河南理工大学自考助学
机电设备与管理专业
《矿山电工学》课程设计指导书
河南理工大学 成人教育学院
2014年6月
目录
1. 绪论(或前言) ................................................ 1
1.1设计目的和意义 ........................................... 1 1.2 设计内容和要求........................................... 1 1.3 原始资料................................................. 1 2 负荷计算及变压器选择 .......................................... 3
2.1负荷计算 ................................................. 3 2.1.1计算各组负荷 ........................................... 3 2.1.2 各低压变压器的选择与损耗计算........................... 3 2.2 计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器............... 5 2.2.1 功率因数补偿与电容器柜选择............................. 5 2.2.2 主变压器校验及经济运行方案............................. 5 2. 3 拟定绘制矿井地面供电系统一次接线图...................... 5 2.4 设计计算选择结果汇总..................................... 6 3短路电流计算................................................... 7
3.1选取短路计算点并绘制等效计算图 ........................... 7 3.2选择计算各基准值 ......................................... 7 3.2.1计算各元件的标么电抗 ................................... 8 3.2.2计算各短路点的短路参数 ................................. 8 4电气设备选择................................................... 9
4.1 35kV电气设备的选择 ..................................... 9 4.2 6kV电气设备选择 ....................................... 10 4.3 选择结果汇总........................................... 10 5 结束语 ....................................................... 10 参考文献 ....................................................... 10
（根据自己设计内容更改目录）
1. 绪论(或前言)
1.1设计目的和意义
掌握矿山供电系统中负荷统计计算、短路计算、电气设备的选择等设计环节，并进行初步的工程设计，为将来能够独立设计完成供电系统打下坚实的基础。
******
1.2 设计内容和要求
本课程设计，主要包括①负荷统计；②功率因数提高；③主变选择；④电气主接线方案；⑤绘制供电系统一次接线图；⑥短路计算；⑦主要电气设备的选择等。
设计者接受任务后，应本着安全可靠、技术经济合理的精神，遵照有关规程规范，结合我国和矿上现状及条件，力求系统简单可靠，尽可能选用国产设备，并考虑一定的发展余地，同时注意吸取和采用国内外的先进技术，作出质量较高，满足工程要求的供电设计。
设计说明书力求简洁，同类计算仅举一例，其余只需列出基本参数和计算结果于表内，设备选择与继电保护整定均按次原则处理。
用2号图纸画供电系统图一张，注意整个图纸的结构布置及个设备图形符号的正确运用，开关设备应标出型号规格及继电保护整定的结果，电缆应标出型号、截面、总数和长度等等。
******
1.3 原始资料
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：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：Xs.max＝0.22（Sd＝100MVA）；
井下6kV母线上允许短路容量：Sal＝100MVA；
本所35kV母线上补偿后平均功率因数要求值：cosφ′35.a≥0.9；
地区日最高气温： θm＝44℃ ； 最热月室外最高气温月平均值：θ最热月室内最高气温月平均值：θ最热月土壤最高气温月平均值：θ
m.o
＝42℃ ； ＝32℃ ； ＝27℃ 。
m.i
m.s
全矿负荷统计分组及有关需用系数、功率因数等如表1所示。
表1 全矿负荷统计分组表
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。
******
2 负荷计算及变压器选择
2.1负荷计算
2.1.1计算各组负荷
分别算出各设备或设备组的Pca、Qca、及Sca，并填入表2中12～14列。 例如，对于主井提升机有
Pca.1=Kd1PN1= Qca.1=tanφPca.1
=
=***kVA
***
2.1.2 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中的计算视在容量进行。
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。
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。
3．洗煤厂变压器
选用两台S9-800，6／0.4kV型铜线电力变压器。
4．各变压器功率损耗计算
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中未作分组，故不选变压器。
例如，对于500kVA工人村变压器，据查工程手册有关参数，可算得
PT=P0+PK(
Sca24292
)15()4.7kW SNT500
I0%UK%21.444292
QTSNT()500()21.7kvar
[**************]2
又如，对于地面低压两台800 kVA变压器，同样可算得
1S8022
PT=2[P0+PK(ca)2]2[1.457.2()]6.5kW
2SNT2800I%U%1.24.5802
QT2SNT(0K2)2800[]37kvar
[1**********]02800
2
井下低压负荷的变压器损耗
