35kv变电所设计论文毕业论文.docx

台城煤矿35kv变电所初步设计毕业论文目 录摘要IAbstractII1概述11.1 设计依据11.2 设计目的及范围11.3 煤矿基础质料21.3.1 地理位置21.3.2 矿井主要技术经济指标21.3.3 供电电源32 负荷计算42.1 负荷计算的目的42.2 负荷计算方法42.2.1用电设备组计算负荷的确定42.2.2多组用电设备组的计算负荷52.3 负荷计算过程52.3.1 井下负荷计算52.3.2 地面负荷计算82.4地面系统分类112.5全矿负荷总计153 无功功率补偿163.1 功率因数的概念和无功功率的影响163.2 提高功率因数的意义163.3 提高功率因数的方法173.3.1 提高负荷的自然功率因数173.3.2 人工补偿法提高功率因数173.4 并联电容器补偿无功功率173.4.1 电容器并联补偿的工作原理及接线方式173.5补偿容量的选择184 主变压器的选择204.1 变压器的选择204.2变压器的功率损耗214.2.135kV侧全矿负荷计算及功率因数校验214.3 变压器的经济运行225系统主接线方案的选择235.1 对主接线的基本要求235.2 本所电气主接线方案的确定235.2.1桥形接线235.2.2二次侧单母分段接线256短路电流计算276.1短路电流的危害及种类276.2短路电流计算的目的286.3短路电流计算方法296.3.1 线路阻抗计算296.32 短路电流应计算的数值306.4各元件短路阻抗标幺值计算306.5短路电流计算过程327高压电气设备的选择387.1 高压电气设备选择原则387.2 35KV高压开关设备的选择及校验397.2.1 KYN61-40.5 开关柜的使用环境条件397.3 10KV高压开关设备的选择及校验427.3.1低压开关柜内断路器的校验437.3.2 10kv侧开关柜内互感器的校验448 电力线路的选择478.1 35kV输电线路的选择与校验478.2 10kV母线、架空线和电缆的选择与校验498.2.1 10kV母线的选择498.2.2 皇后风井变电所架空线选择及校验508.2.3 下井电缆的选择与校验529 微机保护设计559.1电力系统微机保护概述559.1.1微机保护的发展559.1.2 微机保护发展趋势569.1.3 微机保护的特点569.2 微机继电保护的构成及原理579.2.1 微机保护的硬件系统579.2.2 微机保护的软件系统589.3 微机设备选型609.4 PS6000厂站自动化系统的特点609.4.1 PSL640系列数字式线路保护测控装置特性609.5保护定值的整定计算67结论69致谢70参考文献71III1概述1.1 设计依据（1）中华人民共和国建设部及国家技术监督局联合发布的矿山电力设计规范。(2) 中华人民共和国电力公司发布的35kV110kV无人值班变电站设计规程。(3) 电力工程电气设计手册（电气一次部分）。(4) 煤矿电工手册（地面供电部分）。（5）国家发展改革委 国家环保总局关于印发煤炭工业节能减排工作意见的通知发改能源20071456号。(6) 国家有关煤炭工业的“规程”、“规范”及技术政策。(7) 设计委托书。1.2 设计目的及范围通过对煤矿供电系统的设计能够对矿井供电系统更加深入的了解，学会应用煤矿供电的理论知识，具体解决矿井供电的实际技术问题，做到理论与实践较好的结合，培养分析问题、解决问题的能力。本论文的设计内容包括：（1）矿井负荷计算和无功功率补偿；（2）地面35kV变电所主变压器的选择与校验；（3）地面35kV变电所主接线方案确定；（4）短路电流计算；（5）地面35kV变电所一次设备的选择校验；（6）地面35kV变电所二次回路方案的选择（7）地面35kV变电所的继电保护的整定。1.3 煤矿基础质料1.3.1 地理位置台城煤矿位于阳泉市郊区河底镇台城村西1.5km处，地跨阳泉市郊区河底镇和盂县路家村镇，行政区划属阳泉市郊区河底镇所辖，其地理坐标为：北纬3758503800 03 ，东经11325051132820。 井田东西长4.793km，南北宽2.2km，面积8.8496km2，批采深度为980700m标高。该矿东与荫营煤矿和阳泉市矾窑煤矿相邻，南与阳煤集团一矿相邻，西、西南与山西与圣天宝地清城煤矿有限集团公司相邻，北与盂县恒兴泰煤业有限公司和盂县路空村乡刘家村煤矿相邻，东北为阳泉市燕龛煤炭有限责任公司燕龛煤矿。1.3.2 矿井主要技术经济指标（1）矿井设计生产能力为1.20Mt/a。（2）井田开拓方式为斜井开拓方式。（3）矿井设两个开采水平：现有的一水平标高为+875m，开采3号煤层、9号煤层；新增的二水平标高为+785m，开采15号煤层。（4）矿井保有地质资源/储量为114724kt，工业储量为104890.2kt，设计可采储量为55025kt。（5）矿井设计服务年限为33a。（6）矿井以两个采区一个综采工作面和一个综放工作面保证设计生产能力。（7）矿井技术改造达产时，新增井巷工程量 16165 m，掘进体积195184 m3。（8）矿井技术改造工程新增工业建筑物构筑物总体积83402.0m3，新增总面积12344.3m2。（9）井在籍总人数904人，全员效率6.0t/工。（10）矿井技术改造概算总投资41681.09万元，吨煤投资555.75元/t。（11）成本191.40元/ t。（12）造建设总工期 27个月。1.3.3 供电电源本矿井位于阳泉市郊区，现有矿井地面35/10kV矿井变电所一座和双回路35kV架空供电线路。一回主供电源引自苇泊110kV变电站，长度9.5km；另一备用电源线路引自燕龛35kV变电站，长度2.77km。 苇泊 110kV变电站该站内设有31.5MVA主变压器两台。110kV双回线电源分别引自阳泉地区长岭220kV变电站以及盂县温池220kV变电站。 