.613计算电抗 X27= X27=194.689 （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: =1/X13=1/0.088=11.364II0.2IIb1=11.364=11.364=17.733(kA)SS0.2S=Sb=11.364100=1136.4(MVA) =2.55 I=45.219(kA)( 为短路冲击电流)=1.52 I=26.954(kA)( 为全电流最大有效值) 电源2提供的电源参数=1/ X14=1/3.1=0.323(计算电抗3)II0.2I=0.323=3.987(kA) SS0.2S=S2=0.323791=255.493(MVA) =2.55 I=10.167(kA)； =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 Ik1I0.2*k1I*k117.733+3.987=21.72(kA)Sk1S0.2*k1S*k1=1136.4+255.493=1391.893(MVA) =45.219+10.167=55.386(kA) =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 =1/X18=1/3.272=0.306 II0.2I=0.306=1.683(kA) SS0.2S=Sb=0.306100=30.6(MVA) =2.55 I=4.292(kA)； =1.52 I=2.558(kA)电源2提供的电源参数 =1/ X19=1/115.304=0.009(计算电抗3) II0.2I=0.009=0.391(kA) SS0.2S=S2=0.009791=7.119(MVA) =2.55 I=0.997(kA); =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 Ik2I0.2*k2I*k21.683+0.391=2.074(kA) Sk2S0.2*k2S*k2=30.6+7.119=37.719(MVA) =4.292+0.997=5.289(kA); =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 =1/X20=1/3.308=0.302 Ik3I0.2*k3I*k3 =0.302 =1.66(kA) Sk3S0.2*k3S*k3=Sb =0.302 100=30.2(MVA) =2.55 Ik3=4.233(kA); =1.52 Ik3=2.523(kA) 4）K4点的短路参数 =1/X21=1/13.308=0.075 Ik4I0.2*k4I*k4 =0.075 =6.276(kA) Sk4S0.2*k4S*k4=Sb =0.075100=7.5(MVA) =2.55 Ik4=16(kA); =1.52 Ik4=9.54(kA) 5）K5点的短路参数 =1/X22=1/3.272=0.306 Ik5I0.2*k5I*k5 =0.306 =1.683(kA) Sk5S0.2*k5S*k5=Sb =0.306100=30.6(MVA) =2.55 Ik5=4.292 (kA); =1.52 Ik5=2.558 (kA) 6）K6点的短路参数 =1/X23=1/28.272=0.035 Ik6I0.2*k6I*k6 =0.035 =5.052(kA) Sk6S0.2*k6S*k6=Sb =0.035100=3.5(MVA) =2.55 Ik6=12.883(kA); =1.52 Ik6=7.679(kA) 7）K7点的短路参数 =1/ X24= 1/115.304=0.009 Ik7I0.2*k7I*k7 =0.009 =0.391(kA) Sk7S0.2*k7S*k7=S2 =0.009791=7.119(MVA)=2.55 Ik7=0.997 (kA); =1.52 Ik7=0.594 (kA) 8）K8点的短路参数 =1/ X25= 1/313.054=0.003 Ik8I0.2*k8I*k8 =0.003 =3.425(kA) Sk8S0.2*k8S*k8=S2 =0.003791=2.373(MVA)=2.55 Ik8=8.734 (kA); =1.52 Ik8=5.206 (kA) 9）K9点的短路参数 =1/ X26= 1/115.589=0.009 Ik9I0.2*k9I*k9 =0.009 =0.391 (kA) Sk9S0.2*k9S*k9=S2 =0.009791=7.119 (MVA)=2.55 Ik9=0.997 (kA); =1.52 Ik9=0.594 (kA) 10）K10点的短路参数 =1/ X27= 1/194.689=0.005 Ik10I0.2*k10I*k10 =0.005 =3.309 (kA) Sk10S0.2*k10S*k10=S2 =0.005791=3.955 (MVA) =2.55 Ik10=8.438 (kA); =1.52 Ik10=5.03 (kA)6 设备选择电气设备在使用中，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。本设计分别对井下和地面部分设备进行计算。6.1 一般的选择方法5 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: (1.11.15)UNUn （6-1） 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：INIn （6-2） 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、