yuan_gao山西某煤矿35kv变电所设计

1、前 言 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 电站，为煤矿提供可靠的用电。 整个设计包括了 35kV 变电站设计的所有内容。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

2、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。 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，恳请老师能够批评指正。 1 1 概述概述 本设计的矿变电所位于山西省静乐县境内，是一个终端变电所，只 供杜家村煤矿用电，设计的电压等级为 35/6kV。35kV 线路为双回路进 线，其中一线是从 3 公里外的静乐经过架空线路引接而来的是主要的电 源来源，另一线是从从谢村通过架空线路引接而来。系统最大运行方式 阻抗 X*=0.4193；系统最小运行方式阻抗 X*=0.7

3、389。所用电由负荷端 引出，经动力变压器提供，采用单母分段原则。 1.11.1 电源电源 1. 供电电压等级：35kV 2 离矿井地面变电所的距离：4km 3. 系统电抗 最大运行方式： =0.4193 minx X 最小运行方式：=0.7389 maxx X 4 输电方式：架空线双回路 5 出线过流保护动作时间：3 秒 6 电费收取方法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费，每千瓦 6 元。 1.21.2 基本地质气象资料基本地质气象资料 1 日最高温度 39 2 冻土层厚度 0.8 米 3 主导风向 西北 4 最大风速 4 米/秒 5 地震烈度 7 度 附表一 某煤矿用电负荷统计表 用电设

4、备名称 UN(kV) PN(kW)KdcostanPca(kW) Qca(kvar) Sca(kVA)Ica(A) 1、地面高压 主井提升机620000.90.850.62180011162117.6203.8 副井提升机616000.80.850.621280793.61505.9144.9 压风机612000.80.9-0.5960-460.81066.7102.6 2、南风井 通风机68000.70.8-0.8560-42070067.4 压风机65000.70.80.75350262.5437.542.1 低压设备65390.70.80.75377.3283471.645.4 3、北风

5、井 通风机68000.70.8-0.8560-42070067.4 压风机65000.70.80.75350262.5437.542.1 低压设备65390.70.80.75377.3283471.645.4 4、地面低压 地面工业工场61879.60.70.770.821273.51044.31646.9158.5 立井锅炉房69140.60.71.02548.4559.4783.475.4 机修厂68880.40.651.17355.2415.2546.552.6 坑木厂62470.40.71.0298.8100.8141.413.6 选煤厂631640.60.80.751898.4142

6、3.82373228.3 水源井61750.80.80.7514010517516.8 工人村67350.50.71.02367.5374.952550.5 其它用电设备66820.50.71.02341347.8487.146.9 5、井下高压 主排水泵高637500.90.850.623187.51976.33750360.9 主排水泵正625000.90.850.6221251317.52500204.6 6、井下低压 井底车场66420.60.80.75385.2288.9481.546.3 111 采区69120.60.71.02547.2558.1781.575.2 113 采区6

7、9050.60.71.02543553.9775.774.6 124 采区68990.60.71.02557.4568.5796.376.6 156 采区616170.80.750.881212.81067.31617.1155.6 2 2 负荷计算及无功补偿计算负荷计算及无功补偿计算 企业生产所需的电能，都是由电力系统供给，企业所需的电能都是 通过企业的各级变电站经过电压变换后，分配到各用电设备。因此企业 变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处的位置十分重要。进行企业 电力负荷计算的主要目的就是为了正确地选择企业各级变电站的变压器 容量、各种企业电力设备的型号、规格以及供电网所用的导线型号等

8、提 供科学依据。 2.1 需用系数法统计负荷需用系数法统计负荷 由于一台设备的额定容量往往大于其实际负荷，成组设备中各负荷 的功率因数（）不同，一般又不同时工作，最大负荷不同时出现等cos 情况。所以难以精确地计算变电所负荷。故本设计采用了较为精确的需 用系数法来进行变电所负荷计算。其计算简便，煤矿系统的供电设计目 前主要采用这种方法。 其计算公式的一般表达式为： , kW cadN PKP , kvar tan caca QP , kVA /cos caca SP , A /( 3) cacaN ISU 式中、 用电设备的有功无功视在功率计算负荷； ca P ca Q ca S 用电设备的总

