畢業(yè)論文(35kv地面變電所設(shè)計)

1、河北科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計院 站：專 業(yè)：學(xué) 生：指導(dǎo)老師：評閱老師：完成日期：馬蓮臺煤礦35kv變電所部分設(shè)計 總計 畢業(yè)設(shè)計（論文） 頁 表格 頁 插圖 幅摘要本設(shè)計根據(jù)馬蓮臺煤礦電力負荷的實際資料，以變電所的最佳運行為基礎(chǔ)，按照有關(guān)規(guī)定和規(guī)范，完成了滿足該區(qū)供電要求的35kV變電所一次部分的初步設(shè)計。本設(shè)計共分為5章，分別為概述、負荷分析及變壓器選擇、主接線的設(shè)計、短路電流的計算、高壓電器設(shè)備的選擇。本設(shè)計中，首先對實際的用電負荷進行了統(tǒng)計與計算，選出了所需的主變壓器的型號，然后根據(jù)負荷性質(zhì)及對供電可靠性要求擬定主接線設(shè)計，考慮到短路對系統(tǒng)的嚴重影響，設(shè)計中進行了短路計算。設(shè)計中還

2、對主要高壓電器設(shè)備進行了選擇與計算，如斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等。此外還進行了防雷保護的設(shè)計和計算，提高了整個變電所的安全性。關(guān)鍵詞： 主接線、負荷計算、變壓器選型、短路計算、高壓設(shè)備選型AbstractThis design under Malian coalmine power load of actual information, to the best run substation, in accordance with the relevant regulations and norms, completed the power requirements will b

3、e met by 35 kV substation once part of the initial design. This design is divided into 5 chapters, namely overview, load analysis and transformer selection, main wiring design, short circuit current calculation, selection of high-voltage electrical equipment. This design, the first actual power load

4、 for statistics and computing, selected the desired primary transformer model, and then under load properties and power supply reliability requirements drawn up by the main wiring design, considering the short circuit severe impact on the system, the design in the short-circuit evaluation. Also on t

5、he main in the design of high-voltage electrical equipment selection and calculation, such as circuit breakers, isolating switch, voltage transformer, current transformers, etc. In addition to the thunder of design and computation, improves the security of the whole substation.Key words: Main wiring

6、， load computation， transformer shaping， short-circuit computation， high pressure unit shaping目 錄第1章 概 述1.1礦山供電的基本要求11.2設(shè)計原則21.3內(nèi)容及步驟3第2章 負荷分析和主變壓器的選擇2.1負荷分析42.2負荷計算62.2 無功功率的補償82.3主變壓器的選擇10第3章 電氣主接線的設(shè)計3.1電氣主接線的概述123.2電氣主接線的設(shè)計原則和要求123.3 電氣主接線方案的比較14第4章：短路電流的計算4.1短路電流計算的概述164.2短路電流計算的目的和方法174.3短路電流的計

7、算27第5章：電氣設(shè)備的選擇與校驗5.1 高壓電器設(shè)備選擇的一般原則225.2 電氣設(shè)備的選擇和校驗245.3電氣設(shè)備的選擇計算29第6章 結(jié)論36第7章 答謝37第8章 參考文獻38馬蓮臺煤礦地面35變電所部分設(shè)計前言馬蓮臺礦井所處位置為寧夏橫城礦區(qū)，屬寧夏靈武市橫山堡鄉(xiāng)管轄，礦井距銀川市約35km，靈武市約20km。礦井所在地區(qū)為鄂爾多斯臺地的西部邊緣，區(qū)內(nèi)屬半沙漠的荒原丘陵地帶。礦井工業(yè)場地所處地帶地勢較為平緩，但整個區(qū)域內(nèi)地勢東南高，西北低，海拔一般在12281250m之間，最高為1300m（東南部低山）。由于馬蓮臺礦井地處戈壁沙漠，風(fēng)沙較大，為保正礦井供電可靠性，減少風(fēng)沙災(zāi)害對煤礦供

8、電的影響，在工業(yè)場地北側(cè)建礦井樓內(nèi)（二層）35/10KV變電所一座。原始資料礦井采用雙回路供電方式，一回路電源引自希望110KV變電所，電源容量為400MVA，線路全長16km；另一回電源引自雙廟110KV變電所，電源容量為300MVA，線路全長20km。35kv側(cè)定時限過電流保護裝置動作時間為3s，下井電纜長度2.5km。該礦負荷統(tǒng)計如表所示負荷統(tǒng)計表序號名稱電機型式需用系數(shù)功率因數(shù)容量1主井絞車繞線0.880.8212002副井絞車繞線0.820.828003壓風(fēng)機同步0.70.819004主扇繞線0.90.8232005工業(yè)廣場0.760.7427006工人村0.780.685007主排

