年產(chǎn)300萬噸礦井的35KV變電所設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1 概述1.1 變電所簡介變電所按其分類的原則不同可劃分出許多類型，比如按變電所容量和饋線的多少可以分為大、中、小型變電所；按變電對象的差異可以分為城鎮(zhèn)變電所、工業(yè)變電所和農(nóng)業(yè)變電所；按電壓等級可分為超高壓、高壓、中壓和低壓變電所；按是否有人正常運(yùn)行值班可以分為有人值班和無人值班變電所等。1.2礦井概述本設(shè)計(jì)考慮的對象是年產(chǎn)300萬噸礦井的35k變電所設(shè)計(jì)。此礦井是一個(gè)年產(chǎn)300萬噸的大型煤礦，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為120年，屬于低沼氣礦井。立井深度650m，井下允許短路容量不大于100mva。井下6kv電纜（不含下井電纜）總長度40km，6kv母線上補(bǔ)償后功率因數(shù)要求值。上級變電所至此變

2、電所的供電電壓等級為35kv，且二者相距8km。設(shè)計(jì)輸電方式為雙回路架空線供電，出線斷路器過流保護(hù)的設(shè)計(jì)動(dòng)作時(shí)間為2.5s。電源母線上最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗xxmin0.03（sj100mva，最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗xxmax0.07（sj100mva）。實(shí)行兩部電價(jià)制，固定部分按最高負(fù)荷收取電費(fèi)。變電所所在地點(diǎn)有其獨(dú)特的氣候地質(zhì)特點(diǎn)，最熱月室外最高氣溫月平均值為45；室內(nèi)最高氣溫月平均值為32；土壤最高氣溫月平均值為29；凍土厚度為0.45，土質(zhì)為沙質(zhì)粘土。全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見表。 設(shè) 備名 稱負(fù)荷等級電壓v線路類型電機(jī)型式單機(jī)容量kw安裝/工作臺數(shù)工 作設(shè) 備總?cè)萘?kw需用系數(shù)kx功率因數(shù)

3、cos離35kv變電所的距離 km 12345678 910111 主機(jī)提升26000cd22002/122000.840.820.402 副井提升16000cy16002/116000.850.860.403扇風(fēng)機(jī)116000kt16002/116000.88-0.93.04 扇風(fēng)機(jī)216000kt16002/116000.88-0.903.05 壓風(fēng)機(jī)16000ct4008/520000.85-0.920.256地面低壓1380c15000.780.820.057 機(jī)修廠3380c5800.650.700.358 綜采車間3380c7800.650.700.359洗煤廠2380k15000

4、.800.750.7010 工人村3380k7500.800.863.011 支農(nóng)3380k5000.750.803.512主排水泵16000c40000.850.871.113井下低壓2660c46470.710.76 注1: 線路類型: c-電纜線路; k-架空線路. 注2: 電機(jī)型式: y-繞線型式; x-鼠籠型式; d-直流; t-同步.負(fù)荷計(jì)算與變壓器選擇2.1 負(fù)荷分組與計(jì)算變電所電流（或容量）大小是確定供電系統(tǒng)，選擇變壓器容量，電氣設(shè)備，導(dǎo)線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電保護(hù)的重要依據(jù)。但是由于一臺設(shè)備的額定容量往往大于其實(shí)際負(fù)荷，而且一組設(shè)備中各負(fù)荷的功率因數(shù)不同，一般不同

5、時(shí)工作，最大負(fù)荷總是小于他們額定負(fù)荷之和，因此，精確計(jì)算變電所負(fù)荷顯得尤為重要，同時(shí)又有一些難度。目前，確定計(jì)算負(fù)荷的方法一般有利用系數(shù)法、二項(xiàng)式法、單位電耗法和需用系數(shù)法。其中需用系數(shù)法為煤礦供電系統(tǒng)目前采用的計(jì)算方法，其有關(guān)公式如下所示：（1）向單一用電設(shè)備供電時(shí)的計(jì)算負(fù)荷：max =kx1pe = qmax =pmax tgkf:負(fù)荷系數(shù)；pe:用電設(shè)備的額定負(fù)荷； :用電設(shè)備實(shí)際負(fù)荷時(shí)的效率；:線路效率； kx1: 單一負(fù)荷的需用系數(shù)(2) 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷：max=kxpe=qmax=pmaxtgkx:成組負(fù)荷的需用系數(shù) kt:設(shè)備同時(shí)系數(shù)kf:該組設(shè)備負(fù)荷系數(shù)：該組設(shè)備加權(quán)平均

6、效率(3) 總計(jì)算負(fù)荷因各用電設(shè)備組的最大負(fù)荷常常不是在同一時(shí)刻需要，所以，計(jì)算總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該將各用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷之和再乘以組間的最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)ktmax。其值見表2-1。設(shè)備類別ktmax 兩個(gè)工作面工作時(shí)采區(qū)三個(gè)工作面工作時(shí)0.95 0.9井下 0.80.9 當(dāng)時(shí)全礦 當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) 0.9 0.85 0.8表21從以上分析可以看出用需用系數(shù)法計(jì)算全礦井的各種負(fù)荷時(shí)需對全礦井的各種負(fù)荷進(jìn)行分組，然后才可計(jì)算出全礦井總的計(jì)算負(fù)荷。綜合考慮此礦井個(gè)方面的因素，將各種負(fù)荷進(jìn)行分組。如表所示，共分13組，然后計(jì)算各組計(jì)算容量。例如：以主井提升機(jī)為例： kx=0.84 pe=2200kw pc

