煤礦35KV變電所設計

1、摘 要 變電所是電力系統(tǒng)的樞紐環(huán)節(jié)，由變壓器，母線和開關設備等電氣設備按一定的結線方式所構成，他從電力系統(tǒng)取得電能，進行電壓變換和分配，然后將電能安全、可靠、合理的供給不同的用電場所和電力設備。變電所設計的主要任務是根據(jù)變電所擔負的任務及用戶負荷情況等，選擇所址，對用戶的負荷進行統(tǒng)計、分析計算，確定用戶無功功率補償裝置。進行變壓器選擇，確定變電站的結線方式，進行短路電流計算，選擇變配電開關設備，繪制變電所平面布置圖。本變電所的初步設計包括：總體方案的確定；負荷分析；短路電流的計算；配電系統(tǒng)設計與系統(tǒng)接線方案選擇；變電所高壓進線、一次設備和低壓出線的選擇；防雷與接地保護等內容。【關 鍵詞】： 變

2、電所設計； 負荷的計算； 變壓器選擇； 開關設備選擇； 線路設計； 防雷設計。AbstractThe transformer substation is the pivot links of the power system, by the voltage transformer, electric equipment such as bus bar and switchgear form according to certain knot line way, he make electric energy from power system, carry on voltage vary an

3、d assign, electric energy safe, reliable, reasonable supply different power consuming place and electric apparatus. The main task of substation design is based on the tasks and substation loads and other users, select the address of the users load of statistics, analysis and calculation to determine

4、 the reactive power compensation device users. Transformer selection, determine the end-line substation, the short-circuit current calculation, select the power distribution switchgear, substation floor plan drawing. The preliminary design of the substation, including: the determination of the overa

5、ll program; load analysis; short-circuit current calculation; distribution system design and system wiring scheme selection; substation high voltage into the line, a selection of equipment and low-voltage outlet; lightning protection and ground protection and so on.【Keywords】: substation design; loa

6、d calculation; transformer selection; switching equipment selection; circuit design; lightning protection design. 目 錄第一章 緒論11.1煤礦變配電所的設計11.1.1電力系統(tǒng)基礎11.1.2煤礦配電所的設計原則21.2課題來源及設計背景21.2.1課題來源21.2.2設計背景2第二章 變電所負荷計算和變壓器的選擇42.1變電站的負荷計算42.1.1全礦負荷統(tǒng)計 42.1.2 各低壓變壓器的選擇及其損耗計算62.2主變壓器的選擇原則82.3煤礦地面主變電所變壓器臺數(shù)的選擇原則92

7、.4主變壓器容量的選擇92.5功率因數(shù)補償?shù)哪康暮头桨?02.6無功補償?shù)挠嬎慵霸O備選擇10第三章 主接線方案的確定133.1主接線的基本要求133.2 電氣主接線的設計原則143.3主接線的方案與分析153.3.1單母線接線153.3.2單母線分段主接線153.4電氣主接線的確定16第四章 短路電流的計算184.1短路電流及其計算184.1.1短路的種類184.1.2短路的原因184.1.3短路的危害184.1.4計算短路電流的目的184.1.5計算短路電流19第五章變 電所電氣設備的選擇265.1架空線路和35kV母線的選擇265.2電纜進線的選擇265.2.1 6kV電纜線路選擇265.

8、2.2 6kV架空線路選擇2885.3 母線支柱絕緣子和穿墻套管的選擇285.4 變電所一次設備的選擇295.4.1 高壓斷路器的選擇295.4.2 高壓隔離開關的選擇305.4.3 電流互感器的選擇315.4.4 電壓互感器和高壓熔斷器的選擇315.4.5 高壓開關柜的選擇325.4.6 35kV避雷器的選擇335.5低壓出線的選擇335.5.1 低壓母線橋的選擇335.5.2 低壓母線的選擇34第6章 變電所防雷與接地方案的設計356.1 變電所的過電壓保護356.1.1 線路防雷356.1.2 變電所直擊雷防護356.2 避雷針的接地356.3 防雷的接地設計35第7章 變電所的平面布置

