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1 绪论1.1 电力系统的基本概念由于电能生产、分配和取用都很方便，且易于控制、易于实现自动化，因此在工农业生产、交通运输业、国防建设和人民日常生活等方面都得到了广泛使用。我国的电力工业是伴随着新中国的成长而逐步发展起来的。特别是在20世纪80年代后期以来，“多家办电”政策的实施，使电力工业得到了蓬勃发展。1987年，我国发电装机容量达到1亿千瓦；1995年，超过2亿千瓦；2000年4月，突破了3亿千瓦；2004年5月底，突破了4亿千瓦。1978年全国发电量2565亿千瓦时，1987年达4973亿千瓦时，1995年达10070亿千瓦时，1999年达12300亿千瓦时，而在2004年1至4月份就达到6473.14亿千瓦时.即使这样,电力工业与整个国民经济的发展也呈现出很大的不适应性.2003年我国出现了全国性的缺电,2004年夏季全国各地出现的大面积“电荒”现象则进一步说明了电力工业发展的滞后。电力系统加上各种类型电厂中的动力部分，包括热力部分、水力部分、原子反应等，合称为动力系统。电力系统中各种电压等级的变电所及其连接的电力线路，叫做电力网，简称电网。电网的任务是输送和分配电能，并根据运行的需要调整电压。电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网。一般地，电压在110KV以下的电网，电压较低，输送功率较小，传输距离短，主要供电给本地负荷，称为地方网；电压在110KV及以上的电网，电压较高，输送功率大，传输距离长，主要供电给大型区域性变电所，称为区域网。随着国民经济的发展，地方网的电压等级也在提高，甚至可达220KV。根据供电地区的不同，地方电网可分城市电网（简称城网）和农村电网（简称农网）。电网按接线方式分为一端电源供电的电网、两端电源供电的电网、多端电源供电的电网三类。一端电源供电的电网又称为开式网，两端或多端电源供电的电网又称为闭式网。 如下图1.2 设计题目: 杜儿坪矿35/6KV变电所。1.3 原始资料1.3.1 矿区简介杜儿坪矿位于太原市中心20公里，交通运输方便，矿区铁路与市主要铁路干线相接，大型设备可通过铁路运输至本矿，矿区公路运输也相当方便，大型设备也可由公路运至本矿。本矿始建于1954年，1956年正式建矿。现有职工6798人，实现矿、区、队三级管理。矿井煤炭赋存条件优越，井田面积63.1平方公里，可采煤层厚18.78米，截止2006年底工业储量7.87亿吨，可采储量5.5亿吨，主要煤种为贫煤和瘦煤，均为优质动力煤和配焦煤，为全国瘦煤基地之一。本矿井为高瓦斯矿井，矿井设计能力为年产300万吨，在册职工人数为6519人。矿井年最大负荷利用时数为4500小时，当地电费月/KW。H，基本电费按安装容量计收为5元/KVA。月。矿区一电厂站为110kV变电站，其35kV母线最大运行方式下的短路容量为400M最小运行方式下短路容量为300MVA，继电保护的动作时间为2.5秒。商品煤主要质量指标均达到国际要求，产品畅销全国26个地区和城市，赢得了广大用户的欢迎和信赖。1.3.2 地形、河流本地区地形为丘陵地带，地面工业广场海拔高度1137m，土壤为黄土。1.3.3气候、地震情况本矿属大陆性半干燥气候，冬冷夏热，风沙大，日夜温差大，年平均气温9.817.2，极端最高气温38，极端最低气温-20，最热月平均最高温度30，最热月平均温度25，结冰期从11月到次年4月。土壤冻结深度为0.8m，全年主要风向为西北风，最大风速25m/s，年平均雷暴日为40日。矿区地震裂度为七度负荷名称电动机名称电动机额定容量/KW设备台数设备容量/KW需用系数功率因数距变电所距离重要负荷率%备注安装工作安装工作地面主井提升机绕线100011100010000.90.8200100副井提升机绕线800118008000.850.8150100主扇风机同步100021200010000.90.94000100压风机同步250327505000.850.9400100机修厂1585.50.350.658000工人村976.50.60.710000洗煤厂1298.80.80.7260050五金厂1775.20.550.712000外供电锅炉房514.50.650.7520050杜儿坪村598.90.650.815000外供电二、井下距井口正常40000.80.75100最大36000.780.72100表1.1 负荷的原始资料2 电源的确定2.1 对供电电源的要求电源一般取自电力系统，对有一类负荷的企业应由两回独立电源供电，当任一回路发生故障时，另一回路应能担负企业的一、二类负荷的用电，并应保证全部负荷的75%。