井下中央变电所的设计

摘要本次设计详细介绍了井下中央变电所的设计，文中主要对负荷计算、主变压器、主接线的选择、高压设备的选择、短路电流计算、电缆选择和各种电气设备选择等作出了详细设计。对于煤矿井下环境的特殊性要求，煤矿井下供电安全很重要，它关系到煤矿企业的生产、安全和效率，这样就对井下中央变电所供电系统提出了更高的要求。这次设计说明书是根据自己在专业课的学习中和不断地收集资料中完成的，在毕业实习过程中主要以搜集煤矿井下的设备,查找相关手册，进行井下供电系统设计。这次毕业设计主要按照煤矿安全规程、井下高压供电、煤矿电工手册以及国家其它一些煤矿安全相关规定完成。关键词负荷计算；变压器选择；主接线设计；短路电流ABSTRACTTHISDESIGNDETAILSTHEDESIGNOFTHETRANSFORMERSUBSTATIONUNDERGROUND，INTHISPAPER,THEMAINLOADCALCULATION,THECHOICEOFMAINTRANSFORMER,THEMAINWIRING,THECHOICEOFHIGHVOLTAGEEQUIPMENT,THESHORTCIRCUITCURRENTCALCULATION,THECABLECHOICEANDTHECHOICEOFVARIOUSELECTRICALEQUIPMENT,ETCFORTHEPARTICULARITYOFCOALMINEENVIRONMENT,COALMINEPOWERSUPPLYSAFETYISVERYIMPORTANTITISRELATEDTOTHECOALMINEENTERPRISEPRODUCTION,SAFETYANDEFFICIENCY,SOTHATTHEPOWERSUPPLYSYSTEMOFTHECENTRALSUBSTATIONPOWERSUPPLYSYSTEMPROPOSEDHIGHERREQUIREMENTSTHEDESIGNINSTRUCTIONISBASEDONTHEPROFESSIONALCOURSEOFTHESTUDYANDCONTINUETOCOLLECTINFORMATIONTOCOMPLETE,INTHECOURSEOFGRADUATIONPRACTICE,MAINLYTOCOLLECTCOALMINEEQUIPMENT,TOFINDTHERELEVANTMANUAL,UNDERGROUNDPOWERSUPPLYSYSTEMDESIGNTHISGRADUATIONDESIGNMAINLYACCORDINGTO“COALMINESAFETYREGULATIONS“,“UNDERGROUNDHIGHVOLTAGEPOWERSUPPLY“,“COALMINEELECTRICIANHANDBOOK“ANDTHEOTHERNATIONALCOALMINESAFETYRELEVANTREGULATIONSTOCOMPLETEKEYWORDSLOADCALCULATIONTRANSFORMERSELECTIONMAINWIRINGDESIGNSHORTCIRCUITCURRENT目录前言11概述211井下供电设计的目的212井下供电的特点及其要求2121井下电气设备的特殊工作条件2122规程和规范中有关井下供电部分的规定313煤矿中央变电所位置选择4131中央变电所位置选择原则4132主接线原则5133井下中央变电所的硐室要求及设备布置原则5134中央变电所的布置方式52井下负荷统计与无功功率补偿721井下负荷的统计方法722井下负荷的计算923无功功率补偿14231无功功率补偿的意义14232无功功率补偿的原理1424无功功率补偿的计算1425并联电容器的补偿方式1526并联电容器的接线方式163主变压器的选择1731变压器的选型1732变压器台数的确定1733变压器容量的选择1734变压器型号的确定及功率损耗174主接线的选择2141主接线的拟定2142低压供电系统的拟定225短路电流的计算2451计算短路电流的目的2452短路电流计算24521高压电网短路电流计算246高压电缆的选择3061煤矿安全规程对井下电缆的规定3062井下高压电缆选择确定原则3263确定电缆的长度3264下井电缆回数的确定3365高压电缆选择与校核3466低压母线电缆选择3567采区低压动力电缆的选择与校验3868电缆的敷设4169电缆的连接427井下电气设备的选择4371井下高压开关选择43711开关选择原则43712开关选择目的4372选择高压开关柜及电气设备44721电气设备的确定4673高压开关柜的校核4774高压配电箱的选择4975矿用低压隔爆开关选择49751低压电气设备型号的选择49752矿用隔爆型真空馈电开关的选择5076磁力起动器的选择508保护装置的整定5381保护装置选择与整定要求5382高压开关的整定5382110KV侧过流保护整定计算5382212KV侧过流保护整定计算54821069KV侧过流保护整定计算54技术经济分析55结论56致谢57参考文献58附录A59附录B61前言为了改善井下电网结构，提高供电能力，实现综合的自动化技术，满足日益增长的社会需求，本次设计的井下中央变电所具有控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。并在实际应中，真正做到节约，高效，自动，灵活等特点，通过比较完善的变电站设计理论，降低变电站的功率损耗，尽可能的提高变电所的灵活性，最终达到提高经济性的目的。