河南理工大礦用35kV地面變電所設(shè)計(jì)

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越全面、系統(tǒng)，工廠用電量迅速增長，對電能質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況、供電的可靠性指標(biāo)也日益提高，對供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了更高、更完善的要求。而作為接受和分配電能的變電所在工業(yè)企業(yè)中占據(jù)很重要的地位，因此設(shè)計(jì)、分析、發(fā)展變電所是一項(xiàng)很重要的任務(wù)。本設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)了煤礦地面35kV變電站的設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)過程主要包括負(fù)荷計(jì)算、主接線設(shè)計(jì)、短路計(jì)算、電氣設(shè)備選擇、繼電保護(hù)方案、變電所的防雷保護(hù)與接地等。通過對煤礦35kV變電站做負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，用需用系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果確定出該站主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量及型號(hào)。用標(biāo)幺值法對供電系統(tǒng)進(jìn)行了短路電流計(jì)算，為

2、電氣設(shè)備的選擇及校驗(yàn)提供了數(shù)據(jù)。根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，制定了礦井變電所的主結(jié)線方式、運(yùn)行方式、繼電保護(hù)方案。其中35kV側(cè)為全橋接線，6kV主接線為單母分段。兩臺(tái)主變壓器采用分列運(yùn)行方式。并根據(jù)電流整定值以及相關(guān)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，選擇了斷路器、隔離開關(guān)、繼電器、變壓器等電氣設(shè)備。關(guān)鍵字：變電站；負(fù)荷統(tǒng)計(jì)；短路計(jì)算ABSTRACTWith the development of economy and the rapid rise of modern industrial building, the design of the power supply system more comprehensiv

3、e, systematic, rapid growth in electricity plants, power quality, technical and economic conditions, supply reliability indicators are increasing the power supply system design have higher and better requirements. And as receiving and distributing power substation in industrial enterprises occupy a

4、very important position, so the design, analysis, development substation is a very important task.This paper designed a preliminary mine surface 35kV substation. The design process includes load calculations, the main wiring design, short circuit calculations, electrical equipment selection, protect

5、ion schemes, substation lightning protection and grounding. By doing mine 35kV substation load statistics, with the required coefficient method for load calculation, based on the results of load calculations determine the number of units of the main transformer station, capacity and models. Pu Franc

6、e with the power supply system for a short-circuit current calculation for electrical equipment selection and verification of data. According to the characteristics of coal-powered systems, developing the mine substation main connection mode, operation mode, relay protection scheme.Key words：substat

7、ion；load calculation；short-circuit current.目錄1 概 述11.1 設(shè)計(jì)依據(jù)11.2設(shè)計(jì)目的及范圍11.3礦井基礎(chǔ)資料12 負(fù)荷計(jì)算32.1 負(fù)荷計(jì)算的目的32.2 負(fù)荷計(jì)算方法32.3 負(fù)荷計(jì)算過程42.3.1 各用電設(shè)備組負(fù)荷計(jì)算42.3.2各低壓變壓器的選擇與損耗計(jì)算62.4計(jì)算6kV母線上補(bǔ)償前的總負(fù)荷并初選變壓器72.4.1功率因數(shù)補(bǔ)償與電容柜的選擇82.4.2主變壓器校驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案93電氣主接線設(shè)計(jì)113.1 對主接線的基本要求113.2 本所電氣主接線方案的確定113.2.1 確定礦井35kV進(jìn)線回路113.2.2 35kV、6kV主

8、接線的確定113.2.3下井電纜回?cái)?shù)的確定124 短路電流計(jì)算154.1 短路電流計(jì)算的目的154.2短路電流計(jì)算過程154.2.1選取短路計(jì)算點(diǎn)并繪制等效計(jì)算圖154.2.2選擇計(jì)算各基準(zhǔn)值174.2.3計(jì)算各短路點(diǎn)的短路電流185 高壓電氣設(shè)備的選擇215.1 高壓電氣設(shè)備選擇原則215.2 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇及校驗(yàn)215.2.1 高壓斷路器的選擇及校驗(yàn)215.2.2 隔離開關(guān)的選擇245.2.3電流互感器的選擇255.2.4電壓互感器的選擇265.2.5避雷器的選擇275.2.6 支柱絕緣子和套管絕緣子的選擇275.2.7 開關(guān)柜的選擇285.3 電力線路的選擇295.3.1 35kV電

9、源架空線路選擇295.3.2 6kV母線的選擇305.3.3 主提升機(jī)6kV電纜線路選擇315.3.4 6kV下井電纜選擇325.3.5 6kV架空線路的選擇356.1 變電所各斷路器過流保護(hù)的設(shè)置與配合396.1.1 QF1、QF2、QF3斷路器保護(hù)的設(shè)置與配合396.1.2 QF4、QF5斷路器上保護(hù)的設(shè)置與配合396.1.3 各kV低壓饋出線斷路器的設(shè)置與配合396.1.4 6kV聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF8的保護(hù)設(shè)置與配合406.2 各斷路器的過流保護(hù)整定406.2.1 QF1、QF2、QF3過流保護(hù)整定406.2.2 QF4、QF5的過流保護(hù)整定416.2.3各6kV饋出線的過流保護(hù)整定426.2

