矿山机电专业毕业论文韦建强.doc

矿山机电专业综合实践报告山西机电职业技术学院矿山机电专业毕业综合实践报告班 级： 矿机1003 学 号： 10270132 姓 名： 韦建强 指导教师： 张广红 电子电气工程系二一三年 三月 二十六 日前 言此毕业综合实践报告主要涉及到实习工作中接触的供电系统及利用所学的煤矿供电知识，在指导老师的辛勤指导下完成，第一部分主要介绍了马军峪煤焦有限公司，供电系统概述及拟定。第二部分重点对短路电流计算、负荷的计算与无功功率的补偿、继电保护。第三部分电器设备的选择、变电所布置及其它。以及通过实习自己的一些感受。由于所学知识有限，技术资源缺乏，实践经验不足，设计中不能避免存在许多错误和不足之处，如某些设备可能已经过时等等，敬请老师指教摘 要供电系统可靠性直接体现供电系统负载的供电能力,加强供电可靠性的技术管理工作,不断提高可靠性指标是供电系统永恒的主题,是系统安全经济运行的重要保证。本论文是在煤矿实习的基础上完成的。通过对马军峪煤矿的实地考察，结合该矿现有生产水平和未来发展前景，在原有供电系统的基础上根据煤炭生产行业的有关规定进一步规范和完善。马军峪煤矿系120万吨煤矿，供电系统设计内容包括：地面变电所设计、井下供电设计、短路电流计算、地面及井下高低压设备选择、保护装置、地面及井下接地等。本设计主供电系统由来自不同地方的两路35kV线路供电，经主变压器变为10kV，由单母分段的接线方式分别向地面和井下供电。根据煤矿供电系统特点，本设计系统主线路均以最大运行方式进行整定，并以此对线路及其设备进行选择。马军峪煤矿35kV供电系统包括井上供电系统和井下供电系统两个部分。为保证供电的安全、可靠，又考虑马军峪煤矿服务的年限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对马军峪煤矿供电的合理性。关键词：马军峪煤矿 35KV 供电 设备选择目 录山西马军峪煤焦有限公司概况··························5第一章 概述········································81.1矿井简介········································81.2采区变电所及配电点位置的确定·······················8第二章 负荷计算与无功补偿··························102.1用电设备功率的确定·······························102.2需用系数法计算负荷·······························102.3单相用电设备的计算负荷····························122.4变电所总负荷的计算·······························132.5功率因数的提高···································132.6主变压器的选择与无功功率补偿·······················16第三章 采区供电系统的拟定··························183.1井下电压等级的确定·································183.2采区供电系统的拟定·································18第四章 短路电流的计算······························204.1短路电流的计算···································204.2计算短路电流的目的································204.3三相短路电流的计算方法·····························214.4短路电流计算·····································234.5矿用电气设备整定值································30第五章 继电保护····································335.1变电所继电保护的配置情况···························335.2主变压器的继电保护·······························33第六章 电气设备的选择······························396.1按使用场所选择电气设备的类型························396.2高压配电箱的选择································396.3低压电气设备的选择······························406.4低压电气设备电气参数的选择·······················41第七章 接地保护···································427.1地面变电所保护接地网····························427.2井下保护接地网·································42第八章 总结·······································45附录1【我的师傅】附录2【岗位认识】参考文献山西马军峪煤焦有限公司概况山西马军峪煤焦有限公司是常平集团控股的煤炭主体企业之一。