西上庄鸿升煤矿地面变电所设计学生王亚民

1、武汉理工大学网络教育毕业设计（论文） 网络与继续教育学院 毕 业 论 文论文题目:西上庄鸿升煤矿矿井地面10kv变电所设计 学 校： 武汉理工大学 _层 次： 专科 _专 业： 矿山机电 姓 名： 王亚民 指导老师： 车志敏 完成设计时间： 2013年9月2日 第 2 页 共 37 页目 录摘要1Abstract2绪论3第1章 西上庄鸿升煤矿10KV地面变电所设计4设计原始资料及任务书41.1性质41.2地理位置41.3自然条件4第2章 矿井地面10KV变电所设计概述42.1地面变电所概貌及特点42.2矿井供电概况及供电特点52.3负荷级别如下52.4供电的特殊要求6第3章 供电电源的确定63

2、.1 矿区电源的地理结构63.2 采区变电所的位置和硐室布置63.3 综采工作面供电与工作面配电点7第4章 负荷统计、无功补偿及主变压器选择94.1 负荷统计计算94.2无功功率补偿94.2.1无功功率补偿的概念94.2.2补偿装置的接线94.2.3配电网补偿94.2.4变电站集中补偿94.2.5配电变低压补偿104.2.6配电线路固定补偿114.2.7用电设备随机补偿11第5章 地面变电所供电系统125.1 10KV主结线125.2电气主接线的确定135.2.1外桥接线对变压器135.2.2按发热条件校验135.3 变电所一次设备的初选14第6章 短路电流计算156.1供电系统运行方式的确定

3、156.1.1TN系统156.1.2TT系统156.1.3IT-统：156.1.4中性线、保护接零、保护接地在TV、TT系统中，166.1.5保护接零(PE)166.1.6保护接地(PEE)：166.1.7 TN系统的应用166.1.8 TN系统比TT系统普遍采用的原因176.2绘制短路电流阻抗图176.3用绝对值法计算高压网络的短路电流176.3.1计算依据176.3.2短路电流计算176.3.3主要设备的选择186.3.4继电保护及自动装置18第7章 高压电器与线路的选择197.1高压隔离开关的选择197.2电流互感器的选择19第8章 继电保护装置的整定计算208.1主变压器的保护整定计算

4、208.1.1整定计算原则208.2 电力电容器保护238.3保护控制原理24第9章 防雷保护装置的设计计算24高压电动机的保护259.1保护整定原则259.2差动电流速断保护259.3纵差保护259.4相电流速断保护 26 9.5负序电流保护269.6接地保护269.7过热保护279.8.电动机289.9长启动保护 289.10正序过流保护289.11低压保护28参考文献 29致谢 30 III 西上庄鸿升煤矿矿井地面10KV变电所设计摘 要在编制本说明书过程中，根据设计要求，依据变电所在煤矿供电系统中的地位，着重进行了供电电源的确定、负荷统计、无功补偿及主变压器选择、地面变电所供电系统、

5、短路电流计算、高压电器与线路的选择、继电保护装置的整定计算，同时介绍了变电所防雷保护装置的设计计算和高压电动机的保护。关键词：变电所 主接线 电压保护 短路电流Zhuang Hong rose on the Western mining 10KV substation designAbstractIn prepared this manual process in the，according to design requires，pursuant to substation in coal mine power in the of status，focuses on for has power

6、ed power of determines， and load statistics， and no power compensation and the main transformer select，and ground substation power， and short-circuit current calculation， and high pressure electric and line of select，and following electric protection device of whole set calculation， while introduced

7、 has substation anti-Ray protection device of design calculation and high pressure motor of protection。Key words: Substation the main cables voltage protection short circuit current绪 论我矿矿井以立井为主，电源接入方式基本采用简易地面变电或线路变压器组方式，但仍存在诸多的问题，如接线方式、运行方式和控制方式大都能满足矿山电力设计规范和煤矿安全规程的有关要求。在煤矿的供电系统设计中应该严格遵守国家煤矿设计的有关规定，