杜儿坪矿属于有一类负荷的企业，应由两回路独立电源供电。2.2 供电电源确定根据供电的要求及杜儿坪矿所处的地理位置初步拟定两种方案。方案1、采用单回路独立电源供电，由二电厂变电所高压侧35kV母线供电。方案2、采用两回路独立电源供电，从一电厂变电所二次侧35 kV母线平行引进两回路。一条回路由二电厂变电所二次侧35kV母线供电。方案1线路简单、供电距离短、线路的年损耗小、较经济、维护也较容易。方案2较方案1使得线路易构成环状网络，供电可靠性较高，虽然年损耗有所增加，但相差不是很大。故经综合比较选择方案2。现在就着两种方案进行比较，具体的电源进线方案比较见表2-1：表2-1 供电电源方案比较表 方案比较项目方案一方案二供电可靠性较高高线路运行的安全性好好供电质量好好电能损耗大小线路敷设是否方便方便方便对邻近变电所的影响小大比较名次21经比较，杜儿坪矿供电所有很多一类负荷，选择第二种方案即两回路独立电源供电合适。2.3 电能质量的指标电能与其他产品一样也有其自身的质量要求，中国国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量的五个方面的国家标准，即供电电压的允许波动和闪变、供电三相电压允许不平衡度、公用电网谐波、供电频率允许偏差等。1 电压允许偏差 35kV及供电和对电压有特殊要求的用户为额定电压的+5%-5%； 10kV及以上高压供电和低压电力用户为额定的+7%-7%； 低压照明用户为+5%-10%。2 三相电压不平衡电能质量三相电压允许不平衡度GBT15543-1995适用于交流额定频率为50Hz电力系统正常运行方式下由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡，该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。3 电网频率电能质量电力系统频率允许偏差GBT15945-1995中规定：电力系统频率偏差允许值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放到+0.5Hz-0.5Hz，标准中并没有说明容量大小的界限，而在全国供电规则中有规定：“供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万kW及以上为0.2Hz；电网容量在300万kW及以下为0.5Hz。”在实际运行中，我国规定各省电力系统频率偏差保持在+0.1Hz-0.1Hz的范围内，这点在电网质量中最为保障。标准还规定：不平衡度允许值是指在电力系统正常运行的最小方式下负荷引起的电压不平衡度在生产过程中的最大实测值。在确定三相电压不平衡指标时，该标准还规定用95%概率值作为衡值，即正常运行方式下不平衡允许值。对于波动性较小的场合，应和实测量的五次接近数值的算术平均对比；对于波动性大的场合，应和实际测量的95%概率值对比，以判断是否合格。其短时允许值是指任何时刻均不能超过的限制值，以保证保护和自动装置的正确动作。4 波形正常情况下，要求电力系统的供电电压或电流的波形为正弦波。为此，要求发电机首先发出符合标准的正弦波电压。其次在电能的输送和分配过程中不应使波形产生畸变。在次，还应注意负荷中谐波源的影响，必要时要采取一定措施消除谐波的影响。5 供电可靠性供电可靠性是衡量电能质量的饿一个重要指标，一般以全年平均供电时间占全年时间的百分数来衡量供电可靠性的高低。3 负荷计算和无功功率补偿3.1负荷计算负荷计算是为电气设备、输电导线和继电器保护装置的选择提供需要的计算依据。负荷计算的准确与否直接影响着供电设计的质量。负荷计算的方法很多，本设计采用需用系数法。下面以主井提升机为例进行计算，负荷计算结果见负荷统计表3.1。 主井提升机负荷计算 根据负荷的原始资料其计算结果为式中：该组用电设备的有功功率计算值kW； 该组用电设备的无功功率计算值kvar；该组用电设备的视在功率计算值kVA；该组用电设备额定容量之和（备用设备除外）kW； 该组用电设备的需用系数；功率因数；与对应的正切值；该组用电设备的总负荷电流A；电网的额定电压kV； 变电所的总计算负荷将变电所各组用电设备的计算负荷相加，再乘以组间负荷同时系数，即可求出变电所的总计算负荷。 各组用电设备组的负荷总计 变电所的总计算负荷取 则自然功率因数：变电所负荷的总有功率计数值kW；变电所负荷的总无功,率计数值kvar； 变电所负荷的总视在功率计数值kVA；变电所各组用电设备的用功功率计算值总和kW；变电所各组用电设备的无功功率计算值总和kvar；各组用电设备的最大负荷不可能同时出现的组间最大负荷同时系数，一般取， ；3.2 无功功率的补偿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在0.90以上，所以当变电所的功率因数低于0.90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变电所一般采用在6kV母线上装设并联电容器进行集中补偿的方法来提高变电所的功率因数。 