山西常平集团有限公司是一家以钢铁为龙头，煤矿、铁矿、焦化、煤气发电为配套，房地产、旅游为补充的综合性大型民营企业。2010年实现产值52亿元，上缴国家税金2.47亿元，企业连续十年入围全国民营企业500强，全国成长企业100强，全省工业企业30强。常平集团有限公司位于壶关县常平经济开发区境内。董事长兼总经理陈忠孝是全国政协委员、全国工商联执委，并先后荣获“全国劳动模范”、“全国优秀乡镇企业家”、“优秀中国特色社会主义建设者”、“中国光彩事业奖章”、“中国乡镇企业十大新闻人物”、“中国农村新闻人物”、“全国首届百名慈善人物”等荣誉称号。山西马军峪煤焦有限公司位于沁源县聪子峪乡三义村，注册资本5260.5万元，资产总额28亿元，拥有井田面积36.8km2，保有储量2.14亿吨。公司现有两对生产井（山西马军峪煤焦有限公司、山西马军峪曙光煤业有限公司）、一对基建井（山西马军峪常信煤业有限公司），共有员工1200余人。2010年生产原煤98.05万吨，实现销售收入47281万元，上交利税10617万元，是沁源县重点原煤生产企业、利税大户，连年荣获县委、县政府授予的“模范单位”、“红旗单位”、“明星企业”等称号。2008年度被市委、市政府评为“市级平安企业”；被市经济委员会、市企业联合会、市企业家协会联合授予“市优秀企业”荣誉称号；被省煤炭学会授予“山西省煤炭综合利用先进集体”荣誉称号；企业被评为“2009年度长治市推进工业新型化60强企业”。公司在2009年资源整合中被确立为沁源县八大煤炭主体企业之一，产能达300万吨/年。公司所属马军峪煤矿、曙光煤业采煤方法全部为综合机械化，主采煤层为9+10#。目前已分别领取了90-120万吨/年和30-60万吨/年煤炭生产许可证与安全生产许可证，正在按程序申领主体安全生产许可证。常信煤业120万吨/年改扩建工程为沁源县“十二五”规划重点项目工程。该项目工程已于今年七月十一日开工建设，成立了以董事长陈忠孝为首的项目指挥部，矿主要负责人及机构设置已基本到位。目前已完成投资3000万元，“四通一平”全部实现，4个井筒已开凿，预计2013年可竣工投产，届时公司可达到年产原煤300万吨，实现销售额15亿元，实现利税7亿元，为沁源县转型跨越发展做出更大贡献。山西马军峪曙光煤业有限公司是山西马军峪煤焦有限公司的下属企业之一，始建于1994年。经2009年资源整合重组后，生产能力由原来的30万吨/年提升为60万吨/年，井田面积由原来的3.677km2增为6.9457km2，批准开采煤层为1-11号，现采9+10号煤层，保有储量3888.3万吨，矿井开拓方式为斜井开拓，共有三个斜井筒。主井斜长284.8m,倾角14.50,担负全矿井的提煤任务；副井斜长122.3m,倾角180，采用单钩串车提升，担负矿井排矸、下料等辅助提升任务；回风井斜长132m,倾角180，为矿井的专用回风井。矿井通风方式为中央并列抽出式，选用FBCDZ-NO18A型对旋式风机，风机额定通风能力为1560-5160m3,现矿井用风总量为3540m3/min。根据上级有关要求，我公司2009年对井巷采煤方法进行了升级改造，实现了综合机械化采煤。2010年瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，公司投资700万元建立永久瓦斯抽放系统并投入正常使用，抽采达标。我公司以科学发展观为统领，严格按照矿井质量标准化要求，着力以创建本质安全型矿井，以年底达省二级标准化矿井为目标，实施精细化管理。我矿“六大系统”建设情况，除紧急避险系统正在筹划中外，其余五大系统均己升级改造完毕，现已基本正常运行。我矿正在努力为主体企业的转型发展、跨越发展发挥积极的作用。山西马军峪常信煤业有限公司是经山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发200982号文关于长治市沁源县煤矿企业兼并重组整合方案（部分）的批复批准的兼并重组整合煤矿。整合后矿井名称为山西马军峪常信煤业有限公司，批准生产能力为120万吨/年，批准开采111号煤层，井田面积为16.7578km2，保有地质储量10677万吨。根据省煤炭规划设计院得规划设计，常信煤业120万吨/年扩建项目在沁源县赤石桥乡胡家庄村选定的工业广场内，重建开凿四个井筒即主斜井、副斜井、回风斜井、行人斜井，采用综合机械化采煤方法，该项目总投资97256.09万元，建设工期为2.5年。目前我矿已完成矿井首采区三维地震勘探报告和整合矿井地质报告、矿井瓦斯涌出预测报告，矿井初步设计于6月13日已通过专家评审。其它如环境影响评价报告、煤矿资源开发利用方案、矿井瓦斯抽采工程初步设计、土地复垦方案等已与相关资质单位签订合同，各项报告正在同步进行。“四通一平”工作已全面铺开，并完成了对施工队的考察工作，运煤专线全长共5km，正在紧张有序的修筑中，35kv变电所立项审批。