本次设计的井下中央变电所是井下供电的中心，井下中央变电所的主要任务是受电，配电和变电，井下中央变电所将地面变电所经过井筒由高压电缆送来的10千伏电能，通过总高压隔爆开关接受。然后将电能分路向高压设备，整流设备及各采区变电所供电。通过矿用变电器，将10千伏电压降为1140伏供给采区工作面设备，将10千伏电压将为380伏供给井底车场附近的低压动力及照明变压器等用电设备。为了保证供电可靠，此次井下中央变电所采用四根进线方式，采用单母线分段方式。所有主要用电设备均与两段母线连接，当任意一段母线发生故障或检修时，主要用电设备均可通过另一段母线获得电能。本次设计会对井下用电设备有一个具体计算，对高压变压器的选型和电缆都有具体的说明，并对井下高压电气设备的选型，验算及校验作出明确的规定。1概述11井下供电设计的目的本次煤矿井下设计的目的是用自己所学的煤矿供电工程知识来解决井下供电的有关技术问题，通过此次对煤矿井下供电有了进一步了解，学会自己查找煤矿供电的书籍和相关文献的方法，逐渐培养设计，计算，画图，编写文献的能力。逐渐掌握井下的供电设计技术和安全规定，完成井下供电设计的内容。12井下供电的特点及其要求121井下电气设备的特殊工作条件1）煤矿井下的空气中含有大量的瓦斯及煤尘，当在其含量达到一定量时，如遇到井下电气设备或电缆电线产生的电火花、电弧和局部高温时，就会燃烧或爆炸。2）电气设备对地的漏泄电流可能引爆电雷管。3）井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的地方，空间都比较狭窄，因此电气设备的体积受到一定的限制，且使人体接触电气设备、电缆的机会较多，容易发生触电事故。4）井下由于岩石和煤层都存在着压力，常会发生冒顶和片帮事故，使电气设备很容易受到这些外力的砸、碰、挤、压而受到损坏。5）井下空气比较潮湿，湿度一般在90以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水和淋水，使电气设备很容易潮湿。6）井下有些机电硐室和巷道的温度比较高，因而使井下电气设备的散热条件比较差。7）采掘工作面的电气设备移动频繁，且经常起动，使用电设备的负荷变化较大，有时会产生短时过载。8）由于井下地质条件发生变化，或在雨季期间，并下有发生突然出水事故的可能，其出水量往往为正常井下涌水量的几倍或几十倍，一旦突然出水，要求排水设备迅速开始，以保证矿井安全。此时应有足够大的供电系统，以保证全部排水设备的正常工作。9）井下如发生全部停电事故，超过一定时间后，可能发生采区或全井被淹没的重大事故。同时井下停电停风后，还会造成瓦斯积聚，再次送电时，可能造成瓦斯或煤尘爆炸的危险。由于存在以上特殊条件，因此在考虑煤矿井下供电系统时，除必须严格遵守煤炭部颁发的煤矿安全规程及煤炭工业矿井设计规范中有关的规定外，还应注意安全可靠，经济合理性。122规程和规范中有关井下供电部分的规定煤矿安全规程中有关井下的规定对井下各水平中央变电所和主排水泵房的供电线路，不得少于两回路，当任一回路停止供电时，其余回路应能承担全部负荷的供电。严禁井下配电变电所中性点直接接地。井下电气设备的选用，应符合下表要求，否则必须制订安全措施，报省煤炭局批准。井下不得带电检修，搬迁电气设备。第430条井下电力网的短路电流，不得超过其控制的断路器的井下使用的开断能力，并应校验电缆的热稳定性。第431条井下低压电气设备，严禁使用油断路器，带油的启动器和一次线圈为低压的油侵变压器。但硐室内变压器，整流器等不受此限。第432条井下高压电动机，动力变压器的高压侧，应有短路，过负荷和欠压保护释放保护。井下由采用变电所、移动变电站或配电点引出的馈电线上，应装设短路和过负荷保护装置，或至少应装短路保护装置。低压电动机应具备短路、过负荷、单相断线的保护及远方控制装置。第418条矿井电源线路要求。“每一矿井应有两回路电源线路”指应有两个或两个以上电源，也不得少于两回的线路，并符合下列要求1）在发生任何一种故障时，两个或两个以上的电源、线路不得同时受到损失；2）在发生任何一种故障，且保护动作正常时，至少应有一个电源不中断供电，并能担负全矿全部符合；3）在发生任何一种故障，且主保护失灵，以致所有电源都中断供电时，应能在有人值班的处所，经过必要的操作。迅速恢复一个电源的供电，并能担负矿井的全部负荷。第425条10KV电压直接下井供电按规程1986年版规定，井下配点电压高压不应超过7000V随着井下采掘机械化的发展，我国经过长期运行试验证明，10KV直接下井供电技术是成功的，但在推广应用中应遵守下述规定。1）采用的10KV矿用电气设备，必须通过部极技术鉴定。2）10KV系统投入前，必须按有关规定进行验收，检查，试验。3）10KV系统投入运行后，必须安有关规定进行各项试验及整定工作。4）必须装设10KV单行接地保护，保护接地。5）纸绝缘的10KV电缆的连接，应用环氧树脂浇注的接线盒。6）10/6KV矿用监视屏蔽型橡胶套电缆的相互间接连及与设备连接，必须采用10KV专用的电缆终端。煤炭工业矿井设计规范中有关井下供电的规定第1631条井下主变电所应有两回及以上电缆供电，并应引自地面变电所的不同母线段。电缆的截面选择，应在任何一回停止送电时，其余电缆仍可保证全部负荷用电。第1632条下井电缆应类型选择应符合下列规定1）立井、钻孔中的下井电缆，必须采用钢丝铠装电缆；2）淋水大的井筒，应采用有外保护层的铠装电缆；3）除进风斜井、进风平硐的下井电缆可采用铝芯电缆外，其余均采用铜芯；4）下井电缆可沿钻孔敷衍。第1633条变电所的高、低压木线宜采用单母线分段。