供电技术课设

前言
课程设计主要考察我们对理论知识的掌握程度，以及对专业技术的实际应用能力。

通过作设计，可以很好地衡量我们独立思考、认真分析、理论应用以及现场实际操作能力。

本设计是为煤矿 35kV 供电系统而进行的设计。

目的是建立35kV变电站，为煤矿提供可靠的用电。

整个设计包括了 35kV 变电站设计的所有内容。

同时考虑到煤矿供电系统的特点，对变电站的负荷进行了分组，达到合理、经济的目的。

通过短路电流计算，确定了系统主接线及运行方式，同时对电力系统电力线路的选择提供了依据。

考虑到电器设备可能的漏电现象，对变电站进行了保护接地的设计，满足了接触电压和跨步电压的要求，保证了人身安全。

为防止变电所遭到雷击，还进行了防雷保护。

采用了避雷器、避雷针、避雷线等保护措施，保证了安全。

通过以上的设计，基本构成了煤矿 35kV 变电站的设计，满足了生产和生活的需要，达到了安全用电的要求，同时兼顾了可行性、经济性的原则。

根据这些数据而选用的电气设备具有一定的参考的价值。

由于我自己能力有限，在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处，恳请各位老师能够批评指正。

1 对原始资料的分析
企业生产所需的电能，都是由电力系统供给，企业所需的电能都是通过企业的各级变电站经过电压变换后，分配到各用电设备。

因此企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处的位置十分重要。

进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确地选择企业各级变电站的变压器容量、各种企业电力设备的型号、规格以及供电网所用的导线型号等提供科学依据。

工矿企业的负荷计算，首先要收集必要的负荷资料，求出各负荷的需用系数和功率因素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，，考虑组建同时系数，为初选主变压器台数，容量提供依据。

功率因素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，根据题意要求，要将35KV母线功率因素提高到0.9以上，因此，将主变压器的功率损耗也计入到总的负荷中，
最后，拟定供电系统，主要需要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的主接线方式，并绘制系统的一次接线图。

本章可按以下八步去计算：
（一）计算各组负荷并填入表2－1中8～11各列。

（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。

2负荷计算与功率因数补偿
2.1计算各组负荷与填表
利用题目所给定的数据和公式,分别算出各设备或设备组的P ca 、Q ca 、及S ca ,并填入表2－1中
例如，对于主井提升机有
ca.1d1N10.951000950 kW P K P ==⨯= ca.1ca.1tan 0.62950589 kvar Q P ϕ==⨯=
ca 1118kVA S ===
又如，对于扇风机1，由同步电动机拖动，原始数据中其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：
ca.3d3N30.88640563 kW P K P ==⨯=
ca.3ca.33 0.5tan 0.50.46113 kvar Q P ϕ==⨯⨯=（）［563（－）］－
ca3577kVA S ===
同理可得其余各组数据见表2－1。

表2－1全矿负荷统计分组表
2.2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2－1中的计算视在容量按公式的原则进行。

2.2.1机修厂、工人村与支农变压器
查附表分别选用S9-800，6／0.4kV 、S9-700，6／0.4kV 、S9-600，6／0.4kV 型三相油浸自冷式铜线电力变压器各一台。

2.2.2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。

2.2.3洗煤厂变压器
选用两台S9-800，6／0.4kV 型铜线电力变压器。

2.2.4各变压器的功率损耗计算
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2－1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700kVA 工人村变压器，据附表中的有关参数，可算得
22
058115 4.4700ca T K N T s KW p p p S ⋅⎛⎫⎛⎫
∆=∆+∆=+⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
2022%% 1.4458170029.1var 100100100100700K NT U I S k Q T β⎛⎫⎛⎫
∆=+=⨯+⨯= ⎪
⎪⎝⎭⎝⎭
又如，对于地面低压两台800 kVA 变压器，同样可算得
22
01738221.457.2 5.922800ca T K N T S KW P P P S ⋅⎡⎤⎡⎤
⎛⎫⎛⎫∆=∆+∆⨯=+⨯=⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪
⨯⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦
202%% 1.2 4.5738280034.5var 21001001001002800K N T T U I k Q S β⋅⎡⎤⎛⎫
⎛⎫∆=+=⨯⨯+⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦
井下低压负荷的变压器损耗,按近似公式计算，即
T ca 0.0150.015259338.9 kW P S ∆==⨯= T ca 0.060.062593155.6 kvar Q S ∆==⨯=
同理可得其它各低压变压器的损耗如表2－2所示。