8、保证煤矿供电的安全性，供电系统运行的可靠性和经济性，尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的不安全因素。本设计论述了在10KV变配电中的一些问题，包括电气主接线设计、电气设备的选择、短路电流计算、继电保护设计和过电压保护。特别是对主接线方式的选择，变压器的选择，还有一些电气设备如断路器、电流互感觉器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明。解决了目前我矿供电中存在的一些不规范问题。西上庄鸿升煤矿矿井地面10KV变电所设计第1章 鸿升煤矿10KV地面变电所 设计原始资料及任务书1.1 性质主要向矿井供电的变配电装置1.2 地理位置修建于矿井附近，直接以10KV线路供矿井用是为主。1.3

9、自然条件根据地质报告提供的气象资料，本区属暖温带大陆性季风型气候，四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪。年均气温为9，一月最冷，平均-21，极端低温-27；七月最热，平均22.9，极端高温为37。无霜期180天，年均冻结天数100天，最大冻结深度63cm，全年平均日照时数2482.34小时，据长治县气象站统计资料，年降水量最大是1976年，为680.20mm，年均降水量535.54mm，年蒸发量为1610.13m，平均风速2-3m/s。第2章 矿井地面10KV变电所设计概述2.1 地面变电所概貌及特点矿井工业场地10KV变电所改造后，10KV及0.38kv 系统均采

10、用单线线分段接线方式，10KV侧设有的XGN-10型高压开关柜18台，0.38kV侧设有GGD2型低压配电屏10台， S9-1000/10，10/0.4型变压器 2台（一用一备）。由于风井相对于主井工业场地较远，所以在风井场地设一变电亭，亭内设有S9-200/10，10/0.4 型变压器2台(一用一备)。无功补偿采用10kV侧集中补偿，设XGN-10RC型高压无功功率补偿柜2台，补偿容量为1000kvar。断路器操作系统采用弹簧操作机构，操作电源、继电保护和事故照明用电选用一套60Ah、220V微机控制开关直流电源系统，内设阀控式免维护铅酸蓄电池。在变电所10KV母线上装设阀型避雷器，以防止雷

11、电波侵入圣电气设备的破坏，由于高压开关柜内设有真空断路器，容易产生电压，因此，每台真空断路器均配用HY5WZ型过电压保护器，用以防止内部过电压对电气设备的损坏。变电所内设有以水平接地极为主的环形接地网，接地网外缘闭合，内敷水平带，其接地电阻不大于1。2.2 矿井供电概况及供电特点山西晋城市西上庄鸿升煤业有限公司煤矿位于晋城市西约4KM处的西上庄村叶家河带，原有的供电回路为双回10KV供电，一回10KV电源引自成庄110KV变电站110KV供电，一回10KV电源引自成庄110变电站10KV母线段，导线型号为LGJ-70mm2,输电距离约5KM，另一回10KV变电站10KV线路引自八义110V变电

12、站10KV线线段，导线型号为LGJ-70 mm2，输电距离约4KM，采用钢筋混凝土电杆架设。矿井地面高压10KV配电系统采用放射式，系统采用TN-C-S系统，动照合一。以树干式和放射式为主，个别距供电点远，彼此相近、容量较小的用电设备采用链式配电。工业场地10KV变电所以两回10KV线路（不同母线段）向井下主变电所供电，以两回0.38KV线路（不同线线段）向主、副提升机、空压机、锅炉房、地面生产系统等供电。主通风机的配电利用矿井原有的风井变电亭，亭内设有2台S9-200/10 10/0.4kV型变压器，一备一用，做为矿井通风机的专用变压器。风井变电亭的两回电源引自工业场地10kV变电所的不同1