高压母线分段数应与下井电缆回路数相协调，以减少回路电缆供电时，一回电路故障对其他回路的影响。主变电所内的动力变压器不宜少于2台。当一台停止运行时，其余变压器应保证一，二级符合用电。第1634条变电所的进出线断路器设置应符合以下规定1）主变电所应设置进线断路器。2）主变电所，采区变电所的高压馈出线，应设置带断路器的专用开关柜。第1635条井下每个开采水平宜设置一个主变电所。主变电所应留有高、低压配电装置的备用位置，其数量不用少于各自安装总数的20。13煤矿中央变电所位置选择131中央变电所位置选择原则1）尽量设在负荷中心，一般主排水负荷占井下总负荷的很大比例，通常中央变电所都与主排水泵房建在一起。2）要求通风良好，运输方便，靠近井底，一般中央变电所均设在井底车场附近。通过钻孔供电的变电所要求靠近钻孔。3）要求较好的地质条件，顶、底板的岩层要稳定，尽量少压煤并无淋水等不利因素。一般井下中央变电所的位置如图所示。图11中央变电所的位置FIG11LOCATIONOFTHECENTRALSUBSTATION1一副井井筒；2一主井井筒；3一井下中央变电所；4一主水泵房根据巷道布置，要使中央变电所能顺利的通过各巷道向整个井下负荷中心采煤工作面进行供电。在各采区供电距离合理,线路输送电能安全经济等进行供电。所以把中央变电所布置在井下停车场以供井下各个采区变电所集体供电。132主接线原则1）井下中央变电所的高压电源进线及馈出线，一般均设开关控制。2）高压母线一般采用单母线分段，并设分段联络开关，正常情况下母线分列运行。3）各类高压负荷，应尽可能均匀分配在各段母线上。4）主排水泵如由井下中央变电所高压或低压开关柜直接操作时，应在水泵安装地点设有能停泵的操作按钮。133井下中央变电所的硐室要求及设备布置原则1）硐室内电气设备之间的电气连接，除在开关柜内可用母线连接外，必须用电缆作连接。高压电缆一般应敷设在电缆沟中，低压电缆可以悬挂在墙壁上。2）变电所布置时应留出一定的备用位置。3）为缩短硐室的长度，一般采用双列布置，只有在设备台数较少，低压开关采用配电盘时，才采用单列布置。4）所有电气设备外壳必须接地，接地母线沿硐室内壁敷设，由于井下主接线地极均设置在主排水泵房的吸水小井内，距变电所很近，故中央变电所内除捡漏继电器的辅助接地极外不设置局部接地极。134中央变电所的布置方式如图所示图12中央变电所布置方式FIG12CENTRALSUBSTATIONLAYOUT1高压配电箱；2硅整流器柜；3直流配电箱；4低压配电装置；5矿用变压器；6防火铁门；7铁栅栏门；8电缆沟。2井下负荷统计与无功功率补偿井下中央变电所，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。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。供电设计采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法和单位产品电耗法等。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。21井下负荷的统计方法根据煤矿电工手册的设备选择计算方法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COSRNKPS（21）式中，S所计算的电力负荷总的视在功率，KVA；NP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。1）综合机械化采煤工作面需用系数计算（22）EDXPK604式中，容量最大的那台电动机额定功率，KW；DP工作面用电设备的额定功率之和，KW。E2）普通机械化采煤工作面需用系数计算（23）EDXPK7140286井下井底车场等负荷，可按式（21）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。其井下用电设备的需用系数及平均功率因数如表所示。表21井下用电设备的需用系数及平均功率因数TAB21THENEEDFORPOWEREQUIPMENTANDAVERAGEPOWERFACTOR井下负荷名称需用系数KR平均功率因数COS备注综采工作面07一般机械化工作面0607炮采工作面（缓倾斜煤层）040506炮采工作面（急倾斜煤层）050607掘进工作面030406架线电机车04506509蓄电池电机车0809输送机0507井底车场无主排水设备060707有主排水设备07508508KR值按式（22,23）计算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。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（24）TSNSKPCOS式中，井下总负荷的视在功率，KVA；SSS井下各用电设备计算负荷的视在功率之和，KVA；NP井下主排水泵计算功率之和，KW；COS井下主排水泵的加权平均功率因数；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SK09095；T同时系数。井下总负荷的功率因数应按式（24）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。22井下负荷的计算使用采区变电所负荷统计，根据采区开拓、开采方法、系统的运行方式、负荷原则首先确定每台变压器担负的负荷进行负荷统计。