ΔPT=0.015Sca=0.015×2203=33 kW
ΔQT=0.06Sca=0.06×2203=132 kvar
同理可得其它各低压变压器的损耗如表3所示。
表3 各低压变压器功率损耗计算结果
2.2 计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器
******
2.2.1 功率因数补偿与电容器柜选择
设计要求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。
******
2.2.2 主变压器校验及经济运行方案
****
2. 3 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。
******
2.4 设计计算选择结果汇总
******
图某矿地面变电所供电系统一次接线图
1
35kV
3短路电流计算
按给定的条件，对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。
*****
3.1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1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2所示的等效短路计算图。
图2等效短路计算图
3.2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
1.5605kA
Id29.1646kA
Id3
144.3376kA
3.2.1计算各元件的标么电抗
1．电源的电抗
X*s.max＝*；X*s.min＝* 2．变压器电抗
主变压器电抗 X*T1=Uk%
SdSNT1
=* Sd
地面低压变压器电抗 X*T5=Uk%SNT2=* 3．线路电抗
35kV架空线电抗X*l =l X0下井电缆电抗* 扇风机1馈电线路电抗* 扇风机2馈电线路电抗* 主井提升馈电线路电抗* 副井提升馈电线路电抗* 压风机馈电线路电抗* 地面低压馈电线路电抗* 洗煤厂馈电线路电抗* 工人村馈电线路电抗* 机修厂馈电线路电抗* 支农馈电线路电抗*
Sd
U2d1
=*
3.2.2计算各短路点的短路参数
(一）K35点短路电流计算
1．最大运行方式下的三相短路电流 *
2．最小运行方式下的两相短路电流 *
（二）K66点短路电流计算 1．最大运行方式下的三相短路电流 *
2．最小运行方式下的两相短路电流 *
（三）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 *
6kV侧的短路电流参数 *
2．最小运行方式下的两相短路电流 *
6kV侧的最小两相短路电流为 *
（四）井下母线短路容量计算（K7点） ***
'
4电气设备选择
4.135kV电气设备的选择
（一）高压断路器的选择 ******
（二）隔离开关的选择 ******
（三）电流互感器选择 ******
（四）电压互感器的选择 ******
（五）35kV避雷器的选择 ******
4.26kV电气设备选择
******
（一）开关柜方案编号选择 ******
（二）高压开关柜校验 ******
（三）6kV母线选择 ******
（四）6kV支柱绝缘子的选择 ******
（五）穿墙套管的选择 ******
4.3选择结果汇总
******
5 结束语
收获、感想、致谢
6 参考文献
参考书。
可选设计题目：
采区供电设计
第一步:准备
一. 自学书上第六章——采区供电设计计算 二. 认真看懂原始资料
第二步:封面和目录
一. 封面设计（矿山电工学课设、班级、姓名、学号） 二. 目录(按原始资料内的要求写)
1 绪论-------------------------------------------------- 2 原始资料 --------------------------------------------- 3 采区负荷计算------------------------------------------ 4 确定采区供电系统-------------------------------------- 5 进出线截面的选择-------------------------------------- 6 短路电流计算------------------------------------------ 7 高、低压开关选择及校验-------------------------------- 8 继电保护的选择及整定---------------------------------- 9 结束语及参考文献--------------------------------------
第三步：内容
一. 绪论(或前言)
1. 设计题目:×××××× 2. 设计内容和要求:
绪论 ①、原始资料；
②、采区负荷计算（确定变压器容量、台数及型号）； ③、确定采区供电系统（画出采区供电系统图2＃图纸）； ④、进出线截面的选择；（低压侧） ⑤、短路电流计算；（干线） ⑥、高、低压开关选择及校验； ⑦、继电保护的选择及整定；（干线） ⑧、结束语及参考文献。 3. 采区供电的要求: 4. 对井下电气设备的要求:
二． 原始资料
1、该矿为低沼气低涌水量矿井，年产量30万吨，煤层南北走向，倾角12度（北高南低），立井开拓，井深120米，煤质中硬，厚度1.8米，顶、低板中等稳定。
2、采区为中间上山开采，采区分三个区段，区段总长度为345米，工作面长100米，东翼走向长度400米，采用国产80机组采煤，煤巷掘进为放炮落煤、皮带机运输，西翼最大走向长度280米，为炮采工作面。
3、井下中央变电所配出电压为6KV，配出开关的断流容量为50MVA，其到上山巷道下部的距离为1600米，采区主要用电设备的电压660V，煤电钻和照明的电压为127V。
4、采煤方法为长臂后退式普通机采和炮采，两班出煤，一班检修，日产量1000吨，采区服务年限为2年。
5、采区巷道及设备布置见图1。 6、采区用电设备负荷统计见表1。
2
采区巷道及设备布置图1
注：照明负荷约4KW。
三. 负荷计算及变压器选择:(在此之前,所置的选择,本题目已知,所以省略)
1. 负荷分组及配电点确定:
①根据工作面分(如:机采﹑炮采﹑掘进等) ②根据设备性质分(如:采煤机﹑运输机﹑电钻等) ③考虑专用线(如:采煤机﹑运输机﹑提升机等) ④列出各配电点的设备及专用线所带设备 2. 初步确定采区高压总体供电方式:
①采区高压供电系统的拟定原则和初步拟定高压系统
②画出采区高压供电方式图(如下图所示)，一个生产环节一台变压器的原则。
炮采面掘进面机采面
3. 负荷计算及变压器选择:
①负荷计算方法介绍(需用系数法的定义,公式介绍,系数的取值来源.) ∑PN * Kde
Sac = ------------
cosφwm
PcaKdePN
或QcaPcatg
Sca
UN
Ica式中: Sac ---- 各配电点用电设备的计算负荷KVA.