13、0kV母线段。在生产辅助区建一座容量为315kVA的户外箱式变电站向机修车间、综采设备库、井下水处理设施等供电，箱变的电源引自工业场地10kV变电所10kV母线段。在生活行政福利区建一座容量为200kVA的户外箱式变电站向办公楼、综合楼、生产调度楼、公寓楼等供电，箱变的电源引自工业场地10kV变电所10kV母线段。2.3 负荷级别如下：设备总台数：134台设备工作总台数：114台设备工作容量：3695.1kW计算有功负荷：1924.21kW计算无功负荷：1807.92kVAR视在负荷：2640.3kVA自然功率因数：0.73无功功率补偿：-1000kVAR补偿后无功负荷：807.92kVAR补

14、偿后功率因数：0.93补偿后视在功率：2086.94kVA矿井年耗电量：11124180 kW·h矿井吨煤耗电量：18.5kW·h2.4 供电的特殊要求八义110kV变电站位于鸿升煤矿正南方向约4km，安装有2台变压器，其容量均为40MVA，电压为110/35/10kV，电源可靠，供电质量有保证。成庄110kV变电站位于鸿煤矿正北方向约5km。安装2台变压器，其容量均为40MVA，电压为110/35/10kV，电源可靠，供电质量有保证。第3章 供电电源的确定3.1 矿区电源的地理结构采区变电所结线二3.2 采区变电所的位置和硐室布置 采区变电所位置的确定原则，与中央变电所基

15、本相同，但是根据采区生产的特殊性还要求：每个采区最好只设一个变电所向全采区供电，如不可能，也应尽量少设变电所，并尽量减少变电所的迁移次数根据以上要求，通常将采区变电所设置在采区装车站附近，或在上(下)山与运输平巷交叉处，或两个上(下)山之间的联络巷中。采区变电所的防水、防火、通风等安全措施与中央变电所相同。采区变电所设备的变压器可与配电设备布置在伺一硐室内；变电所的高、低压设备应分开布置；检漏继电器放置在固定于硐室墙壁的支架上。各设备之间、设备与墙壁之间均应留有维护和检修通道，不从侧面和背后检修的设备不留通道。 采区变电所设备布置图3.3 综采工作面供电与工作面配电点3.3.1.综采工作面供电

16、综采工作面机电设备布置（1）高压深入负荷中心。（2）组成：采区配电所移动变电站工作面。（3）综采工作机电设备布置：移动变电站通常设置在距工作面150300m的顺槽中，工作面每推进100200m，变电站向前移动一次。综采工作面机电设备布置图3.3.2.工作面配电点的布置工作面配电点的布置（1）引入：停送电方便，设备多或距离采区变电所较远。（2）组成：采区变电所-工作面配电点方式。工作面配电点可分为采煤与掘进两种。采煤工作面配电点，一般距采煤工作面5080m；掘进工作面配电点，一般距掘进工作面80100 m，工作面配电点随工作面推进而定期前移。采煤工作面配电点的布置及配电示意图第4章 负荷统计、无

17、功补偿及主变压器选择4.1 负荷统计计算4.2 无功功率补偿4.2.1.无功功率补偿的概念无功功率补偿的基本原理是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。4.2.2.补偿装置的接线装置测量点的接线，主要是补偿装置的电容器组和电流的引入点，特别是电流的引入点，在实际接线中往往被忽视。电容器组的引入点，是指电容器组的总进线在被补偿系统中的“T”接点；电流的引入点，是指补偿装置

18、使用的电流互感器在被补偿系统中的安装点。正确的方法是：以负荷的供电电源为参考点，电流互感器的安装点必须在电容器组的总进线“T”接点电源之间，即电流互感器测量的电流必须包含流过电容器组的电流。否则，在电容器分组投、切状态中，无功补偿装置测量显示的有功、无功功率和COS值都不会变化，造成无功补偿装置投、切效果无法判断。4.2.3.配电网补偿配电网无功网补偿方案比较配电网无功补偿方案有变电站集中补偿、配电变低压补偿、配电线路固定补偿和用电设备分散补偿。4.2.4.变电站集中补偿变电站集中补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡输电网的无功功率，改善输电网的功率因数，提高系统终