7、a=kxpe=1848kw qca=pcatg=1275kvar ssa=2245kva同理可得出其余各組數(shù)據(jù)見下表2-2負(fù) 荷計(jì) 算 容 量有功功率pca（kw）無功功率qca（kvar）視在功率sca（kva）1.主井提升1848127522452.副井提升1360802.415793.扇風(fēng)機(jī)1#1408675.815624.扇風(fēng)機(jī)2#1408675.815625.壓風(fēng)56.地面低壓1230848.71494.47.機(jī)修廠377384.5538.58.綜采車間507517724.29.洗煤廠120010561598.510.工人村600528799.211.支農(nóng)3

8、75281.3468.812.主排水泵340019383913.513.井下低壓3299.42837.64351.7總合18712.412552.922687.5表2-2 由于地面及井下低壓用戶如機(jī)修廠等需用低壓電源，所以應(yīng)選擇低壓變壓器為這些用戶供電。選擇時(shí)可按表2-2中的計(jì)算容量進(jìn)行。當(dāng)供電回路為兩回路時(shí)應(yīng)選兩臺變壓器同時(shí)運(yùn)行（一般主要含有一、二類負(fù)荷的設(shè)備組就應(yīng)選兩臺以上）。礦井低壓變壓器的選擇原則與一般工業(yè)企業(yè)類似，選一臺者，只需變壓器額定容量大于或等于計(jì)算容量即可；選兩臺者，每一臺的容量應(yīng)能滿足改組一、二類負(fù)荷的需要，且兩臺的綜容量應(yīng)大于或等于計(jì)算容量。（1）地面低壓：考慮各種情況選

9、用兩臺 s91600/6 6/0.4kv型三相油浸自冷)式銅線電力變壓器。（2）機(jī)修廠：綜采車間、工人村與支農(nóng)變壓器分別選用s9630/6 6/0.4kv; s9800 6/0.4kv; s9800 6/0.4kv和s9500 6/0.4kv型三相油浸自冷式銅線電力變壓器各一臺。（3）洗煤廠： 選用兩臺s91600/6 6/0.4kv型三相油浸自冷式銅線電力變壓器。（4）各變壓器損耗計(jì)算：例：對于地面低壓兩臺低壓變壓器 空載無功損耗： 額定無功損耗： 單臺負(fù)荷率： 因此從以上算出的各種參數(shù)可以得出兩臺變壓器的總的有功和無功損耗為： 其他各組變壓器的損耗同理可以得出。如下表23：各低壓變壓器的選

10、擇和功率損耗計(jì)算編號12 3 4 56負(fù)荷名稱地面低壓機(jī)修廠綜采車間洗 煤 廠 工 人 村支農(nóng)計(jì)算容量(kva1494.4538.5724.21598.5799.2468.8所選變壓器參數(shù)型號s91600/6s9630/6s9800/6s91600/6s9800/6s9500/6sbe16006308001600800500u1e/u2e6/0.46/0.46/0.46/0.46/0.46/0.4ud%4.54.54.54.54.54臺數(shù)211211id%1.01.21.21.01.21.4pk2.451.231.452.451.451.0pe14.06.07.214.07.25.0損耗qk1

11、67.569.6169.67qe7228.3536723620pt 11.05.627.3510.578.646.400.4670.8550.9050.4500.9990.938qt63.428.2839.0861.1645.5329.00總 計(jì) 表23在已知各低壓變壓器的有功及無功損耗后，就可以得出主變壓器6kv母線上的計(jì)算負(fù)荷。取同時(shí)系數(shù)ksi=0.8則 而對于無功計(jì)算負(fù)荷，則應(yīng)取得最大同時(shí)系數(shù)ksi=0.9（注: 煤礦電工手冊 4149 ）。 qca.6=ksi（qj.6+qt） =0.9（2551.2+266.45） =11535.80得出主變壓器6kv母線側(cè)的計(jì)算負(fù)荷后，就可以進(jìn)行無

12、功補(bǔ)償及電容器柜的選擇了。2.2 cos補(bǔ)償與電容器選擇用6kv母線計(jì)算負(fù)荷進(jìn)行選擇電容器柜，從而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。按要求補(bǔ)償后6kv母線的功率因數(shù)為0.97。補(bǔ)償后的6kv母線計(jì)算負(fù)荷即主變壓器應(yīng)輸出的電力負(fù)荷。此時(shí)，計(jì)算主變壓器損失時(shí)，由于主變壓器未選，所以可按下述近似公式計(jì)算主變壓器損耗。pt=0.02scaqt=0.08sca其中sca為補(bǔ)償前6kv母線上的計(jì)算負(fù)荷，補(bǔ)償前后6kv母線上無功功率之差即為所需補(bǔ)償電力電容器容量。qc=qca.6-q=pav（tg tg） 取補(bǔ)償后功率因數(shù)為cos=0.97。因此，只需求出補(bǔ)償前的功率因數(shù)cos即可求出qc。cos=0.792則 tg =0.7

