青山煤矿35KV变电所设计毕业设计.doc

中国矿业大学本 科 毕 业 设 计（ 2015 届）题 目 青山煤矿35KV变电所设计 系 别 机电动力与信息工程 专 业 电气工程及其自动化 年 级 电气一班 学生姓名 * 指导教师 * 2015年5月12日青山煤矿35KV变电所设计毕业设计共 44 页图纸共 1 张完成日期:2015年5月12日答辩日期:2015年5月22日摘 要本文详细介绍了青山煤矿地面35kV变电所的设计。文中对该变电所的负荷计算与变压器的选择、供电系统的拟定与短路计算、变电所电器设备的选择、继电保护方案的拟定与整定以及变电所的防雷与接地皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择和校验作了详细的说明和分析。其中还对变电所的主接线，平面布置，高低压侧的一些保护装置等通过CAD制图直观的展现出来。本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电所。设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护，通过电力监控综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。在本次设计中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。关键词: 功率因数、短路计算、继电保护 I目 录前言11 负荷计算与变压器选择21.1 计算负荷定义21.1.1 计算负荷目的21.1.2 计算负荷方法21.2 矿井用电负荷计算21.3 功率因数的补偿61.4 主变压器的选择81.4.1 变压器台数选定原则81.4.2 变压器容量选择原则81.4.3 6kV/380v变压器的选择92 供电系统的确定与短路计算112.1 主接线的设计原则和要求112.1.1 主接线122.1.2 桥形接线122.1.3 单母线分段接线132.2 短路电流的分类与计算方法142.2.1 短路的原因142.2.2 短路的种类142.2.3 短路的危害142.2.4 短路电流计算的目的142.3 短路电流计算152.3.1 计算各元件的电抗标幺值172.3.2 短路电流计算183 电气设备的选择213.1 电气设备选择的一般条件213.1.1 电气设备选择的一般原则213.1.2 电气设备选择的技术条件213.1.3 环境条件233.2 各种电气设备的选择233.2.1 断路器的选择233.2.2 隔离开关的选择233.2.3 电流互感器的选择与校验233.2.4 电压互感器的选择243.2.5 配电所高压开关柜的选择243.3 母线的选择及校验243.3.1 35kv架空线、母线的选择243.3.2 6kV母线的选择254 继电保护方案及整定264.1 概述264.2 继电保护的优化配置及整定原则274.3 供电系统继电保护配置情况274.4 35kv进线保护284.4.1 电流速断保护的整定计算284.4.2 过流保护的整定计算284.4.3 35kv进线开关保护294.5 主变器保护294.5.1 主变过流保护294.5.2 主变过负荷保护304.6 6kV母联保护304.7 6kV出线保护315 变电所防雷保护及接地325.1 变电所的防雷325.1.1 变电所的防雷设计原则325.1.2 变电所的防雷措施325.1.3 变电所主要防雷设备335.2 变电所的接地设计355.2.1 设计原则365.2.2 简单接地设计36总结37致 谢38参考文献39 中国矿业大学毕业设计 前言毕业设计主要考察了我们四年来对理论知识的掌握程度，以及对专业技术的实际应用能力。通过作毕业设计，可以很好地衡量我们独立思考、认真分析、理论应用以及现场实际操作能力。本设计是为煤矿35kV供电系统而进行的设计，目的是建立35kV变电所，为煤矿提供可靠的用电。整个设计包括了35kV变电所设计的所有内容。同时考虑到煤矿供电系统的特点，对变电站的负荷进行了分组，达到合理、经济的目的；同时对功率因数进行补偿，使其达到0.9以上。通过短路电流计算，确定了系统主接线及运行方式，同时对校验电气设备、继电保护整定、采取限流措施等提供了依据。在选择电气设备时，考虑了变电站的室内外结构和布置、操作方便等问题。继电保护装置保证了被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障切除。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。通过以上的设计，基本构成了煤矿35kV变电所的设计，满足了生产和生活的需要，达到了安全用电的要求，同时兼顾了可行性、经济性的原则。一些具体的数据分析和计算方法，在本设计中也会给出详细的说明，为今后的变电站设计也提供了一定的依据。根据这些数据而选用的电气设备也具有参考的价值。由于我自己能力有限，在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处，恳请各位老师能够批评指正。1 负荷计算与变压器选择1.1 计算负荷定义所谓负荷计算，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。1.1.1 计算负荷目的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。1.1.2计算负荷方法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Kd，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。