燕龛35kV变电站该站设有6.3MVA和3.15MVA主变压器各一台。双回路35kV电源线路，一回引自苇泊110kV变电站，长度6.3km；另一回路引自台城35kV变电站，架设长度2.77km。两个变电站之间相互联络，形成环形供电系统，正常开环运行，既有独立的电源，又能相互备用，具有较高的可靠性。根据矿井负荷统计，在矿井最大负荷时主供电源线路苇程线的电压损失为2.34%，当主供电源线路故障检修而由备用电源供电时，考虑到35kV变电站最大负荷的情况，苇泊燕龛台城全线电压损失约为4%。2 负荷计算2.1 负荷计算的目的 正确计算或估算电力负荷的大小是供电设计系统中的重要基础，统计好电力负荷后，才能进行供电系统中电力电缆，变压器，开关设备的选择，也是保障供电系统安全可靠运行的重要环节。负荷计算过小，将使电气设备和导线处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁；负荷计算过大，将使电气设备和导线截面选的过大，造成投资和有色金属的浪费。2.2 负荷计算方法求计算负荷的方法包括需用系数法，利用系数法，二项式法等，其中煤矿供电系统中多采用需用系数法。在实际工作中，用电设备往往不是满负荷运行的，实际的负荷容量小于其额定容量，一组用电设备中，根据生产需要，所有的设备也不一定同时工作，同时工作的设备，其最大负荷出现的时间也不相同。因此，所有用电设备的实际负荷总容量总是小于其额定容量的总和。用电设备实际的负荷容量与额定容量的比值，称为需用系数。根据用电设备额定容量及需用系数计算实际负荷的方法，称为需用系数法。本设计采用需要系数法进行负荷计算，具体步骤如下：2.2.1用电设备组计算负荷的确定 用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为： ，kW , kvar （2-1） ，kVA 式中、该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； 该用电设备组的设备总额定容量，kW；功率因数角的正切值；需要系数，由表查得。2.2.2多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，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车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数。具体计算如下： （2-2）式中、为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；同时系数；m该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；分别对应于某一用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量；2.3 负荷计算过程2.3.1 井下负荷计算由负荷统计表查出各用电设备组的需要系数和功率因数，根据公式2-1计算出各用电设备组的计算负荷，具体过程如下： 对一水平主排水泵Kd =0.84，cos=0.85，tan=0.62 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.84110=94.2KW无功功率 Qca1=Pca1tan=94.20.62=57.3kVar视在功率 =108.7KVA；（2）对二水平主排水泵Kd =0.84，cos=0.85，tan=0.62 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.84220=184.8KW无功功率 Qca1=Pca1tan=184.80.62=114.5kVar视在功率= 217.4 KVA；（3）一水平车场及9号煤大巷Kd =0.7，cos=0.7，tan=1.0 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.7142.6=99.8KW无功功率 Qca1=Pca1tan=99.81.0=99.8kVar视在功率 = 142.6 KVA；（4）15101综采工作面Kd =0.55，cos=0.7，tan=1.02 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.552458=1351.9KW无功功率 Qca1=Pca1tan=1351.91.02=1378.9kVar视在功率 = 1931.3 KVA；（5）9043综采工作面=0.62，=0.7，=1.02 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.621626=1008KW无功功率 Qca1=Pca1tan=16261.02=1028kVar视在功率 =1440KVA用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表2-1井下负荷表中。