截止目前矿井已成立项目指挥部，预计今年八月份可取得开工报告，年底力争完成四个井筒总计约2500米的建设任务，2013年可实现竣工投产。山西马军峪煤焦有限公司是经上级部门批复建设的现代化矿井，2005年10月马军峪煤矿90万吨开工建设，经过近4年的艰苦努力，到2009年5月份，各主要工程基本完工。2010年元月份顺利通过投产竣工验收，截至目前已生产原煤约120万吨，各系统运行状况良好。 2009年11月马军峪煤矿完成了资源整合，矿井能力提升为120万吨/年，截止目前“六证”已全部到位，批准开采1#-11#号煤层，批准井田面积为13.0855 km2，地质储量为8300万吨。现主采9+10#煤，煤厚2.0米左右，2#煤因煤层厚度不稳定，在0.3-0.6米厚，现未回采。我矿现有职工586人，管理人员63人，一个综采队74人，一个综掘队共101人，二个开拓队96人，机电队57人，运行队113人，预备队22人，瓦检队36人，瓦斯抽放队24人，井下作业全部实行“三八”制。第一章 概述1.1矿井简介马军峪煤矿地处太岳山东麓，山西省中南部，长治市西北部，东邻沁县，南接屯留、安泽、古县，西连霍州、灵石，北靠介休、平遥,系晋中、晋南、晋东南的交界处。马军峪煤矿四面环山，西北高而东南低，海拔最高2523米，最低939米，平均海拔1400米左右。本矿井煤炭可通过汽车运往该装车站装火车运往全国各地，矿区交通便利。1.2采区变电所及配电点位置的确定1.2.1采区变电所位置的确定1、尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，保证采区设备的供电质量。2、每个采区最好只设一个变电所，对整个采区和掘进工作面供电，并且尽量不迁移或少迁移变电所，减少变电所硐室的开拓费用。如一个变电所不能满足要求时，可在下一区段增设变电所，初期向掘进供电，后期向回采供电。3、变电所内要求通风良好，温度不得超过附近巷道温度5。4、设备运输要方便，便于电缆进出，地质条件好，顶底板稳定，无淋水。分析上述四项要求可见，后两个要求容易满足，但前两个要求相互矛盾因此，在确定采区变电所的位置时，应全面分析，综合考虑。一般先根据后两个要求确定变电所的位置范围，然后再根据前两个要求确定变电所的位置。在确定变电所的位置时，一般要列出几种可行方案，进行技术经济比较后择优选用。方案比较应列表表示。1.2.2按后两个要求确定采区变电所的位置时，可根据下列原则确定：1、采区变电所的位置一般设在上(下)山的运输斜巷和轨道斜巷的横贯内，或在甩车场附近的巷道内。当采用矿用一般型变压器时，不得设在回风巷或工作面进风顺槽内。2、在多煤层的采区中，各分层是否分别设置或集中设置变电所，应经过技术经济比较后决定。3、当附近变电所不能满足大巷掘进供电要求时，可利用大巷横贯巷道设置掘进变电所。如大巷为单巷而无横贯巷道利用时，可采用移动变电站。1.2.3移动变电站位置的确定1、采用移动变电站供电的条件随着采掘机械化的发展，工作面的电气设备多、容量大，工作面走向长，如仍采用固定的采区变电所供电，既不经济，又满足不了电压质量的要求。因此，属下列情况的采区供电宜采用移动变电站(1)综采工作面的供电。(2)普采工作面由采区固定变电所供电困难或不经济时。(3)大巷单巷掘进附近无变电所可利用时。2、移动变电站位置的确定移动变电站的位置一般按下列原则确定：(1)向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面100 m150 m的巷道中。(2)当下一个工作面尚未开采，而其回风巷已经掘进完毕，可将上工作面的移动变电站设置在下一个工作面的回风巷内，经过联络巷、运输巷向上工作面供电。(3)低瓦斯矿井的回采工作面移动变电站，可设置在该回采工作面的回风巷内。1.2.4工作面配电点位置的确定。1、回采工作面配电点一般设在距工作面50m-70m处的巷道中。2、掘进工作面配电点距掘进头80m-100m，一般配电点至掘进设备的电缆长度以不超过100m为宜。3、在电缆分叉点应设有配电点，此配电点在巷道交汇处附近。4、压入式局部扇风机和启动装置必须安装在进风巷道中，距回风口不得小于10m。第二章 负荷计算与无功补偿负荷计算是为电气设备、输电导线选择，继电保护装置整定提供重要的计算依据。2.1用电设备功率的确定1、长时连续工作制用电设备：（补：解释：热平衡、30分钟、导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（34），为发热时间常数。 10min。（34）大约就是30min。）铭牌值。举例：矿山通风机、压风机、照明灯负荷功率：等于铭牌下的额定功率2、短时工作制用电设备：（补：解释：运行时间短，停歇时间长。容量小可不考虑；容量大的适当考虑。举例：绞车、电动车负荷性质.）3、断续周期工作制用电设备：（1）断续周期工作制：周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，工作周期一般不超过10分钟。（2）举例:吊车、电焊机。