1.2 矿井用电负荷计算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，具体计算公式如下： i=1，2，3.m (1-1) (1-2) (1-3) (1-4)式中，、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；同时系数；为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数；该干线或低压母线上的额定电压，V；该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，A；需用系数；、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。根据要求及需用系数负荷计算公式，分别计算矿用负荷1)主井提升机 2)副井提升机 kvar3)扇风机1=1000kw =0.88 cos=0.91kvar4)扇风机2=1600kw =0.88 cos=0.91kvar5)压风机=1280kW =0.85 cos=0.92 kvar6)排水泵=3200kW =0.88 cos=0.88 kvar这样井下6kv母线上母线的有功、无功、视在功率、负荷电流如下：0.9*(1566+1088+880+880+1088+2816)=7486.2kW=0.9*(892.62+674.25+404.8+404.8+467.84+1520.64)=3928.5kvar=12419/1.73260001195A同理可求得380v母线上各负荷的有功、无功、视在功率以及负荷电流.6kv以及380v母线上的有功、无功、视在功率、负荷电流见(表11)：表 1-1 全矿负荷统计分组表序号设备名称电机型式电压(kV)电机容量(kW)安装数工作数安装容量kW工作容量kW需用系数功率因数有功功率kW无功功率Kvar视在功率kVA距35KV变电所的距离kM1主提升井直流6180021360018000.870.871566982.6218000.372副井提升绕线6125021250012500.870.851088674.2512790.363扇风机1同步6100021200010000.880.91880404.810042.54扇风机2同步6100021200010000.880.91880404.810042.65压风机同步632064192012800.850.921088467.8412380.126地面低压0.38140012500.80.85100062011760.057机修厂0.386105000.650.723253134510.358综采车间0.386005000.680.74340309459.0.39洗煤厂0.38150013500.780.811053762.313000.5510工人村0.386506500.750.85487302.3574211支农0.385505500.750.84412223.8469312主排水泵6560032000.880.882816152032000.8513井下低压0.66390039000.760.76276923813643合计14704941517597这样井下380v低压母线上低压母线的有功、无功、视在功率、负荷电流如下： 0.9*(1000+325+340+1053+487+412)=3255.3kW=0.9*(620+313+309+762.3+302.3+223.8)=2277.36kvar这样可求得变电所总的有功功率为10741.5kW，无功功率为6205.86kvar,视在功率为12405.34KVA。1.3 功率因数的补偿经计算全矿功率因数若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。需要电容器的容量： QcPz（） (1-5)式中,Qc补偿电容器的容量，单位：kvar；Pz总有功功率，单位：kW；计算可知，0.65, =0.329Qc13510.5(0.65-0.329)=4306.8kvar选用BWF6.3-120-1型号的并联电容器，额定电压6.3kV,额定容量120kvar。需用电容器的数量：N=4306.8/120=35.89取36个利用电力电容补偿容量为：Qc120364320kvar补偿后变电所总无功功率：Qz8586.86-4320=4266.86kvar补偿后的功率因数：满足要求。由于煤矿变电所6千伏供电采用单母线分段供电方式，电容器分别安装在一 、二段母线上。满足无功功率的补偿要求。1.4 主变压器的选择1.4.1 变压器台数选定原则1）对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。3）对于规划只装设两台变压器的变电所，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。选择变压器台数时,应考虑以下因素：a 应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。b 对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。c 是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320KVA时，任何距离都应装设变压器。