9、水泵鼠籠0.80.820008井下低壓0.750.74000第1章 概 述1.1礦山供電的基本要求1.1.1 供電可靠由于煤礦供電的特殊性，所以要求供電要可靠，供電可靠就是要求不間斷供電。供電中斷時不僅會影響礦井的原煤產(chǎn)量，而且可能損壞設(shè)備，甚至發(fā)生人身事故和造成礦井的破壞。例如煤礦井下的空氣中含有瓦斯氣體，并且有水不斷涌出，突然停電，將會使排水和通風(fēng)設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，可能造成水淹礦井，工作人員窒息死亡或引起瓦斯、煤塵爆炸，危及礦井和人身安全。因此，對煤礦中的重要用電設(shè)備，要求采用兩個獨立電源的雙回路或環(huán)式供電方式，兩路電源線路互為備用，當(dāng)一路電源線路故障或停電檢修時，則由另一路電源線路繼續(xù)供電，

10、以保證供電的可靠性。1.1.2 供電安全供電安全具有兩個方面的意義，即防止人身觸電和防止由于電氣設(shè)備的損壞和故障引起的電氣火災(zāi)及瓦斯、煤塵爆炸事故。煤礦井下空間狹小、潮濕陰暗，井下電氣設(shè)備的受潮和機械損傷容易發(fā)生人身觸電事故；供電線路和用電設(shè)備的損傷和故障產(chǎn)生的電氣火花，會造成火災(zāi)或瓦斯、煤塵爆炸事故。因此，為了避免事故的發(fā)生，在煤礦供電工作中，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定，采取防爆、防觸電、過負荷及過流保護等一系列技術(shù)措施和管理制度，消除各種不安全因素，確保供電的安全。1.1.3 保證供電質(zhì)量衡量供電質(zhì)量高低的技術(shù)指標(biāo)是頻率的穩(wěn)定性和電壓的偏移。交流電的頻率對交流電動機的性能有著直接的影響，頻率的變動會影

11、響交流電動機的轉(zhuǎn)速。按照電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)規(guī)定，對于額定頻率為50Hz的工業(yè)用交流電，其頻率相對于額定值的偏差不允許超過±0.2-±0.5Hz，即為額定頻率的±0.4-±1。電壓偏移是衡量供電質(zhì)量的又一重要指標(biāo)。所謂電壓偏移，是指用電設(shè)備在運行中，實際的端電壓與其額定電壓的偏差。用電設(shè)備對定范圍內(nèi)的電壓偏移具行適應(yīng)能力，但隨著電壓偏移的增大，用電設(shè)備的性能將會惡化，嚴重時會造成設(shè)備的損壞。例如，白熾燈在超過額定電壓5的電壓下工作時其工作壽命將縮短一半；因此我國對用電設(shè)備電壓偏移的允許值做了具體的規(guī)定，例如電動機的電壓偏移不允許超過其額定電壓的±

12、;5，白熾燈的電壓偏移不允許越過其額定值的+3和-2.5。1.1.4 技術(shù)經(jīng)濟合理技術(shù)經(jīng)濟合理是指在滿足上述三項要求的前提下，使供電系統(tǒng)的投資和運行達到最佳的經(jīng)濟效益。供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.2設(shè)計原則按照國家標(biāo)準GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、GB 50059-9235110kV變電所設(shè)計規(guī)范、GB50053-94 10kv及以下設(shè)計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，進行礦山供電設(shè)計必

13、須遵循以下原則：1、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。2、安全可靠、先進合理應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。3、近期為主、考慮發(fā)展應(yīng)根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴建的可能性。4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。礦山供電設(shè)計是整個煤礦設(shè)計中的重要組成部分。礦山供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到煤礦的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事礦山供電工作的人員，有

14、必要了解和掌握礦山供電設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計工作的需要。1.3內(nèi)容及步驟 全礦總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個部門負荷數(shù)量和性質(zhì)及其對負荷的要求，以及負荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電 能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面。1、負荷計算 全礦總降壓變電所的負荷計算，是在各部門負荷計算的基礎(chǔ)上進行的?？紤]變電所變壓器的功率損耗，從而求出全礦總降壓變電所高壓側(cè)計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計 算表、顯示計算結(jié)果。2、一次系統(tǒng)圖跟據(jù)負荷類別及對供電可靠性的要求進行負荷計算，繪制一次系統(tǒng)圖，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠又要靈活經(jīng)濟，安裝容易

