煤矿35kv变电所设计

煤矿35kv变电所设计
XXXX矿是XXX矿业集团下属一个子矿，位于XXXXXX。

其设计生产能力、入洗能力均达90万吨/年。

矿井位于煤田东部，井田面积22.3平方公里，现在部分设备正处于更新中，其属于厚砾石层覆盖区，比较突出的采煤技术是单体支柱放顶煤开采，井深约在400米左右，由于其地下水丰富，该矿总共配有12台大型潜水泵，由于大型潜水泵的使用，其年耗电量大大增加。

按其采煤量运算耗电总耗电时刻是4000h/年。

XXXX矿供电系统由三条35kv进线供电。

其矿内变配电所占地约2200平方米，三条进线分别到所内室外三个35/6kv主变压器，平常起用一台主变，地下水丰富的夏季一样开两台主变，室外部四脚分别设置四个15米高的避雷器。

采纳单母分段的主接线形式，主母线分为三段，每段母线间以断路器隔开．使用高压六氟化硫断路器，稳固性及灭弧能力较高。

2 负荷运算与变压器选择
2.1负荷分级与负荷曲线
2.1.1 供电负荷分级及其对供电的要求
依照用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的阻碍，电力负荷通常可分为三个等级：
一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济缺失者。

一级负荷要求有两个独立电源供电。

井花沟矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济缺失，属于一级负荷。

二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时刻才能复原或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济缺失者。

二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）承诺由一回架空线路供电。

三级负荷：不属于一级和二级负荷的一样电力负荷，三级负荷对供电无专门要求，承诺长时刻停电，可用单回线路供电。

井花沟矿属于比较重要的工业部门，其供配电采纳三条进线，下设三个35kv的电力变压器，平常用一台主变，当地下水丰富的春夏季一样采纳两台运行，一台备用。

2.1.2 负荷曲线
年最大负荷：确实是指一年中典型日负荷曲线（全年至少显现3次的最大工作班负荷曲线）中的最大负荷，即30min 内消耗电能最大时的平均负荷。

并分别用符号m ax P 、max Q 、m ax S 表示年有功、无功和视在最大负荷。

年最大负荷小时是如此一个假想时刻，电力负荷按照年最大负荷m ax P 连续运行m ax T 时刻所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗电能。

如图2-2所示，年最大负荷m ax P 延伸到m ax T 的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，既全年实际消耗的电能p A 。

因此年最大负荷利用小时： P A T p def max max ， h （2-1）
式中p A ——全年消耗的有功电能，kw.h 。

而一样运算矿用最大负荷利用小时能够用公式近似运算：
5max 1504W T
（2-2）
2.2 矿井用电负荷运算
2.2.1 设备容量确定
将不同工作制的铭牌功率换算为统一的功率。

电动机
1）长期工作制（连续运转时刻在2小时以上者）的电动机，按电动机的额定容量。

2）短时工作制（连续运转时刻在10分钟至2小时范畴内）的电动机按电动机的
额定容量确定。

如此类电动机正常不使用（事故或检修时用）支线上的负荷按额定容量确定；干线上的负荷可不考虑。

3）反复短时工作制（运转时为反复周期地工作，每周期内的接电时刻不超过10
分钟者）的电动机，按电动机暂载率为25%时的额定容量确定，当电动机铭牌上的额定容量不是25%的暂载率时，应按下式换算：
e e e e
n P P P εεε225== (2-3) 式中
n P ——换算的额定容量，千瓦；
e P ——与某一暂载率相应的电动机铭牌功率，千瓦；
e ε——与e P 相对应的暂载率； 25ε——换算的暂载率，既25%。

2.2.2 需用系数的含义
以一组用电设备来分析需用系数d K 值的含义。

设该组用电设备有n 台电动机，其额定总容量为Ne P （kw ）。

则当此用电设备组满载运行时需从电网接用容量
η
Ne Ne P P = ； KW （2-4） 式中 Ne P ——用电设备从电网吸取容量，KW ；
η ——n 台电动机的加权平均效率，
∑=+++=n i ni
n
Nn N N P
P P P 12211......ηηηη （2-5） 然而n 台电动机同时运行的可能性专门小。

