煤礦35KV供電系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)設計（論文）說明書畢業(yè)設計（論文）說明書 設計（論文）題目：煤礦設計（論文）題目：煤礦35KV35KV供電系統(tǒng)設計供電系統(tǒng)設計 學學 校校 ： 函授教學站點：函授教學站點： 繼續(xù)教育學院 年年 級級 專專 業(yè)業(yè) ： 2012 姓姓 名名： 畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）任務書 論文題目： 要 求：(時間自 2014 年 3月26日至2014年5月20 日） 指導教師 ： 下達 時間： 2014年 3 月 26 日 摘 要 林南倉煤礦系 100 萬噸中型煤礦，地理位置優(yōu)越，歷史悠久。礦區(qū)部分設備都是 原來引進外國的。近年來，由于企業(yè)的發(fā)展迅速，目前的供電系統(tǒng)已經(jīng)不能保證安全、 可靠的

2、供電。本次設計是根據(jù)現(xiàn)有的供電系統(tǒng)以及地質(zhì)條件的特點，對某些設備以及 負荷分布進行改進，以滿足供電的可靠性和安全性。本次供電系統(tǒng)的設計內(nèi)容包括： 負荷計算、地面變電所設計、短路電流計算、井下變電所設計、地面高低壓設備選擇、 保護裝置、變電所防雷及接地等。本設計主供電系統(tǒng)由來自不同地方的兩路 35kV 線路 供電，經(jīng)主變壓器變?yōu)?6kV，由單母分段的接線方式向礦區(qū)供電。 本次設計煤礦 35kV 供電系統(tǒng)，包括井上供電系統(tǒng)部分和井下中央變電所部分。為 保證供電的安全性和可靠性，又考慮本煤礦 20 年的服務期限，從經(jīng)濟和技術兩個方面 對本礦進行整體設計，以達到滿足對本煤礦設計的合理性。 關鍵字： 3

3、5kV； 供電系統(tǒng)； 負荷計算；短路電流計算；設備選擇 Abstract Lin Nancang coal minetons of medium-sized coal mines, the geographical position is superior, has a long history. Mining equipment is the original part of the introduction of foreign. In recent years, because of the rapid development, the current supply system has

4、 been unable to ensure safe, reliable power supply. The design is based on the existing power supply system and the characteristics of geological conditions, some equipment and load distribution are improved, in order to satisfy the power supply reliability and security. The power supply system desi

5、gn content includes: load calculation, ground substation design, short-circuit current calculation, underground substation design, ground high voltage equipment selection, protection, substation lightning protection and grounding. The design of main power supply system consists of anywhere from two

6、35kV line power supply, the transformer into 6kV, consisting of a single bus section connection to the mining area power supply. The design of35kV power supply system in coal mine power supply system, including Inoue and underground central substation part. In order to ensure the safety and reliabil

7、ity of power supply, and consideration of the coal mine for 20 years of service, from two aspects of economy and technology in the mine to carry out overall design, to meet the coal mine design. Key words:35kV; power supply system; load calculation; calculation of short circuit current; equipment se

8、lection 目錄 1 概述.1 1.1 礦區(qū)概況.1 1.2 礦區(qū)原始信息.1 1.3 全礦負荷統(tǒng)計.2 2 負荷計算.3 2.1 負荷等級級與負荷曲線.3 2.1.1 供電負荷分級.3 2.1.2 負荷曲線.3 2.2 礦井用電負荷計算.4 2.2.1 設備容量的確定.4 2.2.2 本礦負荷計算.4 2.2.4 初選主變壓器.6 2.3 功率因數(shù)補償與電容器柜的選擇.6 2.3.1 提高功率因數(shù)補償?shù)囊饬x.6 2.3.2 提高功率因數(shù)的方法.6 2.3.3 電容器補償具體計算.7 3 主變壓器選擇與主接線方案的確定.9 3.1 主變壓器的選擇.9 3.1.1 主變壓器的確定原則.9 3

9、.1.2 主變壓器選型.9 3.1.3 井下電纜回數(shù).10 3.2 主接線方式的確定.10 3.2.1 供電系統(tǒng)接線方式的要求.10 3.2.2 35kV 側(cè)接線方式選擇.10 3.2.3 6kV 側(cè)接線方式選擇.11 4 短路計算.14 4.1 短路電流常識與計算方法.14 4.1.1 短路的原因.14 4.1.2 短路的危害.14 4.1.3 計算短路電流的目的.14 4.1.4 標幺值法計算短路電流.14 4.2 短路電流計算.16 4.2.1 選取短路計算點并繪制等效電路圖.16 4.2.2 選擇計算各基準值.17 4.2.3 計算各元件的標幺電抗.18 4.2.4 計算各短路點的短路

10、參數(shù).18 5 設備選擇.21 5.1 電氣設備選擇的一般原則.21 5.1.1 按工作電壓選擇.21 5.1.2 按工作電流選擇.21 5.1.3 按環(huán)境類型選擇.21 5.1.4 按斷路容量選擇.21 5.2 電氣設備的短路校驗.22 5.2.1 短路動、熱穩(wěn)定性校驗原則.22 5.2.2 熱穩(wěn)定校驗.22 5.2.3 動穩(wěn)定性校驗.22 5.3 設備選擇與校驗.23 5.3.1 架空線、母線的選擇.23 5.3.2 斷路器的選擇 .25 5.3.3 高壓隔離開關的選擇 .27 5.3.4 限流電抗器的選擇.28 5.3.5 電壓互感器、熔斷器的選擇 .31 5.3.6 電流互感器的選擇