1.4.2 变压器容量选择原则1）只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。2）装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：a 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；b 任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备70%的需要。3)变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70%80%为宜，以提高运行率。1.4.3 6kV/380v变压器的选择根据公式确定：地面低压：=1176 查表得地面低压选用S9-1250型铜线变压器。机修厂：=451 查表得机修厂选用S9-500型变压器。同理可得：综采车间、工人村、支农选用S9-500型变压器 洗煤厂选用S9-1600型变压器、井下低压选用S9-4000型变压器。表1-2 610kV电力变压器技术参数（S9系列）型号规格（kVA）电压（kV）连接组别阻抗电压（%）空载电流（%）损耗（kW0重量（t）外形尺寸（m）长宽高高压低压空载P0短路PkS9-31510，6.3， 60.4Yyn041.50.73.51.41.51.01.5S9-40041.40.844.21.61.51.31.6S9-50041.41.05.01.91.61.31.6S9-6304.51.21.236.02.81.91.51,9S9-8004.51.21.457.23.32.21.61.9S9-10004.51.11.7210.03.82.21.62.5S9-12504.51.12.011.84.52.31.62.7S9-16004.51.02.4514.05.22.41.92.7表1-3 35kV电力变压器技术参数（S9、SF9系列）型号规格（kVA）电压（kV）连接组别阻抗电压Uk（%）空载电流I0（%）损耗（kW0重量（t）外形尺寸（m）长宽高高压低压空载短路S9-500350.4YYn06.52.80.211.10.81.20.91.7S9-40006.310.5Yd117.014.5528.810.52.82.33.0S9-50007.50.95.43311.03.02.93.3S9-63007.50.96.5536.914.03.12.93.4SF9-8000Ynd117.50.89.240.516.54.13.43.4SF9-100007.50.810.947.719.63.73.53.8SF9-1250080.712.856.721.43.93.44.2SF9-1600080.71569.525.44.13.54.02 供电系统的确定与短路计算2.1主接线的设计原则和要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。 通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：断路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电站全部停运的可能性。灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流,以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式(110/6-10KV)变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。2.1.1 主接线变电站的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分，它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数容量等因素有关。2.1.2 桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，多采用桥形接线，使用断路器数目最少；桥形接线可分为内桥式和外桥式；内桥式桥连断路器设置在变压器侧，外桥式桥连断路器则设置在线路侧。桥连断路器正常运行时处于闭合状态。当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，用用内桥式接线比较合适；外桥式接线则在出线较短，且变压器随经济运行的需要需经常切换，或系统有穿越功率流经本厂时，就更为适宜。外桥接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母分段接线，且投资少，占地面积小，缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护，适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器经常驻需要切换以及可能发展为有穿越负荷的变电所。内桥结线一次侧可设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母分段不如外桥方便，适用于进线距离长，变压器切换少的终端变电所。图2-1 桥型接线2.1.3 单母线分段接线单母线分段接线多用于具有一二级负荷，且进出线较多的中间变电所，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部引线都要在检修期间长期停电。