我们能够定义同时运行系数
si K
量全部电动机的总额定容的总和
行的电动机的额定容量在最大负荷期间投入运=si K 本次设计所需用席数按照参考质料均已记入表中
2.2.3 需用系数法运算电力负荷
在确定了容量后能够按需用系数法运算负荷
1）用电设备组运算负荷的确定
用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。

在一个车间中，能够依照具体情形将用电设备分为若干组，再分别运算各用电设备组的运算负荷。

其运算公式为：
∑=n d ca P K P KW
φtan ∑=n ca P Q KV A
22ca ca ca Q P S += KV A
)3(n ca ca U S I = A （2－6）
式中
ca P 、ca Q 、ca S ——该用电设备组的有功、无功、视在功率运算负荷；
∑n P ——该用电设备组的设备总额定容量，KW
n U ——额定电压，V
tan φ——功率因数角的正切值
ca I ——该用电设备组的运算负荷电流，A
d K ——需用系数
2）多个用电设备组的运算负荷
在配电干线上或矿井变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，然而各个用电设备组的最大负荷也非同时显现，因此在求配电干线或矿井变电所低压母线的运算负荷时，应再计入一个同时系数si K 。

具体运算公式如下：
∑=∑=m
i i n di si ca P K K P 1)( i=1，2，3…….m
∑=∑=m
i i i n di si ca P K K Q 1
)tan (φ
22ca ca ca Q P S += )3(n ca ca U S I = (2-7)
式中ca P 、ca Q 、ca S ——为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率运
算负荷；
si K ——同时系数
m ——为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数;
n U ——该干线或低压母线上的额定电压，V
ca I ——该干线变电站低压母线上的运算负荷电流，A
d
K ——需用系数 d K 、i φtan 、i
n P ∑——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切值、总设备容量。

依照要求及需用系数负荷运算公式，分别运算矿用负荷
1）主井提升机(公式<2-6>)
e P =1400kw d K =0.87 cos φ=0.84
tan φ=tan(artcos φ)=0.64
10P =d K ·e P =0.87×1400=1218kw
Q 10=10P ·tan φ=1218×0.64=779.52kva
S 10=P 10／cos φ=210210Q P + =1176/0.84=1450kva
I 10=S 10/3U N =1450kva/1.732×6000=139.5a
2) 副井提升机
e P =1000kw d K =0.85 cos φ=0.82
tan φ=tan(artcos φ)=0.6980
20P =d K ·Pe=0.85×1000=850kw
Q 20=20P ·tan φ=850×0.698=593kva
S 20=20P ／cos φ=220220Q P + =850/0.82=1036kva
I 20=S 20/3U N =1036/1.732×6000=99a
3) 扇风机1
e P =800kw d K =0.87 cos φ=0.82
tan φ=tan(artcos φ)=0.6980
30P =d K ·Pe=0.87×800=696kw
Q 30=30P ·tan φ=696×0.698=485kva
S 30=30P ／cos φ=230230Q P + =696/0.82=848kva
I 30=S 30/3U N =848/1.732×6000=81a
4) 扇风机2
e P =800kw d K =0.87 cos φ=0.82
tan φ=tan(artcos φ)=0.6980
40P =d K ·Pe=0.87×800=696kw
Q 40=40P ·tan φ=696×0.698=485kva
S 40=40P ／cos φ=240240Q P + =696/0.82=848kva
I 20=S 20/3U N =1060/1.732×6000=81a
5)压风机
e P =300kw d K =0.86 cos φ=0.82 n=3
∑e P =3×300=900kw
tan φ=tan(artcos φ)=0.6980
50P =d K ·Pe=0.86×900=774kw
Q 50=50P ·tan φ=774×0.698=540kva
S 50=50P ／cos φ=250250Q P + =774/0.82=943kva
I 50=S 50/3U N =943/1.732×6000=90a
6）排水泵
e P =680kw d K =0.86 cos φ=0.86 n=4
∑e P =4×680=2720kw
tan φ=tan(artcos φ)=0.5933
60P =d K ·Pe=0.86×2720=2339kw
Q 50=60P ·tan φ=2339×0.5933=1388kva
S 60=60P ／cos φ=260260Q P + =2399/0.86=2789kva
I 60=S 60/3U N =2789/1.732×6000=268a
如此井下6kv 低压母线上（不包括排水泵）低压母线有功、无功、视在功率运算负
荷、负荷电流如下：
∑=∑=m
i i n di si ca P K K P 1)(＝1176＋850＋696＋696＋774=3538kw
∑=∑=m
i i i n di si ca P K K Q 1
)tan (φ=779.52+593+485+485+540=2882kva
22ca ca ca Q P S +==4563kva )3(n ca ca U S I ==4563/1.732×6000＝439a
同理可得380v 线上各负荷的有功、无功、视在功率运算负荷、负荷电流以及（表
2－1）380v 线上的有功、无功、视在功率运算负荷、负荷电流：
∑=∑=m
i i n di si ca P K K P 1
)(＝1026＋270＋336＋360＋912=2904kw
∑=∑=m i i i n di si ca P K K Q 1
)tan (φ=716+243+270+270+731=2230kva
22ca ca ca Q P S +==3661kva
如此可求得变电所变电所总的有功功率为11493KW ，无功功率为8118K Var 。

