大型企業(yè)變電站設計終稿

1、摘要電力是現代煤炭工業(yè)的主要動力，在煤炭生產中占有十分重要的地位。在煤炭企業(yè)中，礦山的電氣化是煤炭生產自動化及最新科學技術成就在煤礦推廣應用的技術基礎。企業(yè)變電站對設計的要求在不斷地提高，使電網和電力系統(tǒng)安全、經濟、穩(wěn)定的運行，才能保證工業(yè)生產和人身的安全。本設計是35kV變電所的設計，屬于中壓變電站，因此，它的設計應根據具體用戶用電情況即負荷種類和性質來具體分析設計。通過分析設計原始資料，統(tǒng)計全廠負荷，利用無功補償改善功率因數，選擇合適的電纜，計算相應的損耗，確定主變壓器的臺數和容量，從而確定出具體的電氣主接線，再對其進行短路電流計算，然后參考電氣設計手冊進行高壓設備、線路的選型與校驗，最后

2、做出符合要求的變電所防雷保護。關鍵詞：企業(yè)變電站；無功補償；主變壓器；選型與校驗；防雷保護ABSTRACTElectricity is the main driving force of modern coal industry, in coal production occupies a very important position. In the coal companies, Coal production automation and the latest achievements of science and technology popul

3、arization and application of technology in coal mines based coal electrification. coal mine automation and electrification of the latest achievements of science and technology popularization and application of technology in the coal base. Enterprise transformer substation de

4、sign is constantly improving, so that power and power system security, economic and stable operation, to ensure the safety of industrial production and personal. This design is the design of 35kV transformer substation, medium voltage transformer substation is, and therefore, its design should be ba

5、sed on the specific type of user load and electricity consumption that is the nature of the specific analysis and design. By analyzing the design of the original data, statistics, the plant load, the use of reactive power compensation to improve the power factor, select the appropriate cable, calcul

6、ating the corresponding loss of the main transformer station to determine the number and capacity, to determine a specific main electrical connection, then its short-circuit current calculation, and then refer to the Design Manual for High Voltage electrical equipment, line selection and validations

7、, and finally made to meet the requirements of the substation lightning protection.朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音Key words: Enterprise transformer substation, Reactive power compensation, Main transformer, Selection and validation, Lightning Protection目錄1 緒論11.1 變電站概述11.2 變電站的發(fā)展趨勢21.3 變電站設計的主要任務31.4 變電站設計原則41.5 論文總

8、體結構概述42 礦山供電系統(tǒng)62.1礦山供電系統(tǒng)62.2 礦山變電站的類型72.3 變電站設計的原始資料82.4 礦山供電的要求83 負荷計算與主變壓器的選擇103.1 負荷計算103.2 主變壓器的選擇103.3 功率因數的改善114 電氣主接線144.1 電氣主接線類型144.2 電氣主接線的設計原則194.3 電氣主接線方案比較215 短路電流計算245.1電力系統(tǒng)短路概述245.2 短路電流的計算266 電氣設備286.1 電氣設備簡介286.2 變電站選擇電氣設備的原則307變電站防雷保護327.1 概述327.2 避雷針32計算部分341變電站負荷計算341.1 全礦總負荷計算34

9、1.2 線路功率損失351.3 全礦總負荷371.4 留有10%裕度后的容量381.5 主變的選擇381.6 功率因數的改善402 短路電流計算412.1 繪制短路計算電路圖412.2 繪制短路等值電路圖412.3 基準值的選取422.4 計算各元件相對基準電抗422.5 短路參數的計算433 電氣設備的選擇463.1 斷路器的選擇463.2 隔離開關的選擇503.3 電流互感器的選擇533.4 電流互感器的選擇563.5 母線的選擇563.6 電纜校驗594防雷保護614.1 35kV進線的避雷線保護614.2 避雷器的選擇624.2 避雷針的選擇63致謝64參考文獻65附錄一 負荷統(tǒng)計表6

10、6附錄二 英文文獻與翻譯671 緒論1.1 變電站概述眾所周知，電能是現代工農業(yè)生產和國民經濟生活的重要能源和動力。由于電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供應用，電能的輸送的分配既簡單經濟，又便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現生產過程自動化。因此，電能在現代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。因此必須有可靠的、穩(wěn)定的、高質量的輸配電系統(tǒng)來保證電能的高效傳輸和利用。發(fā)電廠是所有電能的來源，而變電站又是輸配電系統(tǒng)中一個非常重要的環(huán)節(jié)，所以變電站供電的質量好壞直接影響到工農業(yè)生產和國民經濟生活的順利進行。電力系統(tǒng)是國民經濟的重要能源部門，而變電站的設計是電力工業(yè)建設

11、中必不可少的一個項目。由于變電站設計的內容多，范圍廣，邏輯性強，不同電壓等級、不同類型、不同性質負荷的變電所設計時所側重的方面是大相徑庭的。因此在設計中要針對負荷大小和負荷等級，做到具體問題具體分析。變電站是把一些設備組裝起來，用以切斷或接通、改變或者調整電壓的綜合設施，在電力系統(tǒng)中，變電站是輸電和配電的集結點。變電站在電力系統(tǒng)中起著變換電壓、接受和分配電能、控制電能的流向和調整電壓的功能。我國電力工業(yè)技術水平和管理水平正在逐步提高，對變電站的設計提出了更高的要求，輸變電系統(tǒng)的設計也越來越全面、越來越系統(tǒng)。居民與工業(yè)用電量迅速增長，對電能的質量、供電的可靠性的要求日益提高，因此對變電站的設計也

