煤矿地面变电所毕业设计.doc

摘 要本设计初步设计了煤矿地面35kV变电站的设计。其设计过程主要包括负荷计算、主接线设计、短路计算、电气设备选择、继电保护方案、变电所的防雷保护与接地等。通过对煤矿35KV变电站做负荷统计，用需用系数法进行负荷计算，根据负荷计算的结果确定出该站主变压器的台数、容量及型号。用标幺值法对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供了数据。根据煤矿供电系统的特点，制定了矿井变电所的主结线方式、运行方式、继电保护方案。其中35KV侧为全桥接线，6KV主接线为单母分段。两台主变压器采用分列运行方式。并根据电流整定值以及相关数据的校验，选择了断路器、隔离开关、继电器、变压器等电气设备。关键字：负荷计算; 变电站; 继电保护;运行方式目 录 第一章 矿井概括-5第一节 概述-5第二节 电源-5第三节 变电所的任务和位置-5第二章 变压器选择-5第一节 用电负荷计算-5第二节 无功功率补偿-8第三节 低压动力变压器或所用变压器台数和容量的确定-9第三章 变压所的接线和布置-11第一节 变电所的主接线-11第二节 变电所屋内外的布置-13第四章 短路电流计算-13第一节 计算短路电流的意义和短路点的选择-13第二节 系统的最大，最小运行方式-14第三节 短路参数计算-14第四节 短路电流计算-15第五节 大容量的电动机对短路电流的影响-22第六节 短路电流的限制-24第五章 高压电气设备的选择-25第一节 选择高压电气设备的原则-25第二节 成套配电装置的选择-26第三节 母线与绝缘子的选择-26第四节 隔离开关 断路器 熔断器的选择-28第五节 电流互感器和电压互感器的选择-32第六章 继电保护与自动装置-33第一节 高压配出线保护-33第二节 静电电容器的保护-33第三节 高压配电母线的保护-33第四节 变电所的进线保护-34第五节 电力变压器的保护-34第七章 变电所的防雷设施-35第一节 变电所的防雷装置-35第二节 接地装置-38结论-40致谢-41参考文献-42前 言本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力及实际工程设计的基本技能。电力是现代煤矿的动力，首先应该保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方面合理的满足生产的需要。由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全，可靠，经济具有举足轻重的作用。本论文根据变电所的设计原则，围绕某矿井35KV变电所设计这一课题展开了全面的设计与研究，主要完成以下工作： 针对矿井负荷的用电要求，根据需要系数法进行了负荷计算。据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行设计：高压35kV采用全桥接法,6kV母线采用单母分段接线形式。采用标幺值法对供电系统进行了短路计算。按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并对它们进行动稳定和热稳定校验。为了在供配电系统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的扩大，在论文中对变电所继电保护进行了设计。防雷保护是变电所保护中不可缺少的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在变电所装设避雷针。煤矿地面变电所毕业设计第一章 矿井概括第一节 概述本矿井为年产60万吨的高沼气矿井，分主、副两井，为立井开掘，一水平井深250m，预期服役年限为80年。主副两井距离为80m，距35kV变电所距离均为0.2km。矿井地面变电所距上级变电所6km，采用双回路架空线供电，已知上级变电所最大运行方式下的系统阻抗为0.36，最小运行方式下的系统阻抗为0.69。35kV过流整定时限为3s。电费收取方法采用两部电价制收费，在变电所35kV侧进行计量，固定部分按主变压器容量收费，每千瓦每月5元，流动部分为每千瓦5分。自然条件（1）日最高气温33，日最低气温-17。（2）土壤温度27（最热日）。a（3）冻土层厚度为0.55m，变电所土质为沙质粘土。 （4）本矿主导风向为西北方向，最大风速为26m/s。（5）地震烈度为7度。