10、.4 QF8過流保護(hù)整定437 變電所的防雷與接地457.1 變配電所的防雷設(shè)計(jì)457.2 接地裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算468 變電所的平面布置478.1 變電所位置選擇478.2 配電室建筑要求478.3 控制室布置48結(jié)論49致謝50參考文獻(xiàn)51附錄52附圖1 35kV礦用變電所主接線圖52附圖2 35kV礦用變電所平面布置圖531 概 述1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)1、中華人民共和國建設(shè)部及國家技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布的礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范。2、中華人民共和國電力公司發(fā)布的35kV110kV無人值班變電站設(shè)計(jì)規(guī)程。3、電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊（電氣一次部分）。4、煤礦電工手冊（地面供電部分）。本設(shè)計(jì)的目的是通過本次設(shè)計(jì)鞏

11、固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。 本論文的設(shè)計(jì)范圍包括： 1、對變電所的主接線進(jìn)行設(shè)計(jì)： 2、對電氣設(shè)備的規(guī)格型號(hào)進(jìn)行選擇。 3、變電所繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。 4、變電所防雷保護(hù)設(shè)計(jì)。某年產(chǎn)110萬噸原煤的礦井，其供電設(shè)計(jì)所需的基本原始數(shù)據(jù)如下：礦井產(chǎn)量110萬噸；服務(wù)年限100年；立井深度0.4km；礦井地面土質(zhì)為粘土；兩回35kV架空電源線路長度L1=L2=6km；兩回35kV電源上級(jí)出線斷路器過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t1=t2=3s；本所35kV電源母線上最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗：x=0.28(sd=100MVA)本所35kV電源母線上最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗：x=0.37(sd=100

12、MVA)井下6kV母線上允許短路容量sal=100MVA；電費(fèi)收取辦法：兩部電價(jià)制，固定部分按最高負(fù)荷收費(fèi)；本所6kV母線上補(bǔ)償后功率因數(shù)要求值：cos；最熱月室外最高氣溫月平均值：42。C；最熱月室外最高氣溫月平均值：32。C；最熱月室外最高氣溫月平均值：27。C；表 1.1 全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)備名稱負(fù)荷等級(jí)電壓(V)線路類型電機(jī)型式單機(jī)容量(kW)安裝/工作臺(tái)數(shù)工作設(shè)備總?cè)萘?kW)需用系數(shù)功率因數(shù)離35kv變電所的距離(km)主 井提 升16000CY14002/1140008708404副 井提 升16000CY10002/1100008508206 扇 風(fēng) 機(jī) 116000KT

13、8002/180008724扇 風(fēng) 機(jī) 216000KT8002/180008724壓風(fēng)機(jī)16000KT3005/390008602地 面低 壓1380C1250076082005機(jī)修廠3380C45006007503洗煤廠2380K120007608405工人村3380K45008008025排水泵16000CX68012/4272008608608井 下低 壓2660CX2600072078注1.線路類型：C表示電纜線路；K表示架空線路。 2.電機(jī)類型：Y表示繞線異步；X表示鼠籠異步；T表示同步。2 負(fù)荷計(jì)算2.1 負(fù)荷計(jì)算的目的 為一個(gè)企業(yè)或用電戶電，首先要解決的是企業(yè)要用多少度電，或選

14、用多大容量的變壓器等問題，這就需要進(jìn)行負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)合計(jì)算，為正確地選擇變壓器容量與無功補(bǔ)償裝置、選擇電氣設(shè)備與導(dǎo)線、以及繼電器保護(hù)的整定等提供技術(shù)參數(shù)。 負(fù)荷計(jì)算的目的是為了解用電情況，合理選擇供配電系統(tǒng)的設(shè)備和元件，如導(dǎo)線、電纜、變壓器等。負(fù)荷計(jì)算過小，則依此選用的設(shè)備和載流部分有過熱的危險(xiǎn)，輕者使線路和配電設(shè)備壽命降低，重者影響供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。負(fù)荷計(jì)算偏大，則造成設(shè)備的浪費(fèi)和投資的增大。為此，正確的負(fù)荷計(jì)算是供電設(shè)計(jì)的前提，也是實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要手段。2.2 負(fù)荷計(jì)算方法供電設(shè)計(jì)常用的電力負(fù)荷計(jì)算方法有需用系數(shù)法、二項(xiàng)系數(shù)法、利用系數(shù)法、和單位產(chǎn)品電耗法等。需用系數(shù)法計(jì)算簡

15、便，對任何性質(zhì)的企業(yè)負(fù)荷均適用，且計(jì)算結(jié)果基本上符合實(shí)際。公式簡單，計(jì)算方便只用一個(gè)原始公式就可以表征普遍的計(jì)算方法。該公式對用電設(shè)備組、車間變電站乃至一個(gè)企業(yè)變電站的負(fù)荷計(jì)算都適用。對不同性質(zhì)的用電設(shè)備、不同車間或企業(yè)的需用系數(shù)值，經(jīng)過幾十年的統(tǒng)計(jì)和積累，數(shù)值比較完整和準(zhǔn)確，查取方便，因而為我國設(shè)計(jì)部門廣泛采用。本設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，步驟如下：1、 用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定用電設(shè)備組是由工藝性質(zhì)相同需要系數(shù)相近的一些設(shè)備合并成的一組用電設(shè)備。在一個(gè)車間中可根據(jù)具體情況將用電設(shè)備分為若干組，在分別計(jì)算各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。其計(jì)算公式為： （2-1） 式中、該用電設(shè)備組的有功、無功