电容的补偿容量的计算式中：补偿前的功率因数角的正切值补偿后的应达到的功率因数角的正切值 电容器（柜）型号和台数的确定变电所的无功功率补装置，可选择单台电容器，也可选择成套电容器柜。为了加快变电所设备的安装速度和布置上的规范整齐，本设计选择成套电容器柜。电容器组在接入电网时，一般采用在中性点不接地的星接或者双星接线。为此，根据补偿容量、额定电压及接线方式本设计选择TBB6-1200/50-AK户内式Y接线的电容器柜，其技术参数如下：表3.2电容器柜技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）额定容量（kvar）单台容量（kvar）接线方式保护方式TBB6-1200/100-AK61051200100Y开口三角电压保护电容器柜台数为 取4台 单台电容器柜的额定容量kvar；电容器的实际工作电压kV；电容器的额定工作电压kV；电容器实际补偿容量为：补偿后变电所负荷的无功功率为：补偿后变电所的负荷总容量为：补偿后的功率因数为：4 变压器的选择由于设计的变电所有一、二类负荷，为了保证供电的可靠性所以选择两台变压器。方案一：选择两台变压器，两台变压器同时工作。方案二：选择两台变压器，一台工作，一台备用。方案比较情况见表4.1，由表4.1看出：方案一、二都选择SFL710000/35型变压器。经比较，选用方案二，即一台工作，一台备用的运行方式。表4.1 变压器选择方案比较表方案比较项目方案一选两台，两台同时工作方案二选两台，一台工作一台备用技术指标负荷率0.590.9433供电可靠性低高供电质量高低占地面积89.4989.49操作是否方便不方便方便设备运输是否方便方便方便维护管理是否方便不方便方便方案比较名次21经济指标电力损耗费用11.388015.9677基建总投资107.388025.9677基本电费96万60万方案比较名次21综合比较名次215 变电所供电系统的拟定5.1 变电所一次接线的确定由于供电系统采用两回路供电，在力求接线简单、运行灵活、和维护操作方便的前提下采用桥式接线。桥式接线又分为内桥、外桥和全桥。当变电所的外部系统和受电线路的保护对变电所受电侧无要求，变电所负荷不平稳，主变压器经常切换时，常采用外桥接线。这种接线的变电所一次侧无统一线路保护，而且切换线路不方便。内桥接线一次侧虽有线路保护，但主变压器与线路均由受电断路器保护，互相有影响，而且主变压器切换不方便，（不太清楚，请解释一下出处）因此经综合考虑采用全桥接线，其供电可靠性高，操作灵活方便。5.2 变电所的二次母线。由于本变电所具有一、二类负荷，所以采用单母线分段接线。6 短路电流计算6.1 计算短路电流的目的和任务为了正确地选择电气设备，选择和整定继电保护装置；确定是否需要采取限流措施及正确选择限流设备；确定系统的接线和运行方式，判断哪种主接线方案和运行方式更能保障供电的安全性和可靠性。需计算最大和最小运行方式下的短路电流有效值以及最大运行方式下的短路容量和短路电流的冲击值。所需计算的短路参数有：最大、最小运行方式下的短路电流，最大运行方式下的短路容量，短路冲击电流及冲击电流有效值等。短路计算的方法常有欧姆法和标么制法，本设计采用标么制法。6.2 短路计算电路图6.3 短路电流计算以短路为例，其短路计算如下：选定基准容量 ; ; ; ; ;最大运行方式下点的等值电路图: ;最小运行方式下:点的等值电路图;短路计算结果见表6.1。表6.1 短路计算结果表短路计算点最大运行方式最小运行方式K11.843.046.844.051841.62.64K20.777.0915.959.46770.736.68K30.43.688.274.91400.393.56K40.364.007.384.38360.353.19K50.4366.879.005.3343.60.423.85K60.756.4815.49.18750.76.48K70.76.314.58.6700.676.13K80.69314.18.3690.655.89K90.736.6815.28.89730.6896.3K100.1871.723.872.2918.70.1851.7K110.766.9315.599.25760.7136.53K120.756.8715.49.18750.7086.48K130.7326.6214.98.8572.30.6846.26由短路计算结果表可以看出，井下的最大短路容量为73.2MVA，而井下的最大断流容量为100MVA，所以不用串电抗器限制短路电流。