15、維修方便。3、電容補償 按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功功率。由手冊或產(chǎn)品樣本選用所需無功功率補償柜的規(guī)格和數(shù)量。4、變壓器選擇及變電所布置 根據(jù)電源進線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全礦計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器型號及全礦供電平面圖。5、短路電流計算 礦山用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限大容量系統(tǒng)供電進行短路計算。求出各短路點的三相短路電流及相應(yīng)有關(guān)參數(shù)。6、高、低壓設(shè)備選擇及校驗參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應(yīng)的額定值，選擇高、低壓配電設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路

16、器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗，并列表表示。7、導(dǎo)線、電纜的選擇 為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，進行導(dǎo)線和電纜截面選擇時必須滿足發(fā)熱條件：導(dǎo)線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應(yīng)超過其正常運行時的最高允許溫度。8、整定及二次保護 為了監(jiān)視、控制和保證安全可靠運行，各用電設(shè)備，皆需設(shè)置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置，并對保護裝置做出整定計算。第2章 負荷分析和主變壓器的選擇2.1 負荷分析2.1.1 負荷分類及定義1一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡或重大設(shè)計損壞，且難以挽回，帶

17、來極大的政治、經(jīng)濟損失者屬于一級負荷。一級負荷要求有兩個獨立電源供電。2. 二級負荷：中斷供電將造成設(shè)計局部破壞或生產(chǎn)流程紊亂，且較長時間才能修復(fù)或大量產(chǎn)品報廢，重要產(chǎn)品大量減產(chǎn)，屬于二級負荷。二級負荷應(yīng)由兩回線供電。但當(dāng)兩回線路有困難時（如邊遠地區(qū)），允許有一回專用架空線路供電。3. 三級負荷：不屬于一級和二級的一般電力負荷。三級負荷對供電無特殊要求，允許較長時間停電，可用單回線路供電。煤礦變電所負責(zé)向整個礦區(qū)供電，在煤礦上除了家屬區(qū)及一些輔助設(shè)備以外，大部分是井下用電，例如：主提升機、主排水泵等等，如果煤礦變電所一旦停電就可能造成人身死亡，所以應(yīng)屬一級負荷，應(yīng)采用兩個獨立回路供電.2.1.

18、2 本系統(tǒng)的負荷計算1. 定義（1）、計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。（2）、平均負荷為一段時間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。2. 負荷計算的方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。本設(shè)計將采用需要系數(shù)法予以確定。所用公式有：(1)、單組用電設(shè)備的計算負荷單組用電設(shè)備的

19、計算負荷應(yīng)按下式計算:式中 Pca、Qca、Sca-該組用電設(shè)備的有功、無功、視在功率計算值，kw、kvar、KVA-該組用電設(shè)備額定容量之和，kw，-該組用電設(shè)備的需用系數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)-與相對應(yīng)的正切值該組用電設(shè)備的負荷電流按下式計算:式中 Ica-該組用電設(shè)備的總負荷電流，A UN-電網(wǎng)的額定電壓，kv(2)、變電所總計算負荷將變電所各組用電設(shè)備的計算負荷相加，再乘以組間最大負荷的同時系數(shù)，即可求出變電所的總計算負荷.式中 -變電所負荷的總有功、無功、視在功率計算值，kw、kvar、kVA-變電所各組用電設(shè)備的有功、無功功率計算值之和， kw、kvar-各組用電設(shè)備最大負荷不可能同時

20、出現(xiàn)的組間最大負荷同時系數(shù)，組數(shù)越多其值越小，本設(shè)計取Ksp=0.9，Ksq=0.95變電所的功率因數(shù)為 2.2負荷計算根據(jù)所給原始資料計算過程如下：2.2.1地面高壓1、主井絞車： kwkvarKVA2、副井絞車： KWkvarKVA3、壓風(fēng)機： kwkvarKVA4、主扇： kwkvarKVA2.2.2地面低壓: 1、工人村：kwkvarKVA2、工業(yè)廣場： kwkvarKVA3、低壓計算負荷：計算礦地面低壓計算負荷，應(yīng)考慮各組間最大負荷的同時系數(shù),取Ksp=0.9,Ksq=0.95，則kwkvarkwkvarKVA2.2.3井下高壓:1、主排水泵： kwkvarKVA2.2.4井下低壓k

21、wkvarKVA2.2.5 全礦負荷統(tǒng)計1、全礦高壓負荷總計：將全礦各組高壓計算負荷相加，即kwkvar2、全礦計算負荷。計算全礦10KV側(cè)總的計算負荷，應(yīng)考慮各組間最大負荷的同時系數(shù),取Ksp=0.9,Ksq=0.95，則kwkvar2.3 無功功率的補償根據(jù)全國供用電規(guī)則的規(guī)定：高壓供電的工業(yè)用戶功率因數(shù)應(yīng)該在0.90以上.，所以當(dāng)變電所的功率因數(shù)低于0.9時，應(yīng)采取人工補償措施，補償后的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95。目前35kv變電所一般是采用在10kv母線上裝設(shè)并聯(lián)電容器的進行集中補償?shù)姆椒?，來提高變電所的功率因?shù)。2.3.1電容器補償容量的計算電容器的無功補償容量為：式中 -補償前功率因