第二节 电源矿井地面变电所据上级变电所6KM,采用双回路架空线供电,已知上级变电所最大运行方式下的系统阻抗为0.36,最下运行方式下的系统阻抗为0.69,35KV侧进行计量,固定部分按主变压器容量收费,每千瓦每月5元,流动部分为每千瓦5分第三节 变电所的任务和位置东电变压器是恩局其使用环境条件,电压等级及计算负荷选择其形式和容量,变电所的容量是有其装设的主变压器容量所决定的,从供电的可靠性出发,变压器台数是越多越好,但变压器台数增加,开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大,所以,变压器台数与容量的确定,应全面考虑技术经济指标,合理选择,当企业绝大多数负荷到三级负荷,其少量负荷或由邻近企业取的备用电源时,可装设一台变压器,如企业的一,二级负荷较多必须装设两台变压器,两台互为备用,并且当一台出现故障时,另一台能承担全部一,二级负荷,特殊情况下可装设两台以上变压器,例如分歧建设大型企业,其变电站个数及变压器台数均分器投建,从而台数可能加多.第二章 变压器选择第一节 用电负荷计算变压器的选取原则供电变压器是根据其使用环境条件、电压等级及计算负荷选择其形式和容量。变电所的容量是有其装设的主变压器容量所决定的。从供电的可靠性出发，变压器台数是越多越好。但变压器台数增加，开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大。所以，变压器台数与容量的确定，应全面考虑技术经济指标，合理选择。当企业绝大多数负荷属三级负荷，其少量负荷或由邻近企业取得备用电源时，可装设一台变压器。如企业的一、二级负荷较多，必须装设两台变压器。两台互为备用，并且当一台出现故障时，另一台能承担全部一、二及负荷。特殊情况下可装设两台以上变压器。例如分期建设大型企业，其变电站个数及变压器台数均可分期投建，从而台数可能加多。变压器选择计算按第二章计算出来的计算负荷进行用电负荷分析，根据分析结果选择变压器容量及台数。其计算计算过程如下：1、用电负荷分析 一级负荷：包括副提升机、主扇风机、井下主排水泵各项，其总负荷为2184kW，占全矿总负荷的33.6%。 二级负荷：包括主提升机、压风机、选煤厂、地面低压（生产负荷占75%）、一采区、二采区、井底车场各项，其总负荷为3171.5kW，占全矿总负荷的48.8%. 三级负荷：包括矿综合厂、机修厂、地面低压负荷的15%、工人村、支农各项，其总负荷为1142.5kW，占全矿总负荷的17.6%。2、根据矿井主变压器的选择条件，一般选两台，当一台故障停运时，另一台必须保证一、二级负荷的用电。在上述分析中一、二级负荷占全矿总负荷的82.4%，当两台变压器中一台停止运行时，另一台必须保证82.4%的正常供电，再考虑将来的发展情况，矿井不断延伸，负荷不断增加，故选用两台S7-8000/35型铜线双绕组无励磁调压变压器，其技术参数如表3-1所示：表3-1 主变压器技术参数型号S7容量(kVA)8000连接组别Y,d11电压36/6.3阻抗电压7.5空载电流0.8损耗（kW）空载11.5负载45.0两台主变压器采用分列运行方式，备用方式为暗备用。变压器损耗计算根据公式2-3计算主变压器各项损耗空载无功损耗： kvar；满载无功损耗： kvar；变压器的负荷率，则 有功损耗： kW；无功损耗： kvar；35kV侧全矿负荷计算及功率因数校验有功功率 kW无功功率 kvar视在功率 kVA35kV侧功率因数校验 0.9满足设计要求。变压器经济运行方案的确定两台变压器经济运行的临界负荷值可由公式3-1确定。 （3-1）如果SScr宜两台运行。式中 经济运行临界负荷， kVA； 变压器额定容量 ，kVA； 变压器空载有功损耗，kW； 变压器空载无功损耗,kW 变压器满载有功损耗，kW；变压器满载无功损耗，kvar；无功经济当量，大型矿井一般取无功经济当量kq=0.09本矿两台变压器经济运行的临界负荷为： kVA故经济运行方案为：当实际负荷S4724kW时，宜两台运行。第2节 无功功率补偿当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到供用电规则所要求的数值时，就需要增设人工补偿装置。在工矿企业用户中，人工补偿广泛采用静电电容器作为无功补偿电源。用电力电容器来提高功率因数时，其电力电容器的补偿容量用下式计算： （2-4）式中平均负荷系数，计算时取0.7-0.8 补偿前功率因数角的正切值； 补偿后要达到的功率因数角的正切值；本设计要求功率因数达到0.9及以上。假设补偿后6kV侧功率因数，取0.8，则所需补偿容量由公式2-9计算得： kvar(2)电容器柜的选择及实际补偿容量计算本设计采用高压集中补偿方式。因矿井地面变电所6kV母线为单母分段接线，故所选电容器柜应分别安装在两段母线上，即电容器柜数应取偶数。现选用GR-1/6型高压静电电容柜，每柜安装容量为=240kvar，最大不超过360kvar，据此可计算出电容器柜的数量为： 取偶数 N=4则 实际补偿容量为： kvar折算为计算容量为： kvar第三节 低压动力变压器或所用变压器台数和容量的确定1、低压变压器选择对各低压变压器选择时可按表2-1的计算容量进行选择。基于煤矿生产负荷对供电可靠性和安全性的要求且供电方式为双回路，应选两台变压器同时运行。