16、、視在功率計(jì)算負(fù)荷；該用電設(shè)備組的設(shè)備總額定容量，kW；功率因數(shù)角的正切值；需要系數(shù)，由表1-1查得。2、多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷在配電干線上或車間變電所低壓母線上，常有多個(gè)用電設(shè)備組同時(shí)工作，但是各個(gè)用電設(shè)備組的最大負(fù)荷也非同時(shí)出現(xiàn)，因此在求配電干線或車間變電所低壓母線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)再計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)。具體計(jì)算如下： （2-2） 式中、為配電干線式變電站低壓母線的有功、無功、視在計(jì)算負(fù)荷；同時(shí)系數(shù)； m該配電干線或變電站低壓母線上所接用電設(shè)備組總數(shù)；分別對應(yīng)于某一用電設(shè)備組的需要系數(shù)、功率因數(shù)角正切值、總設(shè)備容量；2.3 負(fù)荷計(jì)算過程2.3.1 各用電設(shè)備組負(fù)荷計(jì)算 1、用電設(shè)備分組，由表

17、1-1確定各組用電設(shè)備的總額定容量。 2、由表1-1查出各用電設(shè)備組的需要系數(shù)和功率因數(shù)，根據(jù)公式2-1計(jì)算出各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。 （1）對于主提升機(jī)有P=kd1×PN1×1400=1218(kW)Q=tan1×P×1218=792(kvar)S=1453(kVA) (2)對于副提升機(jī)有P=kd2×PN2×1000=850(kW)Q=tan2×P×850=595(kvar)S=1038(kVA) (3)對于扇風(fēng)機(jī)1有P=kd3×PN3×800=696(kW)Q=0.5(tan3×P

18、)=-160(kvar)S=714(kVA) (4)對于壓風(fēng)機(jī)有P=kd4×PN4×900=774(kW)Q=0.5(tan4×P)=-197.37(kvar)S=798(kVA) 同理可得其余各組數(shù)據(jù)見表2-1表2-1 全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表用戶名稱設(shè)備容量 （kW）需用系數(shù)（Kd）功率因數(shù)costan計(jì)算負(fù)荷 Pca Qca Sca 主提升機(jī)140012187921453副提升機(jī)10008505951038扇風(fēng)機(jī)1800696-160714扇風(fēng)機(jī)2800696-160714壓風(fēng)機(jī)300774-197798地面低壓10267181252機(jī)修廠270237359洗煤廠91

19、25921087工人村360270450排水泵680233913872719井下低壓187215012398合計(jì)11013557512343 因采用高壓6kV集中補(bǔ)償功率因數(shù)，故對各低壓變壓器均無補(bǔ)償作用。根據(jù)表2-1中的計(jì)算視在容量初選變壓器。 1）機(jī)修廠查表選用S9-400，6/0.4kV型三相油浸自冷式銅線電力變壓器。 2）工人村查表選用S9-500，6/0.4kV型三相油浸自冷式銅線電力變壓器。 3）地面低壓查表選用兩臺(tái)S9-1600，6/0.4KV型銅線電力變壓器。 4）洗煤廠查表選用兩臺(tái)S9-1250，6/0.4kV型銅線電力變壓器。變壓器空載時(shí)有功損耗和無功損耗分別用和表示。變壓

20、器的功率損耗按公式2-3計(jì)算。 有功損耗： （2-3） 無功損耗： 式中：變壓器的負(fù)荷率，；變壓器計(jì)算負(fù)荷，kVA；變壓器額定容量，kVA；變壓器空載有功損耗，kW；變壓器滿載有功損耗，kW；變壓器空載無功損耗，kvar，；變壓器空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)；變壓器滿載無功損耗，kvar，；變壓器阻抗電壓占額定電壓的百分?jǐn)?shù)；、均可由變壓器產(chǎn)品樣本中查出。（1）對于工人村變壓器PT=P0+PK×(Sca/S)2×(450/500)2=5.05(kW)QT=S(+×2)=500×1.4/100+4/100×(450/500)2=23.2(kvar)（

21、2）對于機(jī)修廠變壓器PT=P0+PK×(Sca/S)2×(359/400)2=4.2(kW)QT=S(+×2)=400×1.4/100+4/100×(359/400)2=18.5(kvar)（3）對于地面低壓變壓器PT=2P0+PK××Sca/S)2=9.19(kW)QT=2S(+×2)=54.21(kvar)（4）對于洗煤廠變壓器PT=2P0+PK××Sca/S)2=8.46(kW)QT=2S(+×2)=48.8(kvar)表2-2 各低壓變壓器功率損耗計(jì)算結(jié)果負(fù)荷名稱工人村機(jī)修廠地

22、面低壓洗煤廠S(KVA)5004002×16002×1250PT(KW)QT(kvar)合計(jì)PT=62.9KW QT 各組低壓負(fù)荷加上各低壓變壓器的功率損耗后即為其高壓側(cè)的負(fù)荷，查表取同時(shí)系數(shù)Ksi=0.85,忽略礦內(nèi)高壓線路的功率損耗，變電所6kV母線補(bǔ)償前的總負(fù)荷為P=Ksi(Pca+PT×(11013+629)=9414(kW)Q=Ksi(Qca+QT×(5575+2785)=4975(kvar) 補(bǔ)償前功率因數(shù)COS6=P/S 根據(jù)據(jù)算結(jié)果，可初選兩臺(tái)變壓器，其型號(hào)容量查表選為SF7-12500，35/6.3kV，采用兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行的方式，當(dāng)