7输电线路的选择7.1 概述在变电所高低压配电电路中，最普通的两种结构是架空线和电缆。架空线的优点是：设备简单，造价低，易于检修和维护，利于空气绝缘，但是需要占有一定的空间。电缆相对架空线来说造价高，检修和维护工作量大，绝缘成本高。7.2 35kV电源进线的选择：35KV的线路输电导线选择LGJ型钢芯铝绞线。由于该线路为全矿的电源进线，其容量大，线路长，年运行时间长，所以应按经济电流密度选择导线截面，按其它条件校验。 按经济电流密度选择线路正常工作时的最大长时工作电流。（按变压器过负荷30%选择）正常运行时线路的最大长时工作电流，A。 查表6.17钢芯铝绞线的经济电流密度，所以经济截面为：经济电流密度A导线的截面为节省有色金属，减少初期投资，查工厂常用电气设备手册选择LGJ-185型钢芯铝绞线。 按长时允许电流校验查工矿企业供电书表6-11可知，LGJ-185型钢芯铝绞线的长时允许电流为515A，大于线路的最大长时工作电流，校验合格。（环境温度为25。） 按机械强度校验查工矿企业供电书表6-19满足机械强度的最小截面是，而所选截面为，满足机械强度的要求。 按允许电压损失校验线路的阻抗查工矿企业供电书表6-14，线间几何均距为3m时，其，则线路的电压损失为：线路允许损失电压为，而满足电压损失要求。故选择LGJ-185型钢芯铝绞线。7.3 6kV侧的架空线及电缆的选择 架空线的选择同上按其经济电流密度选择（以主扇风机为例）故选LG-95型铝绞线按长时允许电流校验允许电流为415A，大于线路的最大长时工作电流，校验合格。按机械强度校验满足机械强度的最小截面是，而所选为。校验合格按允许电压损失校验线间几何均距为1m，则线路的电压损失为：线路允许损失电压为，校验合格。故选LJ-95型铝绞线。7.4 电缆线的选择选择电缆的型号时应考虑敷设的场所，移动频繁的采用橡套电缆，固定敷设的采用铠装电缆，承受较大拉力的用钢丝铠装电缆，有火烧火灾和爆炸危险的不能使用铝芯、铝包或油麻外被层电缆，应采用屏蔽电缆和有阻燃性能电缆。有腐蚀性的场所应尽量采用塑料外被层电缆。锅炉房，洗煤厂，机修厂，压风机为固定敷设，采用无铠装电力电缆；主、副井提升机采用钢丝铠装电缆，井下采用橡套电缆。无铠装：YJV/YJLV，额定电压6/6，芯数3。钢丝铠装电缆：YJV32/YJLV32，额定电压6/6，芯数3。电缆截面的选择同架空线路。8 电气设备的选择8.1 高压开关柜选择35kV室内布置及6kV高压配电装置一般采用有五防功能的成套高压开关柜。其五防是防止误分误合断路器，防止带负荷分合隔离开关，防止带电挂他线，防止带地线合隔离开关，防止误入带电间隔。考虑到供电可靠性及灵活性，又便于维护检修，选取移开式开关柜。查高压成套开关设备手册35KV侧选取GBC35（Z）型开关柜。考虑到频繁通断选用装有真空断路器的开关柜，操作机构是CD10型的电磁式操作机构。 真空开关GBC35(Z)07. ZN35操动机构GD10. 额定电流1600A，额电断开电流25kA，动稳定电流63kA，热稳定电流25kA，额定分断次数30次，额定雷电冲击耐压185kV，1min工频耐压95kV。 电流互感器LCZ35.准确等级0.5级，额定输出5A，1S热电流有效值，动态额定电流值，一次侧额定电流200A。 母线GBC35(Z)/34和53.(左右联络). 电压互感器GBC35(Z)/65. 避雷器GBC35(Z)/89. 变压器GBC35(Z)/15.8.2 柜内主要设备的校验： 断路器的校验： 安装处断路器额定电压35KV35KV额定电流159.16A1600A额定断流容量184MVA1102 MVA动稳定6.48KA63KA热稳定2.68KA25KA 额定断流容量校验: 按动稳定校验：； 热稳定校验 ：由上可知断路器符合要求。 熔断器的校验：按断流容量校验:；故熔断器符合要求。 电流互感器的校验： 热稳定校验：；其中：； 动稳定校验：； 校验合格。 避雷器的校验：型号最大相电压： 校验合格。8.3 高压6kV侧开关柜（XGN-6）按操作电源开关柜操作机构、测量、计量仪表、保护装置来确定。高压开关柜的二次操作电源采用直流操作系统。操作机构采用电磁式。查高压开关柜二次接线方案。引进柜：应装设一个电流表、一个有功电度表、一个无功电度表，有过流差动保护。选择ZJ05号方案。联络柜应装设一个电流表选ZF03号方案。出线柜：应装设一个电流表、一个有功电度表、一个无功电度表，采用定时限过电流保护。选ZC09号方案。电压互感器装设四个电压表（一个指示做测量用，另三个做绝缘监视）。选ZH04号方案。所用选ZS01号方案。