13、68因cos取0.97，則tg =0.25 。無功補(bǔ)償計(jì)算中的最大月平均有功負(fù)荷可按下式計(jì)算pav=kavpca.6因此： qc=pav（tg- tg） =0.7515009.6(0.768-0.25) =5831.2kav-平均負(fù)荷系數(shù),取為0.75(一般取為0.650.85)pca全礦6kv母線補(bǔ)償前的有功功率計(jì)算負(fù)荷礦井地面變電所6kv側(cè)一般采用單母線分段，故所選電容器應(yīng)為偶數(shù)，因?yàn)殡娙萜鞴衩抗袢萘繛?70kvar。因此，所需柜數(shù)為（臺）2.3主變壓器選擇據(jù)pt=0.02pca，qt=0.08sca可以近似計(jì)算出主變壓器損失。則 ： pt=0.02pca.6=0.0218930.5=37

14、8.61kw qt=0.08qca.6=0.0818930.5=1514.44kvar補(bǔ)償后6kv母線計(jì)算負(fù)荷再加上主變壓器損失之后就是主變壓器實(shí)際需要的容量。即 pca.6+pt=15009.6+378.6=15388.11kwqca.6+qt=11535.8+1514.44=13050.24kvarsca.6=由于煤礦一般采用兩回獨(dú)立電源線路供電，主變壓器一般按sntktsca.6選擇（式中kt考慮主變壓器損耗的增值函數(shù)，當(dāng)ktsca.610000kva時(shí)取1.1，反之取1.08）。采用同時(shí)分裂運(yùn)行方式。因?yàn)檫@樣比較靈活、經(jīng)濟(jì)，適合我國的兩部電價(jià)制。其固定電費(fèi)按最高負(fù)荷收費(fèi)的方式。同時(shí)，一

15、臺變壓器的容量必須在另一臺主變壓器發(fā)生故障時(shí)，保證對礦井一、二類負(fù)荷供電。一、二類負(fù)荷占總負(fù)荷的百分比可按以下方法求得。根據(jù)表2-2，一、二類負(fù)荷總的有功功率為p1.2=15653.4kw。因此一二類負(fù)荷占總負(fù)荷的百分比為即根據(jù)煤礦安全規(guī)程，當(dāng)兩臺變壓器中一臺停止運(yùn)行時(shí)，另一臺必須保證83.7%（據(jù)snt1.08sca.6=1.0820177.18=21791.35kva）若選兩臺16000kva變壓器，則當(dāng)一臺工作時(shí)，只能保證總礦井負(fù)荷的73.4%，不能保證生產(chǎn)和安全的需要，若選兩臺20000kva的主變壓器，可保證總礦井91.8%的負(fù)荷。因此，選擇兩臺20000kva的主變壓器，型號為sf

16、720000 35/6.3。(該型號變壓器為35kv級sf7系列三相有勁風(fēng)冷式銅線電力變壓器為目前國內(nèi)使用中最先進(jìn)的電力變壓器)。 由于，此時(shí)電費(fèi)收取方法是按兩部電價(jià)制，固定部分按最高負(fù)荷收取，因此，盡管兩臺變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷率較一臺單獨(dú)運(yùn)行時(shí)低得多，但二者相比，電費(fèi)大致相等。因此，選兩臺主變壓器分裂運(yùn)行較為有利。2.4 cos及全礦電耗、噸煤電耗計(jì)算經(jīng)過以上各節(jié)計(jì)算，選擇了主變壓器，使6kv母線上的功率因數(shù)達(dá)到了0.95以上，下面來討論35kv側(cè)功率因數(shù)，即cos的大小。（1） 主變壓器損耗計(jì)算 兩臺變壓器總的有功及無功損耗為： 注：主變壓器參數(shù)：型號規(guī)格（kva）電壓（kv）連接組別阻

17、抗電壓%空載電流%損 耗重量t外形尺寸（m）長*寬*高 高壓低壓空載短路356.380.722.59329.44.43.64.0表24（2） 35kv側(cè)負(fù)荷與功率因數(shù) pca.35=pca.6+pt=15019.6+92.25=15101.85 kw qca.35=qca.6+qt=11535.80+1080=12615.80 kvar(其中pca.6、qca.6分別為補(bǔ)償后6kv側(cè)有功和無功計(jì)算負(fù)荷) sca.35=則 cos根據(jù)6kv母線上總的補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷p，加上補(bǔ)償后主變壓器的有功損耗，再乘以礦井年最大負(fù)荷利用小時(shí)即為礦井年電力消耗，年電耗除于年產(chǎn)量即得噸煤電耗。礦井年最大負(fù)荷利用小

18、時(shí)可利用下述公式： （w-年產(chǎn)量，萬噸/年）全礦電耗 m=p噸煤電耗 m2.5 計(jì)算結(jié)果匯總經(jīng)過上面討論，以得出礦井總的用電計(jì)算負(fù)荷，并在6kv側(cè)進(jìn)行了功率因數(shù)的補(bǔ)償，然后確定了主變壓器型號及臺數(shù)，得出了全礦井年用電量及噸煤電耗量。綜上所述，本章計(jì)算和選擇結(jié)果如下表25所示。1礦井計(jì)算容量有功 18712.4kw無功 12552.9kvar 2cos自然狀態(tài) 0.793補(bǔ)償后 0.97 3機(jī)修廠低壓變壓器型號臺數(shù)s9630 6/0.4 1 4綜采車間變壓器型號臺數(shù)s9800 6/0.4 1 5工人村變壓器型號臺數(shù)s9800 6/0.4 1 6支農(nóng)變壓器型號臺數(shù)s9500 6/0.4 1 7地面