序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA1一水平主排水泵1100.840.850.6292.457.3108.72二水平主排水泵220.00.840.850.62184.8114.6217.43一水平车场及9号煤大巷142.60.70.71.099.899.8142.649403综采工作面16260.620.71.02100810281440515101综采面24580.550.701.021351.91378.91931.3615煤岩巷综掘工作面452.80.570.701.02258.1263.3368.7715煤综掘工作面811.60.500.701.02405.8413.9579.7815煤综掘工作面3480.630.701.02219.2223.6313.2915煤开拓工作面1290.300.701.0238.739.555.3109煤综掘工作面941.80.480.701.02452461646119煤开拓工作面3030.300.701.029192.713012一水平大巷皮带379.50.750.800.75285213.5355.813二水平暗斜井皮带334.90.750.800.75251188.431414二水平大巷皮带179.90.750.800.75135101168.715辅助运输2490.400.601.3399.6132.516616采区水泵房55.00.850.850.6247295517井下照明1510.90.4815717表2-1 井下负荷汇总表井下负荷总计：同时系数取=0.95 无功同时需用系数取Ks=0.97有功功率： =0.95(92.4+184.8+99.8+1008+1352+258+405.8+219.2+38.7+452+91+285+251+135+99.6+47+15)=0.955034.3=4782.6kw无功功率：=0.97(57.3+114.6+99.8+1028+1378.9+263.3+413.9+223.6+413.9+223.6+39.5+461+92.7+213.5+188.4+101+132.5+29+7)=48440.97=4698.7kvar2.3.2 地面负荷计算 根据负荷统计表查出需要系数和功率因数，根据公式2-1计算出各用电设备组的计算负荷，具体过程如下： (1)主斜井皮带 Kd =0.86，cos=0.85，tan=0.62则有功功率 Pca=Kd PN=0.86630=541.80KW无功功率 Qca=Pcatan=541.800.62=335.92kVar视在功率 =637.41KVA；（2）材料斜井绞车Kd =0.75，cos=0.80，tan=0.75则有功功率 Pca=Kd PN=0.75400=300KW无功功率 Qca=Pcatan=3000.75=225kVar视在功率 =375KVA；（3）主斜井皮带辅助设备Kd =0.7，cos=0.7，tan=1.02则有功功率 Pca=Kd PN=0.729=20.30KW无功功率 Qca=Pcatan=20.301.02=20.71kVar视在功率 =29KVA；用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表2-2地面电力负荷计算负荷表中。表2-2 地面负荷负荷汇总表序号负 荷 名 称设备容量(工作)（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA1主斜井皮带6300.860.850.62541.8335.92637.412材料斜井绞车4000.750.800.75300.00225.00375.003主斜井皮带辅助设备290.700.701.0220.3020.7129.004材料斜井绞车房560.700.701.0239.2039.9856.005回风斜井主扇风机9500.930.850.62883.50547.771039.416皇后风井主扇风机15000.930.850.621395.00864.901641.187风井压风机2800.750.850.62210.00130.20247.068皇后风井压风机2800.750.850.62210.00130.20247.069副井井口及平车场60.00.700.701.0242.0042.8460.0010主井地面生产系统1150.700.701.0280.5082.11115.0011地面矸石系统250.650.750.8816.2514.3021.6712锅炉房3350.700.750.88234.50206.36312.6713热风炉空气加热器1420.750.750.88106.5093.72142.0014机电修理车间1970.300.651.1759.1069.1590.9215渔场取水泵房132.00.800.850.62105.6065.47124.2416坑木加工房310.350.651.1710.8512.6916.6917皇后风井生活泵房3.00.800.800.752.401.803.0018生活污水处理设备19.70.700.750.8813.7912.1418.3919井下水处理车间26.10.700.701.0218.2718.6426.1020煤泥泵房5.50.750.750.884.133.635.5121空气加热室23.00.750.750.8817.2515.1823.0022联建、行政福利990.300.800.7529.7022.2837.1323煤样化验室130.600.800.757.805.859.7524皇后风井生活泵房3.00.800.800.752.401.803.0026瓦斯抽放泵8000.700.750.88560.00492.80746.6727地面照明1001.000.900.48100.0048.00111.112.4地面系统分类本矿井位于山区，地面地形复杂，工业场地布置分散，地面10kV配电系统以放射式系统为主，部分较远的次要用电设备则采用干线式系统。地面共设以下10kV变配电室：台城副井10kV变电所、主井10kV变电所、皇后风井变电所、台城风井变电所、瓦斯抽放站变电所，以上属一、二级用电负荷，均采用双回路供电，分别取自35/10kV变电所10kV不同的母线段。