考虑同
时需用系数K s ，有功功率取0.8，无功功率取0.9，得：总的有功功率为9194KW ，总的无功功率为7306 K Var 。

运算可得功率因数约为0.79，需用电容器补偿。

2.3 功率因数的改变
经运算全矿功率因数cos Φ＝9194/11743=0.783<0.95
需要电容器的容量： Qc ＝P z （tg Φ1－tgΦ2） (2-8)
式中 Q c ——补偿电容器的容量，单位：千乏
P z ——总有功功率， 单位：千瓦
tg Φ1——补偿前的功率因数，
tgΦ2——补偿后的功率因数,
95.0cos 789
.0cos 21==ϕϕ
运算可知，tg Φ1＝0.776, tgΦ2=0.329
Qc ＝9194×(0.776-0.329)
=4109
选择GR-1C-08型电容柜，容量为270千法。

需用电容柜的数量：
N=4109÷270=15.2 取16个柜
利用电力电容补偿容量为Qc ＝270×16＝4320千法
补偿后变电所总无功功率：Qz ＝7306-4320=2986千法
补偿后的功率因数：cos ø＝0.951 满足要求。

2.4 主变压器的选择
2.4.1 变电站主变压器容量的确定
主变压器容量的确定
（1）主变压器容量一样按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷进展。

关于城郊变电站，主变压器容量应与都市规划相结合。

（2）依照变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。

（3）同级电网的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网动身，推行系列化、标准化。

2.4.2 主变压器台数的确定
(1)对大都市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情形下，变电站以装设两台主变压器为宜。

(2)对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

(3)关于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷进展时，更换变压器的容量。

2.4.3 主变压器缺失运算
补偿后的6千伏母线运算负荷即主变压器应输出的电力负荷，现在运算主变压器缺
失，在未选型之前可用（2.2 负荷运算中的）公式运算负荷按下式近似运算如下：
2281140702.002.0=⨯==∆∑ca T S P kw
582728108.008.0=⨯==∆Z T Q Q kvar
变电所35千伏母线总负荷：
93882289160=+=∆+=∑T ca Z P P P kW
78635827281=+=∆+=T z Z Q Q Q kvar
122452
2=+=Z Z Z Q P S kVA 2.4.4 主变压器选型
为了保证煤矿供电，主变压器应选用一主一备，在一台主变压器故障或者检修时，另一台变压器必须保证煤矿的安全生产用电的原则。

依照《煤矿电工手册》取事故负荷保证系数85.0=sb K
则每台变压器为：
839995
.0938885.0cos =⨯=⨯≥ϕZ sb T P K S kVA 考虑到本矿区的进展情形，矿井不断延伸，负荷不断增加，选用SF7－10000/35型
电力变压器两台，作为主变压器。

SF-10000/35型电力变压器技术数据如下：
矿井变电所主变压器两台采样分列同时运行，因此主变压器损耗运算如下：
419.010*********=⨯==n T S S β
有功损耗：
k T P P P ∆+=∆2022β 2.1335326.132=⨯+⨯=kW
无功损耗：
k T Q Q Q 2022β+∆=∆ 23.292100%100%220=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=n k S U I βkvar
由以上运算，则35千伏母线总负荷为：
92931339160=+=∆+=∑T ca Zj P P P kW
815523.2927863=+=∆+=T z Zj Q Q Q kvar 123632
2=+=Z Z Zj Q P S kVA
3 供电系统的确定与短路运算
3.1 短路电流的分类与运算目的
短路点的设置见图3.1，等值电路图见图3.2。