图2-2 单母线分段接线此次变电所设计，为考虑安全、经济、维修方便故主接线供电选择全桥接线。二次接线考虑到安全、经济等因素，选择单母线分段接线。2.2 短路电流的分类与计算方法2.2.1 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。2.2.2 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。2.2.3 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。2.2.4 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。5)接地装置需根据短路电流进行设计。2.2.5 短路电流计算的标幺值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。2.3 短路电流计算 表2-1短路计算公式参数名称有名值标幺值说明功率S 一般取Sd=100MVA电压U一般取Ud=Uev电流I 变压器电抗线路电抗为线路每公里电抗值电抗器电抗%为电抗器铭牌上数值系统等值电抗为某点短路容量，为该点的三相短路电流电动机电抗为启动电流倍数地面变电所6KV母线上的线路类型及线路长度如表2-2所示。表2-2 地面变电所6KV母线上的线路类型及线路长度序号设备名称电压（KV）距6KV母线距离（km）线路类型1主井提升60.37C2副井提升60.36C3主扇风机62.5K4压风机60.12C5综采车间0.40.3K6地面低压0.40.05C7机修厂0.40.35C8洗煤厂0.40.55K9工人镇0.42K10支农0.43K11井下6KV母线60.85C注 C表示电缆线路，K表示架空线路 线路电抗：对于电缆线路，架空线路短路点选取35KV母线、6KV母线和各6KV出线末端，故可画出图2-3所示的等效短路计算图。图2-3 等效短路计算图2.3.1 计算各元件的电抗标幺值选取基准容量，基准电压Ud1=37KV，Ud2=6.3KV，Ud3=0.4KV，则各级基准电流为37kV母线最大运行方式时系统阻抗0.03，小运行方式时系统阻抗为0.07。1） 电源的电抗 2） 变压器电抗主变压器电抗 地面低压变压器电抗 3）线路电抗 35KV架空线路电抗 主井提升 地面低压（两台分列运行）由于变压器在所内，只计算变压器阻抗，不计线抗 2.3.2 短路电流计算1）K1点短路电流计算。（35KV）a 最大运行方式下的三相短路电流短路回路电抗标幺值： 短路电流标幺值： 三相短路电流周期分量有效值: 短路冲击电流峰值： 短路冲击电流有效值： 三相短路容量： b 最小运行方式下的三相短路电流短路回路电抗标幺值： 短路电流标幺值： 三相短路电流周期分量有效值: 短路冲击电流峰值： 短路冲击电流有效值： 三相短路容量： 2）K2点短路电流计算（6KV）a 最大运行方式下短路回路电抗标幺值： 短路电流标幺值： 三相短路电流周期分量有效值: 短路冲击电流峰值： 短路冲击电流有效值： 三相短路容量： b 最小运行方式下短路回路电抗标幺值： 短路电流标幺值： 三相短路电流周期分量有效值: 短路冲击电流峰值： 短路冲击电流有效值： 三相短路容量： 3）K3点短路电流计算（折算到6KV侧）(地面低压)a 最大运行方式下短路回路电抗标幺值： 短路电流标幺值： 6KV侧的短路电流参数三相短路电流周期分量有效值: 短路冲击电流峰值： 短路冲击电流有效值： 三相短路容量： b 最小运行方式下短路回路电抗标幺值： 短路电流标幺值： 三相短路电流周期分量有效值: 短路冲击电流峰值： 短路冲击电流有效值： 三相短路容量： 其他短路点的计算与以上各点类似。3 电气设备的选择3.1 电气设备选择的一般条件3.1.1 电气设备选择的一般原则1)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2)应按当地环境条件校核；3)应力求技术先进和经济合理；4)与整个工程的建设标准应协调一致；5)同类设备应尽量减少品种；6)选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。3.1.2 电气设备选择的技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1)长期工作条件a 电压选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即UmaxUgb 电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即IeIg由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。(3)机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。 2 短路稳定条件(1)校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 (2)短路的热稳定条件 ( 3-1) 式中在计算时间t秒内，短路电流的热效应； I秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）； t设备允许通过的热稳定电流时间（s）。 (3)短路的动稳定条件 (3-2) (3-3) 式中短路冲击电流峰值（kA）； 短路全电流有效值（kA）； 电器允许的极限通过电流峰值（kA）； 电器允许的极限通过电流有效值（kA）。