9、377.1 變電所位置選擇377.2 配電室建筑要求377.3 控制室布置38參考文獻40致謝41附表42第一章 緒論1.1煤礦變配電所的設計1.1.1電力系統(tǒng)基礎由發(fā)電廠、電力網(wǎng)與電能用戶（電力負荷）所組成的整體，叫電力系統(tǒng)，它的任務是生產、變換、傳輸、分配與消費電能。當今社會，電能的利用已經遠遠超出作為機械動力的范圍，電力工業(yè)已經成為現(xiàn)代國民經濟的基礎，世界上按人口平均的用電量是反映一個國家現(xiàn)代化的主要指標。1.大型電力用戶供電系統(tǒng)大型電力用戶的供電系統(tǒng)，采用電源電壓等級為35kV，經主變電所和車間變電所兩級變壓。主變電所將35KV電壓變?yōu)?-10kV電壓，然后經配電線路引至各個車間變電所

10、，車間變電所再將6-10KV電壓變?yōu)?20/380V/660V/1140V的低電壓供用電設備使用。某些礦區(qū)環(huán)境和設備條件許可的大型電力用戶也有采用所謂“高壓深入負荷中心”的供電方式，即35kV的進線電壓直接一次降為220/380V/660V/1140V的低壓配電電壓。2. 中型電力用戶一般采用10kV的外部電源進線供電電壓，經高壓配電所和10kV用戶內部高壓配電線路饋電給各車間變電所，車間變電所再將電壓變換成220/380V/660V的低電壓供用電設備使用。高壓配電所通常與某個車間變電所合建。3.小型電力用戶供電系統(tǒng)一般小型電力用戶也用10kV外部電源進線電壓，通常只設有一個相當于車間變電所的

11、降壓變電所，容量特別小的小型電力用戶可不設變電所，采用低壓220/380V/660V直接進線。 隨著改革的不斷深化，經濟的迅速發(fā)展。各電力部門對變電所設計水平的要求將越來越高?，F(xiàn)在所設計的常規(guī)變電所最突出的問題是設備落后，結構不合理，占地多，投資大，損耗高，效率低，尤其是在一次開關和二次設備造型問題上，基本停留在5060年代的水平上，從發(fā)展的觀點來看，將越來越不適應我國城市和農村發(fā)展的要求。 國民經濟不斷發(fā)展，對電力能源需求也不斷增大，致使變電所數(shù)量增加，電壓等級提高，供電范圍擴大及輸配電容量增大，采用傳統(tǒng)的變電站一次及二次設備已越來越難以滿足變電站安全及經濟運行，少人值班或者無人值班的要求。

12、現(xiàn)在已經大多采用了微機保護。分級保護和常規(guī)保護相比，增加了人機對話功能，自控功能，通信功能和實時時鐘等功能，因此如果通過電力監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)，可以使變電站內值班人員或調度中心的人員及時掌握變電站的運行情況，直接對設備進行操作，及時了解故障情況，并迅速進行處理，達到供電系統(tǒng)的管理科學化、規(guī)范化、并且還可以做到與其他自動化系統(tǒng)互換數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮整體優(yōu)勢，進行全系統(tǒng)的信息綜合管理。 1.1.2煤礦配電所的設計原則1.必須遵守國家的有關規(guī)程和標準，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.應做到保障人身和設備安全、供電可靠、電能質量合格、技術先進和經濟合理，應采用效率高、

13、能耗低、性能較先進的電氣產品。3.應根據(jù)工程特點、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、近期結合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。4.必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。1.2課題來源及設計背景1.2.1課題來源本課題源山西倡源公司35KV變電所的新建項目，具有一定的實踐性和可行性。1.2.2設計背景我到山西介休倡源公司進行了為期半年的實習，經過對該礦供電系統(tǒng)的認真的了解，在老師和現(xiàn)場技術人員的幫助和指導下，把該礦主變電所設計做為本次畢業(yè)設計的課題，把原來的不合理之處做些修改，重新進行設計。其原始數(shù)據(jù)如下：該礦為凱