9、额定容量； N P 额定电压； N U 功率因数角的正切值；tan 该用电设备的计算负荷电流； ca I 需用系数。 d K 根据负荷资料,求出各类成组设备的设备容量、tan、有功功率 P、无功功率Q及视在功率S 。 需用系数法负荷计算的步骤从负载端开始逐级上推，到电源进线为 止。 2.2 负荷统计与计算负荷统计与计算 2.2.1 地面地面 6kV 高压高压 主井提升机 =2000kW, =0.9,=0.85,=0.62 N P d Kcostan =0.9 2000=1800kW, =1800 0.62=1116kva cadN PKP ca Q ca P tan r =18000.85=2

10、117.6kVA,=203.8A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 副井提升机 =1600kW,=0.8,=0.85,=0.62 N P d Kcostan =0.8 1600=1280kW, =1600 0.62=793.6kv cadN PKP ca Q ca P tan ar =16000.85=1505.9kVA,=144.9A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 压风机 =1200kW,=0.8,=0.9,=-0.48 N P d Kcostan =0.8 1200=960kW, =960 （-0.48）=- cadN PKP ca Q ca P

11、 tan 460.8kvar =9600.9=1066.7kVA,=102.6A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 其它同理，在此不做赘述，最后统计结果见附表一 2.2.2 地面工业广场地面工业广场 地面工业广场的用电设备有一类负荷的辅助设备，负荷计算如下： 主井辅助设备 =259.8kW,=0.7,=0.7,=1.02 N P d Kcostan =181.9kW, =1185.5kvar cadN PKP ca Q ca P tan =259.8kVA,=394.7A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 副井辅助设备 =226.8kW,=0.7,=0.

12、7,=1.02 N P d Kcostan =158.8kW, =162kvar cadN PKP ca Q ca P tan =162kVA,=344.7A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 压风机辅助设备 =483kW,=0.7,=0.75,=0.88 N P d Kcostan =338.1kW, =297.5kvar cadN PKP ca Q ca P tan =450.8kVA,=684.9A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 消防水泵 =55kW,=0.24,=0.8,=0.75 N P d Kcostan =13.2kW, =9.9kva

13、r cadN PKP ca Q ca P tan =16.5kVA,=25.1A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 污水泵 =20kW,=0.75,=0.75,=0.88 N P d Kcostan =15kW, =13.2kvar cadN PKP ca Q ca P tan =20kVA,=30.4A/cos caca SP/( 3) cacaN ISU 矿灯房 =60.5kW,=0.7,=0.7,=1.02 N P d Kcostan =42.4kW, =43.2kvar cadN PKP ca Q ca P tan =60.6kVA,=92.1A/cos caca

14、SP/( 3) cacaN ISU 3、考虑到工业广场低压负荷有一类负荷的辅助设备，为了保证供电的可 靠性，选两台变压器： . 0.7 1589.11112.4 N TTtpca SSKSkVA 可选 S9-1250/10 型变压器两台，其技术参数见表 2-1 型号额定电压 额定损耗 （Kw) 阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸,m 高压 （kV) 低压 （Kv)空载短路 % S9-1250/1060.42.211.84.51.2Y,yn04.65t 2.31*1.91*2.63 变压器的负荷系数为： . 1589.1 0.636 22 1250 ca N T S S 1、附表一 全矿

15、负荷计算统计 高压侧负荷总计 1800+1080+1212.8=18073.5kW ca P 1116+793.6+1067.3=11087.1kvar ca Q 最大负荷同时系数，则：0.9 sp K0.95 sq K =0. .5=16266.2kWP sp K ca P =0. .1=10532.7kvar sqca QKQ =19378.5Kva 22 SPQ 22 16266.210532.7 16266.2 cos0.839 19378.5 NAT P S 2.3 功率补偿功率补偿 2.3.1 功率因数补偿功率因数补偿 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

16、器的工作电流增大，使其能够输出的有功功率下降（ ） ，使设备容量不能充分利用。电流增大，使电能损耗cosPS 和导线截面增加（，当不变，则，3cosPUIUcosI ） ，电网的初期投资和运行费用也相应提高；电流的增 2 PI R 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。 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

17、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。 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，从而减小负载向电网吸取的无 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