图3.1 短路点的设置
3.1.1 短路的缘故
要紧缘故是电气设备载流部分绝缘所致。

其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后未拆除地线就送电等误操作；鸟兽在裸露的载流部分上跨过以及风雪等现象也能引起短路。

3.1.2 短路的种类
在三相供电系统中可能发生的短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。

第一种是对称短路，后两种是不对称短路。

一切不对称短路在采纳对称重量法后，都能够归纳为对称短路的运算。

3.1.3 短路的危害
发生短路时，由于系统中总阻抗大大减小，因此短路电流可能达到专门大的数值。

强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能烧坏电气设备；短路点的电压显著降低，使供电受到严峻阻碍或被迫中断；若在发电厂邻近发生短路，还可能使全电力系统运行破裂，引起严峻后果。

不对称短路所造成的零序电流，会在邻近的通讯线路内产生感应电势，干扰通讯，亦可能危及人身和设备安全。

3.1.4 短路电流运算的目的
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流运算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流运算。

（3）在设计户外高压配电装置时，需按短路条件效验软导线的相间和相对地的安全距离。

（4）在选择继电爱护方式和进行整定运算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

（5）接地装置需依照短路电流进行设计。

3.2 短路电流运算
3.2.1 运算各元件的电抗标幺值
选取基准容量：d S ＝100MVA
选取短路点所在母线的平均电压为基准电压，即： 运算1K 点，选取d U ＝37kV ，56.137
31001=⨯=
d I kA
运算2K 点及其其它短路点时，选取d U ＝6.3kV ，16.93
.631002=⨯=
d I kA
37kV 母线最大运行方式时系统阻抗min s x ＝0.28，小运行方式时系统阻抗为max s s ＝0.37。

主变压器：()92875.08
100
10043.7100%32=⨯=⋅==N T d k S S U x x 电缆线路： 0504.03.6100
25.008.02
25=⨯⨯==d d U S L
x x L 443.03.61002.208.0226=⨯⨯==d d U S L
x x L 084.03
.6100
4.008.0227=⨯⨯==d d U S L
x x L 084.03.61004.008.02
28=⨯⨯==d d U S L
x x L 0606.03.6100
30.008.0229=⨯⨯==d d U S L
x x L 483.03.6100
4.208.02210=⨯⨯==d d U S L
x x L 1007.03
.6100
5.008.02211=⨯⨯==d d U S L
x x L
0464.03.6100
2.008.02212=⨯⨯==d d U S L
x x L 1008.03.6100
5.008.02213=⨯⨯==d d U S L
x x L 1612.03
.6100
8.008.02214=⨯⨯==d d U S L x x L 架空线路： 251.03.61005.204.0224=⨯⨯==d d U S L
x x L 0312.43
.6100
00.44.02215=⨯⨯==d d U S L
x x L 3.2.2 短路电流运算
1K 点短路：
（1）最大运行方式：
28.0min =∑
*x
1min
12.011
1d d K K I x
I I I I I *
*
∞∑=⋅===''
571.556.128
.01
=⨯=
kA d K
S x
S S S *
∞∑===''min
2.011
35710028
.01
=⨯=
MVA 2.14571.555.255.211=⨯=''=K
sh I i kA 46.8571.552.152.111=⨯=''=K
sh I I kA （2）最小运行方式：
37.0max =∑
*x
21.456.137
.01
11max
1=⨯=
∑
=''*d K
I x I kA
()
65.321.4866.0866.011
2=⨯=''=K
K I I kA 2K 点短路
（1）最大运行方式：
1985.192875.027.031min =+=+=∑
*X X x
2min
2.012d K
I x
I I I *
∞∑===''
64.716.91985
.11
=⨯=
kA d K
S x
S S S *
∞∑===''min
2.012
43.831001985
.11
=⨯=
MVA （2）最小运行方式： 298.192875.037.031max =+=+=∑
*X X x 05.716.9298
.11
12max
2=⨯=
∑
=''*d K
I x I kA ()
11.605.7866.0866.022
2=⨯=''=K
K I I kA 15K 点短路：
（1）最大运行方式：
31min X X x +=∑
*208.192875.028.0=+= 2min
2.0115d K
I x
I I I *
∞∑===''
58.716.9208
.11
=⨯=
kA d K
S x
S S S *
∞∑===''min
2.0115
78.82100208.11=⨯=MVA
32.1958.755.255.21515=⨯=''=K
sh I i kA 52.1158.752.152.11515=⨯=''=K
sh I I kA
（2）最小运行方式：
298.192875.037.0max =+=∑
*x
05.716.9298
.11
12max
2=⨯=
∑
=''*d K
I x I kA ()
1.605.7866.0866.022
2=⨯=''=K
K I I kA 3K 点短路：
（1）最大运行方式：(下井电缆两并行运行) 2431min X X X x ++=∑
*
4245.12251.092875.037.0=++=
2min
2.013d K
I x I I I *∞∑
===''
43.616.94245
.11
=⨯=
kA d K
S x
S S S *
∞∑===''min
2.013
2.701004245
.11
=⨯=
MVA 39.1643.655.255.2133=⨯=''=K
sh I i kA 77.943.652.152.1313=⨯=''=K
sh I I kA （2）最小运行方式：
431max X X X x ++=∑
*
55
.1251.092875.037.0=++=kA 9.516.955
.11
12max
3=⨯=
∑
=''*d K
I x I ()
117.59.5866.0866.033
2=⨯=''=K
K I I kA 以上只对短路点1K ，2K ，15K ，3K 进行了运算，其它的短路点运算结果，列表4-1给出，不再列出详细的运算过程。