并且，每台变压器均应能承担全部一、二级负荷供电的任务。故：（1）矿综合厂、机修厂、工人村、支农变压器分别选SL7-250/6型、SL7-400/6型、SL7-400/6型、SL7-315/6型油浸式铝线双绕组无励磁调压变压器各一台。（2）选煤厂变压器选两台SL7-630/6型油浸式铝线双绕组无励磁调压变压器。（3）地面低压变压器选两台SL7-800/6浸式铝线双绕组无励磁调压变压器。（4）井底车场变压器选两台KBSG-200/6型矿用隔爆型干式变压器。各低压变压器参数如表2-2所示。 2、各低压变压器损耗计算变压器的功率损耗分为铁耗和铜耗两部分。变压器空载时有功损耗和无功损耗分别用和表示。变压器的功率损耗按公式2-3计算。有功损耗： ，kW （2-3）无功损耗： ，kvar 式中 变压器的负荷率，； 变压器计算负荷，kVA； 变压器额定容量，kVA； 变压器空载有功损耗，kW； 变压器满载有功损耗，kW； 变压器空载无功损耗，kvar，； 变压器空载电流占额定电流的百分数； 变压器满载无功损耗，kvar，； 变压器阻抗电压占额定电压的百分数； 、均可由变压器产品样本中查出。（1） 矿综合厂变压功率器损耗计算空载无功损耗： kvar；满载无功损耗： kvar；变压器的负荷率，则有功损耗： kW； 无功损耗：、 kvar；（2） 洗煤厂变压器损耗计算空载无功损耗： kvar；满载无功损耗： kvar；变压器的负荷率，则 有功损耗： kW；无功损耗： kvar；其它各组变压器功率损耗计算依此类推，结果见表2-2. 表2-2 低压变压器参数及功率损耗计算表负荷名称矿综合厂机修厂地面低压选煤厂工人村支农井底车场计算容量 (kVA)225381653625377310155所选变压器参数型号SL7SL7SL7SL7SL7SL7KBSG容量(kVA)250400800630400315160连接组别Y,yn0Y,yn0Y,yn0Y,yn0Y,yn0Y,yn0Y,yn06/0.46/0.46/0.46/0.46/0.46/0.46/0.69444.54.54442.01.91.51.81.92.02.2损耗（kW）0.640.921.541.30.920.760.8545.89.98.15.84.81.43各项损耗值台数1122112负荷率0.90.950.410.50.940.980.48 kvar57.61211.341.66.33.52 kvar10163628.351612.66.4 kW3.886.156.416.656.045.372.36 kvar13.122.0436.136.8621.7418.659.99总计总有功损耗 kW36.86总无功损耗 kvar158.48第3章 变压所的接线和布置第1节 变电所的主接线变电所的主线是由变压器，断路器，隔离开关，母线及其他设备，按一定的电器顺序连接的，用于汇集和分配电能的电路。 第2节 变电所屋内外的布置结构及用途结构：电流动作型组成式漏电保护器组成：零序电流互感器，电子漏电保护，带有过载和短路保护的短路器及塑料外壳。作用：电网的漏电保护，线路和电动机的过载及短路保护等。第4章 短路电流计算第1节 计算短路电流的意义和短路点的选择研究供电系统的短路并计算各种情况下的短路电流，对供电系统的拟定、运行方式的比较、电气设备的选择及继电保护整定都有重要意义。短路产生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响范围，在供电设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决些列技术问题。(1) 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。(2) 设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。(3) 确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时，可采取限制短路电流的措施。(4) 确定合理的主接线方案和主要运行方式等。第2节 系统的最大，最小运行方式短路点最大运行方式最小运行方式kAkAkAMVAkAkAkAMVA35kV母线k12.897.374.391851.794.562.721156kV母线 k26.918.4610.4974.25.7115.428.68 61.2工人村 k33.117.934.73342.757.014.1830矿综合厂 k44.6711.917.1513.9410.055.9943地面低压 k51.283.261.95141.193.031.8113下井电缆 k65.9515.179.04654.9512.627.5254选煤厂 k75.8614.948.91644.8512.377.3753压风机 