(1) 35KV变电所低压部分：表2-3 35kv变电所低压统计表序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA11地面矸石系统250.650.750.8816.2514.3021.6727地面照明1001.000.900.48100.0048.00111.11有功功率：=16.25+100=116.25kw无功功率：14.30+48=62.3kvar视在功率: S=(2) 副斜井10kv变电所:表2-4 副斜井变电所统计表序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA12锅炉房3350.700.750.88234.50206.36312.6718污水处理设备19.70.700.750.8813.7912.1418.3919井下水处理车间26.10.700.701.0218.2718.6426.1020煤泥泵房5.50.750.750.884.133.635.519副井及平车场60.00.700.701.0242.0042.8460.00 有功功率：=312.7kw无功功率：283.6kvar视在功率:=422.2kvA(3) 材料斜井变电所表2-5 材料斜井变电所统计表序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA2材料斜井绞车4000.750.800.75300.00225.00375.004材料斜井绞车房560.700.701.0239.2039.9856.0014机电修理车间1970.300.651.1759.1069.1590.9221空气加热室23.00.750.750.8817.2515.1823.0022联建、行政福利990.300.800.7529.7022.2837.1323煤样化验室130.600.800.757.805.859.7516坑木加工房310.350.651.1710.8512.6916.69 有功功率：=464kw无功功率：394.15kvar视在功率:=608.7kvA用同样方法可计算出其它分类的计算负荷，结果记入表2-6地面负荷计算荷表中。表2-6 地面负荷汇总表序号负 荷 名 称计算负荷PcakWQcakVarScakVA一35kv地面低压116.2562.3131.89二副斜井变电所312.7283.6422.2三主斜井变电所632.6438.2769.55四皇后风井变电所1713.91090.622031.48五回风风井变电所1093.5677.971286.6六瓦斯抽放变电所560492.8746.67七渔场变电所105.665.47124.24八材料斜井变电所464394.15608.7地面负荷总计：同时系数区=0.95 无功同时需用系数Ks=0.97有功功率 =0.95(116.26+312.7+632.6+1713.9+1093.5+560+105.6+464) =0.954997.85=4747.96kw无功功率=0.97(62.3+283.6+438.2+1090.62+677.97+492.8+65.47+394.15)=3399.96kvar2.5全矿负荷总计 () =4747.96+4782.6=9530.56kW =3399.96+4698.7=8098.66 kvar 我国电力规程规定;高压供电的功率因数应达到0.9以上，凡功率因数未达到上述规定时，因添加无功补偿装置。3 无功功率补偿3.1 功率因数的概念和无功功率的影响在交流电流中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，在数值上，功率因数是有功功率与视在功率的比值，用cos表示。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，主要表现在：（1）降低发电机有功功率的输出；（2）视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力；（3）电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加；（4）系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。3.2 提高功率因数的意义（1）通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。（2）良好的功率因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。（3）可以增加系统的裕度，挖掘出发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器，可以提高功率因数，增加负载的容量。（4）减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。3.3 提高功率因数的方法提高功率因数可以分为提高负荷的自然功率因数和采用人工补偿两种方法3.3.1 提高负荷的自然功率因数不增加专门的设备，采取合理的技术措施，改进用电设备的运行情况，提高负荷功率因数的方法称为提高负荷的自然功率因数。提高自然功率因数的方法有：（1）恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。（2）对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线圈改为三角形接法（或自动转换）。（3）避免电机或设备空载运行。（4）合理配置变压器，恰当地选择其容量。