12、有了更高、更完善的要求。設計是否合理，不僅直接影響基建投資、運行費用和有色金屬的消耗量，也會反映在供電的可靠性與經濟性方面，它和企業(yè)的經濟效益、設備人身安全是密切相關的。結合我國電力現狀和大型企業(yè)工廠的電力需要，給各行各業(yè)提供充足、可靠、優(yōu)質、廉價的電能，優(yōu)化設計變電站，提高供電電能質量，并根據企業(yè)規(guī)模和未來的發(fā)展，結合當地的地理環(huán)境，使設計出來的35kV變電站應充分體現出供電的可靠性、安全性、經濟性。1.2 變電站的發(fā)展趨勢我國電力建設經過多年的發(fā)展，系統(tǒng)容量越來越大，短路電流不斷增大，對電氣設備、系統(tǒng)內大量信息的實時性等要求越來越高;而隨著科學技術的高速發(fā)展，制造、材料行業(yè)，尤其是計算機及

13、網絡技術的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的變電技術也有了新的飛躍，我國變電站設計出現了一些新的趨勢。1.變電站接線方案趨于簡單隨著制造廠生產的電氣設備質量的提高以及電網可靠性的增加，變電站接線簡化趨于可能。為了提高經濟效益，經過專家反復論證，我國少數變電站設計已逐漸采用一些新的更為簡單的接線方案。簡化接線方案集中在這些方面：我國500kV、330kV電壓等級的接線較多采用3/2斷路器接線，但現在有些設計院提出，根據工程情況，可采用3/2斷路器變壓器-母線組接線，可靠性與3/2斷路器接線基本相同，卻可以降低投資。近期國內新建的許多變電站220kV及110kV電壓等級的接線采用雙母線而不帶旁路母線。采用GIS

14、的情況下，優(yōu)先采用單母線分段接線。2.大量采用新型電氣一次設備近年來電氣一次設備制造有了較大發(fā)展，大量高性能、新型設備不斷出現，設備趨于無油化，采用SF6氣體絕緣的設備價格不斷下降，伴隨著國產GIS向高電壓、大容量、三相共箱體方面發(fā)展，性能不斷完善，應用面不斷擴大，許多城網建設工程、用戶工程都考慮采用GIS配電裝置。變電站設計的電氣設備檔次不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式走向無油化、真空開關、SF6開關和機、電組合一體化的小型設備發(fā)展。3.變電站占地及建筑面積減少變電站接線方案的簡化，組合電器、管母線及鋼支架等的采用，使變電站布置更為簡單，取消站前區(qū)和優(yōu)化布置使變電站占地大幅度下降。 配合我國

15、經濟建設的迅速發(fā)展，搞好電網建設尤為重要。其中，變電站設計是電網建設的一個重要環(huán)節(jié)。研究和分析國內外變電站技術的發(fā)展，把握其趨勢，對變電站設計是很有必要的。1.3 變電站設計的主要任務本次設計是以工程實際為設計對象，要完成變電所主接線方案確定，主變壓器型號選擇、容量及臺數選擇，短路電流計算，高、低壓電氣設備選擇，變電站防雷保護等工作。由于是真正的實際工程，因此要求設計時要嚴肅認真，用一絲不茍的態(tài)度對待這次設計。通過這個環(huán)節(jié)的學習，提高我們在變電所工程設計、計算機繪圖等方面的能力，提高分析問題、解決問題的實際工作能力。本次變電站設計的主要任務是：1.根據對原始資料對變電站進行總體分析，進行負荷統(tǒng)

16、計。2.根據負荷統(tǒng)計的相關情況和有關規(guī)程合理選擇主變壓器的臺數、容量、型號。3.選擇2個不同的電氣主接線方案，進行技術、經濟方面的比較，選擇最佳方案完成變電站電氣主接線的設計。4.根據電氣設備選擇、校驗和繼電保護的需要，確定主接線上的短路計算點，分別按系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式，計算各短路點短路電流值。要求：有完整的計算電路圖；有詳細的計算過程；有完整的計算結果匯總表。5.根據各設備的工作環(huán)境、正常運行時的工作電壓及負荷大小，選擇有關設備的型號及額定參數。并應根據故障時的短路電流及其作用時間，校驗各設備的動、熱穩(wěn)定性。這些設備主要包括：斷路器、隔離開關、電壓和電流互感器、電纜、母線、等電氣

17、設備的選擇與校驗。6.對變電站進行防雷保護，根據實際情況確定變電站的大小并計算出所用避雷針的根數和選用的型號。1.4 變電站設計原則變電站設計一般應遵循以下原則：1.遵守規(guī)程、執(zhí)行政策：必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經濟政策。2.安全可靠、先進合理：應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質最合格，技術先進和經濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產品。3.近期為土，考慮發(fā)展：應根據工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。4.全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧：按負荷性質、用電容量、工程特點和