18、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var c QUCK 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

19、2 2 var 333 C c QUU QCCK 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。 1、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=0.839，低于 0.9，所以应进行人工补cos NAT 偿，补偿后的功率因数应达到 0.95，即=0.95，则全矿所需的补cos at 偿容量为： =16266.2（0.6490.329）=5205.2kvar(tantan) CNATat QP 2、电容器柜数和型号的确定 电容器采用双星型接线接在变

20、电所的二次母线上，因此选容量为 30kvar，额定电压为 6.3/kV 的电容器，装于电容柜中，每柜装 9 个，3 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 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 ，取 N=4n=24 台。 21.3 5.3 44 N n 2、电容器的实际补偿量 = 2 . . () CN C N C U QqN U 2 6/3 270 24 ()5877.6 var 6.3/3 k 3、人工补偿后的功率因数 10532.

21、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。 2.4 全矿电耗的计算全矿电耗的计算 当 cos = 0.903 时，取最大负荷利用小时数= 3500，取变压 max T 器年运行时间 t = 8760 小时，查与最大负荷损耗小时数的关系曲 max T 线（钢铁企业电力设备参考资料第 79 页）查得 = 2100 则变压器电耗为： W = t+() = 0 P d P sb s S S 2 全矿电耗 = 6 千伏总

22、3500+35 千伏变压器电耗 = 13059.53500+ = 得： 全矿吨煤电耗 = 全矿电耗/矿年产量（吨） = / = 25.6 度/吨 2.5 主变压器的选择主变压器的选择 由于煤矿变电所有一类负荷，并且有两个回路供电，必须选择两台 变压器。 经统计全矿一、二类负荷的计算负荷为：有功功率 12705kW,无功功率 7394.1kvar. 所以总的视在容量为，占全矿计算负荷的 22 127057394.114700kVA 比例为 14700 0.88 16751.3 当两台同时工作的时候，每台变压器的容量为： . 0.88 16919.21488 N TTt pa c SSKSkVA

23、查资料可确定 S716000/35 型变压器，其技术参数如表 2-3 所示： 型号额定电压（kV) 额定损耗 （Kw)阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸,m 高压 低压空载 短路% S7-16000/35356.3197780.7Yn,d11 26.1t 3.56*3.47*3.58 3 3 系统主接线方案的选择系统主接线方案的选择 本变电所是 35/6KV，双电源进线的终端变电所，属双回路供电。 主变容量 16000KVA，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

24、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。 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 短路器均由受电断路器承担，互有影响，这是它的主要缺点。 主变压器一次由隔离开关与母线联接，对环形供电的变电所， 在操作时常被迫用隔离开关切合空载变压器。当主变压器电压为： 电压 35KV，容量 7500KV 以上时，其空载电流超过了隔离开关的切 合能力。此时必须改用由五个断路器组成的全桥接线。 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。

25、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 汇流母线上的联络短路器组成。 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

26、作方便等的严格要求，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。 变电所主接线应根据负荷容量的大小，负荷性质，电源条件，变压 器容量及台数，进出线回路以及经济性安全性，可靠性等综合指标来确 定。 主接线力求简单运行可靠，操作方便，设备少和便于维修，需要时 还应考虑扩建变电所的可能性。 3-1 主变压器一次侧的接线 主变压器一次侧有隔离开关与 母线连接，对环形系统中的电压等 级 35kV 在变压器容量为 7500kVA 及以上时，超过了隔离开关切合空 载变压器的能力，此时必须采用有 五个断路器组成的全桥接线，全桥 接线比外桥接线或内桥接线多了二 个断路器，在经济上不太合算，但 由于

27、矿上用电的安全性是最重要的， 而全桥接线具备了外桥和内桥的优 特点，故本设计采用全桥接线形式。 3-1 主变压器二次侧的接线 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，且有利于扩建。 3-2 单母分段接线 则，变电所的电气主接线如下图所示： 4 4 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

28、）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。 短路有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路，就短 路故障而言，出现单相短路故障是几率最大，三相短路故障的几率最小， 但在配电系统中三相短路的后果最为严重，因而以此验算电器设备的能 力，故本设计中主要计算三相短路电流。 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，