2.3计算6KV 母线上补偿前段总负荷，并初选变压器
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=9425 kW ，故查表得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
()ca.6si ca T ()0.85942571.18071 kW P K P P =∑+∑∆=⨯+= ()ca.6si ca t ()0.854926301.14443kvar Q K Q Q =∑+∑∆=⨯+=
69213ca S KVA ⋅===
补偿前功率因数
ca.66ca.68071
cos 0.8769213
P S ϕ=
== 根据矿井一、二级负荷占的比重大与Sca.6=9213kVA ，可初选两台主变压器，其型号容量按附表选为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。

2.4功率因数的补偿与电容柜的选择
2.4.1原始条件分析
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。

2.4.2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
ca.6N.T 9213
0.921310000
S S β=
== 22T 0K 13.60.92135358.6 kW P P P β∆=∆+∆=+⨯=
220K T N.T %%
10000(0.0080.0750.9213)716.6 kvar 100100
I U Q S β∆=+=⨯+⨯=［
（）］ 以上△P0、△P K 、I 0％、U K ％等参数由附表查得。

2.4.3 35KV 侧补偿前的功率因数与负荷
ca.35ca.6T 807171.18142 kW P P P =+∆=+= ca.35ca.6T 44433014744 kvar Q Q Q =+∆=+=
359423ca s KVA ⋅=
==
ca.3535ca.358142
cos 0.8649423
P S ϕ=
== 2.4.4计算实际补偿容量与选择电容柜
设补偿后功率因数提高到35cos 0.9ϕ'=，则 35tan 0.4843ϕ'=，取平均负荷系数
0.8o
K
l =，据公式可得
'c o ca.353535 (tan tan )0.88142(0.58270.4843)641 kvar l Q K P ϕϕ==⨯⨯=－－
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
c c 641
2.4270
Q N q =
== 取偶数得Nf=4
实际补偿容量： c.f f c 4270 1080kvar Q N q ==⨯=
折算到计算补偿容量为
c.f c.ca lo 1080
1350 kvar 0.8
Q Q K =
== 2.4.5补偿后6KV 侧的负荷与功率因素
ca.6ca.6 c.ca 44431350 3093 kvar Q Q Q '===－－
因补偿前后有功计算负荷不变，故有
'
68643ca S KVA ⋅=
== ca.66ca.68071
cos 0.9348643
P S ϕ'=
==' 2.4.6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
ca.6
N.T 86430.864310000
S S β''=
== 22T 0K 13.60.86435353 kW P P P β''∆=∆+∆=+⨯=
220K T N.T %%
10000(0.0080.0750.8658)640 kvar 100100
I U Q S β''∆=++=⨯+⨯=［
（）］ 2.4.7补偿后35kv 侧的计算负荷与功率因数校验
.ca 35ca.6T 827153 8324 kW P P P ''=+∆=+= ca.35ca.6T
30936403733kvar Q Q Q ''=+∆=+=
ca 359123kVA S ⋅'=== ca 3535ca 358324
cos 0.9120.99123
P S ϕ⋅⋅''=
==>' 合乎要求。

2.5主变压器的校验及经济运行方案
由表2－1负荷统计计算表可知、全矿三级负荷约占总负荷的12%，故可取负荷保证系数K gu =0.85。

则有N T gu ca 350.8591237754 kVA 10000 kVA S K S ⋅⋅≥'=⨯=＜ 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
ec N T S S ⋅=
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
6128ec S KVA ==
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6128 kVA
s S ≥时，宜于两台同时分列运行。

2.6全矿电耗与吨煤电耗计算
按表2－1，一般大型矿井取上限。

中小矿井取下限，取年最大负荷利用小时
4500max
T ＝小时，故全矿年电耗 '6
max max max ca 35 4500832437.510P A T P T P kw h ⋅===⨯=⨯
吨煤电耗为
6
6
37.510A 37.5m 10P t A kw h ⨯===
2.7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。