3.2.3 短路电流的限制及限流电抗器的选择
由短路运算井下短路容量：
3.6410043.63=⨯=''=d K
t S I S MVA 按规定6kV 当断流容量在100MVA 时，应折半使用，仅为50MVA ，t S >50MVA ，因此需选择限流电抗器。

3.2.4 电抗器的选择
下面我们由井下负荷运算下井总负荷电流。

井下负荷为：
2016=ca P kW 1617=ca Q kvar 78.0cos =ϕ
则下井总负荷电流： 71.24878
.0632016cos 3=⨯⨯==
ϕn ca Z U P I A
下井电缆根数C n 按下式确定：
1
n C ≥
+ （取偶数）
式中
Pp ,Qp ——井下主排水泵运算有功、无功负荷，kW 、kVar;
P d , Q d ——井下低压总的运算有功、无功负荷，kW 、kVar;
360——下井电缆150mm 2经45度修正后的安全载流量，若矿井负荷较少可据此原理选用120mm 2，95 mm 2等；
1——规程规定所必须的备用电缆。

井下运算负荷为2021kW ，工作电流为248.7A ,经运算与方案比较，决定选用四根YJV42—6000 3×95交联聚乙烯绝缘电力电缆作为下井电缆。

下井电缆的具体参数见表下井电缆为四根，假如其中一根发生故障，其余三根要负担全矿井下负荷电流，现在，每根电缆通过的电流为：
92.8237.2483max ===Z g I I A
为限制井下短路电流，按规程规定则系统总阻抗为：250100*
===S S X d Z 因下井电缆为四根，分裂运行，每两根并联，故应串入的电抗为：
()
()88.056.1222**
*
=-⨯=-=X X X Z k
式中*X 为系统在最大运行方式电抗前的最大阻抗。

母线电压为6kV ，由以上运算的负荷电流，及一条电缆损坏时，其余三条供电的条
件，可选用6=NL U kV ，200
=NL I A 的水泥电抗器四台，每台电抗器运算如下：
%
1.2100616.93
.62.088.0%2*
=⨯⨯⨯⨯==NL d d NL k L U I U I X X
由运算，我们可选用型号为NKL －6-200-3的水泥电抗器，此电抗器百分值为%L X ＝3％
3.3 井花沟矿供电系统简图
3.3.1 主接线形式
变电站的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以同意和分配电能，是供电系统的组成部分，它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数容量等因素有关。

3.3.2 单元接线
发电机与变压器直截了当连接成一个单元，组成发电机—变压器组，称为单元接线。

它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对而言于具有母线时，有所减小等特点；这种单元接线，幸免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等缘故造成的困难。