14、嘉集團的一個井口， 規(guī)模較小；變電所由距此3.8KM的北辛武變電站和距此1.9KM的板欲站通過35KV架空線路供電； 兩回35KV電源參數(shù)：出線開關過流保護整定時間為2.5s；35KV電源母線上最大運行方式下的系統(tǒng)電抗：Xs.min=0.12(Sd=100MVA)；35KV電源母線上最小運行方式下的系統(tǒng)電抗：Xs.Min=0.22(Sd=100MVA)；井下6KV母線上允許短路容量：Sal=100MVA;35KV母線上補償后的平均功率因數(shù)0.9。 第二章 變電所負荷計算和變壓器的選擇2.1變電站的負荷計算負荷計算的目的是為了掌握用電情況,合理選擇配電系統(tǒng)的設備和元件,如導線、電纜、變壓器、開關

15、等。負荷計算過小,則依此選用的設備和載流部分有過熱危險,輕者使線路和配電設備壽命降低,重者影響供電系統(tǒng)的安全運行.負荷計算偏大,則造成設備的浪費和投資的增大。為此,正確進行負荷計算是供電設計的前提,也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經濟運行的必要手段。 目前負荷計算常用需要系數(shù)法、二項式法、和利用系數(shù)法,前二種方法在國內設計單位的使用最為普遍。此外還有一些尚未推廣的方法如單位產品耗電法、單位面積功率法、變值系數(shù)法和ABC法等. 常采用需用系數(shù)法計算用電設備組的負荷時，應將性質相同的用電設備劃作一組，并根據(jù)該組用電設備的類別，查出相應的需用系數(shù)，然后按照上述公式求出該組用電設備的計算負荷。2.1.1全礦負荷

16、統(tǒng)計 負荷統(tǒng)計請參看末尾附表2-1 按需要系數(shù)法計算各組負荷：有功功率 P= Kd Ps 無功功率 Q=P 視在功率 S= 上述三個公式中：Ps：每組設備容量之和，單位為kW； Kd：需要用系數(shù)； :功率因數(shù)。 提升機：有功負荷 PC1=KdPS1=210x0.94=197.4kW無功負荷 QC1=PC1=197.4x0.65=128.3kvar視在功率 SC1=235.4kVA 機修廠：有功負荷 PC2=KdPS2=250x0.6=150kW無功負荷 QC2=PC2=150x1.02=153kvar視在功率 SC2=214.3kVA 壓風機：有功負荷 PC3=KdPS3=480x0.88=4

17、22.4kW無功負荷 QC3=PC3=1422.4x0.46=193.4kvar視在功率 SC3=465kVA 抽風機：有功負荷 PC4=KdPS4=1600x0.9=1440kW無功負荷 QC4=PC4=1440x0.51=734.4kvar視在功率 SC4=1617kVA 5.全礦低壓：有功負荷 PC5=KdPS5=1260x0.72=903kW無功負荷 QC5=PC5=903x0.8=720.5kvar視在功率 SC5=1255.2kVA 煤矸樓：有功負荷 PC6=KdPS6=115x0.75=86.25kW無功負荷 QC6=PC6=86.25x0.8=69kvar視在功率 SC6=11

18、0.5.6kVA 鍋爐房：有功負荷 PC7=KdPS7=113x0.65=73.5kW無功負荷 QC7=PC7=73.5x0.22=16.2kvar視在功率 SC7=75.2kVA 8 瓦斯檢測房污水處理站：有功負荷 PC8=KdPS8=320x0.85=272kW無功負荷 QC8=PC8=272x0.60=163.2kvar視在功率 SC8=317.2kVA 9. 井下低壓：有功負荷 PC9=KdPS9=905x0.7=685.5kW無功負荷 QC9=PC9=685.5x0.87=478kvar視在功率 SC9=816kVA 10.后勤公寓：有功負荷 PC10=KdPS10=360x0.75

19、=270kW無功負荷 QC10=PC10=270x0.62=167.4kvar視在功率 SC10=317.7kVA 計算出全礦的各組負荷后，填入上表中計算出有功、無功、視在功率的總量。 總計: 有功功率：P=4433.5kW 無功功率：Q=2824.6kvar2.1.2 各低壓變壓器的選擇及其損耗計算 表2-2 低壓變壓器選定表名稱變壓器其型號選擇臺數(shù)地面低壓S11-1600 6/0.4變壓器2臺機修廠S11-315 6/0.4變壓器1臺煤矸樓和鍋爐房共用S11-315 6/0.4變壓器1臺后勤公寓S11-400 6/0.4變壓器1臺井下低壓S11-1000 6/0.66變壓器2臺選擇的是S1

