【正文】 案及論證四股泉煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括井上和井下兩個(gè)部分，下面對(duì)其供電方案進(jìn)行選擇和論證。將10kV高壓電能經(jīng)過敷設(shè)在副井筒中的電纜送到井下中央變電所，再由井下中央變電所通過電纜將6KV電能送到井下各用電設(shè)備，在井底車場附近設(shè)置井下中央變電所。對(duì)一類用戶分別接在兩段母線上形成雙回路供電。為了便于安裝和維護(hù)，電纜截面一般不超過120mm2。 方案的可行性論證[3]本設(shè)計(jì)方案主要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面來論證設(shè)計(jì)方案的可行性。 技術(shù)方面論證供電可靠性：主變壓器、地面及井下直接供電的各變壓器，均采用雙線兩臺(tái)變壓器供電。供電質(zhì)量：設(shè)計(jì)采用直接引入35kV供電方案，有煤礦變電所自身進(jìn)行由高壓到負(fù)荷的配送電和對(duì)用電的無功補(bǔ)償，在必要的時(shí)候還可以對(duì)35KV變壓器直接進(jìn)行空載調(diào)節(jié)，從而保證了供電質(zhì)量。同時(shí)，在設(shè)備之間裝設(shè)閉瑣保護(hù)裝置，增加了設(shè)備運(yùn)行操作的安全性和靈活性。 經(jīng)濟(jì)方面論證投資：在對(duì)主變壓器接線、變電所配電線路接線和有關(guān)設(shè)備的選用上，均考慮了投資費(fèi)用，在保證供電可靠和安全的情況下，盡量選用投資費(fèi)用較低的設(shè)備。由于設(shè)備的折舊費(fèi)一般是固定不變的，只有從降低維護(hù)費(fèi)和電費(fèi)的角度考慮。由于電價(jià)是固定的，因此降低電費(fèi)主要從降低電能損耗方面入手，盡量減少損耗。由于輸電線路固定，主要從變壓器、電抗器等耗電設(shè)備考慮電能損耗。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面論證來看，本設(shè)計(jì)方案滿足論證要求，故在以后各章節(jié)對(duì)四股泉煤礦供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中均以本設(shè)計(jì)方案為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)。本礦地面變電所設(shè)計(jì)采用的是第一種方案，即35kV變電所供電。地面負(fù)荷按下式（31）進(jìn)行計(jì)算 [5] （31）式中 ——所計(jì)算的電力負(fù)荷總的視在功率，kVA； ——參加計(jì)算的所有用電設(shè)備（不包括備用）額定功率之和，kW； ——參加計(jì)算的所有電力負(fù)荷的平均功率因數(shù)； ——需用系數(shù)。可以較正確計(jì)算出用電功率的設(shè)備，如提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)等的電力負(fù)荷，應(yīng)取其計(jì)算負(fù)荷。要選擇35kV側(cè)供電的電力變壓器，必須知道礦井的所有負(fù)荷(即地面負(fù)荷和井下負(fù)荷的總和)，才能確定35kV側(cè)變壓器的選擇，此內(nèi)容在第六章詳細(xì)介紹。變配電所的位置是否合理，直接影響供電系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)供電系統(tǒng)的質(zhì)量也有很大的影響。不占或少占農(nóng)田。交通運(yùn)輸方便。 盡量不設(shè)在空氣污穢地區(qū)，否則應(yīng)采取防污措施或設(shè)在污源的上風(fēng)側(cè)。具有生產(chǎn)和生活用水的可靠水源?？紤]了設(shè)計(jì)變電所與鄰近設(shè)施之間的相互影響?？紤]以上因素，將此變電所選在工業(yè)廣場邊緣的上風(fēng)向區(qū)，此處環(huán)境污染小，又能滿足其他方面的要求。電源進(jìn)線和負(fù)荷出線之間采用什么設(shè)備和以什么形式進(jìn)行連接，稱接線方式。 35kV側(cè)主接線由于本礦供電電壓為35kV，礦井終端變電所采用接線方式有如下幾種如圖31所示，現(xiàn)通過比較后選擇主接線形式。 1) 優(yōu)點(diǎn)：高壓斷路器數(shù)少、四個(gè)回路只需三臺(tái)斷路器。 3) 適用范圍：適用于較小容量的變電所，并且變壓器的切換較頻繁或線路較短、故障率較少的情況。