3.3.3 桥形接线
当只有两台变压器和两条输电线路时，多采纳桥形接线，使用断路器数目最少；桥形接线可分为内桥式和外桥式；内桥式桥连断路器设置在变压器侧，外桥式桥连断路器则设置在线路侧。

桥连断路器正常运行时处于闭合状态。

当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，用用内桥式接线比较合适；外桥式接线则在出线较短，且变压器随经济运行的需要需经常切换，或系统有穿越功率流经本厂时，就更为适宜。

外桥接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电爱护简单，易于过渡到全桥或单母分段接线，且投资少，占地面积小，缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路爱护，适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器经常驻需要切换以及可能进展为有穿越负荷的变电所。

内桥结线一次侧可设线路爱护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积无较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母分段不如外桥方便，适用于进线距离行，变压器切换少的终端变电所。

桥型接线见图3.3所示
3.3.4 单母线分段式接线
有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式接线变电所主变二交侧的配电母线，多采纳单母分段，多用于具有一二级负荷，且进出线较多的变电所，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均应停止运行。

W1
QF
图3.4 单母线分段式接线
方案比较：
单元接线当其中一元件发生故障时整个单元都要停电检修，不能满足该矿供电的要求。

单母线分段接线一样用于进出线回路较多的中间变电所。

我们在35千伏侧选用全桥型接线，全桥型接线灵活可靠，也可扩展成为单母线分段接线。

而6千伏侧我们则选用单母线分段接线。

综合比较井花沟矿的35kv侧采取外桥形式的主接线，而其6kv线路上采取单母分段，共分三段，每段之间用断路器，隔离开关连接。

图3.5 井花沟矿供电系统简图
4 设备选型
4.1 35kv设备选型
4.1.1 35kv架空线、母线的选择
变电所中各种电压配电装置的母线,以及电器间的连接大都采纳铜、铝或钢的矩形、圆形、管形裸导线或多芯绞线。

铜的导电性好，抵制化学腐蚀性强，因此在大电流装置中或在由化学腐蚀的地区宜采纳铜导线。

铝导线比重小，比较经济，在屋内外配电装置中都广泛采纳铝母线。

母线的截面形状，35KV及以下的屋内配电装置中，都采纳矩形截面。

因为它的冷却条件好，对交流肌肤效应的阻碍小。

35KV室外高压架空线、母线一样选用钢芯铝绞线，导线截面应按经济电流密度选择，按长时承诺电流进行校验，并应校验其电压缺失是否合乎要求。

高压线路的电压缺失不承诺超过5%，此外架空线路的导线应有足够的机械强度，不应由于机械强度不够而发生事故。

a. 按经济电流密度运算：
A=I
nm
/J（mm2）
式中 A—导线经济截面积，mm2；
J—经济电流密度， A/ mm2；
I nm—最大工作电流，A；
I
nm =P
m ax
1.05
n
S/U N3cosφ
=10000×1.05/3×35×0.95 =182A
式中 U
N
—线路额定电压，千伏；
P
m ax
—最大负荷，千瓦；
cosφ—功率因数；
由最大负荷利用小时数为4000，得J=1.15
A=182/1.15=158 mm2,选A=185 mm2，其型号为钢芯铝绞线LGJ—185
b. 按长时承诺电流校验，查得LGI—170的屋外载流量为515A(25℃),钢芯铝绞线最高温升不超过+70℃，假设导线长期工作温度为40℃，
则40℃时的载流量为：I
40=515×40
/)
40
70
( =446A＞182符合要求
c. 三相架空线路缺失校验按下式运算 ΔU%=
PL U X R N
2
0010tan ϕ
⨯+
式中R 0—线路单位长度电阻，Ω/km ；取0.163 X 0—线路单位长度电抗，Ω/km ；取0.365
设线间几何间距为2m ，已知P=9160、L=6km 、tan ϕ=0.25
ΔU%=69160351025
.0365.0163.02
⨯⨯⨯⨯+=1.14<5 校验合格
d. 母线按短路热稳固进行校验 A ≥
sk f k K t C
I 已知t f =3s I K =5.571kA,
式中A —所选导线截面，mm 2
； C —材料热稳固系数，C=95； K SK —集肤效应系数，取1； I K —短路稳固的最大有效值； A m in =
395
5571=102mm 2<185 mm 2
校验合格 因此35KV 母线和架空线，均选用LGJ —185型钢芯铝绞线
4.1.2 电压互感器、熔断器的选择
本设计为终端变电所，不进行绝缘检测，只需测量线路电压，可选两台双圈油浸互感器，其型号为JDJJ2—35，属户外式电压互感器，采纳V 型接法分别接在35KV 两段母线上，配用二个RN 2—35型限流熔断器，该产品仅作为电压互感器短路爱护之用，其最大切断电流为17KA ，最大切断容量1000MV A 。