20、1系列卷鐵芯配電變壓器，其參數(shù)均在變壓器表中可以查到。 對于變壓器的損耗有公式： 有功功率損耗：PT=Po+Pk(Sca/Sn.T)2=Po+2Pk ( kW) 無功功率損耗：Qt=Sn.T (Io%/100+Uk%/1002) (kvar)式中：Po變壓器空載有功功率損耗，kW； Pk變壓器短路電流等于額定電流時的有功功率損耗，kW； Sca計算負荷，kvar； Sn.T變壓器的額定容量，kVA； 變壓器的負荷率，=Sca/Sn.T 。 Po 、Pk、Io%、Uk%可以在變壓器的產品目錄中查到。地面低壓：有功功率損耗PT =5+29x(1106.5/1600)2 = 8.0 kW 無功功率損

21、耗Qt=1600x(1.6/100)+(4.5/100）x0.1 = 40 kvar 機修廠： 有功功率損耗PT =0.48+3.65x(214.1/315)2 = 2.8 kW 無功功率損耗Qt=315x(1.1/100)+(4.5/100)x0.63=12 kvar煤矸樓、鍋爐房：有功功率損耗PT =0.48+3.65x(195.7/315)2 = 2.4 kW 無功功率損耗Qt=315x(1.1/100)+(4.5/100)x0.53= 11 kvar 后勤公寓: 有功功率損耗 PT = 0.57+4.3x(317.7/400)2 = 4.0 kW 無功功率損耗 Qt = 400x(1.

22、2/100)+(4.5/100)x0.81=19.5 kvar井下低壓：有功功率損耗 PT = 0.68+5.1x(375.8/500)2 = 4.0 Kw 無功功率損耗 Qt =500x(1.0/100)+(4.5/100)x0.64=19.4 kvar 表 2-3 低壓變壓器功率損耗計算結果 負荷地面低壓機修廠煤矸樓、鍋爐房后勤公寓井下低壓Sc(KVA)2x16003153154002x1000PT(kW)8.02.82.44.08.0QT(kW)4012.01119.535.8合計PT= 25.2 kW QT= 121.3 kvar 計算出了低壓變壓器的有功損耗和無功損耗之后，就可以計算

23、出6KV母線上的總的負荷。負荷統(tǒng)計表中的總負荷是4433.5kW，所以查同時系數(shù)表得知所需的同時系數(shù)為Ksi=0.95。忽略礦內高壓線路的功率損耗，35KV變電所6KV母線補償前的總負荷為: 有功Pca=Ksi(P+PT)= 0.95x(4433.5+25.2)= 4235.5 (kW) 無功Qca=Ksi(Q+QT)= 0.95x(2824.6+121.3)= 2798.6 (kvar) 視在Sca= = 5076.5 (kVA) 補償前的功率因數(shù)=Pca / Sca=4235.5 / 5076.5 = 0.834 2.2主變壓器的選擇原則電力變壓器是變電所的關鍵設備，其主要功能是升壓或降壓

24、，以利于電能的合理分配、輸送和使用，對變電所主結線的方式及其可靠性與經濟性有著重要影響。所以，正確合理地選擇變壓器的類型、臺數(shù)和容量，是確定變電所主接結線方式的重要前提。選擇時遵照國家有關煤礦供電設計規(guī)范、規(guī)程、標準等，因地制宜，結合實際，合理選擇，優(yōu)先選用技術先進、高效節(jié)能、免維護的新產品。2.3煤礦地面主變電所變壓器臺數(shù)的選擇原則1 當大多數(shù)負荷屬于三級負荷，其少量一、二級負荷或由臨近企業(yè)取得電源時，可以安裝一臺變壓器。2 如企業(yè)一、二級負荷較多，必須裝設兩臺變壓器。互為備用，當一臺出現(xiàn)故障時，另一臺必須能承擔全部一、二級負荷。3 特殊情況下可以裝設兩臺以上變壓器。例如分期建設的大型企業(yè)，