2.7.1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。

2.7.2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。

2.7.3下井电缆回数确定
由表2－1中11、12行，考虑0.96的同时系数得井下总负荷为
()ca 0.9615841960 3402 kW P =⨯+= ()ca 0.966181697 2222kvar Q =⨯+=
ca 4063S KVA ===
井下最大长时负荷电流（计算电流）
o.m ca 391A l I I ==
== 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，本例应选用2回就足够，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100MV A 的要求来决定。

经粗略估算，本例可以不设置限流电抗器。

主电路接线图如图2-1
煤矿企业地面35/6kV变电所初步设计
面
低
压
图2-1变电所一次接线图
11
2.7设计计算结果汇总
1．补偿后6kV 侧负荷与功率因数
ca.6ca.68071 kW P P '==； ca.63093 kvar Q '=；ca.68643 kVA S '=； 6cos 0.934ϕ'=
2．补偿后35kV 侧负荷与功率因数
ca.358324 kW P '=；ca.353733kvar Q '= ；ca.359123kVA S '= ；35cos 0.912ϕ'=
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：ec 6128kVA S ＝ 6．全矿年电耗：537.510P kw h ⨯A ＝ 7．吨煤电耗：t 37.5 A kw h t ＝ 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。

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。

3. 短路电流计算
3.1对系统进行短路分析
按前面给定的条件，对图2-1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。

根据第二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 =0.12。

3.2选取短路计算点，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3-1所示的等效短路计算图。

图3-1等效短路计算图。

3.3选择计算各基准值
选基准容量S d ＝100MVA ，基准电压U d1＝37kV ，U d2＝6.3kV ，U d3＝0.4kV 则可求得各级基准电流为
11 1.56053337d d d I KA U ===⨯
229.164633 6.3d d d I KA U ===⨯
33144.3376330.4
d d d I KA U =
==⨯ 3.4计算各元件的标么电抗
3.4.1电源电抗
X s.min =0.12 X s.max =0.12
3.4.2变压器电抗
主变压器电抗 *T1k 1100
%
0.0750.7510
a N T S X U S ⋅==⨯=
地面低压变压器电抗 *T5k 2100
%0.045 5.6250.8
d N T S X U S ⋅==⨯= 3.4.3线路电抗
35kV 架空线电抗 *22
1100X X0
6.50.4 6.50.029220.189937
d l d S l U ==⨯⨯=⨯= 下井电缆电抗 *72
100
X 0.650.080.650.201560.1316.3=⨯⨯
=⨯= 扇风机1馈电线路电抗 *112
100
X 1.50.41.51.00781.51176.3=⨯⨯
=⨯= 扇风机2馈电线路电抗 *13X 1.51.00781.5117=⨯= 主井提升馈电线路电抗 *16X 0.280.201560.05644=⨯= 副井提升馈电线路电抗 *17X 0.20.201560.0403=⨯=
压风机馈电线路电抗 *19
X 0.360.201560.0726=⨯= 地面低压馈电线路电抗 *21X 0.050.201560.0101=⨯= 洗煤厂馈电线路电抗 *23X 0.461.00780.4636=⨯= 工人村馈电线路电抗 *27X 21.0078 2..0156=⨯= 机修厂馈电线路电抗 *28X 0.20.201560.0403=⨯= 支农馈电线路电抗 *30X 2.71.0078 2.7211=⨯=
3.5计算各短路点的短路参数
因为最大运行方式与最小运行方式的系统电抗一样，所以不用分最大与最小运行方式 3.5.1 k35点短路电流计算
***35. m s.min X X 0.120.18990.3099l X ++＝＝＝
*35. m 35
11
3.22680.3099I *X ＝
＝＝
(
)
3*35. m
35.m d1I 3.22681.5605 5.05 kA I I ⨯＝＝＝
(3)sh.3535.m 2.55 I 2.55 5.0512.88kA i ⨯＝＝＝ (3)sh.3535.m 1.52 I 1.52 5.057.68 kA I ⨯＝＝＝ *3535.m d S I 3.2268100322.68MVA S ⨯＝＝＝
3.5.2 k66点短路电流计算
***66. m 35.m T1X X X 0.30990. 751.0599=+=+=
*66. m 66110.94351.0599
I *
=
==X (3)*66. m 66.m d2I 0.94359.16468.65 kA I I ⨯＝＝＝ (3).sh.6666m 2.55 2.558.6522.06kA i I ⨯＝＝＝ (3)sh.6666m 1.521.528.6513.15 kA I I ⨯＝＝＝ *6666m d S 0.943510094.35MVA I S ⨯＝＝＝
3.5.3 k ’21点短路电流计算（折算到6kv 侧）
****21.m 66.m 21T51.05990.0101 5.625 6.695X X X X ++++＝＝＝
*21. m 2111
0.14946.695m
I *=
==X 6kV 侧的短路电流参数
()3*21. m 21.m d30.14949.16461.37 kA I I I ⨯＝＝＝
(3)sh.2121.m 2.55 2.551.37 3.49kA I I ⨯=＝＝ (3).2121.m 1.521.521.37 2.08 kA sh I I ⨯＝＝＝ *21 2.m d 0.149410014.94MVA S I S ⨯＝＝＝
3.5.4井下母线短路容量计算（k7）
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+距井下中央变电所的距离，即70.20.360.090.65l =++=（km ），其电抗标么值为
*7
70222100
X X 0.080.650.1316.3
d l l d S U ⨯⨯＝＝＝ *****s.min 1T 7X X X X X 0.120.18990.750.1311.1909l l ∑=+++=+++=
井下母线最大短路容量为k7d 1110083.97MVA 1.1909S S *∑
⨯X ＝
＝＝ 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3－1所示
表3－1 短路计算结果参数表
4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2－8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 配电线路的型号截面。

