十一矿35KV变电所设计---毕业论文

毕 业 设 计（论 文） （说 明 书） 题 目：十一矿 35KV 变电所设计 姓 名： 学 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓名 专业班级 任 务 下 达 日 期 2014 年 2 月 18 日 设计（论文）开始日期 2014 年 2 月 25 日 设计（论文）完成日期 2014 年 4 月 30 日 设计（论文）题目： 平煤十一矿 35KV 变电所设计 指 导 教 师 院（部） 主 任 2014 年 5 月 8 日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 学院 专业，学生 于 2014 年 6 月 10 日进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： 平煤十一矿 35KV 变电所设计 专题（论文）题目： 平煤十一矿 35KV 变电所设计 指导老师： 曹 翾 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情 况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成 绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， , 。 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）评语 第 页 共 页 学生姓名： 专业班级 机电一体化(15)班 年级 2011 级 毕业设计（论文）题目： 平煤十一矿 35KV 变电所设计 评 阅 人： 指导教师： 曹 翾 （签字） 2014 年 6 月 12 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 2014 年 6 月 12 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 I 摘要摘要 该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所 担负的任务及用户负荷等 情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。变电所 是电力系统的枢纽环节，由变压器，母线和开关设备等电气设备按一定的结线方式所 构成，他从电力系统取得电能，进行电压变换和分配，然后将电能安全、可靠、合理 的供给不同的用电场所和电力设备。变电所设计的主要任务是根据变电所担负的任务 及用户负荷情况等，选择所址，对用户的负荷进行统计、分析计算，确定用户无功功 率补偿装置。进行变压器选择，确定变电站的结线方式，进行短路电流计算，选择变 配电开关设备，绘制变电所平面布置图。本变电所的初步设计包括：总体方案的确定； 负荷分析；短路电流的计算；配电系统设计与系统接线方案选择；变电所高压进线、 一次设备和低压出线的选择；防雷与接地保护等内容。 本变电所的设计首先是要进行负荷的分析与计算，负荷分析的方法有许多，需用 系数法，二项式法等等。经过分析，采用需用系数法更加的适合。接着就是无功补偿， 通过公式和查阅无功补偿率的表可以求出所需的无功补偿容量。在变压器台数及容量 的选择时，为了提高平煤十一矿变电所供电的可靠性，采用的是两台型号相同的变压 器，而主接线的设计，在高低压侧都采用了单母线分段接线。短路计算中最终采用了 更为普遍的标么值法。 随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域 中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环 节也同样 在新技术领域得到了充分的发展。 关键词： 负荷的计算； 变压器选择； 开关设备选择； 线路设计； 防雷设计。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 II 目录目录 摘要摘要.I 绪论绪论.1 第一章第一章 负荷计算与变压器的选择负荷计算与变压器的选择.2 1.1 负荷计算.2 1.2 功率因数的提高.7 1.3 主变压器的选择.10 1.4 确定变电所选址.11 第二章第二章 电气主接线方案选择电气主接线方案选择.12 2.1 供电电源的确定.12 2.2 主接线的基本要求.12 2.3 电气主接线的设计原则13 2.4 主接线的方案与分析.14 2.5 电气主接线的确定.16 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算.17 3.1 下井电缆根数的确定.17 3.2 短路的危害.17 3.3 短路电流计算.18 第四章第四章 电气设备的选择及变压器保护电气设备的选择及变压器保护.25 4.1 高压侧电气设备选择.26 4.2 低压侧电气设备选择.33 4.3 变压器的保护.35 第五章第五章 变电所的防雷接地变电所的防雷接地.38 5.1 变电所的防直击雷保护.38 5.2 配电网的防雷接地设计.40 总结总结.42 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 III 致谢致谢.43 参考文献参考文献.44 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 1 页 绪论绪论 1.矿区简介 平顶山煤业（集团）有限责任公司十一矿，位于平顶山市西郊香山脚下，距市中 心约 13 公里。是平煤集团的大型骨干矿井之一。现有固定资产 3 亿元，职工 4700 多 人。十一矿是平煤集团唯一开采急倾斜煤层的矿井。