如图所示：9 变电所的继电保护9.1 概述在矿山供电系统中发生故障时，必须有相应的保护装置将故障部分及时的从系统中切除，以保证非故障部分继续工作，或发出信号，以便值班人员检查并采取消除故障的措施。矿山供电系统的高压配电网保护装置采用继电保护装置或高压熔断器，低压配电系统保护装置采用低压断路器和低压熔断器。对继电器保护装置的基本要求： 1 可靠性 指保护装置该动作时动作，不拒动；而不该动作时不误动作。 2 选择性 指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护拒动时，则应由相临设备或线路的保护切除故障。 3 灵敏性 指在被保护设备或线路范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。 4速动性 指保护装置应能尽快的切除短路故障，提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度。当需要加速切除故障时，可允许保护装置无选择性动作，但应利用自动重合闸或设备用电源自动投入装置，缩小停电范围。作为线路的相间短路保护、主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。带时限过电流保护分为定时限过电流保护和反时限过电流保护两种，定时限过电流保护中，预先整定的额动作时间固定不变，与短路电流大小无关；反时限过电流保护动作时间按10倍动作电流整定，实现短路电流越大，动作时间越短，如果过电流保护动作时限不大于0.50.7时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于断路器跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。对可能经常过负荷的电缆线路，按GB50062规定，应装设过负荷保护，动作于信号。9.2 6kV配处线的继电保护6kV系统是小电流系统。通常只装设防止线间短路的保护装置和防止单相接地的有选择性的高压漏电保护装置。 线间短路保护过电流保护的整定计算：过电保护的动作电流按躲过被保护线路的最大工作电流来整定。即：动作电流（以五金厂为例）可靠系数，考虑自启动因素时取，不考虑时，电磁和晶体管式继电器取1.2，感应式继电器取1.4；返回系数，电磁式继电器取0.85，感应式取0.8，晶体管式取0.850.9被保护线路的最大长时工作电流，A。保护装置的灵敏度校验： 因作为6kV线路的主保护故时满足要求。式中：保护装置的灵敏度系数，对主保护区大于1.5，对后备保护大1.2；被保护线路末端最小两相短路电流，A。过电流保护的动作时限为：保护装置的整定动作时间，s；末端相邻元件保护的整定时间，s；时限阶段，对DL取0.5，对GL取0.7s。 单相接地保护（五金厂）变电所6 kV馈电母线上，应装设具有选择性的接地保护装置。同时装设三相五柱式电压互感器，构成零序电压式绝缘监视装置，作为辅助信号。零序电流保护的整定计算式中：装置的一次动作电流，A；瞬时动作时，取45；延时动作时，取1.52；短路接地时，本线路的零序电流（本线路的对地电容电流，即本线路的单相接地电流），A。灵敏度校验式中：灵敏度系数，对电缆线路应不小于1.25，对架空线路不小于1.5；整个电网的单相接地电流，无补偿时为整个电网的对地电容电流，有补偿时为补偿后的剩余电流，A；零序电流保护装置的实际一次动作电流整定值，可根据计算值和零序电流互感器与继电器的型号查表1-25选取，A。9.3 变压器的继电保护由于杜儿坪变电所的变压器容量为10000KVA。应装设带时限过电流保护、纵联差动保护、瓦斯保护、过负荷保护、温度信号装置。 带时限过电流保护保护装置的动作电流应躲过可能出现的最大工作电流。即：式中 过电流保护装置继电器的动作电流，A；可靠系数,对DL型继电器取1.2,对GL型继电器取1.4;接线系数，接于相电流时为1，接于相电流差时为；返回系数，取0.85；变压器一次侧的最大长时工作电流（也可用变压器一次侧的额定电流），A；过负荷系数，用近似法时取24；保护装置灵敏度校验式中：保护装置的灵敏度系数，对主保护区1.5；对后备保护取；相对灵敏度系数，查表128；被保护范围末端（主保护区为变压器二次侧，后备保护区为下一级线路）最小三相电流稳态值，A。 过负荷保护保护装设的动作电流躲过变压器的额定电流 取6A式中：可靠系数，取1.051.1；变压器一次侧额定电流，A；保护装置动作应躲过允许的短时工作过负荷时间，一般整定时限取9S-15S。 差动保护为了保证正常情况下躲过差动继电器的不平衡电流。在整定计算前恰当的选择电流互感器的接线方式。YD接线的变压器。Y侧接电流互感器的D形，D侧接电流互感器的Y形。 