k86.0515.439.2664.9512.627.5254主扇风机 k94.0610.356.2743.23.699.415.6139.2主提升机 k106.0516.299.2664.9513.487.5254副提升机 k116.0515.439.2664.9512.627.5254机修厂 k125.9515.179.04654.9512.627.5254支农 k132.295.843.48252.115.383.2123第3节 短路参数计算负荷名称电压负荷容量负荷电流主变一次侧358000132主编二次侧680007696kV母线68000769井下总负荷62584368主提升机685982.5副提升机663060.6主扇风机692188.6压风机644442.7矿综合厂0.38225341.8地面低压0.38653999.2机修厂0.38381578.9选煤厂0.38625946.6工人村0.38377572.8支农0.38310471第4节 短路电流计算短路电流计算系统如图4-5所示，短路点选取35kV母线侧、6kV母线侧及6kV各出线回路末端，各元件参数可由表1-1中获得。输电线路、主变压器和下井电缆均为一台（路）工作，一台（路）备用。该电源为无限大容量，其电抗标么值,最大运行方式下，系统阻抗为=0.36，最小运行方式下，系统阻抗为=0.69，离上一级变电所距离为6km。主变压器为两台，每台容量为8000kVA，=7.5。线路电抗：对于电缆=0.08/km，架空线=0.4/km。此外，当同步电动机在同一地点总装机容量大于1000kW时，高压异步电动机在同一地点的同时运行的总装机容量大于800kW且短路点就在异步电动机端头时，要考虑其作为附加电源对短路电流的影响。1、选取基准容量=100MVA 计算点时，选取=37kV， kA 计算点时，选取=6.3kV， kA2、计算各元件的电抗标幺值（1）系统电抗：最大运行方式下， =0.36最小运行方式下， =0.69（2）35kV进线（架空线）: （3）主变压器: （4）主提升机、副提升机(电缆):（5）主扇风机（架空线）：（6）压风机（电缆）：（7）矿综合厂（架空线）：（8）机修厂（电缆）：（9）选煤厂（电缆）：（10）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，不计线路（11）工人村（架空线）：（12）支农（架空线）：（13）下井电缆：（14）主提升机（异步电动机）：式中 异步电动机启动电流标么值，一般取=5。（15）主扇风机（同步电动机）：其中为同步电动机次暂态的额定容量标么值。等值电路图如图5-1所示，图中元件所标的分数，分子表示元件编号，分母表示元件电抗标么值。图5-1 等值电路图3、各短路点短路计算（1）点短路（35kV）最大运行方式下短路回路电抗标么值为：短路电流标么值：则：最大运行方式下点短路时的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA最小运行方式下短路回路电抗标么值为：短路电流标么值：则：最小运行方式下点短路时的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA（2）点短路（6kV母线）因主扇风机（同步电动机）、主提升机（异步电动机）均构成附加电源，因此要考虑电动机反馈的影响，但异步电动机仅对短路冲击电流有影响。S1支路提供的短路参数：最大运行方式下短路回路电抗标么值为：短路电流标么值：则：最大运行方式下点短路时，S1支路提供的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值：kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量：MVA最小运行方式下短路回路电抗标么值为：短路电流标么值：则：最小运行方式下点短路时，S1支路提供的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量：MVAS2支路提供的短路参数：S2支路为异步电动机构成的附加电源，故只考虑其对短路冲击电流的影响。