3 绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。3.1.3 环境条件按交流高压电器在长期工作时的发热（GB763-74）的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40时，允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40（但不高于+60）时，每增高1，建议额定电流减少1.8%；当低于+40时，每降低1，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。普通高压电器一般可在环境最低温度为-30时正常运行。本次设计的变电所所在地区最高气温；最热月平均最高温度。对于屋外安装场所的电器最高温度选择年最高温度，最低温度选择年最低温度，可见最高气温为+45，由规定知在选择电器设备时额定电流应减少1.8%，电器设备可正常运行。3.2 各种电气设备的选择3.2.1断路器的选择除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。3.2.2隔离开关的选择1)隔离开关的主要用途：a 隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。b 倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。c 分、合小电流。3.2.3电流互感器的选择与校验1)电流互感器应按以下条件选择。a 电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。b 电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。c 电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。d 电流互感器应满足准确度等级的要求。3.2.4 电压互感器的选择电压互感器应按装设地点的条件及一次电压、二次电压（一般为100V）、准确度级等条件进行选择。由于它的一、二次侧均有熔断器保护，故不需进行短路稳定度的校验。3.2.5 配电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案将有关一，二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机，变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备，保护电器，监视仪表和母线，绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式两大类型。3.3 母线的选择及校验3.3.1 35kv架空线、母线的选择变电所中各种电压配电装置的母线,以及电器间的连接大都采用铜、铝或钢的矩形、圆形、管形裸导线或多芯绞线。铜的导电性好，抵制化学侵蚀性强，因此在大电流装置中或在由化学侵蚀的地区宜采用铜导线。铝导线比重小，比较经济，在屋内外配电装置中都广泛采用铝母线。母线的截面形状，35KV及以下的屋内配电装置中，都采用矩形截面。因为它的冷却条件好，对交流肌肤效应的影响小。35KV室外高压架空线、母线一般选用钢芯铝绞线，导线截面应按经济电流密度选择，按长时允许电流进行校验，并应校验其电压损失是否合乎要求。高压线路的电压损失不允许超过5%，此外架空线路的导线应有足够的机械强度，不应由于机械强度不够而发生事故。35KV母线和架空线，均选用LGJ240型钢芯铝绞线3.3.2 6kV母线的选择1）按经济密度选择从能量损耗的角度考虑，希望导线的截面越大越好，因为此时导线阻抗变小，使电能损耗和电压损失都减小。但从线路投资和维护考虑，又希望导线截面小一些好，此时导线单位长度价格降低、有色金属消耗减少、投资费用降低，比较经济。这是高压导线截面选择中的一对矛盾，解决的办法就是采用经济截面。按经济电流密度选择导线截面，能使线路的年运行费用费县接近最低，因而有较大的经济意义。2）按长时允许电流（允许载流量）选择3）按正常运行允许电压损失选择4）按机械强度条件选择 经济截面:Sec = IcaJec选取等于或稍小于Sec的标准截面Sl , 即Sl Sec按长时允许电流选择导线截面应满足线路最大长时负荷电流Ilo.m（设计阶段用计算电流Ica）不大于导线长时允许电流Ial人条件，即Ial Ica按允许电压损失选择导线截面U = 3I(Rcos + Xsin )选用LMY12010型立放矩形铝母线，长期允许电流为1680A满足要求。同理下井电缆选用ZQD5-6-370型号电缆。表3-1 母线选择结果汇总35kV母线LGJ24035主变进线LGJ2406kV母线LMY1204 继电保护方案及整定4.1 概述供电系统在运行中可能发生一些故障和不正常的运行状态。常见的主要故障是单相短路和接地短路。不正常的运行状态主要是指电流超过额定值引起的过负荷，断线、接地及漏电等不正常工作情况。短路故障往往造成严重后果，并伴随着强烈的电弧、发热燃烧和电动力，使回路内的电气设备损坏。长期的过负荷使设备绝缘老化和损坏；断线易引起电动机过负荷；对于中性点不接系统，接地可能形成电弧接地过电压，并使其它两相对地电压升高倍，两种过电压都可能引起相间短路。在煤矿井下，接地能引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。因此，当故障或不正常运行状态发生时必须及时消除。