（3）负荷持续率：为一个工作周期内时间与工作周期的百分比,用“”,即。（4）断续周期工作制设备的额定容量（铭牌功率）PN，是对应于某一标准负荷持续率n的。 电焊机：2.2需用系数法计算负荷需用系数：用电设备的实际负荷总容量与其额定总容量的百分比值。同时系数、负荷系数、线路效率、设备效率。1、单台用电设备的需用系数：2、成组用电设备的需用系数： 加权平均效率3、单台用电设备的计算负荷4、成组用电设备的计算负荷 煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数用电设备名称需用系数kd功率因数cosø备注压风机房主电动机0.80.850.80.85同步机时一般cosø为0.9超前斜井胶带提升机0.750.7地面综合运输0.70.7绞车房辅助设备0.70.7主、副井提升辅助设备0.70.7局扇风机辅助设备0.50.7空气压缩机辅助设备0.750.8机修厂0.350.400.60.65矿灯房0.70.7变电所所用电0.70.7地面建筑内部照明0.851高压水银灯与日光灯cosø取0.6工业广场外部区间照明0.91主通风机房辅助电动机0.350.50.7多台风门绞车不同时工作污水泵站0.70.75架空索道0.60.7副井井口0.50.6脏煤处理系统0.60.7地面小负荷0.650.7采区无机组缓倾斜工作面0.40.60.6综采工作面cosø取0.7；有掘进机时kd=0.5；cosø=0.60.7有机组缓倾斜工作面0.60.750.60.7急缓倾斜工作面0.60.650.60.7煤巷掘进工作面0.30.40.6井下运输输送机和绞车0.60.70.7日光灯cosø=0.62.3单相用电设备的计算负荷3.3.1负荷尽量对称；单相设备总容量15%按三相平衡负荷。1、如果单相设备容量超过三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。2、确定计算负荷的目的：选择设备和线路。3、计算负荷：最大负荷相有功负荷的3倍作为等效三相有功负荷，以满足安全运行的要求。（1）单相设备接于相电压时的负荷计算计算负荷：最大负荷相的计算负荷的3倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。（2）单相设备接于线电压时的负荷计算计算负荷：最大负荷线的计算负荷的倍作为等效三相计算负荷，以满足安全运行的要求。（3）单相设备分别接于线电压和相电压时的负荷计算2.3.2步骤：1、线相折算。2、各相相加。3、最大相乘以3。2.4变电所总负荷的计算2.4.1计算原则：1、按逐级计算法确定计算负荷：末首。考虑同时系数、线路损耗、变压器损耗。2、分组原则：按生产环节、设置地点分。3、分组计算：负荷系数原则按需用系数法确定计算负荷总容量、需用系数 3.4.2小结： 1电设备容量的确定,长时、短时断续工作周期设备2需用系数法:定义、用电设备的负荷计算.3变电所总负荷的计算:统计原则,函数计算原则,分组原则,最大负荷计算原则2.5功率因数的提高2.5.1本课主要讲提高功率因数的目的、意义及方法，并联补偿电容器的选择及接线方法。提高功率因数的意义：1、提高电力系统的供电能力2、减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。3、降低供电网络中的功率损耗。4、降低企业产品的成本电费的收取方法：“两部电价制”：基本电价、电度电价（包括调整电价）。COS大于等于0.9 奖，低于此值罚。3.5.2提高功率因数的方法1、提高负荷的自然功率因数：1选、2调、3换。（1）选：正确的选择、合理的使用电动机和变压器，在条件允许的条件下，尽量选择鼠笼型电动机。避免：空载、轻载运行。（2）调：合理选择变压器的容量，尽量空载、轻载运行。（3）换：更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的矿井通风机采用同步电动机，使其工作在过激状态。2、人工补偿提高功率因数引入：当COS0.9时，采用人工补偿法来提高功率因数，广泛采用并联电容器进行补偿。2.5.3电容器的选择1、电容器无功容量的计算图31Qc=Pi(tanANTtanac)2、电容器（柜）台数的确定需电容器台数：式2-10：每相所需电容器台数：取其相等或稍大的偶数，因为变电所采用单母线分段式结线。3、电容器的补偿方式和联接方式电容器的补偿方式（1）单独就地补偿方式：接线、优缺点、适用对象。（2）分散补偿方式：接线、优缺点、适用对象。（3）集中补偿方式：接线、优缺点、适用对象：610kV 大中型煤矿主要补偿方式，如：平煤各矿电容器的联接方式（1）三角形接法：优缺点（2）星形接法：优缺点或Y（双Y） 优选，因为容量为Y的1/3且电压低，放电1分钟，残压50V以下。1000V以上的电容器应采用电压互感器放电。电容器放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。2.6主变压器的选择与无功功率补偿主变压器的选择，容量一般按照变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。