井田东西走向长约 7 公里，倾斜 宽约 3 公里，井田范围 23.5 平方公里，可采煤 5 组 9 层。2002 年平煤十一矿矿井生产 能力预计达到 150 万吨，2004 年将成为平煤集团的产量和利润大户。平煤十一矿先后 荣获中煤总公司特级质量标准化矿井，原煤炭部特级质量标准化矿井、现代化矿井。 平煤十一矿改扩建项目：矿井设计能力由 120 万吨/年扩建到 300 万吨/年，新增规模 180 万吨/年，项目总投资 64856.87 万元，截至报告期末累计完成投资 34042.89 万元。 平顶山市处于暖温带和亚热带气候交错的边缘地区，具有明显的过渡性特征。气温： 年平均气温在 15.2-15.8之间；与常年平均值相比显著偏高 0.6-1.1。年极端最低气 温为-10.4。降水：年降水量 819 毫米。 2.变电站简介 该变电站主要满足十一矿矿井的生产和生活用电需求，煤矿生产负荷为一类负荷， 对供电的可靠性有较高的要求。该变电站主要由两条 35KV 电压等级进线向其供电， 每条线路全长 30KM。设计时查阅有关电力规程和手册等相关要求，通过经济性、灵 活性、可靠性等综合分析与比较，变电站主接线采用单母线分段接线方式，根据负荷 性质和电力系统 510 年发展规划，根据系统电气一次部分设计要求依次选择了变压器、 母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、站用变压器、配电装置、无功 补偿电容等主要电器设备，并对这些设备进行了动稳定、热稳定等校验，以满足系统 设计要求。考虑到电器设备可能的漏电现象，对变电站进行了保护接地的设计，满足 了接触电压和跨步电压的要求，保证了人身安全。为防止变电所遭到雷击，还进行了 防雷保护。采用了避雷器、避雷针、避雷线等保护措施，保证了安全。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 2 页 第一章第一章 负荷计算与变压器的选择负荷计算与变压器的选择 1.1 负荷计算负荷计算 所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求 出该线路的计算负荷的过程。负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念，不可混淆。 在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定尖峰电流 和确定一极、二级负荷的容量已及季节性负荷的容量。 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响 到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得 过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆 处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。 目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法，前二种方法在国内设 计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积 功率法、变值系数法和 ABC 法等，常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将 性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数 xK，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。此设计采用的是需用系 数法来对电力负荷计算的。 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热 效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷 班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平 均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。在 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 3 页 确定了容量后可以按需用系数法计算负荷 用电设备组计算负荷的确定。电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些 设备合并成的一组用电设备。在一个车间中，可以根据具体情况将用电设备分为若干 组，再分别计算各用电设备组的计算负荷。 其计算公式为： ndca PKP kW tan nca PQ kVA 22 cacaca QPS kVA )3( ncaca USI A （1-1） 式中 ca P 、 ca Q 、 ca S 该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； n P 该用电设备组的设备总额定容量，kW； n U 额定电压，V； tan功率因数角的正切值； ca I 该用电设备组的计算负荷电流，A； d K 需用系数。 多个用电设备组的计算负荷。在配电干线上或矿井变电所低压母线上，常有多个 用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电 干线或矿井变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数 si K 。