变压器一次侧电流互感器的变化：式中：电流互感器变比计算值；电流互感器二次回路的接线系数，电流互感器Y接时为1，d接时为；变压器各侧额定电流，A。电流互感器二次侧回路的工作电流。即式中： 变压器为额定电流时，电流互感器二次回路的工作电流，A；电流互感器的实际变比。变压器二次侧电流互感器的变比因故取二次侧为基本侧。. 躲过外部故障最大不平衡电流计算：式中： 保护装置一次动作电流，；变压器二次侧母线短路时，流经基本侧的最大三相穿越性短路电流稳态值，A；可靠系数，取1.3；电流互感器的同期系数，型号相同时取0.5，不同时取1.0；电流互感器允许最大相对误差，取0.1；变压器调压引起的相对误差，取调压范围的一半，一般为5%；由于继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差，初算时可取0.05。. 按躲过变压器空载投入或故障切除后电压恢复时的励磁涌流计算：式中 ：变压器基本侧的额定电流，A；. 躲过电流互感器二次回路断线计算：变压器基本侧的最大负荷电流，A；经比较 最大，故基本侧的一次动作电流取 确定线圈的基本匝数继电器的动作电流取差动线圈与一组平衡线圈的匝数之和较接近的数值作为基本侧的实际、整定匝数。即。即可选，即 非基本侧继电器平衡线圈的匝数。故匝 效验值。故动作电流不需另作效算。 确定短路线圈的抽头对于大容量变压器可采用较少匝数选用抽头“B”B。 灵敏度的效验 Y，D接线的变压器，应按最小运行方式下，变压器二次侧的两相短路电流来校验灵敏度。故满足要求。10 变电所自用电及操作电源10.1 变电所的所有负荷杜儿坪变电所的用电负荷，有交流和直流两类。 直流负荷A：经常负荷：对于所内经常接入的继电器，信号灯、位置指示器和常用的直流事故照明等。B：事故负荷：在变电所失去交流电源时，由直流供电的负荷。C：冲击负荷：在电磁操作机构合闸时的短路冲击负荷。杜儿坪变电所的交流负荷一般有：室内外照明、试验设备、电动合闸、控制、保护和自动装置等用电负荷。102 变电所的操作电源和直流系统 操作电源类型的选择A：交流电源用电采用交流电作为操作和信号回路的电源，不需要整流器和蓄电池，比较简单经济，便于维护，但是加大了电流互感器的负荷，不能满足复杂的继电保护和自动装置的要求，且对所用电电源要求严格。B：直流操作电源有蓄电池直流电源和硅整流直流电源两种，蓄电池直流电源是独立可靠的直流电源，它不受交流电源的影响，即使全所停电仍可保证连续可靠地供电，而且电压质量好，容量大能满足复杂的继电保护和自动装置的要求和事故照明等的需要。带镉镍电池的硅整流操作电池本身是独立电源，比较可靠，电池装于屏上占地面积小，运行维护方便。C：整流操作电源在电力系统中正常时，由硅整流器提供直流电源，当系统发生故障时，交流电压大量降低甚至消失时，利用电容器储能来提供直流电源。D：交流操作电源加大了电流互感器的负荷，有误差不能满足要求。 综上所述，选用镍镉电池硅整流GKN42-200/220直流操作电源。 变电所直流操作系统的拟订直流供电系统一般按以下原则拟订：A：对于重要直流负荷，为了提高供电的可靠性，通常采用分段环形供电方式，正常开环运行。B：按照控制回路、信号回路、不同电压等级断路器的合闸回路等负荷类和装设地点，分成各自对立的环形供电网络，并在运行适当地方开环运行。C：对不重要负荷，或正常时处于备用状态的负荷，采用单回路供电。103 所用电交流系统 所用点交流电源及接线硅整流操作和交流操作的变电所，由于没有独立的直流电源，要求采用双电源将其分别接在不同电压等级的电源或独立电源上。为了提高可靠性，可将一台所用变压器接于35kV受断路器之前，另一台接在电源系统的6kV母线上。11 变电所的布置11.1 概述杜儿坪变电所35KV侧及6KV侧均采用屋内布置。屋内布置较屋外布置投资大，但屋内布置：具有节约用地，便于运行维护，防污性能好，采用开关柜又可加快安装速度快。具体见平面布置图。11.2 地面变电所地面变电所是矿井供电的枢纽，它担负着向井上、井下配电的任务。图所示为杜儿坪的地面变电所的平面图和俯视图。受电源线路为两台60kV架空线路。装有两台SFL7-10000/35型容量为1000kV的主变压器，采用内桥式结构，一次侧高压隔离开关用GN5型，断路器用少油的SW2型，二次侧6kV电路分别引入室内两段母线上，母线的分断处设有联络开关。变压器二次侧所有的电器设备都装设在成套的高压开关柜内，它们呈两侧排到高压配电室内。低压配电盘以及控制信号盘和操作电源设在；另一个房间内。60kV的设备均设在了室外，除变压器二次侧的引线采用短行铝母线引入室内外，其一次侧设备连接一般采用铝绞线；承受力较大部分采用刚芯铝绞线。如收电压为35kV，当采用GBC-35型成套配电装置，除变压器设在室外，6kV和35kV成套装置分别设于楼上楼下室内，这样的布置既简洁又紧凑，室外占地面积小且便于管理，并不受气候变化的影响。