4.2 35KV 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政策，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
'155.4lo ca I I ==
=
=A
一般中型矿井Tmax ＝3000～5000h ，查表可得，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
20.650.65155.4
87.81.15
ca ec ec I S mm J ⨯=
== 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[1]中例2－10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℃，据公式算得其温度修正系数为0.79
则修正后的允许载流量为
0.790.79275217155.4al
al I I '==⨯=A >A 合格。

4.2.4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
al 350000.051750V
U ∆⨯＝＝。

查表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[1]中第二章的例2－10给出为6.5km ；故得35kV 线路的电压损失为
(
)()''
00cos sin 147.40.46 6.50.9240.382 6.50.382948ca U r L x L V
φφ∆+⨯⨯⨯+⨯⨯=
由于
a 1750V
l U U ∆∆=＜，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主副提升机6KV 电缆线路选择
据表与图可知，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 电缆线路选择
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。

4.3.2按经济电流密度选择主井，副井6KV 电源电缆线截面
一路供电的负荷电流199.3ca I =
==A 按Tmax ＝3000～5000h ，查表可得，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
2199.3115.21.73
ca ec ec I S mm J =
==
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计算
电缆直埋地下，据[1]中例2－10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
'190185al
I I ===A
按一般黑土查表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
取高压配电线路允许电压损失为3％，则有 a 60000.03180V
l U ∆⨯＝＝
线路实际电压损失按公式计算（忽略电抗）
()
1
1211182809532808028120628.8
n
i i
i c N PL U V S U γ
=-∑⨯+⨯+∆=
=
=⨯⨯
()
1
2195320011182008026120628.8
n
i i
i c N PL U V S U γ=-∑⨯+⨯+∆===⨯⨯
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热稳定性
矿35kV 变电所6kV 母线上最大三相稳态短路电流I ∞已由第三章算出为8646A 。

短路电流作用的假想时间
i ip ia
t t t =＋
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，ip se br 0.60.15 0.75s
t t t ===＋＋ 。

故得
i t 0.750.05 0.8s
==＋ （0.05为电弧熄灭时间）
电缆最小热稳定截面为
2min 81.4S I mm ∞
===
由于
22
min 81.4mm 120mm S =＜，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28020080 560m =＋＋ 。

4.4 6kv 下井电缆线路选择
在[1]第二章中已求出井下6kV 级总计算有功负荷P ca 为3684kW ，最大长时负荷电流
I ca 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0.75I ca 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L 11应为由表提供的650m 再加上井底至井下中央变电所的50m ，即L 11 =700m 。