它適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行靈活，操作方便，但所用設(shè)備較多，占地面積大。 1) 優(yōu)點(diǎn)：高壓斷路器數(shù)少、四個(gè)回路只需三臺(tái)斷路器。 3) 適用范圍：適用于較小容量的變電所，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長、故障率較高的情況。 10kV側(cè)主接線 單母線接線 1) 優(yōu)點(diǎn)：接線簡單清晰，操作方便，設(shè)備少，配電裝置的建造費(fèi)用低。 2) 缺點(diǎn)：不夠靈活可靠，任一元件(母線及母線隔離開關(guān)等)故障或檢修時(shí)，均需使整個(gè)配電裝置停電。 3) 適用范圍：由于單母線接線工作可靠性和靈活性都較差，故這種接線主要用于小容量特別是只有一個(gè)電源的變電所中。當(dāng)一段進(jìn)線發(fā)生故障，分段斷路器自動(dòng)將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。當(dāng)出線為雙回路時(shí)，架空線路會(huì)出現(xiàn)交叉跨越。3) 適用范圍：由于單母線分段接線比單母線接線的供電可靠性相靈活性有所提高，所以在63kV以下的變電所中較廣泛使用這種接線方式。這個(gè)缺點(diǎn)在某些情況下特別突出，因此，對(duì)于電壓為35kV及以上的配電裝置，當(dāng)引出線較多時(shí)，應(yīng)廣泛采用單母線分段帶旁路母線的接線。 ? 調(diào)度靈活：各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要。 2) 缺點(diǎn) ? 增加一組母線，每回路就要增加一組母線隔離開關(guān)。3) 適用范圍當(dāng)出線回路數(shù)或母線上電源較多，輸送和穿越功率較大，母線故障后要求迅速恢復(fù)供電。綜上所述，本設(shè)計(jì)中考慮經(jīng)濟(jì)和滿足供電需求的需要。 圖32單母線分段接線圖[3]4 井下中央變電所設(shè)計(jì)井下中央變電所，是全礦井下的供電中心，接受從地面變電所送來的高壓電能之后，向采區(qū)變電所及主排水泵的電動(dòng)機(jī)供電，通過降壓后供給井底車場附近的低壓動(dòng)力設(shè)備、照明及電機(jī)車的變流設(shè)備等用電。煤礦井下的機(jī)電設(shè)備，由于井下工作條件比較復(fù)雜，使其負(fù)荷變化較大，而且對(duì)礦井不同的采煤方法、機(jī)械化程度、供電接線方式，其總負(fù)荷也是各不相同的。 井下負(fù)荷的計(jì)算方法[6]根據(jù)井下用電設(shè)備布置及用電設(shè)備的單臺(tái)容量可大致確定此設(shè)計(jì)設(shè)置一個(gè)井下變電所（兩臺(tái)變壓器）即可。其中= （42）井下井底車場等負(fù)荷，可按式（41）計(jì)算，其所取的各用電設(shè)備的需用系數(shù)及平均功率因數(shù)如表41所示。表41 井下用電設(shè)備的需用系數(shù)及平均功率因數(shù)表[11]井下負(fù)荷名稱需用系數(shù)Kde平均功率因數(shù)一般機(jī)械化工作面炮采工作面（緩傾斜煤層）掘進(jìn)工作面輸送機(jī)有主排水設(shè)備Kde值按式（42）計(jì)算1 井下負(fù)荷的計(jì)算按井下用電設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表12和需用系數(shù)及平均功率因數(shù)如表41所示，具體計(jì)算如下： 一般機(jī)械化工作面Pmax=300 kW，=（300+24++17+44）kW = kW故 =，= 輸送機(jī)、絞車=，=，=（120+55+105+60）kW =340 kW 炮采工作面（緩傾斜煤層）=，=，=（17++36+22）kW = kW 掘進(jìn)工作面 =，=，=（48+22+60）kW =130 kW 主排水設(shè)備 =1，=，=90 kW 井下總負(fù)荷計(jì)算 （其中 =） =（++72++）=620kVA 井下中央變電所位置選擇原則盡量位于負(fù)荷中心，保證一類負(fù)荷主排水泵電動(dòng)機(jī)的供電，通常將中央變電所洞室與水泵房建在一起； 地質(zhì)條件好，頂、底板穩(wěn)定，無淋水； 變電所要求通風(fēng)良好，運(yùn)輸方便； 電纜進(jìn)出線方便。