另外选用3个RW 5—35/200~800户外跌落式熔断器，配合3台变压器。

电压互感器地选择： u e =35kV ，依照产品手册选用JDJJ2-35型电压互感器。

其技术参数如表4.1所示。

电压互感的校验
按准确等级与二次负荷校验。

矿井变电所35千伏主接线为全桥接线，各计费及考核有功电度表五块。

共计十块。

按35千伏设备分段运行，每段互感器承担的负荷为五
块。

查《电力工程设计手册》表34－10得每相电度表电压线圈消耗为1.5va 电度表总消耗功率为p ＝5×3×1.5＝12.99<150 符合要求。

4.1.3 电流互感器的选择
电流互感器选用LCW —35型户外支持式、多匝油浸瓷绝缘的高压电压互感器，单独装设，利用一次线圈的串并联，可得到不同的变比，选用额定电流变比为15~1000/5，准确级次0.5，1S 热稳固倍数65，动稳固倍数100。

4.1.4 35kv 避雷器选择
一样选用变电站避雷器FZ-35型，选两组分放在35KV 两段母线上，与电压互感器供用一个间隔。

4.1.5 带接地刀闸的隔离开关选型
表4.2 GW
从上表运算中可知，该电器的额定值都大于实际值，选用该设备符合要求，其操作机构配套选用CS —G 型。

4.1.6 隔离开关的选择
初步拟定选用隔离开关型号为GN2-35/1000,校验:
(1) GN2-35/1000的额定电压为35kV, 而NW U ＝35kV ，N U ＝NW U
满足要求。

(2) GN2-35/1000的额定电流为1000A
WMAX I =
164.962
=
N WMAX
I I
>
符合要求。

(3)max
i=70kA,
sh
i=5.571kA
max sh
i i>满足动稳固校验。

(4)热稳固校验
I T=25KA T=3S
1875
3
*
252
2=
=
T
I T S
KA2
233
=
Q
T
S
KA2
≥
T
I T2Q T
满足热稳固校验。

4.1.7 35kv断路器的选择
①额定电压选择
断路器的额定电压N
U应大于或等于所在电网的工作电压
NW
U,即N NW
U U
≥
②额定电流选择
断路器的额定电流N
I应大于或等于它的最大长期工作电流
WMAX
I，即
N WMAX
I I
≥
由于高压断路器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能的运行方式下电路连续工作电流的要求，即取最大长期工作电流WMAX
I
③开断电流选择
在给定的电网电压下，断路器的开断电流br
I不应小于实际瞬时的短路电流周期重量sct
I，即
br sct
I I
≥
当断路器的br
I较系统短路电流大专门多时，为了简化运算，也可用次暂态电流"I进行选择，即
"
br
I I
≥
④动稳固校验
若断路器的极限通过电流峰值max
i ，大于三相短路时通过断路器的冲击电流
sh
i ，则其
动稳固便满足要求，即
max sh
i i ≥
⑤热稳固校验 可表示为
2t t
I t Q ≥
初步拟定选用断路器的型号为高压六氟化硫断路器（LW-35/1600） 校验:
(1) 高压六氟化硫断路器（LW-35/1600）额定电压为35kV,
NW
U =35kV, N
U ＝
NW
U ,符
合条件。

(2) 高压六氟化硫断路器（LW-35/1600）额定电流为1600A,最大长期工作电流为
247
35
*3150003m ax ==
=
U
S I N
NT
w A
I N =1600A
即
N WMAX
I I >，因此负荷技术条件。