19、端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，但这种补偿方案对10kV配电网的降损不起作用。图 1  配电网常见无功补偿方式示意图为实现变电站的电压/无功综合控制，通常采用并联电容器组和有载调压抽头协调调节。4.2.5.配电变低压补偿配电变低压补偿是目前应用最普遍的补偿方法。由于用户的日负荷变化大，通常采用微机控制、跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，总补偿容量在几十至几百千乏不等。目的是提高专用变用户功率因数，实现无功的就地平衡，降低配电网损耗和改善用户电压质量。配变低压无功补偿的优点是补

20、偿后功率因数高、降损节能效果好。但由于配电变压器的数量多、安装地点分散，因此补偿工程的投资较大，运行维护工作量大，也因此要求厂家要尽可能降低装置的成本，提高装置的可靠性。图2 机电一体开关无功补偿装置接线图4.2.6. 配电线路固定补偿 大量配电变压器要消耗无功，很多公用变压器没有安装低压补偿装置，造成的很大无功缺额需要变电站或发电厂承担，大量的无功沿线传输使得配电网的网损居高难下，这种情况下可考虑配电线路无功补偿。线路补偿既通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。由于线路补偿远离变电站，因此存在保护难配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境限制等问题。因此，线路补偿的补偿点不宜过多；控制方

21、式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护。线路补偿主要提供线路和公用变压器需要的无功，工程问题关键是选择补偿地点和补偿容量，文献4给出了补偿地点和容量的实用优化算法。线路补偿具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适应能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿仍是需研究的课题。4.2.7. 用电设备随机补偿在10kV以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占30左右，低压用电设备消耗占65以上。由此可见，在低压用电设备上实施无功补

22、偿十分必要。从理论计算和实践中证明，低压设备无功补偿的经济效果最佳，综合性能最强，是值得推广的一种节能措施。感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备，故对于油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业的较大容量电动机，应该实施就地无功补偿，即随机补偿。与前三种补偿方式相比，随机补偿更能体现以下优点：1）线损率可减少20%；2）改善电压质量，减小电压损失，进而改善用电设备启动和运行条件；3）释放系统能量，提高线路供电能力。由于随机补偿的投资大，确定补偿容量需要进行计算，以及管理体制、重视不够和应用不方便等原因，目前随机补偿的应用情况和效果都不理想。因此，对随机补偿需加补偿方式变电站集中补偿配电变低

23、压补偿配电线路固定补偿用电设备随机补偿补偿对象变电站无功需求配电变无功需求配电线路无功基荷用电设备无功需求降损范围主变压器及输电网配电变及输配电网配电线路及输电网整个输配电系统网调压效果较好较好较好最好单位投资较大较大较小较大设备利用率较高较高很高较低维护方便性方便较方便方便不方便强宣传力度，增强节能意识，同时应针对不同用电设备的特点和需要，开发研制体积小、造价低、易安装、免维护的智能型用电设备无功补偿装置。根据以上常用无功补偿方案的分析、讨论，我们可归纳、整理出四种补偿方案的特点和基本性能如表1所示。表1 四种无功补偿方法的特点比较第5章 地面变电所供电系统5.1 10KV主结线主接线的事基

24、本有单母线接线、又母线接线、桥式接线等多种单母线接线这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；缺点：不够灵活可靠，任一元件故障检修，均需要使整个配电装置停电，在用隔离开头将故障的母线段分开才能恢复非故障段的供电。适用范围：适应于容量较小，对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的小型配电所，均需要使整个配电装置停电，在用隔离开头将故障的母线段分开才能恢复非故障段的供电。适用范围：适应于容量较小，对供电可靠要求不高的场合，出线回路少的小型配电所，一般供三级负荷，两性路电源进线的单线可供二级负荷。单母线分段接线保留了单母线的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，如缩小