具体计算公式 如下： m i indisica PKKP 1 )( i=1，2，3.m 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 4 页 m i iindisica PKKQ 1 )tan( 22 cacaca QPS )3( ncaca USI (1-2) 式中 ca P 、 ca Q 、 ca S 为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率计算负荷； si K 同时系数； m 为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数； n U 该干线或低压母线上的额定电压，V； ca I 该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，A； d K 需用系数； d K 、 i tan 、 in P 分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切 值、总设备容量。 该地区的电源电压为 35kV，下面我们统计计算其总负荷，并选择本矿地面变电所 的主变压器。 1.负荷统计 用需用系数法统计负荷，查相关资料得出对应的用电设备（组）的需用系数 Kde、 功率因数 coswm，并计算对应的正切值 tanwm，计算用电设备的计算负荷和全矿的计 算负荷，可列成平煤十一矿负荷统计表如表 1-1 所示。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 5 页 备 注 18 同步机 同步机 外供电 取 Ks=0.85 要负 荷比 例/% 17 100 100 100 100 100 25 100 100 25 100 80 50 100 100 计算电流 /% 14 203.8 144.9 101.0 67.4 42.1 45.4 67.4 42.1 45. 175.7 1.9 76.6 39.4 12.8 228.3 16.8 50.5 46.9 785.1 611.8 1513.6 263.7 视在功率 /kVA 13 2117.6 1505.9 1505.0 700.0 437.5 471.6 700.0 437.5 471.6 1826.3 20,0 795.6 409.8 133.1 2373.0 175.0 525.0 487.0 8158.6 6877.7 21741.5 18480.3 15730.1 15985.3 无功功率 /kvar 12 1116.0 793.6 630. -420.0 262.5 283.0 -420.0 262.5 283.0 1304.0 14.3 525.1 311.7 101.2 1423.8 105.0 374.9 347.8 5017.8 4296.5 12316.2 10468.8 -6530.6 3938.2 742.7 4680.9 计 算 负 荷 有功功率 /kW 11 1800.0 1280.0 840.0 560.0 350.0 377.3 560.0 350.0 377. 1278.4 14.0 596.7 266.4 86.5 1898.4 140.0 367.5 341.0 6433.1 5370.6 17916.6 15229.1 15229.1 55.5 15284.6 正切值 wm 10 0.62 0.62 0.7 -0.75 0.75 0.75 -0.75 0.75 0.75 1.02 1.02 0.88 1.17 1.17 0.75 0.75 1.02 1.02 0.78 0.80 功率因数 coswm 9 0.85 0.85 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 0.75 0.65 0.65 0.8 0.8 0.7 0,7 0.79 0.78 0.824 0.968 0.956 需用 系数 Kde 8 0.9 0.8 0.7 0.7 0,7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.68 0.7 0.65 0.3 0.35 0.6 0.8 0.5 0.5 0.73 0.72 工作容量 7 2000 1600 1200 800 500 539 800 500 539 1880 20 918 888 247 3164 175 735 682 8812.5 7459.2 25999,。5 7200kvar 设备容量/kW 安装 容量 6 2000 1600 1800 1600 750 1600 750 工作 台数 5 1 1 2 1 2 1 2 设备台数 安 装 台 数 4 1 1 3 2 3 2 3 额定 电压 /kv 3 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 35 用电设备名称 2 地面高压 主井提升机 副井提升机 压风机 南风井 通风机 压风机 低压设备 北风井 通风机 压风机 低压设备 地面低压 地面工业广场 所用变压器 锅炉房 机修厂 坑木场 选煤厂 水井源 工人村 其他用电设备 井下 主排水泵（最大涌水量） 主排水泵（正常涌水量） 统计计算结果 全矿合计 全矿计算负荷 电容器补偿容量 补偿后负荷 主变压器损耗 全矿总负荷 序号 1 一 1 2 3 二 1 2 3 三 1 2 3 四 1 2 3 4 5 6 7 8 9 五 1 1 六 1 2 3 4 5 6 表 1-1 全矿负荷统计表 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 6 页 2.负荷计算 地面高压： 主井提升机： 620 . 0 85 . 