23、一臺(tái)停運(yùn)時(shí)，另一臺(tái)亦能保證全礦一、二級(jí)負(fù)荷的供電。 由于無功損耗與負(fù)荷率的平方成正比，故出現(xiàn)變壓器最大功率損耗的運(yùn)行方式應(yīng)為一臺(tái)使用，一臺(tái)因故障停運(yùn)的情況，所以按照此方式計(jì)算無功補(bǔ)償時(shí)主變壓器的最大功率損耗。 （1）無功補(bǔ)償時(shí)主變壓器的損耗計(jì)算。按一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)停運(yùn)計(jì)算，則負(fù)荷率為=S/SPT=P0+2PK=16+630.8522=61.73(kW)QT=SI0%/100+UK%/100×2=813(kvar) （2）35kV側(cè)補(bǔ)償前的負(fù)荷與功率因數(shù)P=P+PT=9414+61.73=9475（kW）Q=Q+QT=4957+813=5770（kvar）S=11093（kVA）COS3

24、5=P/Qtan35（3）設(shè)補(bǔ)償后功率因數(shù)提高到COS35´=0.95,則tan35´=0.33。取平均負(fù)荷系數(shù)Klo=0.8,則Qc=KloP(tan35-tan35´×9475(0.62-0.33)=2198(kvar)查表選用GR-1C-08型,電壓為6kV，每柜容量qc=270kvar的電容器柜，則柜數(shù)N=Qc/qc取偶數(shù)得Nf=10實(shí)際補(bǔ)償容量Q=Nf×qc=10×270=2700(kvar)補(bǔ)償后6kV側(cè)的計(jì)算負(fù)荷與功率因數(shù)為Q´=Qc-Q=4975-2700=2275(kvar)因補(bǔ)償前后有功計(jì)算負(fù)荷不變，故有

25、S´=9684(kVA)COS6´=P/S´（4）補(bǔ)償后主變壓器的最大損耗´=S´/SP´T=P0+PK´2=16+63×2=53.35(kW)Q´T=S+I%/100+UK%/100×´2=680(kvar)（5）補(bǔ)償后35kV側(cè)計(jì)算負(fù)荷與功率因數(shù)校驗(yàn)P´=P+P´T=9414+53.35=9467（kW)Q´=Q+Q´T=2275+680=2955(kvar)S´=9917(kVA)COS35=P´/Q´ 取負(fù)荷

26、保證系數(shù)Kgu=0.85,則SKgu×S´=8429（kVA）12500（kVA）,合乎要求。兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷值可由公式2-4確定。 （2-4） 如果S<Scr宜一臺(tái)運(yùn)行，如果S>Scr宜兩臺(tái)運(yùn)行。 式中：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臨界負(fù)荷，kVA；變壓器額定容量，kVA；變壓器空載有功損耗，kW；變壓器空載無功損耗,kW變壓器滿載有功損耗，kW；變壓器滿載無功損耗，kvar；無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，對于工礦企業(yè)變電所，取Kq=0.06；本礦兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為： 得經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案為：當(dāng)實(shí)際負(fù)荷小于7348kVA時(shí)，宜一臺(tái)運(yùn)行，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷大于等于7348kVA時(shí)，宜于兩

27、臺(tái)同時(shí)分列運(yùn)行。 本章小結(jié)變壓器的選型結(jié)果如下表所示表2-3 變壓器選型結(jié)果地點(diǎn)型號(hào)變比（kV)數(shù)量（臺(tái)）機(jī)修廠S9-4001工人村S9-5001地面低壓S9-16002洗煤廠S9-12502主變壓器SF7-1250023電氣主接線設(shè)計(jì)變電所的主接線是由各種電氣設(shè)備（變壓器、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)的組成部分。它與電源回路數(shù)、電壓和負(fù)荷的大小、級(jí)別以及變壓器的臺(tái)數(shù)、容量等因素有關(guān)，所以變電所的主接線有多種形式。確定變電所的主接線對變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置及運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性等都有密切的關(guān)系，是變電所設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。3.1 對主接線的基

28、本要求在確定變電所主接線前，應(yīng)首先明確其基本要求：（1）安全可靠。應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，充分保證人身和設(shè)備的安全。此外，還應(yīng)負(fù)荷等級(jí)的不同采取相應(yīng)的接線方式來保證其不同的安全性和可靠性要求，不可片面強(qiáng)調(diào)其安全可靠性而造成不應(yīng)有的浪費(fèi)。 （2）操作方便，運(yùn)行靈活。供電系統(tǒng)的接線應(yīng)保證工作人員在正常運(yùn)行和發(fā)生事故時(shí)，便于操作和維修，以及運(yùn)行靈活，倒閘方便。（3）經(jīng)濟(jì)合理。接線方式在滿足生產(chǎn)要求和保證供電質(zhì)量的前提下應(yīng)力求簡單，以減少設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。（4）便于發(fā)展。接線方式應(yīng)保證便于將來發(fā)展，同時(shí)能適應(yīng)分期建設(shè)的要求。3.2 本所電氣主接線方案的確定3.2.1 確定礦井35kV進(jìn)線