29、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。 4.1 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： 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 22 (2125 1.02 3245.6)(1317.5 1.08 3036.7

30、) 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。 4.2 短路计算点的确定原则短路计算点的确定原则 根据设备的选择和继电保护的要求选择短路计算点，一般选择在线 路的始末端，本设计将 35kV 母线、6kV 母线、各 6kV 出线端选为短路 计算点。 4.3 计算短路电流计算短路电流 1、35kV 母线 K1 点短路 设 Ex=1，Sj=100MVA,Uj1=6.3kV, 短路参数 1.56kA, 1 1 100 33 37 j j j S I U 0.4 3=0.088. 1L x 2 100 37 在最大运行方式下： =0.4193

31、 min x 短路标幺值： 1 .min12 111 1/1.97 0.41930.088 k L Ix xxxx 三相短路电流：kA (3) 10.211 1.97 1.563.07 kKj IIIII 短路电流冲击值： (3) 11 2.552.55 3.077.83 chK iIkA 短路容量： 10.21 1.97 100197 KKj SSSISMVA 最小运行方式下： min 0.7389x 短路电流的标幺值： 1 max34 111 1.17 0.73890.088 K L I xxxx 三相短路电流： (3) 10.211 1.17 1.561.83 KKj IIIIIkA 两

32、相短路电流： (2)(3) 1min1 3 0.866 1.831.58 2 KK IIkA 2、6kV 母线 K2 点短路： 令 Sj=100MVA,Uj=6.3kV,则9.16kA 2 2 100 336.3 j j j S I U 在最大运行方式下： =0.4193，0.4 3=0.088. min x 1L x 2 100 37 100 %7.5%0.469 16 j Tk N T S xU S =0.4193+0.088+0.469=0.9763 K x 2 1 1.024 K K I x (3) 222 1.024 9.169.38 KKj IIIkA (3) 22 2.552.5

33、5 9.3823.92 chK iIkA 33 0.129 10012.9 KKj SISMVA 最小运行方式下： =0.7389+0.088+0.469=1.296 K x 2 1 0.772 K K I x (3) 222 0.772 9.167.072 KKj IIIkA (2)(3) 3min3 3 0.866 1.1360.934 2 KK IIkA 3、6kV 母线至各用点设备的短路阻抗： 至地面广场的输电线路阻抗：=2.27 15 2 100 0.4 0.05 6.3 x 地面广场变压器阻抗： 100 %4.5%3.6 1.25 j Tk N T S xU S 至地面广场总阻抗：

34、 3 2.273.66.32x 至立井锅炉房阻抗：=1.01 4 2 100 0.4 1 6.3 x 至机修厂阻抗：=0.353 5 2 100 0.4 0.35 6.3 x 至坑木厂阻抗：=0.504 6 2 100 0.4 0.5 6.3 x 至选煤厂阻抗：=0.242 7 2 100 0.08 1.2 6.3 x 至水源井阻抗：=0.151 8 2 100 0.08 0.75 6.3 x 至工人村阻抗：=0.524 9 2 100 0.4 2.7 6.3 x 至通风机阻抗：=0.121 10 2 100 0.08 0.6 6.3 x 至主提升机阻抗：=0.403 11 2 100 0.4

35、 0.4 6.3 x 至压风机阻抗：=0.121 12 2 100 0.08 0.6 6.3 x 至副提升机阻抗：=0.403 13 2 100 0.4 0.4 6.3 x 至下井阻抗：=0.091 14 2 1100 0.9 0.08 26.3 x 至低压设备阻抗：=0.05 15 2 100 0.4 0.05 6.3 x 4、地面工业广场短路计算： 在最大运行方式下： 短路电流的标幺值： 3 min3 1 0.129 K LT I xxxx 三相短路电流 (3) 332 0.129 9.161.18 KKj IIIkA 三相短路电流的冲击值 (3) 3 2.552.55 1.183.01

36、chK iIkA 短路容量： 33 0.129 10012.9 KKj SISMVA 在最小运行方式下： 3 max3 11 0.124 K KxLT I xxxxx (3) 332 0.124 9.161.136 KKj IIIkA (2)(3) 3min3 3 0.866 1.1360.934 2 KK IIkA 5、其余同理，在此不做赘述。短路计算统计结果见表 4-1 表 4-1 最大运行方式最小运行方式 用电设备短 路点 三相短路 电流 kA 短路电流冲 击值 kA 短路容量 MVA 两相短路电流 kA 35kV 母线3.077.831971.58 6kV 母线9.3823.92102