异步电动机提供的冲击电流可由公式5-3计算： （5-3）式中 电动机的额定电流； 电动机反馈电流冲击系数，对于高压电动机取=1.41.6，对于低压电动机取=1 异步电动机的电势平均值=0.9，则：S2支路的额定电流为：（取=0.92） kAS2支路电抗为：由公式5-3可得，S2支路提供的短路冲击电流为： kAS3支路提供的短路参数：取=0.92，=0.9，则该支路的额定电流为： kA 考虑到同步电动机一般装有低压保护装置，当t0.2秒后，开关跳闸，故它对稳态短路电流无影响，利用+0.07=0.27（0.07是考虑查具有阻尼绕组的水轮发电机计算曲线时，计算电抗需增加的数值）查具有阻尼绕组的水轮发电机计算曲线，得：, 则：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA故：最大运行方式下点短路时的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA最小运行方式下点短路时的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA（3）点短路（下井电缆）最大运行方式下短路回路电抗标么值为：短路电流标么值：则：最大运行方式下点短路时的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA最小运行方式下短路回路电抗标么值为：短路电流标么值：则：最小运行方式下点短路时的短路参数为：次暂态电流周期分量： kA短路电流冲击值： kA短路全电流最大有效值： kA次暂态三相短路容量： MVA第5节 大容量的电动机对短路电流的影响随着我国经济建设的不断发展和人民生活水平的不断提高，低压大功率异步电动机使用越来越广泛对建筑配电设计计算提出了一些特殊的要求 例如在对有低压大功率异步电动机的配电回路进行短路电流计算时应考虑电动机向短路点反馈短路电流的影响。三相交流系统短路电流计算(GBT 15544 1995)第122条指出高压电动机和低压电动机对对称短路电流初始值， 短路电流峰值i 和开断电流，6都有影响。 低压配电设计规范 (GB 50054 95)第212条规定验算电器在短路条件下的通断能力应采用安装处预期短路电流周期分量的有效值当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1 时，应计入电动机反馈电流的影响。下面借助计算机仿真软件对电动机向短路点反馈电流对短路电流有哪些影响影响的程度有多大在计算短路电流时应如何考虑等问题做一分析1 异步电动机的等值电路与仿真模型 目前通常采用经验公式确定电动机对短路电流值的影响此法只能给出在某种条件下电动机向短路点反馈电流的计算值不能分析电动机对短路电流的影响。近年来，在电气工程领域中越来越广泛地使用Matlab这种集数学计算、分析、算法开发与发布于一体的软件平台对配电系统进行仿真分析为配电系统设计提供参考 本文也使用这一软件分析低压大功率异步电动机对短路电流的影响异步电动机的等值电路 异步电动机等值电路见图1，其电路方程如下： 式(1)及图1中的E为定子绕组的感应电势，s 为转差率，。为定子电流，：为转子电流， 为励磁电流， 为电源电压，r，为定子电阻， 。为定子电抗，rm为励磁电阻， 为励磁电抗，r 为转子电阻归算值， 为转子电抗归算值。 由等值电路图可以看出电动机正常运行时，为电源电压转速为额定转速，转差率s很小，接近于零；若此时电动机机端短路，等值电路中 为零且电动机在负载转矩的作用下减速。当转差率s上升至1时电动机转速为零。在此期间，电动机将向短路点反馈电流这个电流的大小、变化规律、衰减速度将会对短路点的短路电流产生影响。仿真模型与电路参数计算 图2为含有低压大功率电动机的配电系统示意图其中电源至电动机的配电线路长度为Z，故障点1和故障点2为两个短路故障点。根据图2，在Matlab的Simulink平台建立图3所示的仿真模型对不同情况下三相短路时电动机向短路点的反馈电流进行仿真分析。 模型中异步电动机的定子和转子参数可以根据其技术数据，用工程计算法确定：仿真结果分析短路时刻对电动机向短路点反馈电流的影响 选择电动机功率为160 kW在电动机机端处设置短路点即故障点2选择不同的短路时刻测量电动机反馈电流第一波峰值取其中一相绘制曲线如图4所示 从图中可以看出不同的短路时刻电动机反馈电流的第一波峰值大小是不一样的这会对短路电流起始值的大小产生影响 当取配电线路f为BV一185 mm2。长度为100 m可有表1给出的不同短路点、不同短路时刻电动机三相反馈电流峰值数据 从表1中可以看出 不论短路时刻如何变化三相反馈电流中必有一相接近第一波的峰值以表1中的线路末端(电动机机端)三相短路时的数据分析三相短路时电动机反馈电流的峰值均在3 786 A以上是第一波峰值4 058 A的933 以上 因此在分析电动机反馈电流对短路电流影响时可以不考虑短路时刻对电动机向短路点反馈电流的影响而只按其反馈电流峰值考虑不同短路点对电动机向短路点反馈电流的影响 从表1中可以看出在配电线路的不同点发生短路时电动机向短路点反馈电流峰值的大小是不一样的，短路点离电动机越远，反馈电流峰值越小 表2给出了配电系统分别在配电线路首端(故障点1)和配电线路末端(故障点2)发生三相短路时160 kW电动机反馈电流峰值、短路电流峰值及稳态短路电流有效值。从表2中可以看出，单就电动机反馈电流而言随短路点远离电动机变化不是很大100m时下降生 100 =11 38 ，200m时下降生 堕x 100=2304。