29、回路35kV礦井變電所距上級(jí)供電電源6km，對上一級(jí)供電部門來說是一級(jí)負(fù)荷，故上級(jí)礦井變電所對礦井采用有備用的雙回路供電，即35kV進(jìn)線為兩路架空線進(jìn)線。3.2.2 35kV、6kV主接線的確定為了保證對一、二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行可靠供電，在企業(yè)變電所中廣泛采用由兩回電源受電和裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的橋式主接線。橋式接線分為外橋、內(nèi)橋全橋三種。因上一級(jí)變電站距本礦變電所為6km，對于35kV電壓等級(jí)來說，輸電線路不遠(yuǎn)，可以選外僑，但為了提高礦井供電的可靠性和運(yùn)行的靈活性，選用全橋更合適。故確定本礦35kV側(cè)為雙回路的全橋接線系統(tǒng)。35kV架空線路由兩條線路送到本礦變電所，正常時(shí)兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行。6kV主接線根

30、據(jù)礦井為一級(jí)負(fù)荷的要求及主變壓器是兩臺(tái)的情況確定為單母線分段的接線方式。35kV母線和6kV母線，正常時(shí)均處于斷開狀態(tài)。母線分段用斷路器分段，這不僅便于分段檢修母線，而且可減少母線故障影響范圍，提高供電的可靠性和靈活性。 井下總負(fù)荷Pca×(2339+1872)=4042(kW)Qca×(1387+1501)=2888(kvar) 井下最大長時(shí)負(fù)荷電流I=Ica=Sca×UN×6)=478(A) 根據(jù)井下開關(guān)的額定電流最大為400A，而煤礦安全規(guī)程規(guī)定：下井電纜至少兩回，當(dāng)一回停止供電時(shí)，其他電纜應(yīng)能滿足井下全部負(fù)荷的供電。所以在這里至少應(yīng)選用三回，考慮

31、到負(fù)荷分配和運(yùn)行的靈活性，最后確定4回下井電纜，兩兩并聯(lián)后分列運(yùn)行。圖3-1 35kv礦用變電站主接線設(shè)計(jì)4 短路電流計(jì)算4.1 短路電流計(jì)算的目的研究供電系統(tǒng)的短路并計(jì)算各種情況下的短路電流，對供電系統(tǒng)的擬定、運(yùn)行方式的比較、電氣設(shè)備的選擇及繼電保護(hù)整定都有重要意義。短路產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重，為了限制短路的危害和縮小故障影響范圍，在供電設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，必須進(jìn)行短路電流計(jì)算，以解決些列技術(shù)問題。(1) 選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。(2) 設(shè)置和整定繼電保護(hù)裝置，使之能正確地切除短路故障。(3) 確定限流措施，當(dāng)短路電流過大造成設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采取限制短

32、路電流的措施。(4) 確定合理的主接線方案和主要運(yùn)行方式等。圖4-1 等效短路計(jì)算圖d=100MVA,基準(zhǔn)電壓Ud1d2=6.3kV,Ud3=0.4kV,則可得各級(jí)基準(zhǔn)電流為Id1=Sd/Ud1=100/(×37)=1.560(kA)Id2=Sd/Ud2=100/(×6.3)=9.1646(kA)Id3=Sd/Ud3=100/(×0.4)=144.337(kA)（1）電源的電抗 （2）變壓器電抗 主變壓器電抗 地面低壓變壓器電抗 3）線路電抗 35kV架空線電抗 扇風(fēng)機(jī)1饋電線路電抗 扇風(fēng)機(jī)2饋電線路電抗 主井提升饋電線路電抗 副井提升饋電線路電抗 壓風(fēng)機(jī)饋電線路

33、電抗 地面低壓饋電線路電抗 洗煤廠饋電線路電抗 工人村饋電線路電抗 機(jī)修廠饋電線路電抗 排水泵饋電線路電抗 1、K1點(diǎn)的短路電流計(jì)算 (1）最大運(yùn)行方式下的三相短路電流 (2)最小運(yùn)行方式下兩相短路電流 2、K2點(diǎn)的短路電流計(jì)算 (1）最大運(yùn)行方式下的三相短路電流 (2)最小運(yùn)行方式下兩相短路電流 3、井下母線短路容量計(jì)算 井下6kV母線距井上35kV變電所的最小距離l2=0.4+0.4=0.8(kM) 其電抗標(biāo)幺值為最大運(yùn)行方式下井下母線短路的標(biāo)幺電抗為井下母線最大短路容量為該值小于井下6kV母線上允許的短路容量100MVA，因此不需要加裝限流電抗器。其他各短路點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果如表4-1所示表4

34、-1 短路電流計(jì)算結(jié)果短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式下最小運(yùn)行方式下K1217K290K3K4K5K6K7K8K9K10K11K125 高壓電氣設(shè)備的選擇電氣設(shè)備選擇是變電所電氣設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，選擇是否合理將直接影響整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。變電所主要的電氣設(shè)備有：高壓斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線和絕緣子等。5.1 高壓電氣設(shè)備選擇原則對各種電氣設(shè)備的基本要求是正常運(yùn)行時(shí)安全可靠，短路通過短路電流時(shí)不致?lián)p壞，因此，電氣設(shè)備必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，按短路條件進(jìn)行校驗(yàn)。(1) 按正常條件選擇 1）環(huán)境條件電氣設(shè)備在制造上分戶內(nèi)、戶外兩大類。此外，選擇電氣設(shè)備，還應(yīng)根據(jù)實(shí)