25、其變電所的個數(shù)和變壓器臺數(shù)均可以分期投建，從而臺數(shù)可能較多。 根據(jù)該礦的實際情況，本設計選擇兩臺變壓器，互為備用。2.4主變壓器容量的選擇 煤礦地面35KV變電所主變壓器一般選擇兩臺。每臺變壓器的容量為： SN.T kgu Sca.35式中 kgu 事故時的負荷保證系數(shù)，根據(jù)一、二級負荷所占比例決定，一般可取為0.71； Sca.變電所35KV母線上無功補償后的總計算視在負荷，kVA。計算出SN.T 數(shù)值后查詢有關變壓器產品樣本或者電氣設計手冊，選用額定容量大于或等于此數(shù)值的標準規(guī)格變壓器，35KV電力變壓器標準容量規(guī)格一般為4000、5000、6300、8000、10000、12500、16

26、000、20000、25000kVA等。根據(jù)計算，選用兩臺S11-8000/35額定容量為8000kVA的有載調壓油浸式變壓器。采用兩臺同時分列運行，當一臺故障停運時，另一臺保證全礦一、二級負荷的供電。表2-3主變壓器的選擇額定容量SN /kVA聯(lián)結組別空載損耗PO /kW短路損耗PK /kW空載電流I O %阻抗電壓U K %8000Dynd1110401.08變壓器的損耗： PT=PO+PK（）2 =10+40x(5076/8000)2=26kW Q T=SNT+ =8000x(1.0/100)+(8.0/100)x0.4=336kvar 所以35KV側補償前的總負荷：有功功率: P= P

27、T + Pca = 4261.5 kW無功功率：Q= Q T + Qca =3134.6 kvar視在功率：S= =5290.2 KVA電流 ：I=S/1.732x35 = 87.27 A功率因數(shù)：= P/ S = 0.81 2.5功率因數(shù)補償?shù)哪康暮头桨腹β室驍?shù)是用電的一項重要電氣指標。提高負荷的功率因數(shù)可以使發(fā)、變電設備和輸電線路的供電能力得到充分發(fā)揮，并能降低各級線路和供電變壓器的功率損失和電壓損失，因而具有重要意義。目前用電戶高壓配電網(wǎng)主要采用并聯(lián)電力電容器組來提高負荷功率因數(shù)，即所謂集中補償法，部分用戶已經采用自動投切電容補償裝置。低壓電網(wǎng)，已經推廣應用功率因數(shù)補償裝置。對于大中型繞

28、線式異步電動機，利用自勵式進相機進行的單機就地補償來提高功率因數(shù)，節(jié)電效果顯著。2.6無功補償?shù)挠嬎慵霸O備選擇我國供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定：容量在100kVA及以上高壓供電用戶，最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9，如達不到上述要求，則必須進行無功功率補償。由于用戶大量使用的感應電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等都是感性負荷，使得功率因數(shù)偏低，因此需要采用無功補償措施來提高功率因數(shù)。當功率因數(shù)提高時，在有功功率不變的情況下，無功功率和視在功率分別減小，從而使負荷電流相應減小。這就可使供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失降低，相應可選用較小容量的電力變壓器、開關設備和較小截面的電線電纜，減少投資和節(jié)約有色金屬。

29、因此，提高功率因數(shù)對整個供電系統(tǒng)大有好處。要使功率因數(shù)提高，通常需裝設人工補償裝置。最大負荷時的無功補償容量QNC應為：QNC=Klo x Pca（-） 按此公式計算出的無功補償容量為最大負荷時所需的容量，當負荷減小時，補償容量也應相應減小，以免造成過補償。因此，無功補償裝置通常裝設無功功率自動補償控制器，針對預先設定的功率因數(shù)目標值，根據(jù)負荷的變化相應投切電容器組數(shù)，使瞬時功率因數(shù)滿足要求。提高功率因數(shù)的補償裝置有穩(wěn)態(tài)無功功率補償設備和動態(tài)無功功率補償設備。前者主要有同步補償機和并聯(lián)電容器。動態(tài)無功功率補償設備用于急劇變動的沖擊負荷。低壓無功自動補償裝置通常與低壓配電屏配套制造安裝，根據(jù)負荷