为了管理维护方便，4回下井电缆应选用同型号同截面的电力电缆。

4.4.1 6kv 下井电缆型号选择
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MYJV 42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
1110.750.7544516722
ca ca I I ⋅=⨯=⨯⨯=A 按T max ＝3000～5000h ，查表可得，铜芯电缆的经济电流密度J ec ＝2.25 A/mm 2。

电缆的经济截面为 216774.22.25
ca ec ec I S mm J === 初选MYJV 42-6-3×70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计算
电缆直埋地下，并途经立井井筒，据[1]中例2－10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
'233227al I I ===A 按一般黑土查表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[1]中例2－10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。

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
a 60000.03180V l U ∆⨯＝＝
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
11368470063.22270648.6
ca c N P L U V S U γ⨯∆===⨯⨯⨯ 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 ∞已由第三章算出为8650A 。

短路电流作用的假想时间 i ip ia t t t =＋
取断路器动作时间t br =0.15 s ，其过流保护动作时间t se 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，ip se br 0.90.15 1.05s t t t ===＋＋ 故得 i t 1.050.05 1.1s ==＋ （0.05为电弧熄灭时间）
电缆最小热稳定截面为
2min 865065140
S I mm ===∞ 由于22min 65mm 70mm S =＜，故所选MYJV 42-6-3×70型电力电缆满足要求。

4回70mm 2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
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ZLQ 22-6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S min = 65mm 2，此即表明所选电缆截面应不小于70mm 2。

又由表可得，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ZLQ 22-6-3×70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扇风机等其他负荷组6kv 架空线路选择
4.6.1扇风机架空线型号选择
根据我国产品供应市场情况和以铝代铜的技术政策，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
59.5
lo ca
I I
====A
上式P ca.3与相应的功率因数均由表2－1查得。

一般中型矿井T max＝3000～5000h，查表可得，铝绞线的经济电流密度J ec＝1.15 A/mm2。

则导线的经济截面为
2
0.70.759.5
36.2
1.15
ca
ec
ec
I
S mm
J
⨯
===
式中 0.7——两分列运行线路的电流分配系数。

初选导线为LJ－35型铝绞线，查表得，其25℃时允许载流量I a l为135A。

4.6.3按长时允许负荷电流校验导线截面
据[1]中第二章知，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℃，查表得，其温度修正系数为0.79 。

则修正后的允许载流量为
'0.790.7913510774.5
al al
I I
==⨯=A>A合格。

4.6.4 按允许电压损失校验导线接截面
取高压终端负荷配电线路允许电压损失为4％，得
a
60000.04240V
l
U
∆⨯
＝＝。

查表5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[1]第二章的例2－10给出为1.5km；故得一路运行时的电压损失为
(
)()
0303
cos sin74.50.96 1.50.910.366 1.50.415199
ca
U r L x L V
φφ
∆=+=⨯⨯⨯+⨯⨯=由于a
240V
l
U U
∆∆=
＜，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；
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 计算结果汇总
上述各部选择计算结果列于表4-1中。

表4-1 计算结果表
结论
整个设计包括了35kV变电站设计的所有内容。

同时考虑到电热供电系统的特点，对变电站的负荷进行了分组，达到合理、经济的目的；同时对功率因数进行补偿，使其达到0.9以上。

通过短路电流计算，确定了系统主接线及运行方式，同时对校验电气设备、继电保护整定、采取限流措施等提供了依据。

在选择电气设备时，考虑了变电站的室内外结构和布置、操作方便等问题。

继电保护装置保证了被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障切除。

考虑到电器设备可能的漏电现象，对变电站进行了保护接地的设计，满足了接触电压和跨步电压的要求，保证了人身安全。

为防止变电所遭到雷击，还进行了防雷保护。

采用了避雷器、避雷针、避雷线等保护措施，保证了安全。

在设计的过程中，力求对数据的计算达到精确和合理。

从中得到了许多具有参考价值的数据。

例如对负荷分组的确定、功率因数的提高、短路电流的计算，电气设备的选择等。

对电气设备的选择力求达到合理和经济的原则。