19、低壓變壓器型號臺數(shù)s91600 6/0.4 2 8洗煤廠變壓器型號臺數(shù)s91600 6/0.4 2 9各低壓變壓器總損耗有功功率 49.58kw無功功率 266.45kvar10主變壓器型號及臺數(shù)sf-2000 35/6.3 211主變壓器損耗有功損耗 92.25kw無功損耗 1080kvar12cos0.76713全礦年電耗5.5214噸煤電耗18.4kwh表253 供電系統(tǒng)擬定與短路計(jì)算 3.1 供電系統(tǒng)的擬定礦區(qū)總體供電用戶包括煤炭生產(chǎn)企業(yè)和為煤炭生產(chǎn)服務(wù)的輔助企業(yè)、附屬企業(yè)以及各種福利設(shè)施等。各種用戶供電設(shè)施相互聯(lián)系，相互影響，形成了礦區(qū)總體供電系統(tǒng)。變電所的主接線是各種電氣設(shè)備（變壓

20、器、斷路器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統(tǒng)的重用組成部分，它與電源回路數(shù)、電壓和負(fù)荷的大小、級別以及變壓器的臺數(shù)、容量等因素有關(guān)。下面來討論本設(shè)計(jì)中這一礦井的供電系統(tǒng)將如何確定。從已知的資料中知道，上級電源供電電壓等級為35kv，距礦井35kv變電所8km，輸電方式采用雙回路架空線路。（） 確定35kv、6kv主接線由于礦井變電所主變壓器選擇兩臺，所以，35kv側(cè)考慮采用橋式接線，以利于保障供區(qū)的可靠性和提高操作的靈活性?？紤]到現(xiàn)代礦井對供電系統(tǒng)要求較高，所以本礦井35kv側(cè)選用全橋接線，6kv側(cè)選用單母線分段接線。當(dāng)有兩臺變壓器和兩條輸電線路時(shí)，多采用橋型接線，使

21、用斷路器數(shù)目較少。橋型接線可以分為內(nèi)橋式和外橋式。內(nèi)橋式橋聯(lián)變壓器設(shè)置在變壓器側(cè)，外橋式橋連斷路器側(cè)設(shè)置在線路側(cè)。橋連斷路器正常運(yùn)行時(shí)處于閉合狀態(tài)。當(dāng)輸電線路較長，故障幾率較多，而變壓器又不需經(jīng)常切除時(shí)，用內(nèi)橋接線比較合適；外橋接線側(cè)接線較短，且變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)的需要經(jīng)常切換或系統(tǒng)有穿越功率流經(jīng)本廠時(shí)，就更為適宜。橋型接線見圖3.1所示。當(dāng)有穿越負(fù)荷的兩回電源進(jìn)線的中間變電所，其受配電母線及橋式接線變電所主變二次側(cè)的配電母線，多采用單母線分段，多用于具有一、二級負(fù)荷，且進(jìn)線較多的變電所。不足之處是當(dāng)其中任一段母線需要檢修時(shí)，接于該母線的全部進(jìn)出線均應(yīng)停止運(yùn)行。單母線分段接線見圖3.2所示。 （

22、2）下井電纜回?cái)?shù)確定下井電纜回?cái)?shù)cn的確定，按下式：式中pp，qp井下主排水泵計(jì)算有功、無功負(fù)荷，kw、kvarpd，qd井下低壓總的計(jì)算有功、無功負(fù)荷，kw、kvar“360”150mm下井電纜（表2-24）經(jīng)最高45溫度修正后的安全載流量，a“1”規(guī)程規(guī)定所必需的備用電纜經(jīng)過上面的討論得出的供電系統(tǒng)如圖3-1所示。圖中為了防止有電能反饋現(xiàn)象在變電所電纜型6kv出線的斷路器兩側(cè)均安裝了隔離開關(guān)，同時(shí)，對于架空型的6kv母線出線的斷路器兩側(cè)也裝設(shè)了隔離開關(guān)。3.2 系統(tǒng)斷路計(jì)算短路是供電系統(tǒng)中最常見的故障。可以分為三相對稱短路，兩相短路，兩相接地短路，一相接地短路等。短路發(fā)生時(shí)，短路回路中將出

23、現(xiàn)很大的短路電流值，對供電系統(tǒng)造成一定的危害。由于煤礦供電系統(tǒng)一般都采用的是小接地的電流系統(tǒng)，且距發(fā)電廠較遠(yuǎn)（本設(shè)計(jì)中，礦區(qū)變電所距上級電源8km）.故單相短路電流值一般小于三相短路電流值，兩相短路電流值亦比三相短路電流值小。因此，三項(xiàng)短路的后果最嚴(yán)重。當(dāng)d點(diǎn)發(fā)生三相對稱短路時(shí)，其運(yùn)行方式有兩種。如圖33所示。（a） (b)圖33取s=100mva u=37kv =6.3kv則 i級） i （6kv級）由于煤礦變電所距上級電源8km，則架空線l1電抗 x已知系統(tǒng)運(yùn)行電抗x x x由圖3-3可以看出，圖（a）是最大運(yùn)行方式，在這種情況下，從電源到d1的阻抗最小，通過d1點(diǎn)的短路電流必最大。而此時(shí)