11、.31 5.3.7 避雷器選擇 .32 5.3.8 母線絕緣子及穿墻套管.32 5.3.9 6kV 側(cè)各出線電纜的選擇.33 5.3.10 高壓開關柜選擇.36 6 井下中央變電所設計.38 6.1 井下情況及負荷統(tǒng)計.38 6.2 井下負荷計算.38 6.2.1 中央變電所高壓側(cè)的設計.38 6.2.2 中央變電所低壓側(cè)的設計.38 6.2.4 需用系數(shù)法統(tǒng)計負荷.39 6.3 中央變電所變壓器的選擇與損耗計算.40 6.4 主接線圖以及變電所位置選擇.41 6.5 井下中央變電所短路電流計算.41 6.6 井下中央變電所設備選擇.44 6.6.1 高壓配電箱的選擇及校驗.44 6.6.2

12、高壓電纜的選擇及校驗.45 7 配電裝置.46 7.1 關于配電裝置 .46 7.2 本礦變電所各電壓等級配電裝置 .46 7.2.1 35KV 配電裝置 .46 7.2.2 6kV 配電裝置.47 8 防雷保護及接地.48 8.1 變電所的防雷.48 8.1.1 變電所的防雷設計原則.48 8.1.2 防雷設計基本知識.48 8.2 防雷保護裝置.48 8.3 防雷設計.49 8.3.1 35kV 進線段保護.49 8.3.2 避雷針的設計 .49 8.4 變電所的保護接地.50 8.4.1 保護接地的基本原理.50 8.4.2 變電所的接地網(wǎng).50 結(jié)論.52 致 謝.53 參考文獻.54

13、 1 概述 1.1 礦區(qū)概況 林南倉礦位于河北省，屬于開灤集團控股。主營：原煤開采、洗煤、加工普通機 械零配件等。其設計生產(chǎn)能力為 100 萬噸。今年 4 月份又新建一座洗煤廠，年洗煤量 可達 400 萬噸。 礦內(nèi)變配電所占地約 2000 平方米，兩條進線分別到所內(nèi)室外兩個 35/6kV 主變壓 器，平常起用一臺主變，地下水豐富的夏季一般開兩臺主變，室外部四腳分別設置四 個避雷器。采用單母分段的主接線形式，主母線分為兩段，母線間以斷路器隔開。 該礦礦現(xiàn)有的很多供電設備是解放前引進外國的，雖然在當時是比較的先進的， 但是隨著企業(yè)的飛速發(fā)展，已不能滿足現(xiàn)在的供電系統(tǒng)的要求。整個供電系統(tǒng)存在著 許多

14、隱患。設備古老，線路老化，負荷分布不合理，這些都對供電系統(tǒng)的安全造成很 大影響。如何保證整個供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，是本次設計的主要內(nèi)容。 1.2 礦區(qū)原始信息 礦井年產(chǎn)量：100 萬 t； 服務年限：20 年； 立井深度：0.3km； 礦區(qū)凍土帶厚度為 0.35m，一般黑土； 兩回 35kV 架空電源線路長度：； 12 7.5kmLL 兩回上級 35kV 電源出線斷路器過流保護動作時間：； 12 = =2.5tts 本所 35kV 電源母線最大運行方式下的系統(tǒng)電抗: ( d S=100MVA); min=0.17s X 本所 35kV 電源母線最小行方式下的系統(tǒng)電抗: ( d S=100M

15、VA); max=0.25s X 井下 6kV 母線上允許短路容量: al S =100MVA； 電費收取辦法：兩部電價制，固定部分按最高負荷收費； 本所 6kV 母線上補償后平均功率因數(shù)要求值9 . 0cos . 6 a ； 地區(qū)日最高氣溫：； max=40 C 最熱月室外最高氣溫月平均值：C om 32 . ； 最熱月室內(nèi)最高氣溫月平均值：C im 30 . ； 最熱月土壤最高氣溫月平均值：C sm 27 . 。 1.3 全礦負荷統(tǒng)計 表 1-1 全礦用電負荷統(tǒng)計表 用電設備名稱電壓(V) 容量 (kW) 需用系 數(shù) Kd 功率 因數(shù) cos 裝配/使 用臺數(shù) 總?cè)萘?（kW） 線路類 型

16、 距 35Kv 變電所 距離 （km） 負荷 等級 1、地面高壓 主井提升機600020000.850.91/12000C0.51 副井提升機600015000.850.81/11500C0.41 壓風機600010000.80.91/11000C0.51 風井通風機60009000.750.854/21800K2.51 風井壓風機60006000.90.94/21200C2.01 2、地面低壓 鍋爐房3807900.70.7790K0.32 修配廠3808600.70.65860C0.43 選煤廠38033300.70.83330K0.52 水處理設施3802100.80.8210K0.72