35、際環(huán)境條件考慮防水、防火、防腐、防塵、防爆以及高海拔區(qū)或濕熱地區(qū)等方面的要求。 2）按電網(wǎng)額定電壓選擇電氣設(shè)備的額定電壓在選擇電器時(shí)，一般可按照電器的額定電壓UN不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓的條件選擇，即： 3）安最大長時(shí)負(fù)荷電流選擇電氣設(shè)備的額定電流電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于通過它的最大長時(shí)負(fù)荷電流，即：(2)按短路情況校驗(yàn) 按短路情況來校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。5.2 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇及校驗(yàn)5.2.1 高壓斷路器的選擇及校驗(yàn)高壓斷路器是供電系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一。它具有完善的滅弧裝置，是一種專門用于切斷和接通電路的開關(guān)設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí)把設(shè)備或線路接入或退出運(yùn)行，起著控制作用。當(dāng)設(shè)備

36、或線路發(fā)生故障是，能快速切出故障回路，保證無故障部分正常運(yùn)行，起著保護(hù)作用。 高壓斷路器除按電氣設(shè)備的一般原則選擇外，還必須按斷路器的功能校驗(yàn)其額定斷流容量（或開斷電流）、額定關(guān)合電流等各項(xiàng)指標(biāo)。5.2.1.1 35kV側(cè)斷路器的選擇 35kV接線形式為全橋式，運(yùn)行方式為全分列方式，當(dāng)一側(cè)的變壓器或另一側(cè)進(jìn)線檢修時(shí)，橋斷路器必須把完好的進(jìn)線和變壓器聯(lián)絡(luò)起來，所以35kV側(cè)的斷路器應(yīng)該有相同的型號(hào)，其最大長時(shí)負(fù)荷電流應(yīng)為變壓器的最大長時(shí)負(fù)荷電流，即I×SN1××35)=216(A) 根據(jù)工作室外工作電壓為35kV和最大長時(shí)負(fù)荷電流為216A,可選擇ZW7-35-16

37、00-31.5型斷路器。其技術(shù)參數(shù)如表5-1所示型號(hào)額定電壓（kV)額定電流（A)額定開斷電流（KA)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)額定關(guān)合電流(kA)（4S）熱穩(wěn)定電流ZW7-353516008080 1）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境校驗(yàn) ZW7-35-1600-31.5型戶外真空斷路器，額定工作環(huán)境最高溫度為40度，而實(shí)際最高工作溫度為42度，因此修正后的允許通過的最大電流為IN=IN-(42-40)×1.8IN=1600-2××1600=1542（A)216（A) 2)按短路條件校驗(yàn)(1)額定開斷電流校驗(yàn) 斷路器的額定開斷電流為31.5kA，而K1點(diǎn)的短路電流為3.39kA，符合要求。(

38、2)額定關(guān)合電流校驗(yàn) 斷路器的額定關(guān)合電流為80kA，而K1點(diǎn)的短路沖擊電流為8.64kA，符合要求。(3)熱穩(wěn)定校驗(yàn) 兩回35kV電源上級(jí)出線斷路器過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為3s，斷路器的開斷時(shí)間為0.1s，則短路電流流過斷路器的最長時(shí)間tK=tpr+tbr=3.1(s)，。對于無限大容量系統(tǒng)有 相當(dāng)于4s的熱穩(wěn)定電流（4）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 由于ies=80kA,ish1=8.64kA,所以滿足要求。5.2.1.2 6kV側(cè)進(jìn)線柜和母聯(lián)柜斷路器的選擇 6kV側(cè)最大長時(shí)負(fù)荷電流按照室外工作電壓6kV和最大長時(shí)負(fù)荷電流932A，選擇ZN28-10/1250型真空斷路器，其參數(shù)如表5-2所示。表5-2 ZN2

39、8-10/1250型戶外真空斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓 （kV)額定電流（A)額定開斷電流（kA)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)額定關(guān)合電流(kA)（4S）熱穩(wěn)定電流(kA)ZN28-10/125010125020505020 ZN28-10/1250型戶外真空斷路器，額定工作環(huán)境最高溫度為40度，而實(shí)際最高工作溫度為42度，因此修正后的允許通過的最大電流為IN=IN-(42-40)×1.8IN=1250-2××1250=1205（A)1162（A) （1）額定開斷電流校驗(yàn) 斷路器的額定開斷電流為20kkA，符合要求。 （2）額定關(guān)合電流校驗(yàn) 斷路器的額定關(guān)合電流為50kkA

40、，符合要求。 （3）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 6kV母線上發(fā)生短路時(shí)的過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該比35kV母線上發(fā)生短路時(shí)繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間少一個(gè)時(shí)限級(jí)差0.5s，斷路器的開斷時(shí)間為0.1s，則短路電流流過斷路器的最長時(shí)間tK=tpr+tbr=2.5+0.1=2.6(s)，即假想時(shí)間為2.6s。對于無限大容量系統(tǒng)有相當(dāng)于4s的熱穩(wěn)定電流 （4）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)由于ies=50(kA),ish1=21.03(kA),所以滿足要求。 2.出線柜均配用ZN5-10/630型真空斷路器，其技術(shù)參數(shù)如表5-3所示。表5-3 ZN5-10/630型真空斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓（kV)額定電流（A)額定開斷電流（kA)動(dòng)穩(wěn)定電流