18、地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。變電站供電設計是整個礦山設計中的重要組成部分。變電站設計的質量直接影響到煤礦的生產及發(fā)展。1.5 論文總體結構概述本文研究的內容是大型企業(yè)變電站的設計，包括對變電站的負荷進行統(tǒng)計計算、主變壓器選型、損耗計算、短路電流計算、電氣設備選型與校驗、防雷保護等內容。由于將理論部分與計算部分分離開來有助于行文，而且這樣寫使論文結構清晰、條例清晰，故本論文包括理論論述與工程計算兩大部分。理論論述部分包括如下章節(jié)：第一章主要介紹了變電站的相關知識及其發(fā)展趨勢、變電站的設計任務與設計原則等內容；第二章主要介紹了礦山供電系統(tǒng)的基本知識及其供電要求，同時將本次變電站設計的原始資料

19、進行了論述；第三章主要介紹了如何進行負荷計算與如何進行主變的選擇，最后介紹了如何改善電網的功率因數；第四章主要介紹了電氣主接線的類型與其設計原則，最后進行電氣主接線方案的優(yōu)缺點比較并確定本次設計的最終方案；第五章主要介紹了短路電流的起因及危害，然后介紹了短路電流常用的計算方法；第六章主要介紹了電氣設備的相關知識與在變電站設計中選擇電氣設備的一般性原則；第七章主要介紹了變電站的防雷保護與避雷針的基本知識。工程計算部分包括如下章節(jié)：第一章為變電站的負荷計算，第二章為短路電流的計算，第三章為電氣設備的選型與校驗，第四章為變電站的防雷保護計算。2 礦山供電系統(tǒng)2.1礦山供電系統(tǒng)礦山供電電壓為6110k

20、V，視礦山井型及所在地區(qū)的電力系統(tǒng)的電壓而定，一般為變電站受電電壓為35110kV，變電站為雙電源供電。經總降壓站降壓后電壓為310kV，經架空線或電纜向車間、井下變電所及高壓用電設備等配電，組成煤礦的高壓供電系統(tǒng)。經車間和井下變電所再次降壓為380、660、1140V或更高電壓后，向低壓用電設備配電，又組成了礦山低壓供電系統(tǒng)。礦山供電系統(tǒng)的接線應保證供電可靠，接線力求簡單，操作方便，運行安全靈活，經濟合理。1.供電可靠性供電可靠性是指供電系統(tǒng)不間斷供電的可靠程度。應根據負荷等級來保證其不同的可靠性，不可片面強調供電可靠性而造成不應有的浪費。在設計時，不考慮雙重事故。2.操作方便，運行安全靈活

21、供電系統(tǒng)的接線應保證工作人員在正常運行和發(fā)生事故時，便于操作和檢修，以及運行維護安全可靠。為此，應簡化接線，減少供電層次和操作程序。3.經濟合理接線方式在滿足生產要求和保證供電質量的前提下應力求簡單，以減少設備投資和運行費用，以及提高供電安全性。提高經濟性的有效措施之一就是高壓線路盡量深入負荷中心。4.具有發(fā)展的可能性接線方式應保證便于將來發(fā)展，同時能滿足分期建設的需要。2.2 礦山變電站的類型煤礦企業(yè)中有以下幾種不同類型的變電站（所）。1.地面降壓變電站地面降壓變電所是礦山供電的樞紐，它擔負著接受電能、向井上、井下分配電能的任務。本次設計要求的就是設計地面降壓變電站，它是整個礦山供電系統(tǒng)的核

22、心。2.井下中央變電所井下中央變電所是全礦井下供電中心，接受從地面變電站送來的高壓電能后，分別向采區(qū)變電所及主排水泵等高壓設備轉供電能，并通過變電所內的礦用變壓器降壓后，再向井底車場附近的低壓動力和照明供電。3.采區(qū)變電所采區(qū)變電所是采區(qū)供電中心，其任務是將中央變電所送來的高壓電能變?yōu)榈蛪弘娔?，并將電能配送到采掘工作面配電點或用電設備。采區(qū)變電所的電器主接線應根據電源進線回路數、負荷大小、變壓器臺數等因素確定。 4.移動變電站對于機械化程度較高的采區(qū)，特別是，它單機容量和設備的總容量都很大，采區(qū)范圍廣、回采速度快，若仍采用固定變電所既不經濟，又不易保證供電質量，因此必須采用移動變電站。以縮短低

23、壓供電距離，使高壓深入負荷中心，以利于保證供電的經濟性和供電質量。2.3 變電站設計的原始資料本礦山變電站采用兩回獨立的線路供電，一回路是直接從上級線路引入，長度為10km；另一回路是經中間變電所引入的，上級線路到中間變電所的距離為8.5km，中間變電所到本變電所的距離為3.5km，上級的35kV母線的最大及最小短路容量分別為1200MVA和800MVA，線路選的型號為LGJ-95型。35kV系統(tǒng)為無限大系統(tǒng)，該地區(qū)海拔<1000m，地震級<5級，最低溫度-20，最高溫度40，雷電日<30天/年，年降水量<1000mm/年。負荷及其參數見附錄，礦山變電站大部分是重要負荷

24、，設計時應著重考慮供電的可靠性和經濟性。2.4 礦山供電的要求對礦山企業(yè)進行可靠、安全、經濟、合理地供電，對提高經濟效益及保證安全生產等方面都有十分重要的意義。1.供電可靠供電可靠就是要求不間斷的供電。供電中斷不僅會影響企業(yè)生產，而且可能損壞設備，甚至發(fā)生人身事故，嚴重時會造成礦井的破壞。礦井井下含有瓦斯等有害氣體，并有水不斷涌出，一旦中斷供電，可能使工作人員窒息死亡和引起瓦斯爆炸，礦井也有被水淹沒的危險。因此，對工礦企業(yè)中的這類負荷，供電應絕對可靠。為了保證對礦山供電的可靠性，供電電源應采用兩回獨立電源線路，也可以來自不同的變電站（或發(fā)電廠）或同一變電站的不同母線。因此，本設計的變電站采用了