37、.46.21 主井提升机4.95612.6454.13.74 副井提升机4.95612.6454.13.74 通风机4.65311.8750.83.55 压风机5.8414.8963.84.2 井下主变电 所（修正前）1.283.2665.10.91 低压动力变 压器1.313.3466.90.93 地面工业广 场1.183.0112.90.934 立井锅炉房3.759.5640.92.86 机修厂1.092.7855.60.8 坑木厂12.5551.30.74 选煤厂1.162.9659.30.85 工人村1.233.3162.60.89 水源井0.470.92240.38 井下主变电 所（

38、修正后） 4.511.4747.20.85 4.44.4 限流电抗器的选择限流电抗器的选择 出线电抗器装设的主要目的是为了使短路电流限制到能在出线上安 装轻型断路器。 井下中央变电所 6kV 母线在总负荷为 4000kVA，=0.8，为了限cos 制短路电流，地面变电所 6kV 母线分列运行，用两条电缆向井下供电， 中央变电所母线的短路容量为 80MVA，矿用 PB2-6 型高压配电箱短流容 量为 50MVA，下井回路短路电流假想作用时间 t1=1.2s。 则：井下总负荷电流为： 4000 385 336 ca N S IA U 根据煤矿安全规程规定向井下中央变电所供电的线路，当一回 路停止供

39、电时，其余回路应能担负全部负荷的供电，所以本例中的任一 电缆的最大长时工作电流应为井下的总负荷电流。因此，电抗器的最大 长时工作电流也应为 385A。 （1）取基准容量为 100MVA，系统固有相对基准电抗值为 100 1.25 80 da b S x S （2）限流所需的基准电抗为 max 100 2 50 da da S x S （3）限流所需的电抗器的相对基准电抗为 2 1.250.75 r dadada xxx （4）电抗器的百分电抗值为： 2 3 %100 Nrda rr da N rda IU xx US =3.44 则选择标准百分电抗值=4，那么选择电抗器的型号为% r x NK

40、L-6-400-4。 参数如表 4-2 所示： 表 4-2 NKL-6-400-4 型号电抗器的参数 型号规格电压 电流电抗值 通过容量 动稳定性 1s 热稳定性每相重量 NKL-6-400-4 6kV0.4kA4%3*138525.6kA19.5kA0.64t （5）电抗器的实际相对基准电抗值为 2 % 1003 N Rdar r da da N r USx x UI 2 30.46.3 100 0.75 6100 2 46100 1006.334 =0.87 串入电抗器后短路回路的总相对基准电抗值为 1.25+0.87=2.12 * * dar da da xxx 串入电抗器后井下中央变电

41、所 6kV 母线的短路容量为： * 100 47.2 2.12 da s da S SMVA x （6）电抗器的校验 动稳定性校验 ，满足要求25.611.47 cach ikAikA 热稳定性校验 1/21/21/2 4.51.986.3319.5 ept itkA skA sItkA s 满足要求。 电压损失校验 =2.315% max 0.385 (%)(%)sin40.6 0.4 w R NR I UX I 母线残压校验 =85.3 （60%70%） 8.53 (%)(%)4 0.4 remR NR I UX I 满足要求 5 5 电气设备的选择电气设备的选择 电气设备的选择是根据环境

42、条件和供电要求确定其形式和参数，保 证电能正常运行时安全可靠，故障的时候不至于损坏，并在技术合理的 条件下注意节约，还应根据产品生产情况和供应能力力求统筹兼顾，条 件允许的时候优先选用先进设备。 变电所用的高压设备一般有断路器，隔离开关，电流互感器，电压 互感器等，它们各有特点，根据安装地点的环境不同，电器分室内型和 室外型，在选择电气设备的时候，应注意安全可靠和留有适当发展裕度， 尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方 法也不尽相同，但对它们的基本要求却是相同的，即现在电气设备应遵 循以下几项共同的原则： l、根据额定电压选择 所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的