17、 工房3807500.80.8750K1.53 地面其它低壓設備3806600.750.75660K0.21 3、井下高壓 排水泵60007500.90.954/46000C0.81 4、井下低壓 A 采區(qū)9660.70.75966K2 B 采區(qū)9380.70.75938K2 C 采區(qū)16000.750.751600K2 井底車場8500.80.75850K2 2 負荷計算 2.1 負荷等級級與負荷曲線 2.1.1 供電負荷分級 一般來說，按其供電可靠性及中斷供電造成的損失或影響程度，分為以下三級： 一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡和重大損失的企業(yè) 二級負荷：中斷供電將造成較大損失、主要設備損

18、壞、造成減產(chǎn)的企業(yè)。 三級負荷：一般電力負荷，所有不屬于上述一、二級負荷者。 一級負荷屬重要負荷，如中斷供電將造成十分嚴重的后果，因此要求應由兩個電 源供電，嚴禁將其他負荷接入應急供電系統(tǒng)。 2.1.2 負荷曲線 max P max T 4012 年負荷曲線 圖 2-1 年最大負荷和最大負荷利用小時 數(shù) 年最大負荷：就是全年中負荷最大的工作班內(nèi)（這一工作班的最大負荷不是偶然 出現(xiàn)的而是全年至少出現(xiàn) 2-3 次）消耗電能最大的半小時平均功率。并分別用符號 max P、 max Q、 max S表示年有功最大負荷、年無功最大負荷和年視在功率最大負荷。 年最大負荷小時是一個假想的時間，在此時間內(nèi)，電

19、力負荷按年最大負荷 max P持 續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際消耗電能，用 max T表示，如圖 2-2 所示，年最大NP負荷 max P延伸到 max T的橫線與兩坐標軸所包圍的矩形面積，恰好等 于年負荷曲線與兩坐標軸所包圍的面積，既全年實際消耗的電能 p A 。因此年最大負荷 利用小時： )(/ maxmax hPAT p （2-1） 式中 p A 全年消耗的有功電能，kWh。 而一般計算礦用最大負荷利用小時可以用公式近似計算： 5 max 1504 WT （2-2） 2.2 礦井用電負荷計算 2.2.1 設備容量的確定 用電設備銘牌上標出的功率（或稱容量）稱為用電設備的

20、額定功率 N P ，該功率是 指用電設備額定的輸出功率。由于各用電設備并不是同時工作，而需將不同工作制的 用電設備額定功率換算成統(tǒng)一規(guī)定的工作制條件下的功率，稱之為用電設備功率 N P。 2.2.1.1 用電設備的分類 （1）長期連續(xù)工作制：設備長期連續(xù)運行，負荷穩(wěn)定。對這種用電設備有 NN PP （2-3） （2）短時工作制：設備工作時間很短，停歇時間長。這類設備同樣有 NN PP （2-4） （3） 短時連續(xù)工作制：設備周期性地時而工作，時而停歇。工作周期不超過 10min。 2.2.1.2 用電設備組計算負荷的確定 用電設備組是由工藝性質(zhì)相同、需用系數(shù)相近的一些設備合并成的一組用電設備。

21、 其計算公式為： N dca PKP kW （2- 6） tan N ca PQkvar （2-7） 22 cacaca QPS kVA （2-8） )3( Ncaca USIA （2-9） 式中， ca P 、 ca Q 、 ca S 該用電設備組的有功、無功、視在功率計算負荷； N P 該用電設備組的設備總額定容量，kW n U 額定電壓，Vtan功率因數(shù)角的 正切值 ca I該用電設備組的計算負荷電流，A d K 需用系數(shù) 2.2.2 本礦負荷計算 根據(jù)負荷統(tǒng)計表及負荷計算公式計算負荷，具體計算方法如下： 主井提升機： kWPKP Ndca 1700200085 . 0 111 cos

22、=0.9tan =0.48 11 Q=tan=823var caca Pk 22 111 =+=1888 cacaca SPQkVA 由公式可得各負荷的有功、無功、視在功率計算負荷。 表 2-1 其他設備的計算負荷 設備名稱 )(kWPcavar)(kQca)(kVASca 主井提升機 副井提升機 壓風機 風井通風機 風井壓風機 鍋爐房 修配廠 選煤廠 1700 1275 800 1350 1080 552 602 2331 823 956 384 837 523 563 614 1748 1888 1594 910 1376 1200 788 860 2914 水處理設施168126210

23、工房600450750 地面其他低壓設備495436660 排水泵540017755684 A 采區(qū)676595901 B 采區(qū)657578875 C 采區(qū)120010561598 井底車場595524793 由以上數(shù)據(jù)可以計算出補償前全礦總有功、無功負荷以及低壓負荷的有功、無功、 視在功率： =19481 ca PkW =12537var ca Qk =7876 ca PkW=6690var ca Qk 22 =+=10334 cacaca SPQkVA 全礦低壓負荷的變壓器損耗，按近似公式計算，如下： 0.015=0.015 10334=155 Tca PSkW 0.06=0.06 103

24、34=620var Tca QSk 2.2.4 初選主變壓器 計算可得 6Kv 母線上補償前的總負荷。 由補償前全礦總有功、無功負荷加上全礦低壓負荷變壓器上的損耗的有功和無功 可得出高壓側(cè)負荷，因為計算負荷大于 10000Kw，所以取，變電所母線補=0.8 si K 償前的總負荷為： 6= +0.819481+15515709 casicaT PKPPkW 6= +0.812537+62010525var casicaT QKQQk 2222 666 +15709 +1052518909 cacaca SPQkVA 則補償前的功率因數(shù) 666 cos=/=0.83 caca PS 根據(jù)選出兩臺