（5）调整生产班次，均衡用电负荷，提高用电负荷率。（6）改善配电线路布局，避免曲折迂回等。3.3.2 人工补偿法提高功率因数如果负荷的自然功率因数不能满足要求，因采取人工补偿的方法提高负荷的功率因数。常用的人工补偿无功功率的方法有：1.同步电动机补偿2.并联电容器补偿3.动态无功功率补偿本设计采用并联电容器补偿无功功率因数.3.4 并联电容器补偿无功功率3.4.1 电容器并联补偿的工作原理及接线方式在工厂企业中，大部分是电感性和电阻性的负载。因此总的电流将滞后电压一个角度。如果装设电容器，并与负载并联，则电容器的电流c将抵消一部分电感电流L，从而使无功电流有L减小到L1，总的电流有减小到1，功率因数则由提高到所需值，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。电容器组一般应采用接法。因为： 接线可以防止电容器容量不对称而出现的过电压。电容器电压最为敏感，而容易造成电容器击穿的事故。星形接线则由于中性点位移，产生部分过电压。 接法若发生一相断线，只是使各相的补偿容量有所减小，不致于严重不平衡，而星形接法若发生一相断线，就使该相失去补偿，严重影响供电质量。 采用接法可以充分发挥电容器的补偿能力。电容器的容量与电压有关。在接法时，每相电容被加上线电压。而采用星形接法时，每相电容器被加上相电压，所以有。上式表明，具有相同电容器容量的三个单相电容器组，采用接法时的补偿容量是采用星形接法的3倍，因此在电压相等的情况下，因尽量采用接法。3.5补偿容量的选择 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。 通常电容器的补偿容量可以按照下式确定： （3-1）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0.95及以上。计算可知，0.85, =0.329 Qc0.89530.56(0.85-0.329)=3972.34kvar本设计采用高压集中补偿方式。因矿井地面变电所10kV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,选用TBB型高压无功自动补偿电容器柜，每柜补偿容量1500kvar，额定电压10kv 取偶数 N=4 则 实际补偿容量为： kvar折算为计算容量为： kvar 功率补偿后10kV侧的功率因数有功功率 kW无功功率 kvar视在功率 kVA补偿后10kV母线功率因数 0.9 满足电网要求。4 主变压器的选择4.1 变压器的选择 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。 本矿为一、二级负荷较，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。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的需要。本变电所选择的两台变压器，一台工作一台备用，则变压器的容量应该按下式计算：由计算结果可知，总的视在功率的计算负荷为9758.89KVA， 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SZ11-12500/35型电力变压器，其技术参数如下表所示：表4-1 SZ11-12500/35型电力变压器参数容量（kva）高压额定值（kv)低压额定值（kv)阻抗电压空载电流125003510.580.7空载损耗kw负载损耗kw12.660.54.2变压器的功率损耗变压器运行过程中，在绕组和铁芯中都会产生一定损耗。变压器的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分，具体计算如下： 变压器的空载无功损耗： kvar；满载无功损耗： kvar；变压器的负荷系数: 变压器的有功功率损耗由两部分组成：一部分是变压器额定电压时的空载损耗，通常称为铁损；另一部分是变压器带负荷时绕组中的损耗，通常称为铜损。变压器的铜损与变压器负荷率的平方成正比，变压器的有功功率损耗为： kW；无功损耗： 4.2.135kV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。4.3 变压器的经济运行 电力变压器作为电力系统电压变换的主要设备，被广泛应用于输电和配电领域，变压器在变换电压及传递功率的过程中，自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。变压器的有功功率和无功功率损耗又与变压器的技术特性和出厂参数有关，同时又随着负载的变化而产生非线性的变化。因此，必须根据变压器的有关技术参数和所带负荷的实际情况，合理地选择运行方式，加强变压器的运行管理，使变压器运行在合理的经济区域，提高变压器的运行效率，以达到节约电能的目的两台变压器经济运行的临界负荷值可由公式4-1确定。 （4-1）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：当实际容量小于Sec时，适宜1台运行；当实际容量大于Sec时，适宜2台运行。本矿的实际容量为S=9915.13kva大于Sec，所以煤矿A的变压器选择两台并列运行。5系统主接线方案的选择 变电所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，所以变电所的主接线有多种形式。确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都有密切的关系，是变电所设计的主要任务之一。5.1 对主接线的基本要求 在确定变电所主接线前，应首先明确其基本要求：（1）安全可靠。