在室外支承流体的支柱有两种：钢筋水泥支架和钢构的支架。在煤矿中，一般采用三角形钢结构的支柱或水泥支架，呈“工”型或“A”借助悬垂式瓷瓶将导体悬垂在支架上。为了便于搬运设备，室外设备的四周修有路面，在变压器与断路器之间设有3m以上平整路面，以便于安装和检修时搬运变压器，装有大型变压器时，还应设有钢轨，为了安全便于管理，变电所四周应设有围墙。变压器和熔断器的安装在牢固的基础上，在变压器和多油断路器的下面设有油池，其内铺一层厚度25cm以上的碎石，以免渗出的油浮在表面引起火灾。所有的动力电缆和控制电缆都应该沿着设备基础敷设在耐火性材料砌成的沟道或隧道中，沟道一直延伸到配电室和控制室。12 变电所的防雷与接地121 避雷针高度的确定由变电所平面布置图可知,被保护建筑物长，宽，高分别四36m、22m、10m，考虑避雷针与建筑物之间的最小距离为5m,选择实际保护范围为45、35、10，图中4支避雷针器是四边形。可将其分成2个三角形，每个三角形的外侧按双支避雷针的方法计算，当三角形相邻各对避雷针的方法计算，当三角形相邻各对避雷针在的水平高度Wx0时，则全部面积受到保护。由双支避雷针的保护范围计算可知，当WX0时其L。针1,2,和3,4间距离：; 针1,3和2,4间距离：；针1,4和2,3间距离： ； 由以上计算可知：针1,2的高度为：考虑留有一定富裕取 21m； 针3,4的 高度应为： 考虑留有一定富裕取取21m避雷针的保护半径：Rx=KH(1.5H-2HX)=1(1.521-210)=11.5m.各针之间在HX水平面上两相邻避雷针的最小保护宽度WX.由上可知，三角形内部Hx水平面上的面积则都受到了保护。由各l/2作相应两针间连接的中垂线,取各相应的WX值，由WX端点作相应针的保护圆的切线即得全部保护范围。122 变电所进线段的防雷保护 35kV架空线由于35KV架空线全线来设避雷线。所以在变电所2KM进线段架设避雷线。在雷季，35KV进出线开关可能断开，而线路又带电所以在靠近开关处装设一组避雷器。查煤矿电工手册表8211选GXS，35/（210）型管型避雷器。额定电压为35KV。额定断流自动下限2KA，上限10KA。最大运行方式下冲击电流有效值：5.469KA2KA。所以选避雷器合适。 变电所内部防护入侵波保护变电所内每组母线上都装设阀型避雷器，变电所内所有避雷器的最短的接地线与配电装置的主接地网连接。查煤矿电工手册表825选FZ35型阀型避雷器，其额定电压为35kV，灭弧电压有效值为41kV。6kV配电装置入侵波的保护。6kV母线及配电线路对入侵波的保护采用避雷器柜。123 变电所的接地系统 接地范围 保护接地范围应当接地的部分：. 电机、变压器、电器、携带式用电器具的底座和外壳；. 电器设备传动装置；. 互感器的二次绕组，但继电保护另有规定者除外；. 配电屏与控制屏的框架；. 屋外配电装置的金属和钢筋混凝土架钩以及靠近带电部分的金属围栏和金属门；. 交直流电力电缆接线协盒，终端盒的外壳和电缆的金属外皮，穿线钢管等；. 铠装控制电缆的外皮，非铠装电缆的12跟屏蔽芯线。不需要接地的部分：. 在木质，沥青等不良导电地面的干燥房间内，额定电压为交流380V及以下。直流440V及以下的电力设备外壳；. 在干燥场所，额定电压为交流127V及以下，直流110V及以下的电力设备外壳；. 安装在配电屏，控制屏和配电装置上的仪表，继电器和其他低压电器的外壳，以及当绝缘损坏时，支撑物上不会有引起危险电压的绝缘子金属底座等；. 安装在已接地的金属结构上的设备；. 额定电压220V及以下的蓄电池室内的支架。 工作接地的范围. 变压器、发电机、电容器组的中性点，在变压器中性点绝缘系统中，经击穿熔断器接地；. 电流互感器、避雷线、避雷针、避雷网、保护间隙等。接地装置：变电所的接地装置，利用自然接地体除外，不论采用何种接地体，都应设以水平接地体为主的人工接地网，根据对人工接地体的要求及杜儿坪矿变电所的桑建结构，人工接地体布置。13 变电所的中央信号装置13.1信号装置的种类信号装置是监视电气设备运行状态的一种声光指示装置，它从各个不同侧面判断电气设备的运行状态。变电所的信号有中央信号、断路器与隔离开关位置的信号及保护和自动装置的动作信号三部分。中央信号由事故信号和预告信号组成，装在变电所的主控室中。当变电所任一断路器事故跳闸时，启动事故信号；当发生其他故障或不正常运行情况时，启动预告信号。 中央信号装置按复归方式可分就地复归和中央复归两种。就地复归是信号动作后，在发生故障的配电装置上将信号复归；中央复归是指在主控制室将信号复归。按动作性能可分为重复动作与不重复动作两种，重复动作是指某一回路故障发出信号后，故障状态还未解除（音响信号已被复归），另一回路又发生故障时，能重复发出信号；不重复动作是指信号发出后，故障状态未解除前，不能再发出第二个信号。