22、數(shù)角的正切值-補償后應(yīng)達到的功率因數(shù)角的正切值1、 電容器（柜）臺數(shù)的確定無功補償所需電容器總臺數(shù)N為式中 -單臺電容器柜的額定容量，kvar -電容器的實際工作電壓，kV-電容器的額定電壓，kV確定電容器的總臺數(shù)時，應(yīng)選取不小于計算值N的整數(shù)。2、 補償后的實際功率因數(shù)因為電容器的臺數(shù)選擇與計算值不同，所以應(yīng)計算補償后的實際功率因數(shù)。電容器的實際補償容量為：式中 Qca-電容器的實際補償容量，kvar N-所選電容器的實際臺數(shù)補償后變電所負荷的總無功功率為補償后變電所的負荷總?cè)萘垦a償后的功率因數(shù)式中 、 、-補償后變電所負荷的總無功功率、總?cè)萘亢凸β室驍?shù)，kvar、kVA、-補償前變電所負荷

23、的用功功率、無功功率的計算值，kW、kvar2.3.2電容器所需補償容量因全礦的自然功率因數(shù)：，低于0.9，所以應(yīng)該進行人工補償,補償后的功率因數(shù)應(yīng)該達到0.9以上，即5以上，則全礦所需補償容量為：kvar2.3.4電容器柜數(shù)及型號的確定電容器擬采用雙星形接線接在變電所的二次母線上，因此選用TBB高壓并聯(lián)電容柜，單臺電容器柜容量為1800kvar，每則電容器柜總數(shù)為：2.3.4電容器的實際補償容量為：kvar2.3.5人工補償后的功率因數(shù)kvarkvar>0.9 符合要求2.4主變壓器的選擇2.4.1主變壓器臺數(shù)的確定由于本變電所為礦山變電所，所有負荷基本都為一類負荷，對供電要求比較高,

24、所以選擇兩臺主變壓器，其中一臺工作，另一臺備用。根據(jù),考慮到以后的設(shè)備增容，所以容本設(shè)計選擇SF11-20000/35/10KV型主變壓器兩臺，變壓器的負荷率為: 2.4.2全礦總負荷： 1、變壓器損耗：kw2、變壓器無功損耗：kvar3、全礦總負荷kvar<20000KVA4、實際功率因數(shù)：2.4.3確定變壓器的經(jīng)濟運行方式 1、臨界負荷率ec第3章 電氣主接線的設(shè)計3.1電氣主接線的概述變電所主接線(一次接線)表示變電所接受、變換和分配電能的路徑。它由各種電力設(shè)備(隔離開關(guān)、避雷器、斷路器、互感器、變壓器等)及其連接線組成，通常用單線圖表示。主接線是否合理,對變電所設(shè)備選擇和布置,運

25、行的靈活性、安全性、可靠性和經(jīng)濟性,以及繼電保護和控制方式都有密切關(guān)系.它是供電設(shè)計中的重要環(huán)節(jié). 在圖上所有電器均以新的國家標(biāo)準圖形符號表示，按它們的正常狀態(tài)畫出。所謂正常狀態(tài)，就是電器所處的電路中既無電壓，也無外力作用的狀態(tài)。對于圖中的斷路器和隔離開關(guān)，是畫出它們的斷開位置。在圖上高壓設(shè)備均以標(biāo)準圖形符號代表，一般在主接線路圖上只標(biāo)出設(shè)備的圖形符號，在主接線的施工圖上，除畫出代表設(shè)備的圖形符號外，還應(yīng)在圖形符號旁邊寫明設(shè)備的型號與規(guī)范。從主接線圖上我們可了解變電所設(shè)備的電壓、電流的流向、設(shè)備的型號和數(shù)量、變電所的規(guī)模及設(shè)備間的連接方式等，因此，主接線圖是變電所的最主要的圖紙之一。3.2電氣

26、主接線的設(shè)計原則和要求3.2.1 電氣主接線的設(shè)計原則1、考慮變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。2、考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模變電所主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù)五到十年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應(yīng)根據(jù)負荷的大小及分布負荷增長速度和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式以及所連接電源數(shù)和出線回數(shù)。3、考慮用電負荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響對一級用電負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當(dāng)一