25、兩回獨立的電源線路，且電源線路上沒有分接任何負荷，這樣在任何一回路電源發(fā)生故障的情況下，仍能保證對生產用戶的供電。2.供電安全供電安全就是在電能的分配，供應和使用過程中，不應發(fā)生人身觸電和設備損壞事故，也不致引起火災和爆炸事故。尤其是煤礦井下，生產環(huán)境復雜，自然條件惡劣，供電設備易受損壞，特別容易發(fā)生上述事故。因此供電系統(tǒng)的布置和操作必須嚴格按照煤礦安全規(guī)程的有關規(guī)定執(zhí)行，確保供電安全。3.供電質量所有的用電設備都是按照一定的電壓和頻率設計制造的，用電設備在額定值下運行性能最好。因此要求供電質量方面有穩(wěn)定的頻率和電壓，電壓和頻率是衡量電能質量的重要指標。保證頻率和電壓符合要求是發(fā)電部門的工作任

26、務和職責。交流電的頻率對交流電動機的性能有著直接影響，頻率的變動直接影響交流電動機的轉速。對于額定頻率為50Hz的工業(yè)用交流電，其偏差在0.20.5Hz的上下波動。對于供電電壓，送到用電設備的端電壓與額定值總有一些偏差，此偏差值稱為電壓偏移，它是衡量供電質量的重要指標。各種用電設備都能夠適應一定范圍內的電壓偏移，但是如果電壓偏移超過允許的范圍，電氣設備的運行情況將顯著惡化，甚至損壞電氣設備。4.供電經濟礦山供電的經濟性要從下述三個方面著手：盡量降低企業(yè)變電所與電網的基本建設投資；盡可能降低設備，材料及有色金屬的消耗量；注意降低供電系統(tǒng)的電能損耗及維護費用。3 負荷計算與主變壓器的選擇3.1 負

27、荷計算為了確定供電系統(tǒng)中各用戶電力負荷的大小，以便為正確地選擇主變壓器的容量和臺數、選擇電氣設備和導線截面積、確定測量儀表的量程、選擇繼電保護裝置等提供重要的計算依據。由于各用電設備在運行中的負荷是隨時間變化的且不應超過其額定容量，又由于用電設備一般不同時出現，所以各用電設備的實際負荷之和，總比它們銘牌值直接相加的數值低。所以負荷計算準確與否直接影響著供電設計的質量。但是，由于影響負荷變化的因素很多，很難準確地計算負荷的大小，因此負荷計算只能力求符合實際。目前我國設計部門在進行工礦企業(yè)供電設計時，常用需用系數法和二項式系數法。其中需用系數法計算簡便，適用于任何性質的工礦企業(yè)，其計算結果能滿足工

28、程上的要求，所以應用最為廣泛。在本設計中我們采用的是需用系數法。 3.2 主變壓器的選擇工礦企業(yè)變電所的主變壓器向整個企業(yè)的所有用電設備供電，正確選擇主變壓器的臺數和容量對供電的可靠性和經濟性都有著重要的意義。主變壓器根據負荷的類別、總計算負荷選擇其臺數和容量，并應考慮留有一定的發(fā)展余地。1. 主變壓器臺數的確定（1）具有一類負荷的變電所具有一類負荷的變電所，應滿足用電負荷對供電可靠性的要求。根據煤炭工業(yè)設計規(guī)范，礦井變電所的主變壓器一般選用兩臺，當其中一臺停止運行時，另一臺應能保證安全及原煤生產用電，并不得少于全礦計算負荷的80；工業(yè)企業(yè)設計規(guī)范規(guī)定，對具有大量一、二類負荷的變電所，一般選用

29、兩臺變壓器，當其中一臺出現故障或檢修時，另一臺能對全部的一、二類負荷繼續(xù)供電，并不得小于全部負荷的70。（2）只有二、三類負荷的變電所對只有二、三類負荷的變電所，可只選一臺變壓器，但應敷設與其它變電所相聯(lián)的聯(lián)絡線作為備用電源。對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大的及宜于采用經濟運行方式的變電所，也可以采用兩臺變壓器。所以，本著可靠性、安全性的供電要求，本設計的變電站選用了兩臺主變壓器，一臺工作，一臺備用。2. 變電所主變壓器容量的確定當兩臺變壓器采用一臺工作，一臺備用運行方式時，則變壓器的容量應大于全礦的計算負荷，也就是要滿足全礦負荷的需要（一般應考慮1025的富裕容量）。主變壓器型號的選擇應盡量采

30、用低損耗，高效率的變壓器。目前廣泛使用的低損耗電力變壓器有SFL7、SL7、S7、S9等型號。本設計的變電站采用的是兩臺SFL720000/35的變壓器。3.3 功率因數的改善功率因數是交流電路的有功功率和視在功率之比，當有功功率為定值時，減少無功功率就能提高功率因數。提高功率因數的實質，就是減少用電設備的無功功率需求量。提高功率因數的意義提高功率因數對礦山企業(yè)具有下列實際意義：1.提高電力系統(tǒng)的供電能力。提高功率因數，能增加電力系統(tǒng)主要組成部分的發(fā)電變壓器和網絡的供電能力。在發(fā)電和輸、配電設備的安裝容量一定時提高用戶的功率因數，相應減少了無功功率和視在功率的需求量，在同樣設備條件下，對一個設