中央信号的预告信号装置又分为瞬时预告信号与延时预告信号两种，工矿企业变电所中延时预告信号使用较少。13.2中央信号装置的设计原则1当变电所为集中控制时，控制室内应有被控制断路器跳、合闸位置的指示信号。2有人值班的变电所，应在控制室或值班室内设置能复归音响的中央事故信号及中央预告信号装置。3中央事故信号装置在断路器跳闸时，除能及时发出音响信号外，在控制屏上或配电装置上还应有表示该回路事故跳闸的灯光或其他指示信号。4中央预告信号装置在回路故障时，除能及时发出音响信号外，还应有显示故障性质、地点和范围的指示（灯光或信号继电器）。5中央事故信号与预告信号应有区别，一般事故信号用蜂鸣器；预告信号用电铃发出音响。6中央信号发出音响后，应能手动或自动复归音响，而鼓掌性质、地点与范围的指示应保持到保护动作情况记录完毕（光字牌信号）和故障信号消除为止（闪光信号）。7各信号的显示装置应适当集中，以便值班人员监视。8变电所应设有闪光装置，它与断路器的事故信号和自动装置配合，指示断路器的事故跳闸和自动装置的动作。闪光电源装置一般装在直流电源屏上。9变电所的中央事故与预告信号一般应能重复动作，如变电所主接线较简单，中央事故信号可不重复动作。10在配电装置上就地控制的元件，应按母线段、组别，分别发送总的事故信号和预告信号。11有可能误发信号或不需要瞬时通知值班人员的信号，应接延时预告信号。12对单灯控制音响监视接线应能实现亮屏或暗屏（运行时断路器位置指示灯亮或暗）运行，根据需要可任意选择一种。13对中央事故及预告信号装置及其光字牌应能进行完好性实验。14信号装置应有可靠的电源，对重要信号装置应对电源熔断器进行监视。总之，要信号装置力求简单、可靠、醒目，应能正确反映所监视的电气设备的运行状态，并能根据需要随时检验信号装置的完好性。当被监视设备发生异常时，信号装置能自动发出音响和灯光信号。信号发出后应能判断故障性质、地点和范围，并将该灯光信号保持到保护动作情况记录完毕和故障消除为止，对音响信号应能根据需要手动或自动复归。13.3中央信号装置的选型在选择时我们参考了35KV变电所定型屏，根据中央信号装置的设计原则和本次设计的变电所的实际情况，我们选择了：中央控制屏信号是PXK002，中央信号继电器屏信号是：PXB003。（见资料图）第14章 BGP-6系列隔爆高压真空断路器14.1 BGP-6的组成1 门钩 2箱门 3仪表观察窗 4指示灯观察窗5电度表观察窗 6铰链 7铰链销 8铰链座BGP-6系列真空开关柜采用真空断路器，断流容量100MVA以上，应用综合电子继电保护装置压敏电阻器，可实现漏电、过载、短路、绝缘监视、失压和操作过电压等综合保护功能。其电气元件安装在可移动的小车上，便于检修维护。属于BGP-6系列的隔爆高压配电箱有多种型号，原理上基本相同，结构上略有区别。箱体由钢板焊接而成，外壳有足够的强度，上部有吊装钩，底脚可装滑哈耗，以边井下运输。箱体正面为快开门。门上和闸、分闸、过流、漏电、监视、复位等六只按钮。还有故障显示窗及指示计量仪表的显示窗。箱门背后装有仪表控制盘，上有计量有的电流表、电压表、电度表、二次接线端子、航空插座等。箱内有隔离小车，上面装有真空断路器、微电脑程序控制高压开关综合保护器、电流互感器、电压互感器、保护电压互感器的高压熔断器，维修时可方便地拉开箱门。 箱体右侧装有隔离小车和断路器的操作手柄，并装有联锁机构和紧急分闸按钮。箱体两侧可根据用户需要、安装联合用的接线通道，箱体背部装有进出线馈电接线腔和供控制信号连线的小喇叭口。所有法兰与盖板的结合面均为隔爆面，用螺栓紧固。后接线箱，供进线和馈线用。其中穿墙接线套管由PMC绝缘材料与黄铜棒压铸而成，具有一定的机械强度和优良的绝缘性能。通过他将三相电力电缆与箱内主电路联通起来，向负载供电。 三相电压互感器选用JSZW2-6型三相五柱式电压互感器，其一次侧额定电压为6000/3V，基本二次电压为100/3V电压互感器一次侧分别用三只高压熔断器进行保护；在二次侧，同样用低压熔断器进行限流保护。 短路、过流信号取自电流互感器。电流互感器为LM6型，其额定电压为6kv，一次绕组电流有50A 、100A、150A、200A、315A和400A六种规格。二次绕组分为两组：A组为信号绕组，额定电流5A，容量3.75VA；B组为电流源绕组，供综保作继电保护用。当电网短路造成压降，电压互感器二次电压也跟随降低，若降低到小于额定操作电压的65%以下，电压型分闸电磁铁就不能正常工作，这时电流互感器中的二次电流很大，通过电流电压转换器将该电流转化为电压，经整流稳压成24V直流，使直流电磁铁完成分闸动作。 压敏电阻为MYG-6B型高压氧化锌压敏电阻，安装在真空断路器和电流互感器之间，接成星