43、额定电压，或电气设 备的最高允许工作电压(111.15UN)不小于所在电网的最高电压。 即 (3) maxch ii N UU 2、根据额定电流选择 电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时工作电流。 即 N II 3、根据短路情况来校验电气设备的动稳定性和热稳定性： 动稳定性满足下式： (3) maxch ii 式中为设备极限通过电流的峰值，为按三相短路计算所设的 max i (3) ch i 短路冲击值。 热稳定性满足下式： 4 i t I 4 jx t t I 式中为电气设备在时间 t 秒内的热稳定电流； t I 、为短路稳态电流及假想时间。I jx t 4、按安装地点，工作环境，使用

44、需求及供货条件来选择电气设备的适当 形式。 5.1 高压设备的选择高压设备的选择 5.1.1 高压断路器的选择极其校验高压断路器的选择极其校验 高压断路器是电力系统中最重要的开关电器，它不仅能完全地切合 负载电流，而且，更重要的是可靠地切除短路电流。 1.选 35kV 侧的断路器。 按设备工作环境条件及电压，电流选择短路器型号，然后按所 选断路器的参数进行校验。 1、当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV 侧断路器的 长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，35kV 侧的电 流为： =264A 1 (1.21.5) Nca II 故 35kV 母线侧断路器选：SW3-35/600 型断路

45、器， 技术参数 35kV 母线侧断路器 型号规格：SW3-35/600； 额定电压：35kV； 额定电流：600A； 断流容量：400MVA； 极限通过电流峰值：17kA； 4S 热稳定电流：6.6kA; 固有分闸时间：0.06S； 固有合闸时间：0.12S； 重量：700kg; 外形尺寸（m）：1.91.652.2； 电动操作机构：液压型； 配电流互感器 LR-35/1001000 装入式。 2、动稳定校验 根据短路计算参数可知：35kV 侧断路器的最大冲击电流 imax=17kAich=7.83kA 动稳定性符合要求。 3、热稳定性校验 35kA 侧断路器的热稳定校验： 由于变压器的容量为

46、 16000kVA，变压器设有差动保护，因此在差 动保护范围内短路的时候，由于其为瞬间动作，继电器保护动作时限为 0，此时假想时间 ti=0.2s，当短路发生在 6kV 母线上时，差动保护不动作， （因不在其保护范围内） ，此时假想时间 t1=2.2S，故 35kV 母线短路时， 35kV 侧断路器相当于 4S 的热稳定电流为： 1.751kAS=197MVA 满足要求。 2.选隔离开关 隔离开关是高压开关的一种，它设有专门的灭弧结构，不能用来切 断负荷电流和断路电流；使用时通常与断路器配合，只有在断路器断开 后才能进行操作，使线路呈现明显断口，便于检修。 隔离开关的主要用途是隔离电源，保证电

47、气设备与线路在检修时与 电源有明显的断口，选择时应满足的条件如上，隔离开关应按其额定电 压、额定电流及使用的环境条件选择出合适的规格和型号，然后按短路 电流的动、热稳定性进行校验。按环境条件选择隔离开关时，可根据安 装地点和环境条件选择户内式、户外式、普通型。 计算隔离开关的长时最大工作电流。当一条线路故障时，全部 ar m I 负荷电流都通过 35kV 高压侧的隔离开关，故长时最大工作电流为： 1 16000 264 33 35 ar m N SkVA IA UkV 故初步选择 35kV 侧的隔离开关为 GW5-35G/600，采用的是室外布 置， 技术参数如下： 设备型号：GW5-35G/

48、600 额定电压：35kV 额定电流：600A 极限通过电流峰值：72kA 4S 热稳定电流：16kA 重量：3T 外型尺寸（m）：2.70.90.9 配用操作机构：CS17 型（手动） 1、动稳定校验 35kV 母线上的最大冲击电流 7.83kA72kA； 动稳定符合要求 2、热稳定校验 对 35kV 侧隔离开关来说，最严重的情况是线路不并联运行，此时 差动保护不起作用，当短路发生在隔离开关后，并在断路器之前时 事故切除靠上一级的变电所的过流保护，继电器动作时限应比 35kV 进线的继电保护动作时限 2.5S 大一个时限级差，故=2.5+0.5=3S， se t 此时短路电流经过隔离开关的总