24、為最大運(yùn)行方式： x則 短路電流相對值為 i圖（b）是最小運(yùn)行方式，在這種情況下，從電源到d1點(diǎn)的阻抗最大，則通過d1點(diǎn)的短路電流必最小，即此時(shí)為最小運(yùn)行方式 x則由此根據(jù) i 可以得出 i則d1點(diǎn)短路參數(shù)為 i當(dāng)d2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如下圖3-3所示： （a） (b)圖34由圖34可以看出，圖（a）為最大運(yùn)行方式，圖（b）為最小運(yùn)行方式。 現(xiàn)在來求變壓器的相對阻抗。根據(jù)x 由表2-2可得： 則u s sxxx據(jù)此，可以得出短路參數(shù)為： iismvai kai一般不考慮附加電源的反饋短路電流。原因有二：6kv母線上本身的短路電流很大，反饋電流經(jīng)百米以上的線路衰減后很小，可以忽落不記。壓風(fēng)機(jī)房離變電

25、所較勁，但壓風(fēng)機(jī)單臺容量一般不超過400kw,故也可忽落。 當(dāng)在各電動(dòng)機(jī)端部短路時(shí)，因煤礦各大型同步電動(dòng)機(jī)均裝有瞬間的低電壓保護(hù)。故反饋電流對穩(wěn)態(tài)短路電流無影響。異步電動(dòng)機(jī)只影響沖擊電流，經(jīng)線路衰減后并不影響變電所6kv母線上出線開關(guān)的選擇，故也可忽略。 同步電動(dòng)機(jī)附加斷路電流可按下式近視計(jì)算。i 式中當(dāng)p系數(shù)取上限，p 時(shí)系數(shù)取下限，i可直接與同步電動(dòng)機(jī)附近短路點(diǎn)上的短路電流相加（距離短路點(diǎn)100m以上的同步電動(dòng)機(jī)可以忽略）。下面以扇分機(jī)1#6kv母線上發(fā)生短路時(shí)為例說明： 接扇分機(jī) 接扇分機(jī)（a） (b)圖35由圖3-4可知，（a）為最大運(yùn)行方式，（b）為最小運(yùn)行方式。xxx此時(shí)扇分機(jī)1#

26、要向d3點(diǎn)饋送短路電流：i最大運(yùn)行方式下：ii最小運(yùn)行方式下：ii其他各短路點(diǎn)短路計(jì)算方法相同，計(jì)算結(jié)果見表3.4所示。3.3限流電抗器的選擇電器的選擇是根據(jù)環(huán)境條件和供電要求確定其形式及參數(shù)，保證電器正常運(yùn)行時(shí)安全可靠，故障時(shí)不至于損壞，并在技術(shù)合理的情況下，注意節(jié)約，還應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)情況和供應(yīng)能力統(tǒng)籌兼顧，條件允許時(shí)優(yōu)先選用先進(jìn)設(shè)備。一般電器的選擇應(yīng)按正常工作條件進(jìn)行選擇，然后按故障情況進(jìn)行校驗(yàn)。電抗器的選擇也按這個(gè)步驟進(jìn)行，即按電網(wǎng)電壓，長時(shí)工作電流選，然后校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)中，采用4根電纜并聯(lián)向井下供電，出現(xiàn)斷路器過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為2.5s,變電所6kv母線前系統(tǒng)相對電抗

27、值在最大運(yùn)行方式下為0.664，在最小運(yùn)行方式下為0.704，井下允許短路容量s100mva。知道了以上這些已知條件，就可以進(jìn)行電抗器的選擇了。井下6kv母線上短路容量，由井深650m，則每條電纜相對電抗值x則短路容量 s即井下短路容量有限，應(yīng)在每一條下井電纜上串接一臺限流電抗器。（1）各回路電抗器相對電抗x的計(jì)算據(jù)井下允許短路容量不大于100mva，可以得出井下6kv母線上允許的短路電流i故系統(tǒng)相對電抗要求值為：由于4條電纜并聯(lián)運(yùn)行，故每一回路應(yīng)串入電抗器相對電抗為：（2）選擇電抗器的型號規(guī)格下井總負(fù)荷計(jì)算：因此，可求得負(fù)荷電流為：i=ia由此可知，下井負(fù)荷電流892.6a，電壓等級6kv，

28、當(dāng)一根電纜故障時(shí)，另三根應(yīng)承擔(dān)全部負(fù)荷。因此考慮采用u，ia的nkl型鋁電纜水泥電抗器4臺。每臺電抗器計(jì)算值為：x選用nkl63003型水泥限流電抗器。其參數(shù)為動(dòng)穩(wěn)定電流峰值i,is種熱穩(wěn)定電流i。則額定電流下的相對電抗值為x=0.872。（1）電壓損失校驗(yàn)正常工作時(shí)：cossin因此，在故障運(yùn)行時(shí)：因此，電壓損失校驗(yàn)方面合格。（2）母線殘壓校驗(yàn)因?yàn)槊恳慌_電抗器串接于一條下井電纜中，兩兩并聯(lián)后分兩組分裂運(yùn)行，因下井回路中沒有速斷保護(hù)，故選擇時(shí)不作母線殘壓校驗(yàn)。（3）動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)一路故障，另三路分裂運(yùn)行時(shí)，在電抗器出口處發(fā)生短路時(shí)，流過每一臺電抗器的短路電流最大。此時(shí)，短路電流沖擊值為：i因此，