27、個電源失去后，應(yīng)保證全部一級用電負荷不間斷供電；對二級用電負荷，一般要有兩個電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，能保證大部分二級用電負荷供電，三級用電負荷一般只需一個電源供電。4、考慮主變臺數(shù)對主接線的影響變電所主變的容量和臺數(shù)，對變電所主接線的選擇將會產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性的要求低。5、考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應(yīng)負荷突增、設(shè)備檢修、故障停運情況下的應(yīng)急要求。電氣主接線的設(shè)計要根據(jù)備用容量的有無

28、而有所不同，例如，當(dāng)斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當(dāng)線路故障時否允切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。3.2.2 電氣主接線設(shè)計的基本要求變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，變電所的規(guī)劃容量、負荷性質(zhì)、線路、變壓器連接總數(shù)、設(shè)備特點等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等要求。1、可靠實用所為可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標(biāo)準是運行實踐。經(jīng)過長期運行實踐的考驗，對以往所采用的主接線經(jīng)過優(yōu)選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部

29、分在運行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。同時，可靠性不是絕對的，而是相對的。一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能是不可靠的。2、運行靈活主接線運行方式靈活，利用最少的切換操作，達到不同的供電方式。根據(jù)用電負荷大小，應(yīng)作到靈活的投入和切除變壓器。檢修時，可以方便的停運變壓器、斷路器、母線等電氣設(shè)備，不影響工廠重要負荷的用電。3、簡單經(jīng)濟在滿足供電可靠性的前提下，盡量選用簡單的接線。接線簡單，既節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互感器、避雷器等一次設(shè)備，使節(jié)點少、事故和檢修機率少；又要考慮單位的經(jīng)濟能力。經(jīng)

30、濟合理地選用主變壓器型號、容量、數(shù)量，減少二次降壓用電，達到減少電能損失之目的。4、操作方便主接線操作簡便與否，視主接線各回路是否按一條回路配置一臺斷路器的原則，符合這一原則，不僅操作簡便、二次接線簡單、擴建也方便，而且一條回路發(fā)生故障時不影響非故障回路供電。5、 便于發(fā)展設(shè)計主接線時，要為布置配電裝置提供條件，盡量減少占地面積。但是還應(yīng)考慮工廠企業(yè)的發(fā)展，有的用戶第一期工程往往只上一臺變壓器，經(jīng)35年后，需建設(shè)第二臺主變壓器，變電所布局、基建一般都是根據(jù)主接線的規(guī)模確定的。因此，選擇主接線方案時，應(yīng)留有發(fā)展余地。擴建時可以很容易地從初期接線過度到最終接線。3.3 電氣主接線方案的比較對于電源

31、進線電壓為35KV及以上的大中型工礦企業(yè)，通常是先經(jīng)工廠總降壓變電所降為610KV的高壓配電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設(shè)備所需的電壓?？偨祲鹤冸娝鹘Y(jié)線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設(shè)備（變壓器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，通常用單線表示。主結(jié)線對變電所設(shè)備選擇和布置，運行的可靠性和經(jīng)濟性，繼電保護和控制方式都有密切關(guān)系，是供電設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。1. 一次側(cè)采用內(nèi)橋式結(jié)線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所，這種主結(jié)線，其一次側(cè)的斷路器跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式結(jié)線。這種主結(jié)線的運行靈活性

32、較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負荷工廠。這種內(nèi)橋式結(jié)線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會較多、并且變電所的變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。2. 一次側(cè)采用外橋式結(jié)線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所，這種主結(jié)線，其一次側(cè)的高壓斷路器也跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷路器的外側(cè)，靠近電源方向，因此稱為外橋式結(jié)線。這種主結(jié)線的運行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負荷的工廠。但與內(nèi)橋式結(jié)線適用的場合有所不同。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、適用經(jīng)濟運行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當(dāng)一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結(jié)線時，也宜于采用這種結(jié)線，使環(huán)行電網(wǎng)的

33、穿越功率不通過進線斷路器，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。3、一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所，這種主結(jié)線圖有上述兩種橋式結(jié)線的運行靈活性的優(yōu)點，適用于一、二次側(cè)進出線較多的總降壓變電所4、一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線結(jié)線較之采用單母線結(jié)線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關(guān)設(shè)備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線結(jié)線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本次設(shè)計的煤礦是連續(xù)運行，負荷變動較小，電源進線較短主變壓器不需要經(jīng)常切換，另外再考慮到今后的長遠發(fā)展，所以本設(shè)計一次側(cè)、二次側(cè)采均用單母線分段接