25、主變壓器，型號為 6 18909 ca SkVA 我們知道，全礦負荷中一級二級負荷占大部分，故 7 SF 而采用兩臺主變壓器分列同時運行的方式，當一臺出現(xiàn)故障時，另一臺能保證重要負 荷正常工作運行，進而保證安全性。 2.3 功率因數(shù)補償與電容器柜的選擇 2.3.1 提高功率因數(shù)補償?shù)囊饬x 提高用戶的功率因數(shù)有如下意義: (1)提高電力系統(tǒng)的供電能力 (2）降低網(wǎng)絡中的功率損耗 (3）減少網(wǎng)絡中的電壓損失，提高供電質(zhì)量 (4）降低電能成本 2.3.2 提高功率因數(shù)的方法 (1）提高用電設備本身的功率因數(shù)。 在生產(chǎn)中，盡量采用鼠籠式異步發(fā)電機，避免電動機與變壓器的轉(zhuǎn)載運行；對不 需調(diào)速的大型設備，

26、盡量采用同步機，采用高壓電動機等。在本設計中，扇風機和壓 風機就采用了同步電動機，它對該礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)具有一定的補償作用。 (2）采用人工補償提高功率因數(shù) 人工補償提高功率因數(shù)的做法是采用供應無功功率的設備來就地補償用電設備所 需要的無功功率，以減少線路中的無功輸送。 人工補償一般采用并聯(lián)電力電容器，利用電容器產(chǎn)生的無功功率與電感負載產(chǎn)生 無功功率進行交換，從而減少了負載向電網(wǎng)吸取無功功率。 2.3.3 電容器補償具體計算 以上我們知道了功率因數(shù)補償?shù)姆椒ǎ旅嬗嬎愠鲂枰a償?shù)娜萘俊?首先，計算無補償前主變壓器的最大功率損耗。無功損耗與負荷率成正比，所以 一臺使用時出現(xiàn)最大功率損耗，求出

27、此時功率因數(shù)提高到 0.9 時所需要的補償量，同 時作為 6kV 母線上應補償?shù)闹?。根?jù)需要補償?shù)娜萘窟x電容器柜的數(shù)量。重算變壓器 損耗以及校驗 35kV 側(cè)的功率因數(shù)是否達到要求。功率因數(shù)一般要求在 0.9 以上。 2.3.3.1 計算需要補償容量 (1）補償前主變壓器損耗計算（一臺運行，一臺停運） 在初選出的主變壓器參數(shù)表中查得以下計算所需參數(shù) 負荷率： 6. =/18909/200000.93 caN T SS 22 0+ 22.5+0.9393103 kW TK PPP 2 .0 %/100+%/100 TN TK QSIU 2 =200000.007+0.08 0.93=1520va

28、rk (2）補償前 35kV 側(cè)負荷與功率因數(shù) .35.6 =+=15709+103=15812 caca PPPkW .35.6+ =10525+1520=12045var cacaT QQQk 22 .35.35.35 =+=19877 cacaca SPQkVA 35.35.35 cos=/=0.795 caca PS 35 tan=0.763 (3）由計算結(jié)果選電容柜和實際補償量。假如補償后功率因數(shù)，那么 35 cos=0.9 ，平均負荷系數(shù)取，所以總?cè)萘浚?35 tan=0.484=0.8 lo K .353535 tan-tan Cloca QK P 0.8 15812 0.763

29、-0.4843529vark 在 6Kv 電壓側(cè)我們選用每柜的電容柜，可得需要的電容柜數(shù)為：=270 var c qk ，故而需要電容器柜數(shù)14=/=3529/270=13. 1 Cc N Q q= f N 補償容量：（） .ca. =/=3780/0.8=4725var CC flo QQKk . =3780var C ffc QN qk 2.3.3.2 補償過后校驗功率因數(shù) (1）補償過后的 6Kv 側(cè)計算負荷和功率因數(shù) .6.6.ca =-=10525-4725=5800var cacaC QQQk 由于補償前后有功負荷不變，所以可以得出： 2222 .6.6.6 S+ = 15709

30、+5800 =16746 cacaca PQ 6.6.6 cos =/S=15709/16746=0.938 caca P (2）主變壓器在補償后最大損耗計算（一臺運行，一臺停運） 6. = /16746/200000.837 caN T SS 22 0 + 22.5+0.8379388 kW TK PPP 2 .0 %/100+%/100 TN TK QSIU 2 =200000.007+0.08 0.837=1260vark (3）補償后 35kV 側(cè)的計算負荷與功率因數(shù)校驗 .35.6 =+ =15709+88=15812 cacaT PPPkW .35.6 + =5800+1260=7

31、060var cacaT QQQk 2222 .35.35.35 =+= 15709 +706017223 cacaca SPQkVA 35.35.35 cos = /S15709/172230.9120.9 caca P 通過以上計算校驗，滿足要求，由此得出：需要 14 個每柜的電容柜。=270 var c qk 3 主變壓器選擇與主接線方案的確定 3.1 主變壓器的選擇 3.1.1 主變壓器的確定原則 一方面從容量考慮： （1）主變壓器容量一般按變電站建成后 510 年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到 更遠期的負荷發(fā)展。對于城郊要考慮主變壓器容量與城市規(guī)劃相結(jié)合。 （2）根據(jù)變電站所帶負荷的性