31、備來講它所供應或傳送的有功功率就增加了，充分發(fā)揮了設備的潛力，提高了電力系統(tǒng)的供電能力。2.減少供電網絡中的電壓損失，提高供電質量。當網絡的電壓和輸送功率一定時，功率因數越低，通過網絡的電流越大。該電流通過網絡阻抗時，所產生的電壓降也越大。由于用戶功率因數的提高，使網絡中的電流減小，因此網絡中的電壓損失減少，網絡末端用電設備的電壓質量得到提高?？梢?，提高用戶功率因數，可使供電線路的電壓損失減少，從而改善了供電系統(tǒng)的運行水平及用戶的供電質量3.降低供電網絡中的功率損耗。當線路的額定電壓和輸送的有功功率保持恒定時可見，在其他因素相同的情況下，線路的功率損耗與功率因數的平方成反比，即用戶的負載的功率

32、因數越低，供電線路的功率損耗越大，這樣既浪費能源又增大電費成本，而功率因數越高，則網絡中的功率損耗越少。4.降低企業(yè)產品的成本。由于提高功率因數可減少網絡和變壓器中的電能損耗，使企業(yè)電費降低?？梢?，提高功率因數，對充分利用現有的輸電、配電及電源設備，保證供電質量，減少電能損耗，提高供電效率，降低產品成本，提高經濟效益等有著十分重要的意義。 提高功率因數的方法1.提高用電設備的自然功率因數凡未裝設人工補償裝置設備的功率因數，稱為自然功率因數。自然功率因數的高低，取決于負荷性質。對于電阻性負荷較多的用電企業(yè)，自然功率因數較高；對于電感性較多的用電企業(yè)，自然功率因數較低。不增加專門的設備，采取合理的

33、技術措施，改進用電設備的運行情況，提高負荷功率因數的方法稱為提高負荷的自然功率因數。提高自然功率因數的方法有：正確選擇與合理地使用電動機，使其經常在滿載或接近滿載的情況下運行；合理地調節(jié)負荷，避免變壓器空載和輕載運行；使同步電動機在過勵磁條件下運行；盡量選用鼠籠型電動機。2.人工補償無功功率如果負荷的自然功率因數不能滿足要求時，應采取人工補償的方法提高負荷的功率因數。并聯(lián)電容器法，利用電力電容器進行無功功率的補償。電力電容器具有投資省、有功功率損失小、運行維護方便、故障范圍小的特點。同步電動機過激法，由于同步電動機消耗的有功功率取決于電動機軸上所帶機械負荷的大小，而消耗的無功功率取決于轉子中的

34、勵磁電流的大小，在欠激狀態(tài)時，定子繞組從電網吸取感性無功功率；在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網送出無功功率，從而提高了全礦的功率因數。目前礦山企業(yè)廣泛采用并聯(lián)電容器法進行無功功率的補償。因此，本設計同樣采用并聯(lián)電容器進行無功補償。4 電氣主接線變電站電氣主接線是指變電站的變壓器、輸電線路怎樣與電力系統(tǒng)相連接，從而完成輸配電任務。變電站的主接線是電力系統(tǒng)接線組成中一個重要組成部分。變電站電氣主接線包括一次接線、二次母線及配出線的接線。變電站電氣主接線有多種形式，其方案的確定與電源進線回路數、負荷大小和級別、電源的供電距離和主變壓器的臺數與容量等因素有關。變電所主接線方案的確定，對電氣設備的選擇、變電

35、所電氣設備的布置及變電所運行的可靠性、靈活性、安全性及經濟性等均有密切關系。4.1 電氣主接線類型變電站的電氣主接線包括一次接線，二次接線和配出線的接線。4.1.1 一次接線變電站一次接線是指供電線路與主變壓器之間的接線。變電站一次接線分為線路變壓器組接線，橋式接線和單母線分段式接線等幾種。1.線路變壓器組接線當變電所只有一臺進線和一臺變壓器時，宜采用線路變壓器組接線。這種接線結構簡單，電氣設備少，投資省，但供電可靠性差。適用于只有三類負荷的中小型企業(yè)變電所，也可對小容量的二類負荷供電。線路變壓器組接線如圖4.1所示。因為本變電所是礦山供電變電所，很多負荷是一類負荷，所以不適宜用這種接線方式，

36、而選用的是橋式接線。圖4.1 線路變壓器組接線2.橋式接線為了保證供電的可靠性，工礦企業(yè)變電所廣泛采用有兩路電源進線和兩臺主變壓器的橋型接線。根據橋的橫連位置不同，橋式接線又分為全橋，內橋和外僑三種形式。全橋接線，其特點是線路側、變壓器側和母線橋上都裝有斷路器，故其具有運行靈活、適應性強的優(yōu)點，不論是切換變壓器還是切換線路都可方便地操作，并易發(fā)展成單母線分段接線的中間變電所。其缺點是所用設備多，投資大，占地面積大。內橋接線，其特點是在母線與變壓器之間只設隔離開關，不設斷路器，因而投資與占地面積比全橋少，仍保持切換線路方便的優(yōu)點。其缺點是切換變壓器不方便。因此適用于電源進線長、線路故障可能性大、