具体就是根据变电所带的负荷性质和电网结构来确定主变的容量。对于马军峪每棵煤矿，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计算过负荷能力后的允许的时间内，保证用户的一、二级负荷。所以，矿山主变压器一般选用两台，以保证对一二类负荷供电的可制性。当选用两台主变压器时，每台变压器的容量为：Sb =式中：Ksh事故时负荷保证系数，根据矿井一、二级负荷所得比例决定，一般可取0.81总降压站人工补偿后的功率因数，按要求一般取0.9以上。2.6.1变电所6KV母线的计算负荷矿井的负荷经计算将变电所所供电的各种用电设备和用户的设备容量，需用系数，功率因数，有功及无功负荷等数据都统计出来了，负荷经计表中最大连续负荷来以同时系数KS，就得到计算负荷。统计得到有功最大连续在5000千瓦以下时，KS取0.9，在5000千瓦以上时，KS取0.85，无功最大连续负荷则对应取0.95和0.9计算后的即6千伏母线的计算负荷。此矿压变电所，折算到6KV的功率为：Pca=Pca+Pr=7916.8+36.8=7953.6kwQca=Qca+Qr=5972.6+132.58=6105.18kvar对于有功Pca=7953.6kw>5000kw,取ks=0.85；对于无功Qca=6105.18kw>5000kw,取ks=0.9。由此得到全矿区总计算负荷：有功功率：Pca=0.85×7953.6=6760.56kw无功功率：视在功率：功率因数：2.6.2无功功率补偿用6kv母线计算符合按要求选择电力电容器进行无功功率补偿，一般补偿后6KV母线的功率因数应达到0.9以上。矿井设备的自然功率因数值，通常小于电力部门的规定，矿井的功率因数一般应提高到0.9以上。在煤矿企业中，最常采用的无功功率补偿是装静电电容器，它具有投资省，有功功率损失小，因是单个容量所组成的静止电容，故它的维护方便，事故范围小等优点。根据已知的矿井用电符合的自然功率因数和预备提高到的功率因数的数值，静电电容器补偿容量按下式计算： 或 式中Qc静电电容器的补偿容量，千乏；第三章 采区供电系统的拟定3.1井下电压等级的确定井下各级配电电压和各种电气设备的额定屯压等级应符合下列要求：1、高压不应超过10kV，一般为6kV。2、低压不应超过1140V。炮采工作面一般采用660V，高档普采和综采根据具体情况和采用的机械设备可采用660V或1140V。井低车场一般采用660V。手持电气设备、固定照明采用127V，亦可采用220V。3.2采区供电系统的拟定3.2.1高压供电系统的拟定1、电源回路数的确定供综合机械化采煤的采区变电所及有下山排水设备的采区变电所,应采用双电源进线。一般的采区变电所,应采用单电源进线。2、高压开关的配置(1)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高压出线时，应设置进线开关。(2)双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。当其经常为一回路供电，一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常分列运行。(3)采区变电所的高压馈出线，宜用专用的开关柜。3.2.2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、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。5、由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，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)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中，掘进工作面的局部通风机都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电。11、局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置。瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中的所有掘进工作面应装设两闭锁(风电闭锁、瓦斯电闭锁)设施。因此，为了实现风电闭锁，在掘进工作面的供电线路上应设一台闭锁用的磁力启动器。12、局部通风机无论在工作面或交接班时，都不准停风。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，在试验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。 井下中央变电所、采区变屯所的电源进线以及变电所的供配电系统，当有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。