25、了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷的供电等。5.2 电气主接线的确定煤矿为了保证对一、二级的负荷进行可靠供电，在35KV变电站中经常采用的是双回路电源受电和安装两台主变压器桥式接线。全桥接线适应性强，对线路、变压器的操作都方便，运行灵活，易于扩展成单母线分段式中间变电所。但是设备多、投资大、变电站占地面积大。5.2.1 .外桥接线对变压器切换方便，比内桥少两组隔离开并，继电保护简单，容易过度到全桥或单母线分段的接线，投资少，占地面积小。介是倒换线路时候操作不便，变电站一侧没有线路保护。内桥接线一次侧可以设线路保护，倒换线路时候操作方便，设备投资与占地面积都比全桥

26、少，但是操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便。综合本矿选用应选用全桥接线。全矿井有功功率：1924.21KW,功功补偿后功功率：807.92KW，无功补偿后视在功率2086.94kVA，补偿后功率因数：0.93。的确定电源进线一回引自成庄110kV变电站10kV母线段，架空导线选用LGJ-3×120型钢芯铝绞线，距离该矿井5km;另一趟引自八义110kV变电站无功补偿后视10kV母线段，架空导线选用LGJ-3×120型钢芯铝绞线，距离该矿井4KM.10KV电源进线均选用钢芯铝绞线，导线截面的选择：1. 按经济电流密度选择导线截面，计算线路最大正常工作电流：根据矿井

27、年最大负荷利用时间为4900小时，则线路的电流密度J选取1.15A/mm2选择标准截面型号为LGJ-3×120钢芯铝绞线。5.2.2. 按发热条件校验查表知LGJ-3*120在40时,满足发热条件。5.2.3.按允许电压损失校验导线截面按允许电压损失校验导线截面5.2.3.1)引自成庄110kV变电站10kV母线段，导线型号为LGJ-3×120，距离该矿井5km；查表求得10V架空线路单位负荷距时的电压损失百分数，得LGJ-3×120当=0.95时，则 5%。所以引自成庄110kV变电站10kV母线段，架空导线LGJ-3×120满足电压降的要求。5.2.

28、3.2）引自八义110kV变电站10kV母线段，导线型号为LGJ-3×120，距离该矿井4km；5%。（4）按机械强度校验导线截面查表可知10kV钢芯铝绞线的最小截面为Amin=25m2120m2，满足机械强度要求。所以引自八义110kV变电站10kV母线段，架空导线LGJ-3×120满足电压降的要求。由上述校验得知矿井两回路电源线路均满足矿井全部负荷的要求。线路选择在地形平坦、开阔，接近道路便于施工的地方，尽量绕过村庄和居民区，交叉跨越不多，当电源线路进入矿区时尽量避开煤田，少压煤；当不能避开时，应考虑在煤田境界或断层线上架设，以便利用安全煤柱。当无境界或断层线可利用时，

29、应尽量垂直煤田走向架设，以缩短通过煤田线段的长度。5.3 变电所一次设备的初选井下主变电所两回10kV电源引自矿井工业场地10kV变电所10kV不同母线段，接线方式采用单母线分段接线。井下主变电所设BGP43-10矿用隔爆型高压真空配电装置7台；KBZ型矿用隔爆型低压真空馈电开关(带选择性漏电保护)7台及KBZ型低压馈电开关（联络用）1台，ZBZ-4.0MX型照明综合保护装置2台及2台KBSG-500/10 ，10/0.69kV型矿用隔爆型干式变压器（一用一备），担负主水泵、井底车场、总运输巷带式输送机和运输大巷带式输送机、总轨道大巷调度绞车等负荷用电。在采区设有一采区变电所，该变电所两回电源