34、線。第4章：短路電流的計算4.1 短路電流計算的概述電氣設(shè)備或?qū)w發(fā)生短路故障時通過的電流為短路電流。在工礦企業(yè)供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮到正常工作狀態(tài)，而且還要考慮到發(fā)生故障所造成的不正常狀態(tài)。根據(jù)電力系統(tǒng)多年的實際運行經(jīng)驗，破壞供電系統(tǒng)正常運行的故障一般最常見的是各種短路。所謂短路是指相與相之間的短接，或在中性點接地系統(tǒng)中一相或幾相與大地相接（接地），以及三相四線制系統(tǒng)中相線與中線短接。當(dāng)發(fā)生短路時，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中將流通很大的短路電流（幾千甚至幾十萬安），電源的電壓完全降落在短路回路中。4.1.1 短路的原因發(fā)生短路的主要原因是由于電力系統(tǒng)的絕緣被破壞。在大多

35、數(shù)情況下，絕緣的破壞多數(shù)是由于未及時發(fā)現(xiàn)和未及時消除設(shè)備中的缺陷，以及設(shè)計、安裝和運行維護不當(dāng)所，例如：過電壓、直接雷擊、絕緣材料的陳舊、絕緣配合不好、機械損壞等，運行人員的錯誤操作，如帶負荷拉開隔離開關(guān)，或者檢修后未拆接地線就接通斷路器；在長期過負荷元件中，由于電流過大，載流導(dǎo)體的溫度升高到不能容許的程度，使絕緣加速老化或破壞；在小接地電流系統(tǒng)中未及時或消除一相接地的不正常工作狀態(tài)，此時，其它兩相對地電壓升高倍，造成絕緣損壞。 短路電流所產(chǎn)生的電動力能形成很大的破壞應(yīng)力，如果導(dǎo)體和它們的支架不夠堅固，則可能遭到嚴重破壞。短路電流越大，通過的時間越長，對故障元件破壞的程度也越大。由于短路電流很

36、大，即使通過的時間很短，也會使短路電流所經(jīng)過的元件和導(dǎo)體收起不能容許的發(fā)熱，從而破壞絕緣甚至使載流部分退火、變形或燒毀。既然發(fā)生短路時流通很大的短路電流（超過額定電流許多倍），這樣大的短路電流一旦流經(jīng)電氣設(shè)備的載流導(dǎo)體，必然要產(chǎn)生很大的電動力和熱的破壞作用，隨著發(fā)生短路地點和持續(xù)時間的長短，其破壞作用可能局限于一小部分，也可能影響整個系統(tǒng)。4.1.2 短路的類型三相系統(tǒng)中短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相短路（單相接地短路）和兩相接地短路。除了上述各種短路以外，變壓器或電機還可能發(fā)生一相繞組匝間或?qū)娱g短路等。根據(jù)運行經(jīng)驗統(tǒng)計，最常見的是單相接地短路，約占故障總數(shù)的60%，兩相短路約占1

37、5%，兩相接地短路約占20%，三相短路約占5%。三相短路雖少，但不能不考慮，因為它畢竟有發(fā)生的可能，并且對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著十分不利的影響。單相短路雖然機會多短路電流也大，但可以人為的減小單相短路電流數(shù)值，使單相短路電流最大可能值不超過三相短路電流的最大值。這就使全部電氣設(shè)備可以只根據(jù)三相或兩相短路電流來選擇，況且三相短路又是不對稱短路的計算基礎(chǔ)，尤其是工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中大接地電流系統(tǒng)又很少，因此應(yīng)該掌握交流三相短路電流的計算。4.2短路電流計算的目的和方法短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設(shè)備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將

38、短路計算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標(biāo)明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗，最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標(biāo)幺制法（又稱相對單位制法），

39、本設(shè)計采用標(biāo)幺制法計算短路電流。其結(jié)果為：4.3短路電流的計算短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標(biāo)幺制法（又稱相對單位制法），本設(shè)計中采用的是標(biāo)幺制法。4.3.1確定基準值1、選取基準容量 Sb=100MVA1）計算S1點取基準電壓37kv 即Ub1=37kvKA2）計算S2點選取基準電壓10.5kv 即Ub2=10.5kvKA4.3.2 計算短路電路中各阻抗元件的標(biāo)幺值1、電力系統(tǒng)Ub=Uav=37kvSNmax=1526.7 MVA SNmin=937.9MVA2、輸電線路的阻抗計算NRLH58GJ-240/30 L=20KM x0=0.3183、變壓器電抗的計算4.