应符合国家标准和有关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。此外，还应负荷等级的不同采取相应的接线方式来保证其不同的安全性和可靠性要求，不可片面强调其安全可靠性而造成不应有的浪费。 （2）操作方便，运行灵活。供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时，便于操作和维修，以及运行灵活，倒闸方便。（3）经济合理。接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少设备投资和运行费用。（4）便于发展。接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的要求。5.2 本所电气主接线方案的确定5.2.1桥形接线本变电所是35/10KV，双电源进线的终端变电所，属双回路供电。主变容量12500KVA，故拟定选用桥式接线。桥式接线分为内桥、外桥、全桥三种。下对其可行性作简单比较。内桥接线：它由两台受电线路的断路器和内桥上的母联断路器组成。主变压器与一次母线的隔离开关联结。它的优点是切换进线方便，设备投资、占地面积相对全桥少，缺点是倒换变压器不方便，继电保护较复杂，适用于距离较长，变压器切换不很频繁的变电所。QF2QF3QF1内桥型外桥型QF1QF3这种接线一次侧可设线路保护，但主变压器和受电线路保护的断路器均由受电断路器承担，互有影响，这是它的主要缺点图5-1 内桥外桥接线外桥接线：它由主变压器一次侧两断路器和外桥上的联络短路器组成，进线由隔离开关受电。这种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线分段的结线，且投资少，占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便。所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所，或变压器采用经济运行需要经常切换的终端变电所。全桥接线：它由进线的两台断路器、变压器一次侧的两断路器和35KV汇流母线上的联络断路器组成。这种接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越时负荷时）。继电保护全面。缺点是设备多，投资大，且变电所占地面积大。基于本变电站所主变容量较大以及煤矿对供电可靠性运行的灵活性，操作方便等的严格要求，还应考虑扩建变电所的可能性。结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线方式。 图5-2 全桥接线 图5-3单线分段接线5.2.2二次侧单母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。本设计采用单母分段，母线用断路器分段，这不仅便于分段检修母线，而且可减小母线故障影响范围。可以提高可靠性和灵活性。对矿上的重要用户从不同分段上引接，以便在母线上某一段发生故障的时候，能保证重要用户的正常供电，简单清晰，设备少，操作方便，有利于扩建。具体主接线图如下：图5-4 电气主接线6短路电流计算 短路电流（short-circuitcurrent）是电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并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额定电流的1015倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的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6.1短路电流的危害及种类电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列。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。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。表6-1 短路电流的种类短路种类示意图代表符号性质三相短路三相同时在一点短接，属于对称短路两短路两相同时在一点短路，属于不对称短路 两相接地短路在中性点直接接地系统中，两相在不同点对地短接，属于不对称短路单相接地短路在中性点直接接地系统中，一相与地短接，属于不对称短路6.2短路电流计算的目的 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。6.3短路电流计算方法对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么值进行计算比较简便。标么值属于相对电位制的一种，在用标么值计算时，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。6.3.1 线路阻抗计算表6-2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系统等值电抗为某点短路容量，为该点的三相短路电流6.32 短路电流应计算的数值1.短路电流，即三相短路电流周期分量第一周期的有效值。它可供计算继电保护装置的整定值和计算短路冲击电流及短路全电流最大有效值之用。 2.三相短路容量，用来判断母线短路容量是否超过规定值、作为选择限流电抗器的依据，并可供下一级变电所计算短路电流之用；3.短路冲击电流及短路全电流最大有效值，可用来校验电器设备、载流导体及母线的