用需要系数法统计由于工作条件的变化用电设备实际负荷随时都在变化，又由于生产环节的不同，在一组电气设备中，同时工作的实际台数可能小于其总台数。所以每组用电设备总的实际负荷，总是小于该组总的额定负荷。将实际负荷与额定负PNP荷的比值用需用系数表示。XK采区负荷统计计算采区移动变电站的选择结果及负荷统计如表22所示根据综合机械化采煤工作面需用系数计算61025740640EDXPK式中，容量最大的那台电动机额定功率，KW；DP工作面用电设备的额定功率之和，KW。EKWPKNXCA251306VAR942513TNQKVASCA670OSAUSINCA78931467305040EDXPKKWNXCA31462783VAR801462TNQKVAPSCA47OSUINCA831603表22工作面负荷表TAB22WORKLOADTABLE工作面设备采煤机MG300/700可弯曲刮板输送机SGZ764/630乳化泵DPR200/315转载机SZZ764/160皮带机破碎机PCM110工作面计算负荷设备台数112111用电设备额定容量（KW）7006301251603001102025额定电压U1140114011401140114011401140需用系数061功率因数08080808080807有功功率KW123525无功功率KVAR12529计算负荷视在功率KVA1764额定电流A23122082825106198726工作电流计算电流A8937表23顺槽设备负荷表TAB23THELOADGAUGEFORTHETANK顺槽的设备可伸缩带式输送机调度绞车回柱绞车喷雾泵站煤电钻顺槽的计算负荷综采工作面负荷计算设备台数14212用电设备额定容量（KW）40011441775125572582额定电压U660660660660660660660需用系数083功率因数08080808080807有功功率KW46231161268无功功率KVAR46878167003计算负荷视在功率KVA66044232158额定电流A230214208714工作电流计算电流A33448134表24井下用电负荷统计表TAB24STATISTICALTABLEOFELECTRICLOADUNDERGROUND负荷名称一采区一号变电所一采区二号变电所二采区一号变电所二采区二号变电所三采区变电所蓄电池机车整流站井底车场低压负荷各变电站负荷总计主排水泵正常排水量时井下总负荷主排水泵最大排水量时井下总负荷每台电动额定容量KW16001600工作电动机台数13总容量KW64006400工作电动机总容量20255571520435163535834216004800需用系数RK0610830650680600800700909加权平均功率因数COS07070707070907089089TAN10210210210210204810205120512有功功率KW12352546231988295898128642394403934547934835934无功功率KVAR1252946878100773017100061374724419397201470929618385计算负荷视在功率KVA176466044141144225714014318223425665017225103980123无功功率补偿231无功功率补偿的意义功率因数低是功功率大的表现，系统中无功功率大会造成如下影响1）使变配电设备的容量增加在电压一定时，功率因数越小，即无功分量越大，则电流越大。若要承受大的电流，系统电气设备的容量必然要加大，这就会增加系统成本，使电气设备利用率降低。2）使供配电系统的损耗增加从供配电系统功率损耗计算式中不难看出通过系统电流增加，系统上的功率损耗也会增加。3）使电压损失增加，线路电流越大，电压损失也就越大。4）使发电机效率降低系统中负荷对无功功率需求量增大，发电机必须增发相应的无功平衡，这样就降低了发电机的效率。232无功功率补偿的原理如图所示，采取无功功率补偿、提高功率因数时，无功功率和视在功率的变化。图21无功功率补偿原理FIG21REACTIVEPOWERCOMPENSATIONPRINCIPLE当采取无功功率补偿使功率因数由提高到时，无功功率和视在功率将COSTCSQS分别减小为和，从而使负荷电流相应减小。这就使得供电系统的电能损耗和电压损TQTS失降低。24无功功率补偿的计算供电部门通常要求038KV电能用户的功率因数应达到085以上，10KV电能用户的功率因数应达到090以上。经计算全矿功率因数95084013985COS为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。需要电容器容量VARK8234950ARCOSTN804ARCOSTN34859TANT21CAVPQ选用型号的并联电容器，额定电压105KV,额定容量100KVAR。05B2WF利用电力电容补偿容量为VAR8234VAR6031KKQC补偿后变电所总无功功率R585C补偿后的功率因数96085234859COS2满足要求。KVAC693S225018786ICNU25并联电容器的补偿方式并联电容器组是电网中使用较广的一种专用于无功功率补偿的设备，它以其低廉的价格、方便的使用而受到广泛使用。按照电容器组安装位置的不同，并联电容器组无功功率补偿方式一般可以分为集中补偿方式、分散补偿方式和单机就地补偿方式三种。