29、動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)合格。（4）熱穩(wěn)定性校驗(yàn)由于供電電源容量為，故短路電流假想時(shí)間取其持續(xù)時(shí)間。即因此，熱穩(wěn)定性也符合要求。井下中央變電所6kv母線上的短路參數(shù)。（a）為最大運(yùn)行方式，（b）為最小運(yùn)行方式.x=0.664+0.065+=1.165x=0.704+0.065+=1.205ii=18.47kaiis3.4短路參數(shù)表在本章中，經(jīng)過以上各節(jié)的討論，得出了各點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，最大方式下的三相短路電流、沖擊電流、短路容量以及最小運(yùn)行下兩相短路電流，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表31中。等效計(jì)算圖如37所示：運(yùn)行方式最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式短路參數(shù)iikasmvaii短路點(diǎn)d2.426.1726.42.392.07

30、d15.9115.083795.134.44d1230.5913011.49.87d3.4168.7126.63.3962.94d10.982812010.489.08d11.8430.212911.269.75d2.566.5227.92.532.19d10.8527.67118.410.368.97d7.2518.47797.026.08d3.4168.7126.63.3962.94d12.1030.8613211.5710.02d10.8527.67118.410.368.97d127.2518.47797.026.08d136.2415.968.16.075.26d142.145.45

31、23.32.121.83d151.2763.254141.2691.1d161.4193.61815.51.411.22d172.145.4623.42.121.84d180.9742.48310.60.970.84d190.7461.98.140.7430.664備注d內(nèi)的值為加入限流電抗器的修正值4 變電所電氣設(shè)備選擇變電所的高壓電器起著接受、分配、控制與保護(hù)電能的作用。主要有斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、熔斷器、電抗器、互感器、母線裝置及成套配電設(shè)備等。經(jīng)過以上各章的討論，選定了變電所的主變壓器，初步擬定了供電系統(tǒng)。本章將在以上各章的基礎(chǔ)上，討論變電所內(nèi)電器設(shè)備的選擇。4.1 35kv電氣

32、設(shè)備選擇為保證高壓電器的可靠運(yùn)行，高壓電器應(yīng)按正常工作條件下的額定電流、額定電壓等來選擇，并按短路電流校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，對斷路器等部分還要按照開斷電流容易程度選擇，同時(shí)考慮安裝條件。（一）高壓斷路器目前，35kv高壓斷路器常用的有多油斷路器、少油斷路器、真空斷路器等各種型式。根據(jù)煤礦生產(chǎn)環(huán)境及特殊性，選用少油斷路器為戶外型。型號為gbc-35柜式成套裝置，內(nèi)配sn1035少油斷路器。 gbc35型柜式斷路器的優(yōu)點(diǎn)：（1）因煤礦污染嚴(yán)重，室內(nèi)設(shè)備能夠減少環(huán)境污染，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，延長設(shè)備使用時(shí)間。（2）維修不受天氣的影響，隨時(shí)可以檢修。（3）價(jià)格適中，目前電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，運(yùn)行、維修

33、有成熟的經(jīng)驗(yàn)。gbc35型柜式斷路器的缺點(diǎn)是檢修斷路器時(shí)容易形成滲漏油現(xiàn)象。35kv斷路器額定電流的選擇礦井變電所總負(fù)荷電流：i （4.1）式中： p-礦井總有功功率 u-額定電壓35kv cos-補(bǔ)償后的功率因數(shù)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選擇的斷路器額定電流為：i1250a i選擇斷路器的開斷電流35kv母線故障時(shí)由短路電流計(jì)算表可知，短路容量為725mva，短路電流為i=6.08ka。因此應(yīng)選用斷路器開斷電流大于6.08ka，考慮選用sn1035型斷路器，其參數(shù)如下表41所示。斷路器型號sn1035最高工作電壓40.5kv額定電流i1250a開斷電流40ka額定電壓u35kv極限通過電流40ka4秒穩(wěn)

34、定電流16ka表41動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)（a）35kv母線短路時(shí)沖擊電流i=18.47ka,sn1035型斷路器極限通過電流為i=40ka,動(dòng)穩(wěn)定性符合要求。（b）熱穩(wěn)定電流i i （4.2）t熱穩(wěn)定電流值對應(yīng)時(shí)間為 （4.3）其中查 ）曲線，煤礦供電圖223在t=4s時(shí)。4s熱穩(wěn)定電流大于i，熱穩(wěn)定性符合。（二）電壓互感器互感器是交流供電系統(tǒng)中一次回路將交流電流或電壓按比例降低供二次回路儀表使用。根據(jù)一次額定電壓選擇，并按二次負(fù)荷大小及負(fù)荷準(zhǔn)確等級校驗(yàn)。電壓互感器的選擇：u，根據(jù)產(chǎn)品手冊選擇jdjj-35型電壓互感器。其技術(shù)參數(shù)如表42所示。 jdjj235型電壓互感器技術(shù)參數(shù)一次電壓（kv）35