为了保证安全可靠地供电，供电系统的主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。为了使继电保护装置能准确地及时完成上述保护任务，在技术上一般应满足以下四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性、灵敏性。1)可靠性可靠性是指在保护范围内发生故障时，保护装置应正确动作，不应拒动；在不该动作时，不应误动。保护装置动作的可靠性是非常重要的，任何时候拒动都将使事故扩大，造成严重的后果。2)选择性选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统终端开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含俩方面意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障; 其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用3)速动性速动性是指尽可能快的切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性4)灵敏性灵敏性是指保护装置对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力，一般用灵敏系数衡量，灵敏系数是以被保护设备或线路发生故障时，其故障参数和保护装置整定值来确定。4.2 继电保护的优化配置及整定原则继电保护的设置与系统的运行方式密切相关，所以继电保护的优化配置要以系统的主要或经常采用的运行方式为主，并兼顾系统故障后或因停电检修时而转换成其它运行方式。为了保证可靠性，供电系统中任何一台设备，任何一段线路都必须具有双重及以上的保护。在保证选择性方面，以保证主保护的选择性为主，并兼顾后备保护的选择性，特殊情况下，可放弃后备保护的选择性，保证其可靠性。在保证快速性方面，以保证主保护的速动性为主，并兼顾后备保护的速动性，即使后备保护的速动性尽量提高。在保证灵敏性方面，以保证主保护和近后备保护的灵敏性为主，并兼顾远后备保护的灵敏度，若远后备保护的灵敏度过低，也可放弃远后备保护。4.3 供电系统继电保护配置情况以下对矿区变电所继电保护装置情况做一下总体的介绍。1)变电所进线侧断路器设定时限过流保护；2)主变压器设置瓦斯保护、差动保护、过电流保护、过负荷保护等4种保护；3)6kV母联保护由变压器的后备保护来实现，设置限时速断保护，作为配出线过流保护的后备，采用电流速断为配出线电流速断保护的后备；4)6kV出线，对于井下、变电所附近的低压变压器以及较长的线路设置电流速断保护和过流保护，过流保护的动作时间为2.5s；对出线较短的线路和电容器一般只设无时限的过流保护。5)电容器的继电保护，对电容器组和断路器之间连接线的短路，装设瞬时速断和定时限过流保护；内部故障采用熔断器保护，另外还有过电压保护和低电压保护。4.4 35kv进线保护35KV进线设置电流速断和过流保护。4.4.1 电流速断保护的整定计算1)动作电流由第三章的表3-1可知,6kV母线上的最大三相短路电流为4.30kA,则一次动作电流 kA电流速断保护的接线方式采用V型接线, 接线系数=1, 电流继电器选用电磁型继电器,返回系数=0.85，煤矿进线开关的CT变比为200/5，则二次动作电流：A由计算，选用电磁式电流继电器DL-20，电流整定范围为12.550A。2)灵敏度检验保护的最小范围的检验 符合要求3)动作时限 s4.4.2 过流保护的整定计算1)动作电流该站的总负荷为15898kVA，则进线的最大长时负荷电流为：A一次动作电流A过流保护的接线方式是选用二相三继电器接线（可以提高远后备保护的灵敏度），接线系数=1, 选用电磁型电流继电器, 返回系数=0.85，CT变比为200/5，则二次动作电流：A由计算，选用DL-19电流继电器，电流整定范围为520A2)灵敏度检验a 近后备灵敏度检验查表3-1 可知，35KV母线上的最小二相短路电流为0.81kA,则：合格b 远后备灵敏度检验查表3-1 可知，6kV母线上的最小二相短路电流为3.66kA,则合格3)动作时间 s4.4.3 35kv进线开关保护35kV进线开关设置速断保护。其与35kV进线的电流速断一样，故用电磁式电流继电器DL20，电流整定范围为12.550A。灵敏度校验也同35kV进线限时速断校验一样，校验合格。4.5 主变器保护主变压器设置瓦斯保护、差动保护、过流保护、过负荷保护等保护。瓦斯保护按常规保护，即重瓦斯0.8时动作于跳闸闸，轻瓦斯300时动作于信号。4.5.1 主变过流保护为了防止外部短路引起变压器线圈的过电流，并作为差动和瓦斯保护的后备保护，变压器还必须装设过电流保护。过电流保护动作应躲过变压器的最大工作电流整定。一次动作电流为：A继电器动作电流为：A 选用继电器DL18，2.5-10A灵敏度校验： 符合要求1248A为变压器二次侧最小运行方式下的两相短路电流折算到变压器一次侧的电流值。动作时限整定为2.5s。4.5.2 主变过负荷保护变压器过负荷大都是三相对称的，所以过负荷保护可采用单电流继电器接线方式，经过一定延时作用于信号，保护装置的动作电流按躲过变压器额定电流整定。一次动作电流为：A继电器动作电流：A动作时限整定为10s，选用继电器DL17，1.5-6A。4.6 6kV母联保护6kV母联保护设置电流速断保护。一次动作电流：A二次动作电流（6kV母联开关CT1400/5，）：A选用电磁式电流继电器DL18，电流调节范围2.510A。4.7 6kV出线保护以主井提升机为例，对6kV出线保护进行说明。主