1集中补偿方式将电容器组直接安装在变电所的610KV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所的供电范围内无功功率基本平衡。2）分组补偿方式将电容器组分别装设在功率因数较低的终端配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点，仅无功补偿容量和范围相对小些。但是分组补偿效果比较明显，采用的较为普遍。3）就地补偿方式将电容器或电容器组装设在异步电动机或者电感性用电设备附近，就地进行无功补偿，也称为单独补偿或个别补偿方式。这种方式既能提高为用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量，对中小型设备十分适用。本次设计选用集中补偿方式26并联电容器的接线方式电容器接线方式不同，相应的补偿方式也不同。在无功补偿中，线路的补偿电容器组有如下三种接线方式三角形接法接法、星形接法Y接法）、三角形和星形相结合接法Y，相应的补偿方式也就分为三相共补、三相分补、三12相共补与三相分补相结合的方式。本次设计选择三角形接线对应于三相共补的方式，如图所示。传统的低压补偿大都是采用三相共补的方式，根据控制器统一采样，各相投入相同的补偿容量。图22电容器接线方式FIG22CAPACITORCONNECTIONMODE这种补偿方式适用于三相负载基本平衡、各相负载的功率因数相近的网络。星形接线对应于三相分补方式。三相分补方式就是各相分别取样，按照需要分别投入不同的补偿容量。此种方法适用于各相负载相差较大，其功率因数值也有较大差别的场合。与三相共补不同的是控制器分相进行工作互不影响。当然,其价格高于三相共补的装置一般要贵2030。三角形和星形相结合接线对应于三相共补与三相分补相结合的方式。三相共补部分的电容器为接线，三相分补部分的电容器为Y接线。采用此种接线方式的补偿装置，运行方式机动灵活。3主变压器的选择变压器是供电系统中的主要电气设备，对供电的可靠性、安全性和经济性有着重要的意义，如果变压器容量选择的过大，不仅使设备投资费用增加，而且变压器的空载损耗也将过大，促使供电系统中的功率因数值减小；如果变压器容量选择的过小，在长期过负荷运行情况下，铜损耗将增大，使线圈过热而加速老化，缩短变压器寿命，既不安全也不经济。因此，正确计算负荷和选用变压器是井下供电设计中的重要组成部分，必须予以足够重视。供电变压器是根据其使用环境条件、电压等级及其计算负荷选择器形式和容量。变电所的容量是由其装设的主变压器容量决定的。从供电可靠性出发。变压器台数越多越好。但变压器台数增加，开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大。所以，变压器台数与容量的确定，应全面考虑技术经济指标，合理决定。31变压器的选型井下变电所内的变压器应选用防爆式变压器或者矿用干式变压器，在低瓦斯矿井和高瓦斯井井低车场固定筒式内可以选用KS7型等矿用低损耗变压器。32变压器台数的确定中央变电所的动力变压器一般设两台，当主排水泵为低压时，任一台变压器停止运行时，另一台变压器应能承担最大涌水量时期的排水，生产，照明等全部用电。主变压器不论几台，一般为同型号，同容量。33变压器容量的选择采区变电所变压器总额定容量应近似或稍大于其计算容量，负荷率一般不低于09，计算容量按需用系数法计算。34变压器型号的确定及功率损耗1）根据计算容量选取主变压器额定容量10000KVA,型号KBSG10000/10,参数如下表。表31KBSG10000/10变压器参数TAB31KBSG10000/10TRANSFORMERPARAMETERS损耗（W）型号高压KV低压KV额定容量KVA联结方式空载电流/阻抗电压/空载短路KBSG10000/10101210000YYN0DYND110475750018000变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗有两部分组成。其中一部分是空载，又称铁耗。它是变压器主要磁通在铁心中产生的有功损耗。另一部分是短路损耗，又称铜耗。它是变压器负荷电流在一次绕组和二次绕组电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流的平方成正比。有功功率损耗的计算式为变压器的有功损耗（31）2K0CTP（32）TSR式中变压器空载有功功率损耗；0P变压器的短路电流等于额定电流时的有功功率损耗；K计算负荷；CS变压器的额定容量；TR变压器的负荷率。KWPCT12870152K0689RTS变压器的无功功率损耗同样，变压器的无功功率损耗也有两部分。一部分是变压器空载时，有产生主磁通的励磁电流造成的无功功率损耗。另一部分是有变压器负荷电流在一次绕组和二次绕组电抗上产生的无功功率损耗，公式如下，（33）TRSUIQ2K0T1）式中变压器空载电流；0I变压器阻抗电压。KUARSUIQTRKV680718705041022KT）由以上计算，中央变电所10KV母线总负荷为KWPTAVZ43839VAR5291680752QTZKVA3914830SZ2）采区变电所变压器选择KBSG6300/12参数如下表。表32KBSG6300/12变压器参数TAB32KBSG6300/12TRANSFORMERPARAMETERS损耗（W）型号高压KV低压KV额定容量KVA联结方式空载电流/阻抗电压/空载短路KBSG6300/12120696300YYN0DYND110565680015000变压器的计算负荷系数37065821RTCS变压器的有功损耗KWPCT8515822K0移动变电站的无功损耗ARSUIQTRV6730706122K0T）由以上计算，采区变电所12KV母线总负荷为KWPTAVZ5181VAR976037QTZKVA32159162SZ3）井底车场低压动力及照明选择变压器KBSG630/10，参数如下表。