35、/額定容量為0.5級150va，一級250va基本二次線圈（kv）0.1/3級500va輔助二次線圈（kv）0.1/最大容量1000va表42互感器一次額定電壓u應(yīng)于互感器接入電網(wǎng)時(shí)一次繞組所受的電壓相適應(yīng)。所以。35kv電壓互感器一次額定電壓應(yīng)選為35kv。在此不考慮對35kv側(cè)進(jìn)行絕緣檢測，選兩臺jdjj235接成v型。如圖4-1所示。 由于沒有互感器二次側(cè)聯(lián)結(jié)儀表所消耗的總?cè)萘?，因此，這里不對電壓互感器進(jìn)行校驗(yàn)。圖4.1中，rd的作用是限制互感器短路電流。這里考慮選用rw680535/0.5戶外式熔斷器。工作在高壓條件下，起限流作用。（三）電流互感器測量與計(jì)算用電流互感器的選擇應(yīng)滿足已次

36、回路的額定電壓、額定電流、最大負(fù)荷電流以及滿足測量與計(jì)算一般對準(zhǔn)確度的要求。繼電保護(hù)用電流互感器尚應(yīng)滿足10%誤差特性曲線要求。電流互感器選定后，都應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。電流互感器的熱穩(wěn)定性是由一定時(shí)間內(nèi)熱穩(wěn)定倍數(shù)值k來表明，它是互感器的熱穩(wěn)定電流與互感器的原邊電流之比，即k （4.4）式中：i-電壓互感器在t時(shí)間內(nèi)的熱穩(wěn)定電流，a； i-電流互感器原邊額定電流，a； k-熱穩(wěn)定倍數(shù)。因此，電流互感器的熱穩(wěn)定校驗(yàn)可按如下要求計(jì)算：k (4.5)式中：i-短路穩(wěn)態(tài)電流，ka。電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定包括內(nèi)部穩(wěn)定和外部穩(wěn)定。（1） 內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定用動(dòng)態(tài)倍數(shù)k表示。它是互感器所能承受的最大電

37、流的瞬時(shí)值與該互感器的額定電流幅值之比，即：k (4.6)因此，電流互感器的內(nèi)部穩(wěn)定校驗(yàn)可按如下要求計(jì)算： (4.7)式中：i三相短路沖擊電流，ka。（2） 外部動(dòng)穩(wěn)定樣本表明有允許力f的電流互感器，可按下式校驗(yàn)：f(kg) (4.8)式中：f-電流互感器一次繞組出線端允許力，公斤a-相間距離，cm;i電流互感器出線端至相鄰較遠(yuǎn)的一個(gè)固定點(diǎn)的距離，cm.樣本未表明f而只給當(dāng)a=40cm時(shí)，i=50cm時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)k電流互感器仍可按4.7式校驗(yàn)。當(dāng)a40時(shí)，4.7式左邊乘以。樣本標(biāo)明有允許力fa的母線型電流互感器，可按下式校驗(yàn)：fa=1.76（kg） (4.9)式中：fa-母線型電流互感器瓷套

38、帽處允許力，公斤； lb母線相互作用段的計(jì)算長度，cm,可按下式確定：lb=（l1+l2）/2 （4.10)式中: l1母線型電流互感器瓷套帽至相鄰較遠(yuǎn)的一個(gè)固定點(diǎn)距離，cm l2-電流互感器內(nèi)部長度，cm35kv側(cè)選用lcz350.5/b300/5型電流互感器。（四） 35kv斷路器的選擇（1） 額定電壓選擇斷路器額定電壓u應(yīng)大于或等于所在電網(wǎng)的工作電壓u，即 u= u（2） 額定電流選擇斷路器的額定i應(yīng)大于或等于它的最大長期工作電流i即：i= i。由于高壓斷路器沒有連續(xù)過載能力，在選擇其額定電流時(shí)，應(yīng)滿足各種可能的運(yùn)行方式下線路持續(xù)工作電流的要求，即取最大長期工作電流i。當(dāng)斷路器使用的環(huán)境

39、溫度高于設(shè)備最高允許環(huán)境溫度，即高于40但不超過60時(shí)，環(huán)境溫度每增高1，工作電流可減少為額定電流的1.8%，當(dāng)使用的環(huán)境溫度低于40時(shí)，環(huán)境溫度每降低1，工作電流可增加為額定電流的0.5%，但其最大負(fù)荷不得超過i的20%。（3） 開斷電流的選擇在給定的電網(wǎng)電壓下，斷路器的開斷電流i應(yīng)不小于實(shí)際的瞬間的短路周期分量i，即：i= i。當(dāng)斷路器的i較系統(tǒng)短路電流大很多時(shí)，為了簡化計(jì)算，也可用次暫態(tài)電流i進(jìn)行選擇，即：i= i。（4） 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)若斷路器的極限通過電流峰值i大于三相短路時(shí)通過斷路器沖擊電流i,則其動(dòng)穩(wěn)定性便滿足要求，即i=i。（5） 熱穩(wěn)定校驗(yàn)制造廠給出了斷路器t秒內(nèi)的熱穩(wěn)定電流i，