37、變壓器負荷較平穩(wěn)且切換次數少的變電所。外橋接線，其特點是電源進線端不設斷路器，只設隔離開關。這種接線比內橋還少兩個隔離開關，因而具有投資和占地面積更少、切換變壓器方便、易過渡到全橋接線的優(yōu)點。其缺點是切換線路不方便。因此適用于電源線路短、故障與檢修機會少、變壓器負荷變化大且需經常切換的變電所。因為礦山變電所的負荷大多數都是重要的一級負荷，雖然全橋接線的設備比較多，投資比較大，但是線路側、變壓器側和母線橋上都裝有斷路器，故其具有運行靈活，適應性強的優(yōu)點，不論是切換變壓器還是切換線圖4.2 全橋接線路都可方便的操作。并易發(fā)展成單母線分段的中間變電所。綜合考慮，為了礦山用電的安全可靠，我們仍選用全橋

38、接線的形式。全橋接線的具體電氣接線如圖4.2所示。4.1.2 二次接線變電所的二次接線是指主變壓器低壓側所連接的母線，主要有三種形式，他們是單母線接線，雙母線接線，單母線分段接線。單母線接線，其優(yōu)點是接線簡單，所用設備少。投資小。缺點是供電可靠性差一旦母線出現故障或電源進線開關故障檢修時，用戶全部停電。因此，它只適用于容量小、對供電可靠性要求不高的變電所。雙母線接線，變電所每條進出線，通過隔離開關分別接到兩條母線上，兩條母線之間用聯(lián)絡開關聯(lián)接，互為備用。其優(yōu)點是供電可靠、靈括。缺點是所用設備多，投資大，接線復雜，操作安全性差。這種接線多用于對供電可靠性要求高的大容量樞紐變電所。單母線分段接線，

39、電源進線分別接于不同的母線段上。對于變電所的重要負荷，其配出線必須分別接在兩段母線上，構成平行雙回路或環(huán)形供電方式，以防母線故障中斷供電。對只有一回電源線路的其它負荷，分散接在兩段母線上，并盡量使兩段母線負荷分配均勻。這種接線的優(yōu)點是能保證重要負荷的供電可靠性，與雙母線相比所用設備少、經濟，系統(tǒng)接線簡單，操作安全。適用于出線回路不太多、母線故障可能性較少的變電所。工礦企業(yè)35（63）kV變電站多采用這種單母線分段式接線方式。單母線分段接線具體接線如圖4.3所示。對于母線聯(lián)絡開關，當母線出線回路較多時，應采用斷路器作為母線聯(lián)絡開關，這樣操作方便，運行靈活；當母線出線回路較少時，用隔離開關作母線聯(lián)

40、絡開關較為經濟。圖4.3 單母線分段式接線 配出線的接線配出線是指工礦企業(yè)變電所二次母線上引出的6（10）kV高壓配電線路。下面僅介紹配出線上所用開關種類的確定及其配置情況。1.配電開關的種類對容量較小、不重要的負荷，為了節(jié)省投資，可采用負荷開關配合熔斷器進行控制和保護；對容量較大或重要的負荷應采用斷路器。2.隔離開關的布置為了保證檢修線路和斷路器時的人身安全，在斷路器的電源側必須裝設隔離開關，如圖所示。具有雙電源的重要負荷在檢修時為了防止發(fā)生反送電，在斷路器的兩側都需裝設隔離開關，如圖4.4所示。（a）母線側裝設隔離開關 （b）斷路器兩側均裝設隔離開關圖4.4 配出線隔離開關布置在停、送電操

41、作時，必須嚴格按照順序操作，即斷路器與隔離開關之間：送電時，先合隔離開關，后合斷路器，停電時，先斷開斷路器，后斷開隔離開關。否則，會出現弧光短路。兩個隔離開關之間：送電時，先合母線側隔離開關，后合線路側隔離開關，停電時，先斷開線路側隔離開關，后斷開母線側隔離開關。以防止在發(fā)生隔離開關與斷路器之間的誤操作時，人為擴大事故范圍。4.2 電氣主接線的設計原則4.2.1 主接線的設計原則1.考慮變電站在電力系統(tǒng)的地位和作用變電站在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電站是樞紐變電站、地區(qū)變電站、終端變電站、企業(yè)變電站還是分支變電站，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

42、活性、經濟性的要求也不同。2.考慮近期和遠期的發(fā)展規(guī)模變電站主接線設計應根據510年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應根據負荷的大小和分布、負荷增長速度及地區(qū)網絡情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式及站連接電源數和出線回數。3.考慮負荷的重要性分級和出線回路多少對主接線的影響對一、二級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一、二級負荷不間斷供電；三級負荷一般只需一個電源供電。4.考慮主變臺數對主接線的影響變電站主變的容量和臺數，對變電站主接線的選擇將產生直接的影響。通常對大型變電站，由于其傳輸容量大，對供電可靠性高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高

43、。而容量小的變電站，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。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，適應負荷突增、設備檢修、故障停運情況下的應急要求。電氣主接線的設計要根據備用容量的有無而有所不同，例如，當斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當線路故障時是否允許切除線路、變壓器的數量等，都直接影響主接線的形式。 主接線設計的基本要求根據有關規(guī)定：變電站電氣主接線應根據變電站在電力系統(tǒng)的地位，變電站的規(guī)劃容量，負荷性質、線路、變壓器的連接總數、設備特點等條件確定。并應充分考慮供電可靠性、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等