∑PN ---- 配电点内具有相同需用系数的用电设备额定负荷之和KW. Cosφwm ----- 用电设备组的加权平均功率因数 Kde ---- 需用系数,
②根据上面的供电方式求出各组的计算负荷并选择该组的变压器(如下所示)
炮采面配电点组:ⅰ.求出该电点总的计算负荷Sac(考虑照明负荷1KW)
ⅱ.查表选择变压器(含电钻、照明变压器)
掘进面配电点组: 方法同上。 机采面配电点组: 方法同上。
列出所选择的所有变压器的技术参数表(表中含有:负荷分组, 计算负荷,变压器型号, 技术参数等)，并标注到整个采区供电系统图(2＃图纸)中。
四、确定采区低压供电系统:（根据分组情况）
1、采区供电系统拟定原则:
2、采区供电系统图的拟定: (分三部分画) ①炮采面配电点供电系统图的拟定 ②掘进面配电点供电系统图的拟定
③机采面配电点供电系统图的拟定(如下图所示) ④画出整个采区供电系统图(2＃图纸)
3＃
QA ○
③①
五．进出电缆的选择：(高、低压电缆)
1．电缆选择一般原则： ①电缆型号选择原则 ②电缆长度确定原则 ③电缆芯线数确定原则 ④电缆主芯线截面确定原则 2．电缆选择方法介绍：
①支线（配电点到设备间）电缆截面的选择方法介绍 ②干线（采区变电所到配电点间）电缆截面的选择方法介绍 3．各支路电缆选择计算：
①炮采面配电点各支路电缆选择（参照前面的系统图） a. 各支路电缆型号确定
根据前面选择原则，主要考虑设备性质、设备是固定还是移动的、干线或支线等。 b. 各支路电缆长度确定
根据前面选择原则，按采区平面图上的尺寸计算。（配电点距工作面的距离为50米，专线除外，各段电缆需增加一定的长度） c. 各支路电缆芯线的（根数、截面）确定 ⅰ.求出各支路的最大工作电流
Klo * PN* 10³
Ica= ------------------------- √3 * VN * cosN*ηmo
式中：Ica ―― 长时最大工作电流；A
Klo --- 电动机负荷系数；（原始资料中已知）
PN―― 电动机的额定功率；KW（原始资料中已知） ηmo―― 电动机的额定效率；（原始资料中已知）
cosφN――电动机功率因数；（原始资料中已知）
VN―― 设备的额定电压；V（原始资料中已知）
ⅱ.选择各支路芯线的根数和截面
ⅲ.电缆截面校验（干线电缆）
②掘进面配电点各支路电缆选择（参照前面的系统图） 方法同前
③机采面配电点各支路电缆选择（参照前面的系统图） 方法同前
④列出所有选择的电缆结果表，并将各电缆型号标注到整个采区供电系统图(2＃图纸)中。
六．短路电流计算：（仅计算干线）
1．选择短路点： 一般选择QA或DW开关输出线路的末端。 2．计算各短路回路的电抗：按低压电网计算。 3．求出各短路点的短路电流：Is³ . Is² . ich .Ss 。
4．列出短路电流总表：
七．高、低压开关选择及校验：
1．选择原则：①高压设备选择原则； ②低压设备选择原则； 2．高压设备选择及校验： 3．低压设备选择： 4．列出所选开关总表：
八、保护整定计算：（仅对高压开关和低压总开关）
九、结束语及参考文献
收获、感想、致谢、参考书。