圖41 井下中央變電所位置[1]1一主井；2一副井；3一中央變電所；4一水泵房 井下中央變電所主接線 井下中央變電所主接線應(yīng)遵循以下原則[5] 常見的主接線原則如下：1) 高壓電源進(jìn)線與饋出線同時(shí)控制；2）高壓母線用單母線分段，兩段母線之問設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常時(shí)母線分列運(yùn)行；3) 一類負(fù)荷分別接于兩段母線上，其它高壓負(fù)荷盡量均勻地分配在兩段母線上；4) 高壓電纜進(jìn)線數(shù)目與母線段數(shù)相對(duì)應(yīng)，并分別接于備段上。因?yàn)橄戮娎|為兩條，當(dāng)—條電纜發(fā)生故障時(shí)，另一條電纜能夠承擔(dān)井下最大涌水量時(shí)的排水負(fù)荷。 供電系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障類型比較多，但常見的，而且危害較大的故障就是短路。 三相短路 兩相短路 小接地電流系統(tǒng)中的單相接地短路 兩相接地短路 大接地電流系統(tǒng)中的單相接地短路 圖51 五種短路方式[1]任何一種短路都有可能擴(kuò)大而造成三相短路。 由于煤礦供電系統(tǒng)大都為小接地電流系統(tǒng)，且大都距大發(fā)電廠較遠(yuǎn)，故單相短路電流值一般都小于三相短路電流值，而兩相短路電流值也比三相短路電流值小，因此在本設(shè)計(jì)的短路電流計(jì)算中，以三相短路電流為重點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。以保證供電系統(tǒng)在正?；蚬收系那闆r下，做到安全、可靠又經(jīng)濟(jì)，掌握短路電流的計(jì)算方法很重要。 電源為無限容量時(shí)的短路電流計(jì)算當(dāng)電源為無限容量時(shí)，即認(rèn)為在短路過程中，電源的電壓維持不變。但實(shí)際上電源的容量和阻抗總有一定數(shù)值，因此，當(dāng)電源的阻抗不超過短路回路總阻抗(或計(jì)算電抗)的5％一10％時(shí)，就可以忽略電源的阻抗。 具體的計(jì)算步驟如下： 根據(jù)供電系統(tǒng)繪制等值電路圖，一般稱為“計(jì)算系統(tǒng)圖”，要求在圖上標(biāo)出各元件的參數(shù)，并標(biāo)出各短路點(diǎn)的位置(短路點(diǎn)應(yīng)根據(jù)計(jì)算短路電流的目的決定)。分子表示某元件電抗的編號(hào)，分母為其相對(duì)值的大小。 求出系統(tǒng)各元件的相對(duì)基準(zhǔn)電抗，并將計(jì)算結(jié)果標(biāo)注在等值圖上。按歐姆定律求短路電流相對(duì)值：由于電源是無限容量的，所以電源電壓始終保持恒定，故短路電流相對(duì)值I*可按下式直接求出：I*＝1／XΣ*＝S*[15]式中 I*、S*——分別為短路電流相對(duì)值和短路容量相對(duì)值。為了向供電設(shè)計(jì)提供所需的資料，應(yīng)確定下列幾種短路電流和短路容量： A 、求出當(dāng) t＝0時(shí)的短路電流I″和短路容量S″； B、求出當(dāng)t＝； C、求出當(dāng)t＝∞時(shí)的穩(wěn)定短路電流I∞，和穩(wěn)定短路容量S∞。 Ikm= I″（kA）（ikr計(jì)算短路電流沖擊值；Ikm短路全電流最大有效值） 電源為有限容量時(shí)的短路電流計(jì)算電源為有限容量時(shí)短路電流的計(jì)算方法，與電源為無限容量的短路電流計(jì)算方法的區(qū)別在于：因?yàn)楫?dāng)電源為有限容量時(shí)，電源的阻抗就不能忽略。對(duì)此情況一般都采用計(jì)算曲線（也稱運(yùn)算曲線）的方法，求得短路電流。選取基準(zhǔn)值。由等值圖逐步地求出各短路點(diǎn)的總電抗相對(duì)值XΣ*。XΣ*39。根據(jù)計(jì)算電抗XΣ*39。 短路電流計(jì)算本設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)引線一個(gè)電源S1（西馬房3km引線）為無限大容量，另一個(gè)電源S2（原有回路1km）的總額定容量為791MVA，它在35kV母線上的短路容量為275MVA，兩條線路同時(shí)送電，兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行。而且在書寫電抗相對(duì)值的符號(hào)時(shí)，均省略相對(duì)值“*”的符號(hào)，例如本來應(yīng)為編號(hào)后改為，進(jìn)—步又可省略改寫成。計(jì)算過程如下： （1）選取基準(zhǔn)容