44、要求。1.可靠實用所謂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準是運行實踐。經過長期運行實踐的考驗，對以往所采用的主接線經過優(yōu)選，現今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是由它的組成元件（包括一次和二次部分）在運行中可靠性的綜合。因此，主接線的設計，不僅要考慮一次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設備的故障對供電可靠性的影響。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。根據用電負荷大小，應作到靈活的投入和切除變莊器。檢修時，可以方便的停運變壓器、斷路器、母線等電氣設備，不影響工廠重要負荷的用電。3.簡單經濟在滿足供電可靠

45、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、電流和電托互感器、避雷器等一次設備，使節(jié)點少、事故和檢修機率少；又要考慮單位的經濟能力。經濟合理地選用主變壓器型號、容量、數量，減少一次降壓用電，達到減少電能損夫之目的。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35年后，需建設第二臺主變壓器，變電站布局、基

46、建一般都是根據主接線的規(guī)模確定的。因此，選擇主接線方案時，應留有發(fā)展余地。擴建時可以很容易地從初期接線過渡到最終接線。4.3 電氣主接線方案比較對于電源進線電壓為35kV及以上的大中型工礦企業(yè)，通常是先經工廠總降壓變電站降為610 kV的高壓配電電壓，然后經車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓?？偨祲鹤冸娝鹘Y線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設備（變壓器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關等）及其連接線組成，通常用單線表示。主接線是否合理，對變電所設備選擇和布置，運行的靈活性、安全性、，可靠性和經濟性，以及繼電保護和控制方式都有密切關系，它是供電設計中的重要環(huán)節(jié)。在電氣主接線圖上所

47、有電氣設備均以國家標準圖形符號表示，按它們的正常狀態(tài)畫出。所謂正常狀態(tài)，就是電氣設備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，是畫出它們的斷開位置。從主接線圖上我們可了解變電站設備的電壓、電流的流向、設備的型號和數量、變電站的規(guī)模及設備間的連接方式等。因此，主接線圖是變電站的最主要的圖紙之一。常用的變電站電氣主接線方案有如下幾種： 1.一次側采用內橋式結線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所，這種電氣主接線，其一次側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側，靠近變壓器，因此稱為內橋式接線。這種主結線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一

48、、二級負荷工廠。這種內橋式接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、并且變電站的變壓器不需要經常切換的總降壓變電所。由上述可見，此種接線方式不適合本次設計。2.一次側采用外橋式結線、二次側采用單母線分段的總降壓變電站，這種主接線，其一次側的高壓斷路器也跨接在兩路電源進線之問，但處在線路斷路器的外側，靠近電源方向，因此稱為外橋式接線。這種主接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。但與內橋式接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站負荷變動較大、適用經濟運行需經常切換的總降壓變電站。當一次電源電網采用環(huán)行接線時，也宜于采用這種接線，使環(huán)

49、行電網的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、二次側均采用單母線分段的總降壓變電站，這種主接線形式有上述兩種橋式接線的運行靈活性的優(yōu)點，但所用高壓開關設備較多，可供電給一、二級負荷，適用于一、二次側進出線較多的總降壓變電所。由于本設計一次側進線只有兩條，故這種方案也不適合本次設計。4.一、二次側均采用雙母線接線的總降壓變電站，這種主接線采用雙母線接線，較之采用單母線接線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線接線在工礦企業(yè)變電站中很少運用。因此，這種方案也不適合本次設計。5.一次側采用全橋式接線、

50、二次側采用單母線分段接線的總降壓變電站。由于一次側采用全橋接線，線路側、變壓器側和母線橋上都裝有斷路器，運行靈活、適應性強，不論是切換變壓器還是切換線路都可方便地操作，而且很容易發(fā)展成單母線分段接線的中間變電所。二次側采用單母線分段，能保證重要負荷的供電可靠性，與雙母線相比所用設備少、經濟，系統(tǒng)接線簡單，操作安全。適用于出線回路不太多、母線故障可能性較少的變電站。本次設計的礦用變電站是連續(xù)運行、負荷變動較小、電源進線較短、主變壓器不需要經常切換，另外還要考慮到今后的擴建。因此本次設計選用第五種方案，即一次側采用全橋式接線、二次側采用單母線分段接線。5 短路電流計算5.1電力系統(tǒng)短路概述5.1.

51、1 短路的原因和短路的種類供電系統(tǒng)中發(fā)生短路的主要原因有：由于電氣設備導電部分絕緣老化損壞，電氣設備受機械損傷使絕緣損壞，過電壓使電氣設備的絕緣擊穿等所造成；運行人員誤操作；線路斷線，倒桿，鳥獸跨接裸露的導電部分而發(fā)生的短路。在供電系統(tǒng)中發(fā)生短路將產生以下破壞性的后果：1.電流的熱效應：由于短路電流比正常工作電流大幾十倍至幾百倍，這將使電氣設備過熱，絕緣損壞，甚至把電氣設備燒毀。2.電流的電動力效應：巨大的短路電流通過電氣設備將產生很大的電動力，可能引起電氣設備的機械變形、扭曲甚至損壞。3.電流的電磁效應：交流電通過導線時，在線路的周圍空間產生交變電磁場，交變電磁場將在鄰近的導體中產生感應電動