49、时间为0.2+3=3.2S ibcse tttt 相当于 4S 的热稳定电流为 3.2 3.072.7516 44 i ts Q t IIkAkA 热稳定满足条件 5.2 低压设备的选择低压设备的选择 按设备工作环境条件及电压，电流选择短路器型号，然后按所选断 路器的参数进行校验。 5.2.1 低压断路器的选择及其校验低压断路器的选择及其校验 1、当一台变压器故障或断路器检修的时候，6kV 侧断路器的长时最大负 荷等于变压器的额定容量，此时，6kV 侧的断路器的长时最大工作电流 为： 1540A m2 2 1600 I 336 N T N S U 故 6kV 侧的断路器选 SN10-10/20

50、00。 6kV 侧的断路器 型号规格：SN10-10/2000； 额定电压：10kV； 额定电流：2000A； 极限通过电流峰值：140kA； 4S 热稳定电流：40kA; 固有分闸时间：0.07S； 固有合闸时间：0.2S； 配用操作机构：CD10 型（电动） ； 2、动稳定校验 根据短路计算参数可知： 6kV 侧的断路器的最大冲击电流为： max 13023.92 ch ikA ikA 动稳定满足要求 3、6kA 侧断路器的热稳定校验 因 35kA 侧断路器的过流保护时间限为 2S， =2.2S，在 6kA 母线侧 i t 短路时相当于 4S 的热稳定电流为： 2.2 23.9217.74

51、40 44 i ts Q t IIkAkA 6kV 侧断路器的热稳定符合要求。 5.2.2 低压隔离开关的选择和校验低压隔离开关的选择和校验 1、计算隔离开关的长时最大工作电流。当一条线路故障时，全部负 ar m I 荷电流都通过 6kV 低压侧的隔离开关， 通过 6kV 侧的隔离开关的长时最大工作电流为： 2 16000 1540 336 ar m N SkVA IA UkV 故初步选择 6kV 侧的隔离开关为 GN25-10Q/2000。 6kV 侧隔离开关的技术参数： 型号规格电压电流动稳定电流4s 热稳定电流 GN25-10Q/200010kV2kA100kA40kA 3、动稳定性校验

52、： 6V 母线上的最大冲击电流 23.92kA100kA，满足要求。 4、热稳定性校验： 6kV 侧隔离开关，满足要求。 3.6 9.388.940 44 i ts Q t IIkAkA 5.2.3 互感器的选择及其校验互感器的选择及其校验 互感器是一次电路与二次电路之间的联络元件，用以分别向测量仪 表和继电器的电压线圈和电流线圈供电。 1、电流互感器的选择 电流互感器按使用地点电网电压与长期最大负荷电流来选择，并按 短路条件校验动热稳定性。 35kV 母线侧电流互感器的选择： 因母联断路器不用于测量，只设保护，故选用 LCWDL-35-3-600/5 型 电流互感器装入，其互感比为 600/

53、5，二次负荷额定阻抗为 2，1s 热 稳定倍数为 75，动稳定倍数为 135。 6kV 母线侧电流互感器的选择： 6kV 母线侧的最大长时工作电流923.6A 1 16000 I 33 10 N T ca N S U 则初步选择 LZD1-10 型电流互感器，其技术参数如下： 型号：LDZ1-10 工作电压：10kV 额定电流比：1000/5 1S 热稳定倍数：50 动稳定倍数：90 热稳定校验： ,故满足热稳定。 2sh i 227 ()(9380 1.7)15 10 ep I t 因为=23.9，故满足动稳定。 1 220.3 14059.4 NF IK 2sh i 2、电压互感器的选择：

54、 本 35kV 变电所为终端变电所，35kV 进线不需要进行绝缘监测，只 需要测量 线路电压，故按前面计算，选 JDJ-35 型电压互感器两台：其技术参数如 下所示 型号规格：JDJ-35 型； 原边电压：35kV； 副边电压：0.1kV； 额定容量及精确度：150VA-0.5 级； 极限容量：1200VA； 由于系统电压为 35kV，短路容量为 197MVA，所以可以看出此电压互 感器器完全符合系统要求，并能够通过校验。 3、所用变压器的设计及配套用高压熔断器的选择： 由于所用电负荷较小，故所用变压器的容量一般为 50315kVA； 在本设计中选用型号为-50/35 型电力变压器，其技术数据