表33KBSG630/10变压器参数TAB33KBSG630/10TRANSFORMERPARAMETERS损耗（W）型号高压KV低压KV额定容量KVA联结方式空载电流/阻抗电压/空载短路KBSG630/10100693/04630YYN0DYND1115420004100变压器的计算负荷系数540632RTCS变压器的有功损耗KWPCT212K0移动变电站的无功损耗ARSUIQTRV80163540122K0T）由以上计算，井底车场380V母线总负荷为KWPTAVZ39VAR92608124QTZKVA7359608SZ4）井下中央变电所主接线设计井下中央变电所是井下供电的枢纽，它担负着向井下设备和采区变电所供电的重要任务，因此，其主接线方式的选择十分重要。4主接线的选择41主接线的拟定1）高压系统的供电方式由矿山地面变电所10KV母线引出高压电缆，通过井筒送至井下中央变电所，然后从井下中央变电所引出，经沿巷道敷设的高压电缆送至井下各高压用电设备和采区变电所，形成地面变电所中央变电所采区变电所三级高压供电系统。2）低压系统的供电方式井底车场附近的低压用电设备，是由设在中央变电所的变压器降压后供给；采区内的低压用电设备的供电由采区变电所降压后供给。采区内综采工作面的低压用电设备，可由采区变电所引出高压电缆，送到置于工作面附近顺槽的移动变电站，降压后供给。3）井下中央变电所的主接线井下中央变电所的主接线如图。图41井下中央变电所的主接线图FIG41MAINWIRINGDIAGRAMOFTHEUNDERGROUNDCENTRALSUBSTATION井下中央变电所主接线图1）单母线分段接线中央变电所的高压母线采用单母线分段接线方式，母线段数与下井电缆数对应，各段母线通过高压开关联络。正常时联络开关断开，母线采用分列运行方式；当某条电缆出现故障时，母线联络开关合闸，另一条电缆能够承担井下最大涌水量时的排水负荷。2）运行方式母线采用分列运行方式3）适用情况可靠性高，负荷大，对一二级负荷供电。水泵是井下中央变电所的重要负荷，应保证其供电绝对可靠，由于水泵总数中已包括备用水泵，因此，每台水泵可用一条专用电缆供电。水泵，采区用电，低压动力和照明的配电变压器，应均匀分配在各段母线上，防止由于母线故障造成大范围停电，影响安全和生产。4）高压开关的配置单电源进线的采区变电所，当变压器不超过两台且无高压出线时，可不设电源进线开关；当变压器超过两台或有髙压出线时，应设置进线开关。A双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。当其经常为一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，每线应分段并设联络开关，正常分列运行。B采区变电所的高压馈出线，宜用专用的开关柜。42低压供电系统的拟定在拟定供电系统时，应将采区内的用电设备按电压等级、生产环节和安装地点分组，各组尽量分开供电。在用电设备分组时,还应考虑到各组用电负荷的大小、巷道布置情况和电缆敷设的路线。各组用电负荷不能过大，以保证受电端的电压质量。巷道有分叉点时，应装有开关或电缆接线盒。确定电缆的敷设路线时，应注意回采工作面（机采除外）、轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆。在具体拟定供电系统时还应考虑以下原则1）在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的开关、电磁启动器和电缆等设备最少。2）原则上一台启动器只控制一台设备。3）当采区变电所的动力变压器多于一台时，应合理分配变压器的负荷，原则上一台变压器负担一个工作面的用电设备。4）变压器最好不并联运行。当必须保证低压侧不间断供电时，多台变压器低压侧应设置联络开关，正常情况下低压侧分列运行。5）由工作面配电点到各用电设备宜采用放射式供电，上山及顺槽的输送机宜采用干线式供电。6）供电线路应走最短的路线，并尽量避免回头供电。7）如配电点距电源供电点较近或电磁启动器数量少于三台时，一般不设配电点进线自动馈电开关。8）大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动器间电缆的截面。9）低瓦斯矿井掘进工作面的局部通风机，可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电，或采用掘进与采煤工作面分开供电。10）瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤（岩）瓦斯（二氧化碳）突出矿井中，掘进工作面的局部通风机应采用三专（专用变压器、专用开关、专用线路）供电。也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电（但每天应有专人检査次，保证局部通风机可靠运转。11）使用局部通风机供电的地点必须实行风电闭锁，保证停风后切断停风区内全部非本质安全型电气设备的电源。使用2台局部通风机供风的，2台局部通风机都必须同时实现风电闭锁。