52、勢。當系統(tǒng)正常運行或對稱短路時，三相電流是對稱的，在線路的周圍空間各點產生的交變電磁場彼此抵消，在鄰近的導體中不會產生感應電動勢；當系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，短路電流產生不平衡的交變磁場，對線路附近的通訊線路信號產生干擾。4.電流產生電壓降：巨大的短路電流通過線路時，在線路上產生很大的電壓降，使用戶的電壓降低，影響負荷的正常工作。供電系統(tǒng)發(fā)生短路時將產生上述后果，故在供電系統(tǒng)的設計和運行中，應設法消除可能引起短路的一切因素。為了盡可能減輕短路所引起的后果和防止故障的擴大，一方面，要計算短路電流以使正確選擇和校驗各電氣設備，保證在發(fā)生短路時各電氣設備不致?lián)p壞。另一方面，要一旦供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障，應

53、能迅速、準確地把故障線路從電網中切除，以減小短路所造成的危害和損失。在三相供電系統(tǒng)中，破壞供電系統(tǒng)正常運行的故障最為常見而且危害性最大的就是各種短路。對中性點不接地系統(tǒng)有相與相之間的短路；對中性點接地系統(tǒng)有相與相之間的短路和相與地之間的短路。其短路的基本種類有：三相短路、兩相短路、單相短路、兩相接地短路、單相接地短路等。 計算短路電流的目的計算短路電流是為了使供電系統(tǒng)安全，可靠運行，減少短路所帶來的損失和影響。所計算短路電流用于解決下列技術問題：1.選擇校驗電氣設備：在選擇設備時，需要計算出可能通過電氣設備的最大短路電流及其短路電流產生的熱效應及電動力效應，以便校驗電氣設備的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定性，

54、確保電氣設備在運行中不受短路電流的沖擊而損壞。2.選擇和整定繼電保護裝置：為了確保繼電保護裝置靈敏、可靠、有選擇性地切除電網故障，在選擇、整定繼電保護裝置時，需計算出保護范圍末端可能產生的最小兩相短路電流，用于校驗繼電保護裝置動作靈敏度是否滿足要求。3.選擇限流裝置：當短路電流過大造成電氣設備選擇困難或不經濟時，可在供電線路串接限流裝置來限制短路電流。是否采用限流裝置，必須通過短路電流的計算來決定，同時確定限流裝置的參數。4.選擇供電系統(tǒng)的接線和運行方式：不同的接線和運行方式，短路電流的大小不同。在判斷接線及運行方式是否合理時，必須計算出在某種接線和運行方式下的短路電流才能確定。 計算短路電流

55、時的化簡條件因為電力系統(tǒng)的實際情況比較復雜，在實際的計算中常采用近似計算的方法，將計算條件簡化。按簡化條件計算的短路電流偏大，其誤差為10%15%。其計算簡化條件如下：1.不考慮鐵磁飽和現象，認為電抗是常數；2.變壓器的勵磁電流忽略不計；3.除高壓遠距離輸電線路外，一般不考慮電網的電容電流；4.計算短路電流時忽略負荷電流；5.當短路系統(tǒng)中的電阻值小于電抗的1/3時，電阻值忽略；5.2 短路電流的計算在煤礦企業(yè)的供電系統(tǒng)中，大多屬于無限大電源容量系統(tǒng)，對無限大電源容量系統(tǒng)短路電流的計算方法常用相對值法和絕對值法。相對值法多用于高壓電網的短路電流計算，絕對值法一般用于低壓電網的短路電流計算。有限大

56、電源容量系統(tǒng)短路電流計算，一般采用查曲線和查表法。本章節(jié)只討論無限大電源容量系統(tǒng)短路電流的計算方法。為了計算短路電流，應先求出短路點以前短路回路的總阻抗。在計算高壓電網中的短路電流時、一般情況只需計算各主要元件的電抗而忽略其電阻（即發(fā)電機、變壓器、架空線路、電纜線路、電抗器等的電阻）。當架空線路、電纜線路較長并使短路回路總電阻大于總電抗的三分之一時，才需計其電阻。 絕對值法計算短路電流絕對值法又稱有名值法采用有名值方法計算短路電流時，電壓、電流、阻抗等物理量直接帶單位參加計算，其公式中的各物理量都是有單位名稱的量。在計算低壓供電系統(tǒng)的短路電流時，由于高壓系統(tǒng)的阻抗與低壓系統(tǒng)的阻抗相比很小，高壓

57、系統(tǒng)阻抗可忽略不計，減少了折算工作。故在低壓電網中計算短路電流時多采用絕對值法計算短路電流。5.2.2 相對值法計算短路電流相對值是任意一個物理量的實際值與選定的該量基準值的比值。由于實際值的單位與選定的基準值的單位相同，故相對值無單位。在用相對值法計算短路電流時，常用到四個物理量，即容量，電壓，電流和電抗。在三相線路中這四個量遵守歐姆定律和功率方程。用相對值法計算短路電流時，先要計算各量的相對值，因此，先要選定這四個物理量的基準值，即基準容量，基準電壓，基準電流和基準電抗。同樣這四個基準值也遵守歐姆定律和功率方程。由本設計提供的原始資料知，35 kV電源系統(tǒng)可以看作是無限大電源系統(tǒng)，所以本設計采用相對值法來計算短路電流，選基準容量為100MVA，基準電壓為平均電壓。表5.1 線路額定電壓和平均電壓（kV)額定電壓0.220.380.6636103560110220平均電壓0.230.40.693.156.310.537631152305.2.3 系統(tǒng)各元件相對基準電抗值的計算各元件的相對基準