30、引自井下主变电所10kV不同母线段。该变电所内设BGP43-10矿用隔爆高压配电装置6台，KBSG-400/10 ，10/0.69kV 型变压器1台，KBSG-50/10 ，10/0.69kV型变压器1台（局部通风机专用），担负采区除15101回采工作面运输顺槽采掘设备以外的全部负荷用电。15101回采工作面运输顺槽设一台KBSGZY-1250/10 ，10/1.2kV 型移动变电站，在15101回采工作面回风顺槽设KBSGZY-315/10， 10/0.69kV 型移动变电站。局部通风机采用了“三专两闭锁”方式供电，且采用QBZ-2×80SF型“双风机、双电源”自动切换开关，从而保

31、证了局部通风机供电的可靠性和连续性且实现互投。高压开关的选择：矿井为低瓦斯矿井，根据煤矿安全规程及有关规定，结合矿井现有设备，选择BGP43-10矿用隔爆型高压真空配电装置作为主变电所及采区变电所的配电开关，该配电装置采用微电脑智能高压综合保护装置，具有过载、短路、漏电、绝缘监视、过压、欠压、通讯等保护功能。根据负荷统计，流过入井电缆的长时最大工作电流IN=99.4A。所以该矿井井下主变电所进线选用BGP43-10-200（200A）型高压配电装置，其余选用BGP43-10-100（100A）型高压配电装置。第6章 短路电流计算6.1 供电系统运行方式的确定三种供电运行方式 

32、0; 我国低压供电系统主要有三种运行方式：TN系统、TT系统、IT系统。6.1.1TN系统：把变压器低压侧中性点直接接地。再从接地点引出中性线N(俗称"零线)。系统中，所有用电设备的金属外壳、构架均采用保护接零方式。TN系统又分为：TN-C系统；TN-C-S系统；'IN-S系统。6.1.2TT系统：把变压器低压侧中性点直接接地，再从接地点引出中性线N。系统中，所有用电设备的金属外壳、构架均采用保护接地方式。6.1.3IT-统：变压器低压侧中性点不接地或经高阻抗接地。系统中，所有用电设备的金属外壳、构架均采用保护接地方式。在IT系统中，由于变压器低压侧中性点不允许配出中性线作为

33、220V单相电源供电，所以，不适用居民和一般工厂生产用电。该系统的主要特点：1)人员意外发生单相触电时，所造成的危害程度大大降低；2)电网供电线路如发生单相对地短路故障时，供电系统仍可带"病"运行，保证电气设备继续正常工作。所以，其主要应用在要求少停电场合，如矿山、井下及易燃易爆等危险场所。6.1.4.中性线、保护接零、保护接地在TV、TT系统中，从变压器低压侧中性接地点引出的中性线N，主要作用有三点：可供系统内单相用电设备用电；把系统内三相电源中的不平衡电源和单相用电电流，流回变压器低压侧中性点；减小因三相用电负荷的不平衡而造成的电压偏移。6.1.5.保护接零(PE)：把

34、电气设备的金属外壳、构架与系统中的零线可靠连接在一起。当电气设备发生漏电、绝缘损坏或单相电源与设备外壳、构架短路时零线短路的较大故障电流可使线路上的保护装置动作，切断故障线路的供电，保护人身安全。保护接零应用在TN低压供电系统。6.1.6保护接地(PEE)：把电气设备的金属外壳、构架与专用接地装置可靠连接在一起。当电气设备发生漏电或单相电源对设备外壳短路时，如果流向接地体的故障电流足够大线路上保护装置动作，切断故障线路上的供电；假如流向接地体的故障电流不足以使保护装置动作时由于人体电阻远大于保护接地的电阻，所以，可以避免接触人员的触电危险。保护接地应用在TT、IT低压供电系统。在同一供电系统不