12）使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风。因此要在专用变压器与采区变电所内其他任意一台变压器之间加设联络开关。平时断开，在实现局部通风机线路的漏电保护时，合上联络开关，以防局部通风机停电。13）采区变电所、上山绞车房、装车站及综采工作面应设照明灯。5短路电流的计算51计算短路电流的目的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。52短路电流计算短路电流是指电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离，会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。图51井下供电系统短路计算电路图FIG51UNDERGROUNDPOWERSUPPLYSYSTEMSHORTCIRCUITCALCULATIONCIRCUITDIAGRAM521高压电网短路电流计算1）最大运行方式A确定基准值取,，AMV10SDKVUD510K21DKVD6930U3，KAUSDD503I11AUSDDK1483I22AUSDDK318I3B计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值，如图为短路等效电路图。电力系统105618X1KDS取最大运行方式下的三相对称短路容量为AVKM线路2089512047X222NDCUSXL电力变压器KBSG10000/103701010343TRDKS电力变压器KBSG6300/124951068510X3265TRDKSU图52短路等效电路图FIGURE52SHORTCIRCUITEQUIVALENTCIRCUITDIAGRAMC求K1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值1145809056X21K三相对称短路电流初始值2KAIKD723145801K3其他三相短路电流3KIKBK723I3AP19652I1I3K三相短路容量4AVXSKDKM87651403D求K2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值189507089563212K三相对称短路电流周期分量有效值2KAXIKD38950142K3其他三相短路电流3KIKBK73I3AP941652I08I3K三相短路容量4AVXSKDKM631895023K3点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量与K2点的相同。E求K4点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值185190750856X43214XK三相对称短路电流周期分量有效值2KAIKD3485143K3其他三相短路电流3KIKBK03I33AP81452I6I3K三相短路容量4AVXSKDKM0548143K5点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量与K4点的相同。2）最小运行方式A确定基准值取,，AMV10SDKVUD510K21DKVD6930U3，D3I11ASD483I22ASD18I3B计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统1109X1KDS取最小运行方式下的三相对称短路容量为AVMM线路2089512047X222NDCUSXLKBSG10000/103701010343TRDKS电力变压器KBSG6300/124950168051X3265TRDKSU图53短路等效电路图FIG53SHORTCIRCUITEQUIVALENTCIRCUITDIAGRAMC求K1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值1198010X21K三相对称短路电流初始值2KAIKD53719801K3最小两相短路电流3KIK4236IK2D求K2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值1948075081X3212XK三相对称短路电流周期分量有效值2KAIKD694802K3最小两相短路电流3KIK63IK2K3点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量与K2点的相同。E求K4点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值1915070891X43214XK三相对称短路电流周期分量有效值2KAIKD6239143K3最小两相短路电流3KIK73860IK2K5点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量与K4点的相同。表51短路电流统计表TAB51STATISTICSOFSHORTCIRCUITCURRENT最大运行方式下短路参数最小运行方式短路参数短路点（KAK3I）（KA3IK）（KA3IP）（KA3IP）MVA3SK）（KA）K3I（KA）K2IK137723772961956966858727532384K25375371369481081116350654386K35375371369481081116350654386K4450345031148368540543623777K54503450311483685405436237776高压电缆的选择61煤矿安全规程对井下电缆的规定第466条在总回风巷和专用回风巷中不应敷设电缆。