30、變化相應循環(huán)投切的電容器組數(shù)一般有4、6、8、10、12組等。用上式確定了總的補償容量后，就可根據(jù)選定的單相并聯(lián)電容器容量qNC來確定電容器組數(shù)： 在用戶供電系統(tǒng)中，無功補償裝置一般有三種安裝方式：(1)高壓集中補償 補償效果不如后兩種補償方式，但初期投資較少，便于集中運行維護，而且能對企業(yè)高壓側的無功功率進行有效補償，以滿足企業(yè)總功率因數(shù)的要求，所以在一些大中型企業(yè)中應用。(2)低壓集中補償 補償效果較高壓集中補償方式好，特別是它能減少變壓器的視在功率，從而可使主變壓器的容量選的較小，因而在實際工程中應用相當普遍。(3)低壓分散補償 補償效果最好，應優(yōu)先采用。但這種補償方式總的投資較大，且電

31、容器組在被補償?shù)脑O備停止運用時，它也將一并被切除，因此其利用率較低。本次設計采用高壓集中補償方式。 QNCa=KloxPCa x（-)=0.8x4261.5xtan(arccos0.81)- tan(arccos0.9)=818.2 kvar 選擇GR-1C-08型電容器，qNC=270kvar = 3.03 取4臺實際補償容量：QNCa。f = 4 x 270 = 1080 kvar折算到計算補償容量：QNCa = QNCa。f / Klo = 1350 kvar補償后6KV側的計算負荷和功率因數(shù)： Qca=Qca - QNCa = 2798.6-1350=1448.6 kvar補償后的視在

32、計算負荷SCa=4476kVA= =0.95 0.9 符合。35KV側補償后主變壓器最大的損耗計算：PT=PO+PK（）2 =10+40x(4476/8000)2=22 kWQ T=SNT+ =8000x(1.0/100)+(8.0/100)x0.313=280 kvar 補償后35KV側計算負荷與功率因數(shù)校驗： Pca=22+4235.5 =4257 kW Qca=280+1448.6=1729 kvar Sca=4595 kVA = Pca/ Sca = 0.93 0.9 符合要求。 第3章 主接線方案的確定3.1主接線的基本要求 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

33、徑。它由各種電力設備(隔離開關、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). 在圖上所有電器均以新的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，是畫出它們的斷開位置。在圖上高壓設備均以標準圖形符號代表，一般在主接線路圖上只標出設備的圖形符號，在主接線的施工圖上，除畫出代表設備的圖形符號外，還應在圖形符號旁邊寫明設備的型號與規(guī)范。從主接線圖上

34、我們可了解變電所設備的電壓、電流的流向、設備的型號和數(shù)量、變電所的規(guī)模及設備間的連接方式等，因此，主接線圖是變電所的最主要的圖紙之一。（1）安全性安全包括設備安全及人身安全。一次接線應符合國家標準有關技術規(guī)范的要求，正確選擇電氣設備及其監(jiān)視、保護系統(tǒng)，考慮各種安全技術措施。（2）可靠性不僅和一次接線的形式有關，還和電氣設備的技術性能、運行管理的自動化程度因素有關。（3）靈活性用最少的切換來適應各種不同的運行方式，適應負荷發(fā)展。（4）經濟性在滿足上述技術要求的前提下，主接線方案應力求接線簡化、投資省、占地少、運行費用低。采用的設備少?？傊?，變電所通過合理的接線、緊湊的布置、簡化所內附屬設備，從而

35、達到減少變電所占地面積，優(yōu)化變電所設計，節(jié)約材料，減少人力物力的投入，并能可靠安全的運行，避免不必要的定期檢修，達到降低投資的目的。3.2 電氣主接線的設計原則（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)模變電所主接線設計應根據(jù)五到十年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行。應根據(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

36、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，且當一個電源失去后，應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)、

37、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(jù)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。3.3主接線的方案與分析主接線的基本形式有單母線接線、雙母線接線、橋式接線等多種。3.3.1單母線接線這種接線的優(yōu)點是接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置；缺點：不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關等）故障檢修，均需要使整個配電裝置停電，單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關