55、为： 7 S 型号 额定电压 （kV） 额定损耗 （W)阻抗电压 空载电流 连接组 重量外形尺寸,mm 高压低压空载短路% S7-50/35350.42651350 6.5 3.5Y,yn0800kg1145*935*1800 变电所用的熔断器选用型跌落式熔断器，其技术数据为：2/35 9 RW 额定电压 35kV 容管电流为 2A，最大断流容量为 600MVA。 所用变长时工作电流为：=0.82A gi I d U S 3335 50 容管电流为 2A，大于 0.82A，故所选熔断器符合要求。 5.2.4 母线的选择母线的选择 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

56、，或钢的矩形，圆形，管形裸导线和多芯绞线。母线在电力系统中起 着汇总与分配电能的作用，由于多数情况下引出线数目要比电源数目多 好几倍，故在二之间采取母线连接，即有利于电能交换，还可使接线简 单明了和运行方便，也便于扩建；配电装置的母线主要用铜和铝作成， 铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料。但是， 由于铜在工业中有很重要的用途，价格较贵，故考虑经济问题，采用 “以铝代铜”的方针，母线的主要材料使用铝。本设计中采用铜芯铝绞 线（LQJ）作母线，在选择中按正常情况下长时最大负荷运行。 一、35kV 母线的选择 35kV 输电线和母线选用同型号的导线 1、按经济电流密度选择截面积

57、当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV 侧母线的长时最 大负荷等于变压器的额定容量，此时，35kV 侧母线的电流为： =242.5A 考虑通常情况下过负荷 5%，则其最 1g I 1 35. 3 d ca U S14700 3 35 大长时负荷电流为=242.5 1.05=254.6A。 1g I 由于两台主变分裂运行，正常情况下线路也分裂运行，故每一回路 的工作电流为： 254.6=127.3A maxg I 2 1 max e I 2 1 铝绞线的经济电流密度为0.9()，导线的经济截面为： i J 2 mm A A=141.4 i g J I 127.3 0.9 2 mm 可初选

58、LGJ-150 型钢芯铝绞线； 2、按长期允许电流校验： 查表得 LGJ150 型导线长期允许电流为 445A 大于长时负荷电流 127.3A 故符合要求。 3、按电压损失校验导线截面： 取几何间距为 3.5m，线路长为 4000m，查资料知：线路电阻 r =0.21；感抗=0.398，考虑导线为多股相扭绞，按比实际 0 km 0 x km 增长 5%则： 架空线的总电阻：r=1.05r0L=1.05 0.21 4=0.882 架空线的总电抗：x=1.05x0L=1.05 0.3984=1.67 所以电压损失为：U= e U QxrP = 16266.2 0.882 10532.7 1.67

59、35 =912.5V 则：=2.61%6%故电压损失满足校验要求，%U%100 1035 3 U 所选用 LGJ-150 型钢芯铝绞线满足要求。 二、6kV 母线的选择 1、按正常持续工作电流选择，并考虑最大长时工作时变压器可能过载 5%，=1322.3A，选用 LJ185 型矩形铝母线， max.g I 2 1.05 3 e N S U 1.05 13086.7 36 在 25 C 时其载流量为 9.38kA，考虑温度修正系数，在环境温度为 40 时， 00 修正系数为：=0.82 则修正后的长时载流量为， 25 Im Im a a K 2570 4070 =0.82 9.38=7691.6

60、A=1322.3A；满足系统要求； max. g I 3 10 max.g I 2、热稳定性校验： 最小需用截面：式中： min A eqf tk C I C热稳定系数，工作在 40 度时，取 C=99； 肌肤效应系数，取 1.1； f k 短路发热的等值时间（限时速断的时间 2.0 秒，加上故有时 eq t 间 0.2s） 则：=147.4mm21000mm2； min A eqf tk C I 3 9.38 10 1.1 2.2 99 满足要求。 3、动稳定校验： 按短路条件校验母线动稳定性： 由于三相母线位于同一平面布置，其产生的最大机械应力为： （） 32 2 1076 . 1 shi