40、3.3最大運行方式下短路電流的計算1、在S1點發(fā)生短路時KAKAMVA2、在S2點發(fā)生短路時 KA KA MVA4.3.4 最小運行方式下短路電流的計算1、在S1點發(fā)生短路時KAKAMVA2、在S2點發(fā)生短路時 KA KAMVA4.3.5 高壓電動機的沖擊值1、在S2點發(fā)生短路時，主井絞車感應(yīng)電動機的影響X”d-次暫態(tài)電抗，由表3-10工礦企業(yè)供電查的Xd“=0.2Sb-基準容量，100MVASde-電動機容量 主井絞車供給短路點S2的短路電流沖擊值為：E”*-電動機次暫態(tài)電動勢，由工礦企業(yè)供電表3-10查的E”*=0.90Kch-電動機反饋電流沖擊系數(shù)，對于高壓電動機取Kch =1.41.6

41、對于低壓電動機取Kch =1KA2、副井提升機感應(yīng)電動機的影響電動機至短路點S2的短路電流沖擊值為：KA3、壓風(fēng)機同步電動機對短路電流的影響：電動機至短路點S2的短路電流沖擊值為：KA4、主扇繞線電機對短路沖擊電流的影響電動機至短路點S2的短路電流沖擊值為：KA5、主排水泵感應(yīng)電動機對短路沖擊電流的影響電動機至短路點S2的短路電流沖擊值為：KA6、則電動機總的沖擊電流為：7、則在10kv側(cè)S2點短路時沖擊電流Ich在最大運行方式下為：Ich=Ich2+Is。ch=15+8.44=23.44KA在最小運行方式下的沖擊電流Ich=Ich2+Is。ch=14.36+8.44=22.8 KA系統(tǒng)短路電

42、流計算的結(jié)果列于下表:運行方式35kv母線S1點短路電流10kv母線S2點短路電流I”（KA）ich(KA)S”(MVA)I”（KA）ich(KA)S”(MVA)最大運行方式2.917.42186.55.8815107最小運行方式2.76.891735.6314.36102.39第5章：電氣設(shè)備的選擇與校驗5.1 高壓電器設(shè)備選擇的一般原則為了保障高壓電氣設(shè)備的可靠運行，高壓電氣設(shè)備選擇與校驗的一般條件有：按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；按短路條件包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗；按環(huán)境工作條件如溫度、濕度、海拔等選擇。由于各種高壓電氣設(shè)備具有不同的性能特點，選擇與校驗條件不盡相同，

43、高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗項目見表5-1。表5-1 高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗項目設(shè)備名稱額定電壓額定電流開斷能力短路電流校驗環(huán)境條件其它動穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷路器操作性能負荷開關(guān)操作性能隔離開關(guān)操作性能熔斷器上、下級間配合電流互感器電壓互感器二次負荷、準確等級支柱絕緣字二次負荷、準確等級穿墻套管母線電纜注：表中“”為選擇項目，“”為校驗項目。5.1.1按正常工作條件選擇高壓電氣設(shè)備一、額定電壓和最高工作電壓高壓電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負荷的變化，常高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備允許最高工作電壓UN不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。 一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓可達1.11.15UN ，而實

44、際電網(wǎng)的最高運行電壓UN.W一般不超過1.1UN，因此在選擇電氣設(shè)備時，一般可按照電氣設(shè)備的額定電壓UN不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓UN.W的條件選擇，即 UN UN.W 二、額定電流電氣設(shè)備的額定電流IN是指在額定環(huán)境溫度下，電氣設(shè)備的長期允許通過電流。IN應(yīng)不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即IN Imax 計算時有以下幾個應(yīng)注意的問題：（1）由于發(fā)電機、調(diào)相機和變壓器在電壓降低5%時，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的Imax為發(fā)電機、調(diào)相機或變壓器的額定電流的1.5倍；（2）若變壓器有過負荷運行可能時， Imax應(yīng)按過負荷確定（1.32倍變壓器額定電流）；（3）母聯(lián)斷

45、路器回路一般可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的Imax；（4）出線回路的Imax除考慮正常負荷電流（包括線路損耗）外，還應(yīng)考慮事故時由其它回路轉(zhuǎn)移過來的負荷。三、按環(huán)境工作條件校驗在選擇電氣設(shè)備時，還應(yīng)考慮電氣設(shè)備安裝地點的環(huán)境(尤須注意小環(huán)境)條件，當(dāng)氣溫、風(fēng)速、溫度、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電氣設(shè)備使用條件時，應(yīng)采取措施。例如:當(dāng)?shù)貐^(qū)海拔超過制造部門的規(guī)定值時，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應(yīng)減少，使空氣間隙和外絕緣的放電特性下降，一般當(dāng)海拔在10003500m范圍內(nèi)，若海拔比廠家規(guī)定值每升高l00m，則電氣設(shè)備允許最高工作電壓要下降1%。當(dāng)最高工作電壓不能