38、將故障的母線段分開后才能恢復非故障段的供電。適用范圍：適應于容量較小、對供電可靠性要求不高的場合，出線回路少的小型變配電所，一般供三級負荷，兩路電源進線的單母線可供二級負荷。圖 3-1 單母線不分段主接線3.3.2單母線分段主接線當出線回路數(shù)增多且有兩路電源進線時，可用斷路器將母線分段，成為單母線分段接線。母線分段后，可提高供電的可靠性和靈活性。在正常工作時，分段斷路器可接通也可斷開運行。兩路電源進線一用一備時，分段斷路器接同運行，此時，任一段母線出現(xiàn)故障，分段斷路器與故障段進線斷路器都會在繼電保護裝置作用下自動斷開，將故障段母線切除后，非故障段母線便可繼續(xù)工作，而當兩路電源同時工作互為備用時

39、，分段斷路器則斷開運行，此時若任一電源出現(xiàn)故障，電源進線斷路器自動斷開，分段斷路器可自動投入，保證給全部出線或重要負荷繼續(xù)供電。 圖 3-2 單母線分段主接線單母線分段接線保留了單母線接線的優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，如縮小了母線故障的影響范圍、分別從兩段母線上引出兩路出線可保證對一級負荷的供電等。3.4電氣主接線的確定 煤礦為了保證對一、二級的負荷進行可靠供電，在35KV變電站中經常采用的是雙回路電源受電和安裝兩臺主變壓器橋式接線（橋式分為：內橋、外橋和全橋）。位村礦變電所的35KV側受電是雙回路電源進線，主變壓器選擇了兩臺，所以在35KV側選擇橋式接線。 全橋接線適應性強，對線路、

40、變壓器的操作都方便，運行靈活，易于擴展成單母線分段式中間變電所。但是設備多、投資大、變電站占地面積大。 外橋接線對變壓器切換方便，比內橋少兩組隔離開關 ，繼電保護簡單，容易過渡到全橋或單母線分段的接線，投資少，占地面積小。但是倒換線路時候操作不便，變電站一側沒有線路保護。 內橋接線一次側可以設線路保護，倒換線路時候操作方便，設備投資與占地面積都比全橋少。但是操作變壓器和擴建成全橋或單母線分段不如外僑方便。 綜合考慮，對于本礦35KV側選用全橋接線。 在煤礦35KV變電站中，兩臺主變壓器都正常運行時候，采用并列運行，在兩臺主變中當一臺出現(xiàn)故障，另一臺必須可以保證一、二級負荷正常運行。另外對煤礦一

41、、二級負荷供電線路應采用雙回路或環(huán)式供電方式。要求有兩個或兩個以上的獨立電源。所以，在6KV側的主接線應采用斷路器分段的單母線接線方式，在斷路器的兩端裝設隔離開關。 總結的最佳運行方式是全分列運行：35KV電源線路、主變、6KV母線都應用分列運行。 第4章 短路電流的計算4.1短路電流及其計算4.1.1短路的種類在供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路種類有四種：三相回路、兩相回路、兩相接地短路和單相接地短路。三相短路是指供電系統(tǒng)中三相導體間的短路，用K(3)表示。兩相短路是指供電系統(tǒng)中任意兩導體間的短路，用K（2）表示。單相接地短路是指供電系統(tǒng)中任意一相導體經大地與中性點或中性線發(fā)生的短路，用K（1

42、）表示。兩相接地短路是指中性點直接接地系統(tǒng)中，任意兩相在不同地點發(fā)生單相接地而產生的短路，K（1，1）表示。 在供電系統(tǒng)中，出現(xiàn)單相短路故障的機率最大，但是由于三相短路所產生的短路電流最大， 危害最嚴重，因而短路電流計算的重點是三相短路電流的計算。4.1.2短路的原因產生短路故障的主要原因是電氣設備的載流部分絕緣損壞所致。絕緣損壞是由于絕緣老化、過電壓或機械損傷等原因造成的。其他如運行人員帶負荷拉、合隔離開關或者檢修后未拆除接地線就送點等誤操作而引起的短路。此外，鳥獸在裸露的導體上跨越以及風雪等自然現(xiàn)象也能引起短路。4.1.3短路的危害發(fā)生短路時候，因短路回路的總阻抗很小，所以短路電流可能達到