0 85 . 0 1 cos cos1 tan 22 18009 . 02000p ndeca pk 0 . 1116620 . 0 1800tan caca PQ 6 . 211711161800 22 22 cacaca QpS 副井提升机： 620 . 0 85 . 0 85 . 0 1 cos cos1 tan 22 0 . 12808 . 01600 ndeca pkp 6 . 793620 . 0 1280tan caca PQ 9 . 1505 6 . 793 0 . 1280 22 22 cacaca QpS 压风机： 48 . 0 9 . 0 81 . 0 1 cos cos1 tan 2 96012008 . 0 ndeca pkp 8 . 46048. 0960tan caca PQ 8 . 1064 8 . 460960 22 22 cacaca QpS 南风井： 328 . 0 95 . 0 9025. 01 cos cos1 tan 2 148893 . 0 1600 ndeca pkp 489328 . 0 1488tan caca PQ 3 .22 22 cacaca QpS 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 7 页 北风井： 328 . 0 95 . 0 9025. 01 cos cos1 tan 2 148893 . 0 1600 ndeca pkp 489328 . 0 1488tan caca PQ 3 .22 22 cacaca QpS 地面低压: 机修厂： 169. 1 65 . 0 65 . 0 1 cos cos1 tan 22 2 .3554 . 0888 ndeca pkp 2 . 415169 . 1 2 . 355tan caca PQ 5 . 546 2 . 415 2 . 355 22 22 cacaca QpS 洗煤厂： 75. 0 8 . 0 64. 01 cos cos1 tan 2 4 . 18986 . 03164 ndeca pkp 8 . 142375 . 0 4 . 1898tan caca PQ 0 . 2373 8 . 1423 4 . 1898 22 22 cacaca QpS 其他计算过程同理，在此不作过多赘述。 1.2 功率因数的提高功率因数的提高 1.提高功率因数的意义 根据全国供用电规则的规定：高压供电的工业用户功率因数应该在 0.90 以上， 所以当变电所的功率因数低于 0.9 时，应采取人工补偿措施，补偿后的功率因数应不低 于 0.95。目前 35kV 变电所一般是采用 6kV 母线上装设并联电容器进行集中补偿的方 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 8 页 法来提高变电所的功率因数。 在负载有功功率不变的情况下，当功率因数降低后，则发电机和变压器的工作电 流增大，使其能够输出的有功功率下降（ cosPS ） ，使设备容量不能充分利用。电 流增大，使电能损耗和导线截面增加（ 3cosPUI ，当U不变，cos，则I , P=I2R） ，电网的初期投资和运行费用也相应提高；电流的增大，还造成发电机、变 压器和网络中的电压损失增大，电动机的端电压下降，从而减小了感应电动机的起动 转矩和过负荷能力。 提高功率因数的关键，在于如何减少电力系统中各个部分所需要的无功功率，特 别是减少负载从电网中取用的无功功率，使电网在传送一定的有功功率时，尽量少输 送或不输送无功功率。 2.功率因数补偿的方法 提高功率因数的方法主要有： 提高用电设备本身的功率因数。 在生产中，尽量采用鼠笼式异步发电机，避免电动机与变压器的转载运行；对不 需调速的大型设备，尽量采用同步机，采用高压电动机等。在本设计中，扇风机和压 风机就采用了同步电动机，它对该矿供电系统的功率因数具有一定的补偿作用。 人工补偿法。 多采用同步调相机和静电电容器等人工补偿装置。目前矿井变电所多在 6KV 母线 上装设静电电容器来进行集中补偿，本变电所也采用了该方法。 并联移相电容器的简单原理：主要是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无 功功率相互交换，从而减小负载向电圈吸取的无功功率，提高了整个负荷相对电源的 功率因数。 并联电容器补偿法有投资少，有功功率损耗小，运行维修方便，故障范围小、无 震动与噪声、安装地点灵活等优点。其缺点是只能有级调节，而不能随负荷无功功率 需要的变化进行自动平滑的调节。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 9 页 3.利用电容器补偿所需的容量 企业为了使功率因数达到规定值以上，一般都用并联电容器的方法进行人工补偿。 因全矿自然功率因数cos NAT =0.839，低于 0.9，所以应进行人工补偿，补偿后的 功率因数应达到 0.95，即cos at =0.95，则全矿所需的补偿容量为： (tantan) CNATat QP =16266.2（0.6490.329）=5205.2kvar 4.电容器柜数和型号的确定 电容器采用双星型接线接在变电所的二次母线上，因此选容量为 30kvar，额定电 压为 6.3/ 3kV 的电容器，装于电容柜中，每柜装 9 个，每柜容量为 270kvar，则电容 柜的总数为： 2 2 . . 5205.2 21.3 6/3 () 270 () 6.3/3 C N C N C Q N U q U （1-3） 由于电容器柜应分成相等的两组，所以每段母线上每组的电容柜数 n 应为： 21.3 5.3 44 N n ，取 N=4n=24 台。 5.电容器的实际补偿量 2 . . () CN C N C U QqN U A A = 2 6/3 270 24 ()5877.6 var 6.3/3 k 6.