32、質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。對于有重要 負荷的變電站，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在其過負荷能力后的 允許時間內(nèi)，應保證用戶的一級和二級負荷。 一方面從臺數(shù)考慮： （1） 對大城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站 以裝設兩臺主變壓器為宜。 （2） 如企業(yè)的一、二級負荷較多，必須裝設兩臺變壓器，兩臺互為備用。 （3）特殊情況下可裝設兩臺以上變壓器。 3.1.2 主變壓器選型 為了保證煤礦供電，并根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定主變壓器應選用一主一備，在 一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺變壓器必須保證煤礦的安全生產(chǎn)用電的原則。 根據(jù)煤礦電工手冊取事故負荷保證系數(shù)8

33、5 . 0 sb K 則每臺變壓器為： )85 35. kVASKS casbTN 表 3-1 7 SF-20000,35/6.3kV 變壓器的主要參數(shù) 型號 高壓 （kV） 低壓 （kV ） 聯(lián)結(jié)方式 阻抗電 壓(%) 空載電 流(%) 空載損 耗 （kW） 短路損 耗 （kW） 重量 （t） 7 SF-20000356.3 Ynd11 (Y0/-11) 8.00.722.59331.3 根據(jù)礦井一、二級負荷占得比重較大，可初選兩臺主變壓器，考慮到礦井的深入， 負荷的不斷增加，選用型號kV 電力變壓器，作為主變壓器。3 . 6/35,00002 7 SF 3.1.3

34、 井下電纜回數(shù) 下井電纜根數(shù)可按下式來確定： n C 22 (1.02)(1.08) 1 360 6.3 3 pdpd n PPQQ C 式中，、分別為井下主排水泵計算有功，無功負荷，井下低壓總的 p P p Q d P d Q 計算有功，無功負荷“360-150mm”下井電纜經(jīng)最高 45修正后的安全載流量 規(guī)程規(guī)定所必須的備用電纜。 計算可得 22 (5400 1.02 3128)(1775 1.08 2753) 1=3.5 360 6.3 3 n C 因井下電纜應為偶數(shù)，故下井電纜根數(shù)應為 4 根。 修配廠、工房、鍋爐房選用型三相油浸自冷式銅線電力變壓器各 9 800,6/0.4SkV 一

35、臺；地面低壓、水處理設施選用型銅線電力變壓器；洗煤廠選用兩kVS4 . 0/ 6 , 800 9 臺型銅線電力變壓器。 9 1600,6/0.4SkV 3.2 主接線方式的確定 3.2.1 供電系統(tǒng)接線方式的要求 供電系統(tǒng)接線方式應滿足：安全可靠、操作方便、運行靈活、經(jīng)濟合理、便于發(fā) 展等要求。 3.2.2 35kV 側(cè)接線方式選擇 3.2.2.1 單元接線 發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機-變壓器組，稱為單元接線。它 具有接線簡單，開關設備少，操作簡便，以及因不設發(fā)電機電壓級母線，使得在發(fā)電 機和變壓器低壓側(cè)短路時，短路電流相對而言于具有母線時，有所減小等特點；這種 單元接線，避

36、免了由于額定電流或短路電流過大，使得選擇出口斷路器時，受到制造 條件或價格甚高等原因造成的困難。 3.2.2.2 橋形接線 為了保證對一二級負荷進行可靠供電，在企業(yè)變電所中廣泛采用由兩回電源線路 受電荷裝設兩臺變壓器的橋式主接線。橋式接分為外橋、內(nèi)橋和全橋三種。 （1）外橋接線 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)少、四個回路只需三臺斷路器。 缺點：線路的切除和投入較復雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停 運；橋聯(lián)絡斷路器檢修時，兩個回路需解列運行；變壓器側(cè)的斷路器檢修時，變壓器 需較長時間停運。 適用范圍：適用于較小容量的變電所，并且變壓器的切換較頻繁或線路較短、 故障率較少的情況。 （2）內(nèi)橋接線 優(yōu)

37、點：高壓斷路器數(shù)少，四個回路只需三臺斷路器。 缺點：變壓器的切除和投入較復雜，需兩臺斷路器動作，影響一回線路的暫時 停運；橋聯(lián)絡斷路器檢修時，兩個回路需解列運行；出線斷路器檢修時，線路需校長 時間停運。 適用范圍：適用于較小容量的變電所，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長、故 障率較高的情況。 （3）全橋接線 圖 3-1 全橋接線 全橋接線如圖所示。線路與變壓器均設有斷路器。全橋適應能力強，對線路、變 壓器的操作均方便，運行靈活，且易于擴展成單母線分段式的中間變電所。其缺點是 設備多、投資大，變電所占地面積較大。 變電站所主變?nèi)萘枯^大，煤礦對供電可靠性運行的靈活性，操作方便等要求嚴格， 結(jié)合以上分