43、很大的數(shù)值。強大的短路電流所產生的熱和電動力效應會使電氣設備受到破壞，短路點的電弧可能燒毀電氣設備，短路點附近的電壓顯著降低，使供電受到嚴重影響或被迫中斷。如是發(fā)生在電廠附近的短路，還可能導致全電力系統(tǒng)運行解列，引起嚴重的后果。此外，接地短路故障所造成的零序電流會在鄰近的通信線路內產生感應電動勢，干擾通信，也會危及人身和設備的安全。4.1.4計算短路電流的目的 短路產生的后果很嚴重，為了限制短路的危害和縮小故障影響的范圍，在供電系統(tǒng)的設計和運行中，必須進行短路電流計算，以解決下列技術問題：1 選擇電氣設備和載流導體，必須用短路電流校驗其熱穩(wěn)定性和機械強度。2 設置和整定繼電保護裝置，使之能正確

44、地切除短路故障。3 確定限流措施，當短路電流過大造成設備選擇困難或不經濟時候，可以采取限制短路電流的措施。4 確定合理的主接線方案和主要運行方式等。 4.1.5計算短路電流5 計算方法采用標幺值法計算。進行計算的物理量，不是用具體單位的值，而是用其相對值表示，這種計算方法叫做標幺值法。標幺值的概念是：6 標幺值= 7 所謂基準值是衡量某個物理量的標準或尺度，用標幺值表示的物理量是沒有單位的。供電系統(tǒng)中的元件包括電源、輸電線路、變壓器、電抗器和用戶電力線路，為了求出電源至短路點電抗標幺值，需要逐一地求出這些元件的電抗標幺值。 8 選取短路計算點并繪制等效計算圖：9 一般選取各線路始、末端為短路計

45、算點，線路時段的最大三相短路電流常用來校驗電氣設備的動、熱穩(wěn)定性，并作為上一級繼電保護的整定參數(shù)之一，線路末端的最小兩相短路電流常用來校驗相關繼電保護的靈敏度。在接下來的計算中可選35KV母線、6KV母線和各6KV母線末端為短路計算點。10 由于35/6kV變電所正常運行方式分為全分列方式，故任意點的短路電流由系統(tǒng)電源通過本回路提供，且個短路點的最大、最小短路電流僅與系統(tǒng)的運行方式有關，所以可以畫出等效短路計算圖。如下圖示：S= X*sX*1 35kV k1 X*T16kV k12 X*2 X*3 X*4 X*5 X*6 X*7 X*8 X*9 X*10 k11(等于k12) C K2k3 k

46、4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 電 容 器 組 下 壓 提 機 抽 煤 瓦 全 后 井 風 升 修 風 矸 斯 礦 勤 電 機 機 廠 機 樓 檢 低 公 纜 鍋 測 壓 寓 爐 房 房 圖 4-1 等效短路電流計算圖1. 選擇各計算基準值： 選基準容量取 Sd=100MVA Ud1=37kV Ud2=6.3kV Ud3=0.4kV 則可以求出各級的基準電流為 Id1= =100/（x 37kV）=1.5605 kA Id2= =100/（x6.3kV）=9.1646 kA Id3= =100/（x0.4kV）=144.3367 kA 2. 計算各元件的標幺電抗 ： 3. 電源點抗：

47、 X*s.max = 0.22 X*s.min = 0.12 4. 變壓器電抗：5. 主變壓器電抗 X*T1 = Uk%Sd/SN.T1 =0.08x100/8 =16. 地面低壓變壓器電抗 X*T2 = Uk%Sd/SN.T2 =0.045x100/1.6=2.8 7. 線路電抗8. 35KV架空線路電抗 X*L=LXoSd/U2d1=3.8x0.4x100/372=3.8x0.02922=0.1119. 下井電纜線路電抗 X*2=0.5x0.08x100/6.32=0.5x0.20156=0.110. 壓風機饋電線路電抗X*3=0.2x0.4x100/6.32=0.2x1.0078=0.211. 提升機饋電線路電抗 X*4=0.2x0.20156=0.0412. 機修廠饋電線里電抗 X*5=0.4x0.20156=0.0813. 抽風機饋電線路電抗 X*6=0.5x1.0078=0.50414. 煤矸樓、鍋爐房饋電線路電抗 X*7=0.5x1.0078=0.50415. 瓦斯檢測房饋電線路電抗X*8=0.4x0.20156=0.0816.