人工补偿后的功率因数 10532.75877.64655.1 var a cC QQQk 2222 . 16266.24655.116919.2 a ca c SPQkVA . 16266.2 cos0.961 16919.2 a c P S 功率因数符合要求。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 10 页 1.3 主变压器的选择主变压器的选择 1.3.1 主变压器容量的确定主变压器容量的确定 （1）主变压器容量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到 远期 1020 年的负荷发展。对于城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。 （2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。 （3）同级电网的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列 化、标准化。 1.3.2 主变压器台数的确定主变压器台数的确定 (1)对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装 设两台主变压器为宜。 (2)对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台 主变压器的可能性。 (3)对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。 计算过程 由于本变电所有一类负荷，所以选择两台主变电器。查资料可确定 S720000/35 型变压器，其技术参数如表 1-2 所示。 表 1-2 变压器选择情况 额定电压 （kV) 额定损耗 （kW)型号 高压低压 空载 短路 阻抗电压 /% 空载电流 /% 连接组 重量 t 外形尺寸, mm S7-20000/35356.322.59380.7YN,d11 32.1 4230*4030*4350 根据 N Ta c SS ,本设计选择了 SFL7-20000/35 主变压器两台。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 11 页 变压器的负荷率为 455 . 0 200002 9 . 18183 2 . a.c TN S S 1.4 确定变电所确定变电所选址选址 适与否将直接关系到供电的可靠性、经济性和安全性，因此，变电所的位置应符 合以下几项要求： 尽量接近负荷中心，不占或少占农田，交通运输方便，便于各级电压线路的引入 和引出，地质条件适宜，如在煤田上则应避免压煤，躲开采空区等，尽量不设在空气 污秽地区，否则应采取防污措施或设在污源的上风侧。所址的标高宜在 50 年一遇的高 水位之上，否则应有防护措施。所址不应为积水浸没，山区变电所的防洪设施应满足 泄洪需要，具有生产或生活用水的可靠水源，适当考虑职工生活上的方便，应考虑对 邻近设施的影响，留有适当的发展空间。变电所位置设计如图 1-1 所示。 图 1-1 变电站位置 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 12 页 第二章第二章 电气主接线方案选择电气主接线方案选择 2.1 供电电源的确定供电电源的确定 确定供电电源时，应根据各类企业对供电的要求和该地区现有电源的地理接线情 况，确定出几种可行的电源进线方案。工矿企业变电所的电源可以临近变电所或发电 厂的不同母线段，通过平行双回路的供电方式获得，也可以与临近变电所构成环形供 电系统来获得。电源究竟取自何处，采用什么供电方式，还应根据各种方案其线路所 经路径的地理地形、地质、气候、供电距离等情况，考虑供电的安全性、可靠性、线 路的造价、供电损耗、供电质量、线路敷设和维护的难易程度、运行管理是否方便等 几方面的因素，经过技术经济比较后确定最佳的电源进线方案。 在进行技术和经济比较时，对引进线的长度、截面、型号、架空线路电杆的类型、 数量和整个线路的造价等应有初步计算，计算前还应对线路所经路径进行实地勘测等。 电源进线方案确定后，还应确定两回电源线路的运行方式。两回电源线路可同时 工作，也可一回路工作一回路备用。对工矿企业当两回电源线路同时工作时，为了简 化系统和保护装置，一般采用分列运行方式；当每一回路能担负企业全部用电负荷时， 亦可采用一回路工作、一回路带电备用的运行方式。 2.2 主接线的基本要求主接线的基本要求 变电所主接线(一次接线)表示变电所接受、变换和分配电能的路径。它由各种电力 设备(隔离开关、避雷器、断路器、互感器、变压器等)及其连接线组成。通常用单线图 表示。 主接线是否合理,对变电所设备选择和布置,运行的灵活性、安全性、可靠性和经济 性,以及继电保护和控制方式都有密切关系.它是供电设计中的重要环节. 在图上所有电 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 13 页 器均以新的国家标准图形符号表示，按它们的正常状态画出。所谓正常状态，就是电 器所处的电路中既无电压，也无外力作用的状态。对于图中的断路器和隔离开关，是 画出它们的断开位置。在图上高压设备均以标准图形符号代表，一般在主接线路图上 只标出设备的图形符号，在主接线的施工图上，除画出代表设备的图形符号外，还应 在图形符号旁边写明设备的型号与规范。从主接线图上我们可了解变电所设备的电压、 电流的流向、设备的型号和数量、变电所的规模及设备间的连接方式等，因此，主接 线图是变电所的最主要的图纸之一。 （1）安全性 安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求， 正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。 （2）可靠性 不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度 因素有关。 （3）灵活性 用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。 （4）经济性 在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、 运行费用低。采用的设备少。 总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少 变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全 的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。 2.3 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则 （1）考虑变电所在电力系统的地位和作用 变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变 电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 14 页 中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 （2）考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小及 分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以 及所连接电源数和出线回数。 （3）考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级用电负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证 全部一级用电负荷不间断供电；对二级用电负荷，一般要有两个电源供电，且当一个 电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电，三级用电负荷一般只需一个电源供电。 （4） 考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将会产生直接的影响。通 常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可 靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、 灵活性的要求低。 （5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、 故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同， 例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时否允切除 线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。 2.4 主接线的方案与分析主接线的方案与分析 主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。 2.4.1 单母线接线单母线接线 这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 15 页 装置； 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使 整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需 短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。 适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的小型 变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。 图 2-1 单母线不分段主接线 2.4.2 单母线分段主接线单母线分段主接线 当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分 段接线。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时，分段断路器可 接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运行，此时，任一段 母线出现故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装置作用下自动断开， 将故障段母线切除后，非故障段母线便可继续工作，而当两路电源同时工作互为备用 时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源出现故障，电源进线断路器自动断开， 分段断路器可自动投入，保证给全部出线或重要负荷继续供电。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 16 页 图 2-2 单母线分段主接线 单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，如 缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷的供 电等。 