（3）断路器开断电流br I ＝16kA ，"I ＝5.571kA ， "
br I I >符合技术条件。

（4）max i ＝63kA ，sh i
＝14.56kA
max sh i i
>满足动稳固校验。

（5）It=63kA,t=4秒
I 2t ×t=632×4=15876 kA 2S
Qt=124.147 kA 2
S,2t t I t Q >满足热稳固校验。

4.2 6kv 电气设备的选择
4.2.1 母线的选择
6KV 母线一样选用矩形铝母线，其截面按长时承诺电流选，按动、热稳固性进行校验。

(1) 按长时承诺电流选
已知长时承诺电流算得I n =1011A ，查得铝母线LMY ——100×8平放在40℃，其最大承诺载流量为1210A 〉I n =1011A ，所选型号满足要求。

(2) 按动稳固性校验
单条母线三相位于同一平面布置时，产生的最大应力为：
m ax σ=1.76（aw L 2
）i 2kr 10
3
-（kg/cm 2
） 其中L ——跨距，cm ； a ——母线相间的距离,cm ； i kr ——短路冲击电流，KA ； w ——母线抗弯矩，cm 3
；
查得电缆LMY ——100×8的抗弯矩w=13.4 cm 3
、L=120cm a=25cm 、i kr =7.64KA 。

代入得max σ=1.76
3221064.74
.1325120-⨯⨯= 4.41kg/cm 2<700 kg/cm 2 满足要求
(1)按热稳固校验 A ≥
sk f k K t C
I
已知 t f =0.75s I K =7.64KA 查得C=95 K SK =1 A m in =
175.095
100064.7⨯⨯=69.65mm 2<800 mm 2
满足要求。

4.2.2 母线瓷瓶及穿墙套管
35KV 室外母线瓷瓶，选用悬式绝缘子组成绝缘串，作为母线绝缘瓷瓶。

室内6KV 选用母线支持瓷瓶，在穿墙的地点选用穿墙套管。

a.高压穿墙套管按电压、电流选用CWLB ——10/600型室外穿墙套管。

b.热稳固校验I K
t t i =7.645
3=5.91KA<12KA 满足要求 c.动稳固校验 查得穿墙套管受力公式P=F
F=1.76a
L i kr 2
107-kg
已知 L 1=120cm ， a=25cm i kr =7.64KA
∴P=1.76221048.1925
120-
=32.05kg<450kg 满足要求
4.3.3 断路器选择
表4.4 断路器选择
上述数据说明所选断路器符合要求，选用CD2—40G 电磁操作机构，电动操作。

4.2.4 隔离开关选择
其所选型号有GN19—10c 、GN19—10c/630、GN19—10/630、GN10—10、GN19—10c/400等，其操动机构配套选用手动CS6—1T 型。

对上述两种最小额定值的隔离开关校验符合要求，故都符合要求。

4.2.5 电流互感器的选择
电流互感器确定选用LMJC ——10，变比为50/5、100/5、150/5、600/5、1000/5、6000/5等级为0.5/C 型，其型号含义是母线式磁绝缘接地爱护。

还有LQJ ——10，变比为5~100/5，等级为0.5/3，型号含义为环氧树脂浇注式电流互感器。

LQJC ——10，变比为150~400/5，等级为0.5/C ，型号含义为环氧树脂浇注式瓷绝缘接地爱护的电流互感器。

通过动、热稳固性校验，都大于实际值，这三种型号的电流互感器能满足要求。

4.2.6 下井电缆型号及截面的选择
电缆芯线截面应按经济电流密度选，按长时承诺电流最小热稳固截面校验，下井电缆为4根，由于受工作环境与条件的限制，必须用耐拉的电缆，本设计中选用粗钢丝铠装铅包钢芯电缆。

(1)下井电缆选择运算 负荷电流为： 1016
34192
41341=⨯⨯==
U S I ca g A
则 89.4425
.2101==
=
j
g j J I S mm 2
选ZQD5-6-3⨯70型号电缆。

(2)承诺电压缺失校验
承诺电压缺失为：300%56000=⨯=∆Y U V 实际电压缺失为：99.33150
656600
2855=⨯⨯⨯==
∆D SU PL U N V
因为U U Y ∆>∆，符合条件。

(3) 热稳固性校验
21.3895
75.04192min =⨯
==∞
C
t I S j mm 2<70mm 2
热稳固符合条件。

下井电缆选用ZQD5-6-3⨯70型号电缆。