第四章 短路电流的计算4.1短路电流的计算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。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。根据短接的情况不同，可将短路分为如下图所示的几种。在短路电流计算时，对于三相对称短路一般采用计算曲线法；对于不对称短路，则采用对称分量法。 三相短路 两相短路 两相接地短路 大接地电流系统中的单相接地短路小接地电中的单相接地短路图4-1 五种短路方式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。4.2计算短路电流的目的发生短路故障后，短路回路中将出现数值很大的短路电流。在煤矿供电系统中，短路电流要比额定电流大几十倍甚至几百倍，通常可达数千安。这样大的电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并使载流体温度急剧上升而损坏设备。同时短路点电压将降为零，在短路点附近，电压也要相应地显著下降，造成这些地方的供电中断或严重影响电动机工作。在发生接地短路时所出现的不对称短路电流，还将对与架空线平行敷设的通讯线路产生干扰。更危险的是当短路点离发电厂很近，而且短路的持续时间较长时可能造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解体，这是最严重的后果。为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大，需要进行系列的计算及采取相应措施。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。综上所述，计算短路电流的目的，可归纳为下列几点：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。4.3三相短路电流的计算方法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。4.3.1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标么值大于或等于3，即计算电抗标么值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”，要求在围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，电抗标么值可直接用编号表示，省略电抗标么值的符号。分子表示某元件电抗的编号，分母为其标么值的大小。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、求出系统各元件的标么基准电抗，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标么值：由于电源是无限容量的，所以电源电压始终保持恒定，故短路电流标么值I*可按下式直接求出：I*1X*S*式中I*、S*分别为短路电流标幺值和短路容量标么值。而且短路后各种时间的短路电流标么值与短路容量标么值都相等，即I*I0.2*I*S*S0.2*S*6、求短路容量和短路电流。为了向供电设汁提供所需的资料，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）4.3.2电源为有限容量是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、分别求得各元件的标么基准电抗，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标么值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，必须将总电抗标么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标么值，I*、I0.2*和I*。4.4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。而且在书写电抗标么值的符号时，均省略标么值“*”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4-2所示。图4-2 短路电流计算系统图即：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、计算各元件的电抗标么值：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=0.363X3=0.087（=0.4/km为35kV单导线每公里架空线电抗）图4-3等值电路图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）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：