38、析，決定采用全橋接線作為本變電所的主接線方式。 3.2.3 6kV 側(cè)接線方式選擇 3.2.3.1 單母線接線 （1） 優(yōu)點：接線簡單清晰，操作方便，設備少，配電裝置的建造費用低。隔離 開關僅在檢修時作隔離電壓用，不作任何其他操作，便于擴建和采用成套配電裝置。 （2） 缺點：不夠靈活可靠，任一元件故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。 引出線回路的斷路器檢修時，該回路要停止供電。 （3） 適用范圍：由于單母線接線工作可靠性和靈活性都較差，故這種接線主要 用于小容量特別是只有一個電源的變電所中。 3.2.3.2 單母線分段式接線 （1） 優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要一、二級用戶可以從不同段

39、上引出 兩個回路，有兩個電源供電。當一段進線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除， 保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。 （2） 缺點：當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在 此期間內(nèi)停電。 （3） 適用范圍：由于單母線分段接線比單母線接線的供電可靠性相靈活性有所 提高，所以在 6.3kV 以下的變電所中較廣泛使用這種接線方式。 圖 3-2 單母線分段式接線圖 3.2.3.3 雙母線接線 雙母接線中有兩組母線，每一電源或每條引出線，通過一臺或兩臺斷路器，分別 接到兩組母線上。 （1）優(yōu)點：供電可靠、調(diào)度靈活、擴建方便。 （2）缺點：增加一組母線，每回路就要增加一組

40、母線隔離開關。當母線故障或檢 修時，隔離開關作為倒換操作電器，開關誤操作，需要在隔離開關和斷路器之間裝設 連鎖裝置。 （3）適用范圍： 當出線回路數(shù)或母線上電源較多，輸送和穿越功率較大，母線故障后要求迅速恢 復供電,采用雙母線接線較合適。 綜上所述，考慮到經(jīng)濟性和滿足礦井供電的要求，6kV 側(cè)用單母分段式接線方式。 變電所的主接線簡圖可以表示為： 圖 3-3 變電所主接線簡圖 4 短路計算 4.1 短路電流常識與計算方法 4.1.1 短路的原因 產(chǎn)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。絕緣損壞時由于 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

41、者檢修后未拆除接地線就送電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。 4.1.2 短路的危害 發(fā)生短路時，因短路回路的總阻抗非常小，故短路電流可能達到很大的數(shù)值。強 大的短路電流所產(chǎn)生的熱和電動力效應會使電氣設備受到破壞，使供電受到嚴重影響 或被迫中斷，甚至引起人員傷亡等重大事故。 4.1.3 計算短路電流的目的 （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，使之能正確地切除短路故障。 （3）確定限流措施。 （4）確定合理的主接線方案和主要運行方式等。 4.1.4 標幺值法計算短路電流 在有多個電

42、壓等級的供電系統(tǒng)中，計算短路電流時，若采用有名制法計算，要將 所有元件的阻抗都歸算到相同電壓下才能求出短路回路的總阻抗，從而計算出短路電 流，計算過程繁瑣、易出錯，而采用標幺值法則可簡化計算。 4.1.4.1 標幺制 用相對值表示元件的物理量，稱為標幺制。標幺值是指物理量的有名值與基準值 的比值，即 標幺值=物理量的有名值/物理量的基準值 例如容量、電壓、電流、阻抗（電抗）標幺值分別為： d d S S S ， d d U U U ， d d I I I d d X X X （4-1） 基準容量（ d S）、基準電壓( d U )、基準電流( d I)和基準阻抗（ d X ）亦符合功率 方程

43、ddd IUS3和電壓方程 kdd XIU3。因此，4 個基準值中只有兩個是獨立的， 通常選定基準容量和基準電壓為給定值，再按計算式求出基準電流和基準電抗，即 d d d U S I 3 d d d S U X 2 （4-2） 4.1.4.2 各元件的標幺電抗計算 取 avd UU， d S為基準容量 (1)線路標幺電抗。若線路長度為)(kml、單位長度的電抗為)/( 0 kmx，則線路電 抗lxXl 0 。線路的標幺電抗為 2 0 av d d l l U S lx X X X 即 2 0 av d l U S lxX （4-3） (2)變壓器電抗標幺值。若變壓器的額定容量為 NT S .

44、和阻抗電壓百分數(shù)為% k U，則 忽略變壓器繞組電阻 R 的電抗標幺值為 NT dk d d NT avk d T T S SU S U S UU X X X . 2 . 2 100 % / ) 100 % ( 即 NT dk T S SU X . 100 % （4-4） (3)系統(tǒng)的標幺電抗。供電部門提供供電系統(tǒng)的電抗參數(shù)或相應的條件，應計及供 電系統(tǒng)電源的電抗，并看作無限大容量電源系統(tǒng)，這樣計算的短路電流更為精確。 若已知供電系統(tǒng)的系統(tǒng)電抗有名值 s X ,則系統(tǒng)標幺電抗為: 2 av d ss U S XX （4-5） 若已知供電系統(tǒng)出口處的短路容量 k S,則系統(tǒng)的電抗有名值為: k

45、av k S U X 2 （4-6） 進而求得系統(tǒng)標幺電抗為: 2 2 2 d d k d d d kk U S S U U S XX 即 k d k S S X （4-7） （4）短路沖擊電流 在高壓供電系統(tǒng)中為： ksh Ii55 . 2 （4-8） ksh II52 . 1 （4-9） 式中 k I三相短路電流周期分量的有效值 4.2 短路電流計算 本礦井上變電所 35kV 采用全橋接線，6kV 采用單母分段接線；主變壓器型號為 型， K U(%)=8.0；地面低壓變壓器型號為800 9 S,6/0.4 型， 7 20000,35/6.3SF 5 . 4% K U；35kV 電源進線為雙