2.5 电气主接线的确定电气主接线的确定 煤矿为了保证对一、二级的负荷进行可靠供电，在 35KV 变电站中经常采用的是 双回路电源受电和安装两台主变压器桥式接线（桥式分为：内桥、外桥和全桥） 。位村 矿变电所的 35KV 侧受电是双回路电源进线，主变压器选择了两台，所以在 35KV 侧 选择桥式接线。 全桥接线适应性强，对线路、变压器的操作都方便，运行灵活，易于扩展成单母 线分段式中间变电所。但是设备多、投资大、变电站占地面积大。 外桥接线对变压器切换方便，比内桥少两组隔离开关 ，继电保护简单，容易过渡 到全桥或单母线分段的接线，投资少，占地面积小。但是倒换线路时候操作不便，变 电站一侧没有线路保护。 内桥接线一次侧可以设线路保护，倒换线路时候操作方便，设备投资与占地面积 都比全桥少。但是操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便。 综合考虑，对于本矿 35KV 侧选用全桥接线。 在煤矿 35KV 变电站中，两台主变压器都正常运行时候，采用并列运行，在两台 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 17 页 主变中当一台出现故障，另一台必须可以保证一、二级负荷正常运行。另外对煤矿一、 二级负荷供电线路应采用双回路或环式供电方式。要求有两个或两个以上的独立电源。 所以，在 6KV 侧的主接线应采用断路器分段的单母线接线方式，在断路器的两端装设 隔离开关。 总结的最佳运行方式是全分列运行：35KV 电源线路、主变、6KV 母线都应用分 列运行。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 18 页 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算 在供电系统中出现次数较多的严重故障是短路，所谓短路就是指供电系统中一切 不正常的相与相或相与地（中性点接地系统）在电气上被短路。发生短路的时候，由 于系统中总的阻抗大大减小，因而短路电流可能达到很大的数值，强大的短路电流所 产生的热和电动力会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能会烧毁电气设备；短路 点的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；也可能干扰通讯，危及人身和 设备的安全。 研究短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围，并且选择电 气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；可以选择和整定继 电保护装置，使之能正确的切除短路故障；采取限流措施，确定合理的主接线方案和 主要运行方式等。 3.1 下井电缆根数的确定下井电缆根数的确定 下井电缆根数 Cn 可按下式来确定： (3-1) 22 (1.02)(1.08) 1 360 6.3 3 pdpd n PPQQ C 式中，Pp、Qp井下主排水泵计算有功，无功负荷 Pd、Qd井下低压总的计算有功，无功负荷 “360”150m下井电缆经最高 45C 修正后的安全载流量 “1”规程规定所必须的备用电缆。 计算=2.8 （3-2） 22 (2125 1.02 3245.6)(1317.5 1.08 3036.7) 1 360 6.3 3 n C 则至少选 3 根电缆，又因井下电缆应为偶数，故下井电缆根数应为 4 根。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 19 页 3.2 短路的危害短路的危害 1.短路的原因 主要原因是电气设备载流部分绝缘所致。其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后 未拆除地线就送电等误操作；鸟兽在裸露的载流部分上跨越以及风雪等现象也能引起 短路。 2.短路的种类 在三相供电系统中可能发生的短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和 单相接地短路等。第一种是对称短路，后两种是不对称短路。一切不对称短路在采用 对称分量法后，都可以归纳为对称短路的计算。 3.短路的危害 发生短路时，由于系统中总阻抗大大减小，因此短路电流可能达到很大的数值。 强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能 烧坏电气设备；短路点的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；若在发电 厂附近发生短路，还可能使全电力系统运行破裂，引起严重后果。不对称短路所造成 的零序电流，会在邻近的通讯线路内产生感应电势，干扰通讯，亦可能危及人身和设 备安全。 4.短路电流计算的目的 （1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采 取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。 （2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障下都能安全、可靠地工 作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 （3）在设计户外高压配电装置时，需按短路条件效验软导线的相间和相对地的安 全距离。 （4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 20 页 （5）接地装置需根据短路电流进行设计。 3.3 短路电流计算短路电流计算 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称 相对单位制法） 。对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么制进行计算比较 简便。标么制属于相对电位制的一种，在用标么制计算时，各电气元件的参数都用标 么值表示。 在短路计算中所遇到的电气量有功率、电压、电流和电抗等四个量。某一电气量 的标么值就是它的实际值（有名值）与一个预先选定的同单位的基准值的比值。下面 我们就要标么值法进行短路电流的计算。 一、确定基准值 选取基准容量 Sb=100MVA 计算 35kV 母线 S1 点取基准电压 37kV 即 Ub1=37kV kA S I Ub b b 56 . 1 373 100 3 1 1 计算 6kV 母线 S2 点选取基准电压 6.3kV 即 Ub2=6.3kV kA Sb I Ub b 16 . 9 3 . 63 100 3 2 2 二、计算短路电路中各阻抗元件的标幺值 1.电力系统 Ub=Uav=37kV SNmax=1526.7 MVA SNmin=937.9MVA 897 . 0 10 7 . 1526 )1037( 6 232 min NMAX P S S U X 460 . 1 10 9 . 937 )1037( 6 232 NMIN P SMAX S U X 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 21 页 066 . 0 37 100 897 . 0 2 p 2 * U S XX B SMINSMIN 107 . 0 37 100 460 . 1 22 b* P SMAVSMAV U S XX 2.输电线路的阻抗计算 LGJ-240 L=4.5KM x0=0.318 105 . 0 37 100 5 . 4318 . 0 x 22 b 0 * PU S LX 3.变压器电抗的计算 4 . 0 20 100 100 8 100 d * N B T S SU X 三、最大运行方式下短路电流的计算 1.在 S1 点发生短路时 171 . 0 105 . 0 066 . 0 * 1 * 1 LSMIN XXX kAI X III bbSS 12 . 9 56 . 1 171. 0 11 1 * 1 1 * 1 )3( 1 kAII Sch 52.2012 . 9 55 . 2 55 . 2 )3( 11 MVAIUS SbiS 45.58412 . 9 3733 )3( 11 2.在 S2 点发生短路时 571 . 0 4 . 0105 . 0 066 . 0 * 1 * min * 2 TLS XXXX kAI X III bbSS 04.1616 . 9 571 . 0 11 2 * 2 2 * 2 )3( 2 kAII Sch 9 . 4004.1655 . 2 55 . 2 )3( 22 MVAIUS SbS 02.17504.163 . 633 )3( 222 四、最小运行方式下短路电流的计算 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 22 页 1.在 S1 点发生短路时 212 . 0 105 . 0 107 . 0 * 1 * 1 LSMAX XXX kAI X III bbSS 36 . 7 56 . 1 212 . 0 11 1 * 1 1 * 1 )3( 1 kAII Sch 77.1836 . 7 55. 255 . 2 )3( 11 66.47136 . 7 3733 )3( 11b1 SS IUS 2.在 S2 点发生短路时 612 . 0 4 . 0105 . 0 107 . 0 * 1 * 2 TLSMAX XXXX kAI X III bbSS 97.1416 . 9 612 . 0 11 2 * 2 2 * 2 )3( 2 kAII Sch 17.3897.1455 . 2 55. 2 )3( 22 MVAIUS SbS 35.16397.14*3 . 6*33 )3( 222 五、在 S2 点发生短路时，计算冲击短路电流应把电动机作为附加电源来考虑 1.主井提升机感应电动机的影响 cos=0.85 P=2000kV de b d * db S S XX ”“ （3-3） X”d-次暂态电抗，由表 3-10工矿企业供电查的 X d“=0.2 Sb-基准容量，100MVA cos de P S Sde-电动机容量 5 . 8 10 85 . 0 2000 100 2 . 0 3 * db “ X 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 23 页 0.5km 电缆的电抗标幺值前面已经算出 X*L1=0.076 主提升机供给短路点 S2 的短路电流冲击值为： I X E I ch * “* chs k2 。 (3-4) E”*-电动机次暂态电动势，由工矿企业供电表 3-10 查的 E”*=0.90 Kch-电动机反馈电流冲击系数，对于高压电动机取 Kch =1.41.6 对于低压电 动机取 Kch =1 kAI chS 17 . 2 16 . 9 6 . 1 075 . 0 5 . 8 9 . 0 2 2 2.副井提升机感应电动机的影响 cos=0.85 P=1600kW Xd”=0.2 63.10 10 85 . 0 1600 100 2 . 0 3 * db “ X 0.4km 电缆的电抗标幺值前