但由于随短路点远离电动机机端而靠近电源端短路电流会迅速增加 则电动机反馈电流在短路电流峰值中所占比例迅速降低100m配电线路时从2023 下降到579：而200 m配电线路时更从3060下降到514 这也说明在低压对称短路计算中在大型异步电动机机端处进行短路计算时应考虑电动机反馈电流的影响而远离电动机而靠近电源端处的短路计算可以不考虑电动机反馈电流的影响电动机容量对电动机向短路点反馈电流的影响 表3给出了160 kW、132 kW、l10 kW、75 kW和55 kW 电动机在配电线路末端(故障点2)发生三相短路时电动机向短路点反馈电流前三个波的峰值 可见电动机功率不同，短路时其向短路点反馈电流的大小也不同电动机的功率越大向短路点反馈的电流越大 图5为160 kW 异步电动机机端_一相短路时反馈电流波形可以看出反馈电流衰减速度是很快的一般在三个周波(006 S左右)振荡衰减到峰值的一半以下其后基本上是按指数规律衰减在0305 S左右衰减结束 因此可以认为在电动机机端短路时 电动机定子反馈电流会对短路电流峰值和开断电流产生影响3 异步电动机向短路点反馈电流的计算 对于低压异步电动机其对短路电流峰值影响的计算公式为： 上式中，对于低压异步电动机，K =13， ，是运行中电动机向短路点反馈的短路电流其值可按三相交流系统短路电流计算中式(69)计算 表4给出了对于图2所示配电系统中电动机功率分别为160kW、132kW、110kW、75 kW 和55 kW时，按上述公式(7)计算的i 值和使用Matlab按图3所示仿真故障点2短路时所得电动机向短路点反馈的短路电流峰值 表4中的计算结果与仿真结果之间存在一定的误差这主要是由于计算和计算机仿真中有些系数和参数的选择是按理想值或平均值来选取的但最大误差没有超过计算值的4 将电动机反馈电流峰值与额定电流相比反馈电流峰值在数值上大约是电动机额定电流的l314倍。由表4可以看出，如果用这种方法估算电动机机端三相短路时向短路点反馈电流值其与计算值的误差在5 左右基本上可以满足工程计算的要求4 结论 通过上述分析计算可以看出在三相对称短路情况下。电动机的功率、短路点距电动机机端的距离对短路电流峰值、开断电流值有很大的影响： a 当电动机功率相同时短路点距电动机越近，电动机向短路点反馈的短路电流越大。 b 在短路点不变情况下电动机的容量越大电动机向短路点反馈的短路电流越大 c 电动机向短路点反馈的短路电流衰减的速度是很快的 因此在计算校验开关电器的分断能力和动稳定性时其开断电流和短路电流峰值的计算都应计入电动机反馈短路电流的影第6节 短路电流的限制电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(短路)时流过的电流称为短路电流。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相电路不对称，故称为不对称短路。在中性点直接接地的电网中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的额定电流许多倍。短路电流的大小取决于短路点距电源的电气距离，例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的1015倍，在大容量的电力系统中，短路电流可高达数万安培。短路电流的限制措施为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值；加装限电流电抗器；采用分裂低压绕阻变压器等。主要措施如下：一是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。二是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。三是在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器，减少雷击损害。四是保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。五是带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。六是加强管理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。七是及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。八是在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。九是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。