在机械提升的进风的倾斜井巷（不包括输送机上、下山）和使用木支架的立井井筒中敷设电缆时，必须有可靠的安全措施。放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆。第467条井下电缆的选用应遵守下列规定（一）电缆敷设地点的水平差应与规定的电缆允许敷设水平差相适应。（二）电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体。（三）严禁采用铝包电缆。（四）必须选用取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆。（五）电缆主线芯的截面应满足供电线路负荷的要求。（六）对固定敷设的高压电缆A在立井井筒或倾角为45及其以上的井巷内，应采用聚氯乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆、交联聚乙烯绝缘粗钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆；B在水平巷道或倾角在45以下的井巷内，应采用聚氯乙烯绝缘钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆、交联聚乙烯钢带或细钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆；C在进风斜井、井底车场及其附近、中央变电所至采区变电所之间，可以采用铝芯电缆；其他地点必须采用铜芯电缆。（七）固定敷设的低压电缆，应采用MVV铠装或非铠装电缆或对应电压等级的移动橡套软电缆。（八）非固定敷设的高低压电缆，必须采用符合MT818标准的橡套软电缆。移动式和手持式电气设备应使用专用橡套电缆。（九）照明、通信、信号和控制用的电缆，应采用铠装或非铠装通信电缆、橡套电缆或MVV型塑力缆。（十）低压电缆不应采用铝芯，采区低压电缆严禁采用铝芯。第468条敷设电缆（与手持式或移动式设备连接的电缆除外）应遵守下列规定（一）电缆必须悬挂A在水平巷道或倾角在30以下的井巷中，电缆应用吊钩悬挂；B在立井井筒或倾角在30及其以上的井巷中，电缆应用夹子、卡箍或其他夹持装置进行敷设。夹持装置应能承受电缆重量，并不得损伤电缆。（二）水平巷道或倾斜井巷中悬挂的电缆应有适当的弛度，并能在意外受力时自由坠落。其悬挂高度应保证电缆在矿车掉道时不受撞击，在电缆坠落时不落在轨道或输送机上。（三）电缆悬挂点间距，在水平巷道或倾斜井巷内不得超过3M，在立井井筒内不得超过6M。（四）沿钻孔敷设的电缆必须绑紧在钢丝绳上，钻孔必须加装套管。第469条电缆不应悬挂在风管或水管上，不得遭受淋水。电缆上严禁悬挂任何物件。电缆与压风管、供水管在巷道同一侧敷设时，必须敷设在管子上方，并保持03M以上的距离。在有瓦斯抽放管路的巷道内，电缆（包括通信、信号电缆）必须与瓦斯抽放管路分挂在巷道两侧。盘圈或盘“8”字形的电缆不得带电，但给采、掘机组供电的电缆不受此限。井筒和巷道内的通信和信号电缆应与电力电缆分挂在井巷的两侧，如果受条件所限在井筒内，应敷设在距电力电缆03M以外的地方；在巷道内，应敷设在电力电缆上方01M以上的地方。高、低压电力电缆敷设在巷道同一侧时，高、低压电缆之间的距离应大于01M。高压电缆之间、低压电缆之间的距离不得小于50MM。井下巷道内的电缆，沿线每隔一定距离、拐弯或分支点以及连接不同直径电缆的接线盒两端、穿墙电缆的墙的两边都应设置注有编号、用途、电压和截面的标志牌。第470条立井井筒中所用的电缆中间不得有接头；因井筒太深需设接头时，应将接头设在中间水平巷道内。运行中因故需要增设接头而又无中间水平巷道可利用时，可在井筒中设置接线盒，接线盒应放置在托架上，不应使接头承力。第471条电缆穿过墙壁部分应用套管保护，并严密封堵管口。第472条电缆的连接应符合下列要求（一）电缆与电气设备的连接，必须用与电气设备性能相符的接线盒。电缆线芯必须使用齿形压线板（卡爪）或线鼻子与电气设备进行连接。（二）不同型电缆之间严禁直接连接，必须经过符合要求的接线盒、连接器或母线盒进行连接。（三）同型电缆之间直接连接时必须遵守下列规定A橡套电缆的修补连接（包括绝缘、护套已损坏的橡套电缆的修补）必须采用阻燃材料进行硫化热补或与热补有同等效能的冷补。在地面热补或冷补后的橡套电缆，必须经浸水耐压试验，合格后方可下井使用。在井下冷补的电缆必须定期升井试验；B塑料电缆连接处的机械强度以及电气、防潮密封、老化等性能，应符合该型矿用电缆的技术标准。62井下高压电缆选择确定原则1）按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。2）按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。3）按系统最大运行方式时，发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端（馈出变电所母线）选定短路点。4）按正常负荷及有一条电缆发生故障时，分别校验电缆的电压损失。5）固定敷设的高压电缆型号应该按以下原则确