46、回路架空線路，線路長度為 8km；系統(tǒng)電抗在最大運 行方式下，在最小運行方式下。地面變電所 6kV 母線上的線路 .min=0.17s X .max=0.25s X 類型及線路長度見表格。 表 4-1 地面變電所 6kV 母線上的線路類型及線路長度 序號設備名稱電壓（kV） 距 6kV 母線距離 （km） 線路類型 1主井提升60.5C 2副井提升60.4C 3風井通風機62.5K 4壓風機60.5C 5風井壓風機62.0C 6地面其他低壓0.40.2C 7鍋爐房0.40.3K 8修配廠0.40.4C 9洗煤廠0.40.5K 10工房0.41.5K 11水處理設施0.40.7K 12井下 6k

47、V 母線60.8C 4.2.1 選取短路計算點并繪制等效電路圖 通常來說，選取各線路始、末端作為短路計算點，線路始端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繼電保護的靈敏度。 可畫出等效短路計算圖。 1 X S X 3 X 4 X 2 X 1T X k66 35kV 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10 X 11 X 12 X 13 X C S 2T X 14 X k14k3k4k5k6 k7 k8k9k10k11k12k13 k35 6kV k25k66同 壓 風 機 工 房 機 修 廠 地 面

48、低 壓 風 井 壓 風 機 水 處 理 設 施 鍋 爐 房 副 井 提 升 風 井 通 風 機 電 容 器 組 下 井 電 纜 主 井 提 升 洗 煤 廠 圖 4-1 等效短路計算圖 4.2.2 選擇計算各基準值 取基準容量MVASd100,基準電壓,則可求kVUd37 1 kVUd3 . 6 2 kVUd4 . 0 3 得各級基準電流為： )(5605 . 1 373 100 3 1 1 kA U S I d d d )(1646 . 9 3 . 63 100 3 2 2 kA U S I d d d )(3376.144 4 . 03 100 3 3 3 kA U S I d d d 4.

49、2.3 計算各元件的標幺電抗 （1）電源的電抗 .min=0.17s X .max=0.25s X=100) d SMVA(其中， （2）變壓器電抗 主變壓器電抗： * 1 . 1 100 %0.080.4 20 d Tk N T S XU S 地面低壓變壓器電抗： * 2 . 2 100 %0.045=5.625 0.8 d Tk N T S XU S （3）線路阻抗 35kV 架空線路電抗： * 10 22 1 100 =7.5 0.4=0.219 37 d d S XlX U 主井提升饋電線路電抗： * 2 2 100 =0.5 0.08=0.5 0.20156=0.1008 6.3 X

50、 副井提升饋電線路電抗： * 3=0.4 0.20156=0.0806 X 壓風機饋電線路電抗： * 4=0.6 0.20156=0.121 X 風井通風機饋電線路電抗： * 5 2 100 =2.5 0.4=2.5 1.0078=2.52 6.3 X 風井壓風機饋電線路電抗： * 6=2.0 0.20156=0.403 X 地面低壓饋電線路電抗： * 7=0.2 0.20156=0.0403 X 洗煤廠饋電線路電抗： * 8=0.5 1.0078=0.5039 X 水處理設備饋電線路電抗： * 9=0.7 1.0078=0.7055 X 鍋爐房饋電線路電抗： * 10=0.3 1.0078=

51、0.3023 X 機修廠饋電線路電抗： * 11=0.4 0.20156=0.0806 X 工房饋電線路電抗： * 12=1.5 1.0078=1.512 X 下井電纜線路電抗： * 13=0.8 0.20156=0.1612 X 4.2.4 計算各短路點的短路參數(shù) （1）k35 點短路電流計算 最大運行方式下的三相短路電流: 35.min1 0.170.2190.389 ms XXX 35. 35. 11 2.571 0.389 m m I X 次暫態(tài)電流周期分量: 3 35.35.1 2.571 1.56054.01 kA mmd III 短路電流沖擊值、全電流最大有效值以及次暫態(tài)三相短路

52、容量分別為： 3 .3535. 2.552.55 4.0110.23 kA shm iI 3 .3535. 1.521.52 4.016.1 kA shm II 3535. 2.571 100257.1 MVA md SIS 最小運行方式下的兩相短路電流 35.max1 0.250.2190.469 ns XXX 35. 35. 11 2.132 0.469 n n I X 3 35.35.1 2.132 1.56053.33 kA nnd III 23 35.35. 0.8660.866 3.332.88 kA nn II （2）k66 點短路電流計算 最大運行方式下的三相短路電流 66.3

53、5.1 0.3890.40.789 mmT XXX 66. 66. 11 1.2674 0.789 m m I X 次暫態(tài)電流周期分量: 3 66.66.2 1.2674 9.164611.65 kA mmd III 短路電流沖擊值、全電流最大有效值以及次暫態(tài)三相短路容量分別為： 3 .6666. 2.552.55 11.6529.71 kA shm iI 3 .6666. 1.521.52 11.6517.71 kA shm II 6666. 1.2674 100126.74 MVA md SIS 最小運行方式下的兩相短路電流 66.35.1 0.4690.40.869 nnT XXX 66

54、. 66. 11 1.151 0.869 n n I X 3 66.66.2 1.151 9.164610.55 kA nnd III 23 66.66. 0.8660.866 10.559.14 kA nn II （3）井下母線短路容量計算（k14 點） 井下 6kV 母線距井上 35kV 變電所的最小距離是：副井距 35kV 變電所距離+井深+ 距井下中央變電所的距離，即，其電抗標幺值為：0.40.30.10.8 kml 0 22 2 100 0.8 0.080.161 6.3 d l d S Xl X U 最大運行方式下井下母線短路的標幺電抗為： * .min11 0.170.2190.