第5章 高压电气设备的选择第1节 选择高压电气设备的原则对各种电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠，短路通过短路电流时不致损坏，因此，电气设备必须按正常工作条件进行选择，按短路条件进行校验。(1) 按正常条件选择 环境条件电气设备在制造上分户内、户外两大类。此外，选择电气设备，还应根据实际环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔区或湿热地区等方面的要求。 按电网额定电压选择电气设备的额定电压在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即：安最大长时负荷电流选择电气设备的额定电流电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时负荷电流，即：(2)按短路情况校验按短路情况来校验电气设备的动稳定和热稳定。按装置地点的三相短路容量来校验开关电器的断流能力。第2节 成套配电装置的选择屋内配电装置的特点：安全净距小并可分层布置，占地面积小.维护，巡视和操作都在室内进行，不受外界气象条件的影响，比较方便.设备受气象及外界有害气体影响较小，可减少维护工作量.建筑投资大 屋外配电装置的特点：安全净距大，占地面积大，但便于带电作业.维护、巡视和操作在室外进行，受外界气象条件影响.设备受气象及外界有害气体影响较大，运行条件较差，须加强绝缘，设备价格较高.土建工程量和费用较少，建设周期短，扩建较方便第3节 母线与绝缘子的选择母线是电气设备上主导电体,在设备上支撑母线但又要求母线与其它金属构件相互绝缘就选用了绝缘子,这种绝缘子主要起支撑作用,故称支持绝缘子,一般为磁或其它绝缘材料制成圆柱形,上下各有一个螺丝杆,但两个螺杆被绝缘材料隔开.线路绝缘子用来将导线固定在电杆上，并使导线与电杆绝缘。因此对绝缘子既要求具有一定的电气绝缘强度，又要求具有足够的机械强度。线路绝缘子按电压高低分低压绝缘子和高压绝缘子两大类。一般的绝缘子是陶瓷材料，现在还有玻璃绝缘子和合成绝子. 1.母线支柱绝缘子的选择室内选用ZA-10T型外胶装支柱绝缘子，其允许的抗弯荷重为动稳定校验支柱绝缘子受力按下式计算式中 支柱绝缘子间距，取150cm；a 母线相间距离，取25cm； 短路电流冲击值，6kV侧为18.46kA；于是 满足要求。2.高压穿墙套管的选择按电压，电流初选CWLB-10/1000型户外铜导体穿墙套管，身长362mm，额定电压10kV，额定电流1000A,10秒热稳定电流为18kA，抗弯破坏强度为750kg。其允许的抗弯荷重为热稳定校验，满足要求。动稳定校验穿墙套管受力按下式计算式中 ； 穿墙套管至最近支柱绝缘子间距，取150cm；穿墙套管本身长度，cm；a 母线相间距离，cm； 短路电流冲击值，6kV侧为18.46kA；于是 满足要求。3.室外构架的选择35kV进出线构架选用门形架，高7.3m，间距为1.3米。35kV母线构架选用门型架，构架高5m，宽5m，线间距1.6m。隔离开关选用高2.5m的构架。避雷器构架、电压互感器构架均选用独立单杆形。避雷器一组用三根，电压互感器一组用两根，高3m的构架。第4节 隔离开关 断路器 熔断器的选择隔离开关的选择及校验隔离开关的主要功能是隔离高压电源，保证其它电气设备和线路的安全检修及人身安全。隔离开关断开后，具有明显的可见断开间隙，绝缘可靠。隔离开关没有灭弧装置，不能拉、合闸。隔离开关按电网电压、额定电流电流及环境条件选择，按短流电流校验其动、热稳定性。135kV侧的隔离开关QS1QS10的选择及校验(1)根据布置方式，室外一般采用GW4或GW5型隔离开关。本设计中为了方便检修时的接地，两个进线隔离开关QS1、QS2和两个电压互感器隔离开关QS9、QS10选用GW5-35GD/600带接地刀闸的隔离开关，操动机构选CS-D单相接地式手动操动机构，QS3QS8选用GW5-35G/600不带接地刀闸的隔离开关，操动机构选CS-G手动操动机构。所选隔离开关电气参数如表6-3所示。表6-3 所选隔离开关参数型号额定电压/kV额定电流/A极限电流峰值/kA热稳定电流/kA热稳定时间/sGW5-35GD/6003560050145GW5-35G/6003560050145(2)额定电压：，符合要求。 (3)额定电流：，符合要求。(4)动稳定校验：，符合要求。(5)热稳定校验：继电保护动作时间=3秒，断路器的分闸时间=0.2秒, 秒，QF1QF5的相当于5秒的热稳定电流为： 热稳定性符合要求。QS3QS8的校验计算与QS1、QS2和QS9、QS10校验计算相同。26kV侧隔离开关QS11QS14的选择及校验(1)根据布置方式，室内一般采用GN2、GN6或GN8型隔离开关。本设计QS11、QS12选用GN6-10T/1000型隔离开关，操动机构选CS6-1手力操动机构。所选断路器电气参数如表6-4所示。表6-3 所选隔离开关参数型号额定电压/kV额定电流/A极限电流峰