41、(kA)額定關(guān)合電流(kA)（4S）熱穩(wěn)定電流(kA)ZN5-10/63010630205020205.2.2 隔離開關(guān)的選擇5.2.2.1 35kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇根據(jù)布置方式，室外一般采用GW4或GW5型隔離開關(guān)。本設(shè)計(jì)中為了方便檢修時(shí)的接地，兩個(gè)進(jìn)線隔離開關(guān)QS1、QS2和兩個(gè)電壓互感器隔離開關(guān)QS9、QS10選用GW5-35GD/600帶接地刀閘的隔離開關(guān)，QS3QS8選用GW5-35G/600不帶接地刀閘的隔離開關(guān)，所選隔離開關(guān)電氣參數(shù)如表5-4所示。表5-4 GW5-35型隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓（kV)額定電流（A)動(dòng)穩(wěn)定電流（kA)(5s)熱穩(wěn)定電流（kA)GW5-35GD

42、/600356005014GW5-35G/600356005014(1)額定電壓：UN=35(kV)=UNS=35(kV)，符合要求。(2)額定電流：IN=600(A)>Imax=216(A),符合要求。(3)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：imax=50(kA)>ish=8.64(kA)，符合要求。pr=3+0.5=3.5(s)。則tk=tbr+tpr=3.5+0.1=3.6(s)。 相當(dāng)于5s的熱穩(wěn)定電流符合要求。5.2.2.2 6kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇根據(jù)布置方式，室內(nèi)一般采用GN2、GN6或GN8型隔離開關(guān)。本設(shè)計(jì)QS11、QS12選用GN6-10T/1000型隔離開關(guān)，操動(dòng)機(jī)構(gòu)選CS6-1手力

43、操動(dòng)機(jī)構(gòu)。所選斷路器電氣參數(shù)如表5-5所示。表5-5 GN6-10T/1000型隔離開關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)額定電壓（kV)額定電流（A)動(dòng)穩(wěn)定電流（kA)(5s)熱穩(wěn)定電流（kA)GN6-10T/10001010007530(1) 額定電壓：UN=10(kV)UNS=6(kV)，符合要求。(2) 額定電流：IN=1000(A)>Imax=932(A)，符合要求。(3) 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：imax=75(kA)>ish=21.03(kA)，符合要求。 (4)6kV母線上發(fā)生短路時(shí)的過流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該比35kV母線上發(fā)生短路時(shí)繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間少一個(gè)時(shí)限級(jí)差0.5s，斷路器的開斷時(shí)間為0.1

44、s，則短路電流流過斷路器的最長時(shí)間tK=tpr+tbr=2.5+0.1=2.6(s)，即假想時(shí)間為2.6s。相當(dāng)于5s的熱穩(wěn)定電流 符合要求。 電流互感器按使用地點(diǎn)，電網(wǎng)電壓和長時(shí)最大負(fù)荷電流來選擇，并按短路條件校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定性。此外還應(yīng)根據(jù)二次設(shè)備要求選擇電流互感器的準(zhǔn)確等級(jí)。 （1）額定電壓應(yīng)大于或等于所在電網(wǎng)電壓； （2）額定電流應(yīng)大于或等于（1.21.5）倍的長時(shí)最大長時(shí)負(fù)荷工作電流，即（1.21.5）（3）電流互感器的準(zhǔn)確等級(jí)應(yīng)不小于二次側(cè)所接儀表的準(zhǔn)確級(jí)。5.2.3.1 35kV側(cè)電流互感器的選擇 35kV側(cè)的電流互感器選用LZZBJ4-35型電流互感器，其額定電壓35kV，額定電

45、流300A，其技術(shù)參數(shù)如表5-6所示。表5-6 LZZBJ4-35型電流互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)變比準(zhǔn)確級(jí)組合額定輸出(VA）(4s)熱穩(wěn)定電流(kA）動(dòng)穩(wěn)定電流(kA）300/525/25/50/50（1)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 符合要求。(2) 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 符合要求。5.2.3.1 6kV側(cè)電流互感器的選擇6kV母線上的電流互感器選用LZZBJ9-10型電流互感器，其額定電壓10kV，額定電流1200A，其技術(shù)參數(shù)如表5-7所示。表5-7 LZZBJ9-10型電流互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)變比準(zhǔn)確級(jí)組合(1s)熱穩(wěn)定電流(kA）動(dòng)穩(wěn)定電流(kA）1250/52735 （1)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)符合要求。 (2)熱穩(wěn)定校驗(yàn)符合要求

46、。本變電所35kV線路不需要進(jìn)行絕緣檢測，只需測量線路電壓，故選兩臺(tái)雙線圈互感器，其接線方式采用V/V型接法，分別接在35kV兩段母線上，采用限流熔斷器保護(hù)。 選JDJ-35型（單相雙圈澆注絕緣）電壓互感器四臺(tái)，一次電壓為35kV，二次電壓為0.1kV，極限容量1000VA，其計(jì)量儀表定為0.5級(jí)，配用兩臺(tái)RW10-35/0.5型限流熔斷器。2.6kV側(cè)電壓互感器的選擇6kV側(cè)的電壓互感器選用JDJ10-10型電壓互感器，一次電壓為10kV，二次電壓為0.1kV，極限容量為200VA，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，配用兩臺(tái)RN4-10/0.5型限流熔斷器。為了防止雷電入侵波的侵害，選用HY5WZ-42