46、滿足要求時，應(yīng)采用高原型電氣設(shè)備，或采用外絕緣提高一級的產(chǎn)品。對于110kV及以下電氣設(shè)備，由于外絕緣裕度較大，可在海拔2000m以下使用。當(dāng)污穢等級超過使用規(guī)定時，可選用有利于防污的電瓷產(chǎn)品，當(dāng)經(jīng)濟上合理時可采用屋內(nèi)配電裝置。當(dāng)周圍環(huán)境溫度0和電氣設(shè)備額定環(huán)境溫度不等時，其長期允許工作電流應(yīng)乘以修正系數(shù)K，即 我國目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備使用的額定環(huán)境溫度N=40。如周圍環(huán)境溫度0高于40(但低于60)時，其允許電流一般可按每增高1，額定電流減少1.8%進行修正，當(dāng)環(huán)境溫度低于40時，環(huán)境溫度每降低1，額定電流可增加0.5%，但其最大電流不得超過額定電流的20%。5.1.2按短路條件校驗一、短路熱

47、穩(wěn)定校驗短路電流通過電氣設(shè)備時，電氣設(shè)備各部件溫度(或發(fā)熱效應(yīng))應(yīng)不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為 式中 It 由生產(chǎn)廠給出的電氣設(shè)備在時間t秒內(nèi)的熱穩(wěn)定電流。I短路穩(wěn)態(tài)電流值。 t與It相對應(yīng)的時間。tdz短路電流熱效應(yīng)等值計算時間。二、電動力穩(wěn)定校驗電動力穩(wěn)定是電氣設(shè)備承受短路電流機械效應(yīng)的能力，也稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為 或 式中 ich、Ich短路沖擊電流幅值及其有效值；ies 、Ies電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流的幅值及其有效值。下列幾種情況可不校驗熱穩(wěn)定或動穩(wěn)定：（1）用熔斷器保護的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故可不校驗熱穩(wěn)定。（2）采用限流熔斷器保護的設(shè)備，可不校驗動穩(wěn)定。

48、（3）裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗動、熱穩(wěn)定。5.2 電氣設(shè)備的選擇和校驗5.2.1斷路器高壓斷路器是變電所主要電氣設(shè)備之一，其選擇的好壞，不但直接影響變電所的正常狀態(tài)下運行，而且也影響在故障條件下是否能可靠地分斷。斷路器的選擇根據(jù)額定電壓、額定電流、裝置種類、構(gòu)造型式、開斷電流或開斷容量各技術(shù)參數(shù)，并且進行動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗。1、按額定電壓選擇斷路器的額定電壓，應(yīng)不小于所在電網(wǎng)的額定電壓，即UN UN.W式中 UN斷路器的額定電壓，KV；UN.W 電網(wǎng)的額定電壓，KV。2、 按額定電流選擇斷路器的額定電流IN應(yīng)不小于回路的持續(xù)工作電流，即IN Ica式中 IN斷路器額定電

49、流，A；Ica回路持續(xù)工作電流，A。3、按配電裝置種類選擇裝置的種類指斷路器安裝的場所。裝設(shè)在屋內(nèi)的應(yīng)選屋內(nèi)型，裝設(shè)在屋外的，應(yīng)選屋外型。4、按構(gòu)造型式選擇在相同技術(shù)參數(shù)的條件下，有各種型式的斷路器，如多油斷路器、少油斷路器、空氣斷路器、六氟化硫斷路器等。要根據(jù)配電裝置的工作條件和要求，結(jié)合各斷路器的特點來選用。少油斷路器的特點是油量少、重量輕，不用采取特殊的防火防爆措施。且其尺寸小、占地面積小，造價低。因此，凡是在技術(shù)上能滿足要求的場合應(yīng)優(yōu)先采用。但少油斷路器由于油量少，在低溫下易于凝凍，故不適宜嚴寒地區(qū)低溫下運行。也不適于多次重合的場合?？諝鈹嗦菲魇菬o油不會起火，而且其動作速度快，斷路時間短，斷流容量大，適用于多次重合的場合。但是，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，附有一套壓縮空氣裝置，價值高。因此，只在要求動作速度快，多次重合的情況下，才選用空氣斷路器。六氟化硫斷路器的特點滅弧性能好，在密封不好的情況下，在斷路器周圍環(huán)境中易于沉積SF6氣體，并需進行充氣。在設(shè)計時，具體問題要具體分析，根據(jù)上述條件，選用技術(shù)上合理而又經(jīng)濟的斷路器為宜。5.2.2隔離開關(guān)隔離開關(guān)應(yīng)按其額定電壓、額定電流及使用的環(huán)境條件選擇出合適的規(guī)格和型號，然后按短路電流的動、熱穩(wěn)定性進行校驗。按環(huán)境條件選擇隔離開關(guān)時，可根據(jù)安裝地點和