55、40.1610.95 sTl XXXXX 井下母線最大短路容量為： 2 11 100105.26 MVA 0.95 kd SS X 可得，各短路點的短路電流計算結(jié)果如表所示 表 4-2 短路電流計算結(jié)果 短路點最大運行方式下短路參數(shù) 最小運行方式下短路參 數(shù) )( )3( kAIk)( )3( kAish)( )3( kAIsh)( )3( MVASk)( )3( kAIk)( )2( kAIk k354.0110.236.1257.13.332.88 k6611.6529.7117.71126.7410.559.14 k2511.6529.7117.71126.7410.559.14 k31

56、0.326.2715.66112.49.458.18 k410.5426.8716.021159.658.36 k510.0726.6815.31109.99.268.02 k62.777.064.230.22.72.4 k77.6919.611.6983.97.26.24 k81.423.622.1615.51.41.21 k97.0818.0510.7677.36.685.78 k106.1315.649.3266.95.825.04 k118.421.4112.7691.67.826.78 k1210.5426.8716.021159.658.36 k133.9910.176.0643.

57、53.853.33 k149.6524.614.7105.268.97.71 5 設備選擇 5.1 電氣設備選擇的一般原則 變電所用的高壓設備一般有斷路器、限流電抗器、隔離開關、電流互感器、電壓 互感器、熔斷器等，它們各有特點，根據(jù)安裝地點的環(huán)境不同，電器分室內(nèi)型和室外 型，在選擇電氣設備的時候，應注意安全可靠和留有適當發(fā)展裕度，盡管電力系統(tǒng)中 各種電氣設備的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不盡相同。 5.1.1 按工作電壓選擇 高壓電器的額定電壓是指電器銘牌上標明的相間電壓(線電壓)。高壓電氣設備最 高允許運行的電壓為（1.11.15）% N U，電網(wǎng)最高允許運行的電壓為 1.1% N

58、S U，因此 電氣設備的額定電壓 N U應不小于裝設處電網(wǎng)的額定電壓 NS U，即 NSN UU （5-1） 5.1.2 按工作電流選擇 電器設備的額定電流是指規(guī)定環(huán)境溫度為C 40時，長期允許通過的最大電流。 如果電器周圍環(huán)境溫度與額定環(huán)境溫度不符時，應對額定電流值進行修正。當高于 C 40時，每增高C1，額定電流減少 1.8%，當?shù)陀贑 40時，每降低C1，額定電 流增加 0.5%，但總的增加值不得超過額定電流的 20%。 電氣設備的額定電流 N I應不小于通過它的最大長時負荷電流 mlo I . (或計算電流 ca I)， 即 mloN II . （5-2） 5.1.3 按環(huán)境類型選擇

59、電氣設備分為戶內(nèi)與戶外兩大類。戶外設備的工作條件較惡劣，各方面要求較高， 成本也高。戶內(nèi)設備不能用于戶外，戶外設備雖可用于戶內(nèi)，但不經(jīng)濟。選擇電氣設 備時，還應根據(jù)實際環(huán)境條件考慮防水、防火、防腐、防塵、防爆以及高海拔地區(qū)或 濕熱帶地區(qū)等方面的要求。 5.1.4 按斷路容量選擇 斷路器的額定斷流量 rN I或額定斷流容量 rN S是指斷路器在額定電壓時的斷流能力。 斷路器斷開的實際電流是斷路器的滅弧觸頭開始分離瞬間，電路內(nèi)短路電流的有效值。 因此按斷流能力選擇斷路器時，必須滿足下列條件： IIrN ，SSrN （5-3） 式中， rN I電器的額定斷流量，kA； rN S電器的額定斷流容量，M

60、VA； I 次 暫態(tài)短路電路，kA； S 一次暫態(tài)三相短路容量，MVA。 5.2 電氣設備的短路校驗 按正常選擇條件選擇的電器設備，當短路電流通過時應保證各部分發(fā)熱溫度和所 受電動力不超過允許值，因此必須按短路情況進行校驗。一般進行動穩(wěn)定校驗和熱穩(wěn) 定校驗。 5.2.1 短路動、熱穩(wěn)定性校驗原則 (1)當電器選定之后，應按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗，校驗所 用的短路電流一般取三相短路時的短路電流。 (2)用熔斷器保護的導體和電器，可不進行熱穩(wěn)定校驗。當熔斷器具有限流作用時， 可不校驗其動穩(wěn)定。 (3)用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不進行動、熱穩(wěn)定的校驗。 (4)懸式絕緣子可不校