47、/134型閥型避雷器，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：額定電壓42kV，系統(tǒng)電壓35kV，工頻放電電壓不小于80kV，傘裙數(shù)為18kV，最大雷擊殘壓134kV。6kV側(cè)避雷器選用HY5WS-17/50型避雷器，系統(tǒng)電壓10kV，避雷器額定電壓17kV，最大雷擊殘壓50kV,最大電流沖擊耐受65kA。5.2.6 支柱絕緣子和套管絕緣子的選擇 因母線為單一矩形母線，且面積不大，故選用ZNA-6型戶內(nèi)式支柱絕緣子，其額定電壓6kV，破壞力為3697N，故最大允許抗彎力Fal為Falde×679=2207(N) 因母線為單一平放，其換算系數(shù)K1，故KFmax=1×1468=1468(N)2207

48、(N) 符合要求。由于變壓器二次側(cè)最大長時(shí)負(fù)荷電流為1010A，電壓為6kV，故選用戶外鋁導(dǎo)線的穿墻絕緣子，型號(hào)為CWLB-10/1500，其技術(shù)參數(shù)如表5-7所示表5-7 CWLB-10/1500型套管絕緣子的數(shù)據(jù)參數(shù)型號(hào)額定電壓 (kV)額定電流 （A)套管長度 （M)最大允許破壞力（N)(5s)熱穩(wěn)定電流(kA)GWLB-10/1500101500735820 室外環(huán)境最高溫度42時(shí)的長時(shí)允許電流為 符合要求。 由上表可知，流過穿墻套管的最大短路電流應(yīng)是系統(tǒng)采用分列運(yùn)行方式時(shí)的最大短路電流。(1)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。 計(jì)算跨距為 其電動(dòng)力為 符合要求。(2)熱穩(wěn)定校驗(yàn)。 假想時(shí)間ti=2.6s,

49、穩(wěn)態(tài)短路電流為17.9kA。其熱穩(wěn)定電流為 符合要求。5.2.7 開關(guān)柜的選擇開關(guān)柜是金屬封閉開關(guān)設(shè)備的俗稱，是按一定的電路方案將有關(guān)電氣設(shè)備組裝在一個(gè)封閉的金屬外殼內(nèi)的成套配電設(shè)備。金屬封閉開關(guān)設(shè)備分為三種類型：鎧裝式，即各室間用金屬板隔離且接地，如KYN型和KGN型；間隔式，即各室間是用一個(gè)或多個(gè)非金屬板隔離，如JYN型；箱式，即具有金屬外殼，但間隔數(shù)目少于鎧裝式或間隔式，如XGN型。從中壓斷路器的置放方式來看，分為：落地式，即斷路器手車本身落地推入柜內(nèi)；中置式，即手車裝于開關(guān)柜中部。主要根據(jù)負(fù)荷等級(jí)選擇高壓開關(guān)柜的型號(hào)。一般情況下，一、二級(jí)負(fù)荷選擇移開式開關(guān)柜，如KYN2/JYN1型開關(guān)

50、柜，三三級(jí)負(fù)荷選擇固定式開關(guān)柜，如KGN型開關(guān)柜。根據(jù)題目要求，本設(shè)計(jì)采用KYN28A-12型開關(guān)柜。1.進(jìn)線柜方案編號(hào)。架空進(jìn)線柜019和母聯(lián)柜052以及架空進(jìn)線柜021和母聯(lián)柜053配合使用。2.母聯(lián)柜方案編號(hào)。選用母聯(lián)柜009和母聯(lián)柜052配合使用。3.出線柜方案編號(hào)。電纜出線方案編號(hào)為001，架空出線方案編號(hào)為023。5.3 電力線路的選擇5.3.1 35kV電源架空線路選擇 根據(jù)我國產(chǎn)品供應(yīng)市場情況和以鋁代銅的技術(shù)政策，宜選用鋁線，對于35kV架空線路，線桿檔距一般在100m以上，導(dǎo)線受力較大，故可選用LGJ型鋼芯鋁絞線，線間幾何均距為2m。 因?yàn)樵撓到y(tǒng)為全分列運(yùn)行，當(dāng)一路故障時(shí)，另

51、一路必須保證全礦的供電，故最大長時(shí)負(fù)荷電流和正常工作電壓損失均按一路供電考慮。 一路供電的負(fù)荷電流 一般中型礦井Tmax=30005000h,查表可得，鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度Jec2。則導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面為 初選導(dǎo)線為LGJ-70型鋼芯鋁絞線，查表得25時(shí)的允許載流量為275A。 該地區(qū)最熱月最高溫度平均值為42，鋼芯鋁絞線最高允許溫度為70，計(jì)算得其溫度修正系數(shù)為0.79。 修正后的允許載流量為 符合要求。 取高壓輸電線路允許電壓損失為5，得Ual=35000×0.05=1750(V）。/kM，線路長度為6kM，故線路的電壓損失為 由于UUal=1750（V），故電壓損失校驗(yàn)合格。

52、4.按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面 查表得35kV鋼芯鋁絞線在非居民區(qū)的最小允許截面為16mm2，居民區(qū)為25mm2。均小于70mm2，故機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)合格。5.3.2 6kV母線的選擇 變壓器6kV側(cè)回路選用矩形鋁母線，其最大長時(shí)負(fù)荷電流I=K×I×1202=962(A) 選截面為80×2的矩形鋁母線，其額定電流為1100A。實(shí)際環(huán)境溫度為32度時(shí)，其長時(shí)允許電流為1010A，大于962A，合格。1.母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。 母線所受的電動(dòng)力 母線的最大彎矩Mmax=FmaxL/10=(1468×1.2)/10=149(Nm) 母線的短路電流產(chǎn)生最大電動(dòng)應(yīng)力為amax=Mmax/W=149/(100×100×0.00000