40、即在給定時(shí)間t內(nèi),電流通過斷路器時(shí)，其各部分的發(fā)熱溫度不會(huì)超過最高短時(shí)允許發(fā)熱溫度。因此，制造廠規(guī)定的短時(shí)允許發(fā)熱量應(yīng)不大于斷路器間短路電流所發(fā)出的熱量q，則此斷路器滿足熱穩(wěn)定要求?？杀硎緸椋篿。初步擬定選用的斷路器型號為sw335/1000型少油斷路器。校驗(yàn)：（a） sw335/1000型少油斷路器額定電壓為35kv，u=35kv，u=u，符合條件。（b） sw335/1000型少油斷路器額定電流為1000a，最大長期工作電流為：i=ii=i因此，負(fù)荷技術(shù)條件。（c） 斷路器開斷電流i=16ka，i=6.08ka,i=i符合技術(shù)條件。（d） i=40ka，i=18.47ka則i=i滿足動(dòng)穩(wěn)定

41、條件。（e） it=16ka，t=4siqt=16.58kas，則iqt滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)。sw335/1000型少油斷路器參數(shù)見下表43所示。型號sw335/1000斷流容量1000mva額定電流1000a額定電壓35kv極限通過電流峰值42ka4s熱穩(wěn)定電流16.5ka固有分閘時(shí)間=0.06s固有合閘時(shí)間=0.16s表43（五） 35kv隔離開關(guān)的選擇以qs1為例：例：隔離開關(guān)長時(shí)最大工作電流：ig=a故選用gw5-35g/600型戶外隔離開關(guān)。其主要參數(shù)見下表44。型號gw5-35g/600額定電壓35kv額定電流600a極限電流峰值72ka5s熱穩(wěn)定電流16ka表44由表3-1查得其最大運(yùn)

42、行方式下，i=5.91，i=15.08ka。（1） 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)i=15.08ka=1.2ig=260a查煤礦電工手冊四分冊表442可得主井提升高壓開關(guān)柜零序電流互感器選2臺laj10w1 300/5型。同理可得其余高壓開關(guān)柜中零序電流互感器。（三） 電壓互感器與避雷器柜的選擇電壓互感器與避雷器柜選用gg-1a-54型。其中避雷器選用fz26型閥型避雷器和電壓互感器選用jsjw6型其參數(shù)見下表47和48所示。型號fz26額定電壓6kv額定電流未知滅弧電壓有效值7.6kv工頻放電電壓有效值16kv19kv表47型號jsjw6原線圈額定電壓6kv副線圈額定電壓0.1kv輔助線圈額定電壓0.113kv

43、最大容量400va表48由于沒有電壓互感器所聯(lián)儀表所消耗的容量，因此，這里不對其進(jìn)行校驗(yàn)。為了保護(hù)電壓互感器，用熔斷器串接在電路中，一般選rn1-6/3型。又由于最大切斷容量為200mva大于400va，所以選此熔斷器合格。通往工人村等處的負(fù)荷屬于低壓負(fù)荷，應(yīng)在變電所內(nèi)選用低壓配電盤進(jìn)行供電。下面來討論低壓配電盤的選擇。以地面低壓為例：選兩臺bsl11-03型，這是因?yàn)榈孛娴蛪侯~定電流為2059a，而bsl-11-03額定電流為2500a。由于地面低壓是雙回路，所以就選了2臺。同理，可以得出機(jī)修廠選一臺bsl11-03型；綜采車間選1臺bsl11-03型；洗煤廠選2臺bsl11-03型；工人村

44、選1臺bsl11-03型；支農(nóng)選1臺bsl11-03型。4.3 35kv輸電線及母線的選擇高壓線路具體選擇步驟為：首先按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線，然后按長時(shí)允許電流，允許電壓損失和機(jī)械強(qiáng)度等條件校驗(yàn)。（一）35kv輸電線的選擇（1） 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇查煤礦供電表58的j=1.15，35kv側(cè)最大工作電流i=161.52a電流密度： a=140.4mm考慮選用標(biāo)準(zhǔn)截面為140mm的鋼芯鋁絞線lgj140。（2） 按長時(shí)允許電流校驗(yàn)各截面由煤礦供電表5-10查得lgj-140為380a，而35kv側(cè)最大工作電流一路運(yùn)行時(shí)為277a，因此，按長時(shí)允許電流校驗(yàn)合格。（3） 按允許電壓損失校驗(yàn)導(dǎo)線單位長度

45、的電阻和電抗由煤礦電工手冊五分冊表7-4-5查得?？紤]幾何均距為25m。則r=0.255歐/km,x=0.379歐/km.所以由上一級電源到礦井變電所的電阻為r=240歐，電抗x=3.032歐。根據(jù)可得出電壓損失百分?jǐn)?shù)。由于輸電方式為雙回路架空線，這里按一條架空線擔(dān)負(fù)全礦負(fù)荷來考慮。已知cos=0.767，p=15101.85kw?？傻茫?2.99%（4） 按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)查煤礦供電表5-5可知，鋼芯鋁絞線的最小截面為16mm,而所選導(dǎo)線截面為120 mm。因此按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)合格。綜上所述，35kv輸電線路選lgj120型。（二） 35kv母線的選擇（1） 材料和形狀的選擇由于35kv母線在室外，故考慮采用鋼芯鋁絞線，并用耐張絕緣子串固定在構(gòu)架上。（2） 母線截