35、准存在保护接零和保护接地混用的现象。6.1.7. TN系统的应用由于我国早期电气设备单一、数量少，家用电器也未大量进入家庭所以低压供电普遍采用比较经济的TN-C系统，即整个系统的中性线(零线)与保护线(PE)是合在一起共用的一个系统(PEN)。随着电气化发展，生产及家庭用电设备数量剧增，加上线路老化、严重过负荷以及维护上的疏漏。当零干线断线时致使采用保护接零的电气设备外壳带电。为了提高保护接零的可靠性从TN-C系统衍生出TN-C-S系统。即从变压器低压侧中性接地点至用电配电箱的这一段，零线N和保护线PE是共用的从配电至各用户则是分成两路，分别引入用户设备，从而太大提高了保护接零的可靠性。但是，

36、由于系统中的PEN线始终会有一定量的不平衡电流流过，所以，还不能满足对设备安全及电磁抗干扰性要求很高的场所。这样，就有了进一步的TN-S系统，俗称"三相五线制"。在TN-S系统中，PE线与零线N在系统中始终是分开的，平时PE线上无电流通过只有在设备发生漏电或单相电源对设备金属外壳短路时，才会有故障电流流过，使用电系统的可靠性、安全性、电磁抗干扰性方面得到了进一步的提高但其投资也是TN系统中最高的。6.1.8.TN系统比TT系统普遍采用的原因我国过去普遍采用TN低压供电系统，既有经济上的原因，也有用电环境所限的原因。在我国同一台变压器的低压供电系统的用电户成百上千。而且有相当

37、一部分生活用电和生产用户并存假如由各用电户分别采取把电气设备外壳保护接地，其保护接地的接地电阻、机械强度、维修维护将难以保证，特别是居民用电，更可能形成五花八门的接地方式。比如，从自来水管上接出保护接地线或在墙角敲下一根钢条作为接地体等等。既不规范又不美观，且投资也较大，还不如直接由专用PE线接地更简单、安全。6.2 绘制短路电流阻抗图6.3 用绝对值法计算高压网络的短路电流6.3.1.计算依据煤矿电工手册第二分册(煤炭工业出版社)第二章。6.3.2短路电流计算设成庄110kV变电站和八义110kV变电站的10kV母线短路容量均为无穷大，按短路电流计算基准容量为100MVA进行短路电流计算。短

38、路电流计算结果见表10-3-1。短路电流计算系统图及等值电路图见图10-3-1、10-3-2。表10-3-1 短路计算统计表（基准容量为100MVA）回路名称短路点短路电流稳态值Id(KA)冲击电流瞬时值ich(KA)冲击电流有效值Ich(KA)短路容量S(MVA)备 注工业场地变电所10KV母线K13.037.744.5855.1韩店110/10kV5km处电源K13.669.35.5366.56八义110/10kV4km处电源井下变电所10KV母线K22.987.594.554.2成庄110/10kV5km处电源K23.589.125.465.1八义110/10kV4km处电源6.3.3.

39、主要设备的选择见主要设备选择表10-3-2。主 要 设 备 选 择 表短路点计 算 值设 备 允 许 值工作电压(KV)工作电流(A)冲击瞬时值ich(KA)冲击有效值I(KA)短路电流稳态值Id(KA)设备名称设备型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定imax(KA)热稳定I(KA)额定开断电流(KA)K110120.59.35.533.66真空断路器ZN28A-1212630401625隔离开关GN30-101063031.512.5电流互感器LZZJ-10122004016LZZJ-10121004016LZZJ-1012504016经校验，矿井主要电气设备均满足动稳定和热稳定的要求。

40、矿井工业场地10kV铜芯电缆最小截面不小于25mm2。10kV电流互感器允许使用的最小变比为50/5。6.3.4继电保护及自动装置变电站采用220V直流操作系统，继电保护采用变电所综合保护，其保护型式为：6.3.4.1)所内低压变压器设速断、过流、单相接地保护。6.3.4.2)母线由进线断路器的过电流速断及过电流装置进行保护。6.3.4.3)10kV馈出线设电流速断保护和过电流保护，速断保护为主保护，过流保护为后备保护。在10kV馈出线上安装零序电流互感器，构成单相接地保护，单相接地保护动作于信号。6.3.4.4)电容器柜设无时限过电流，保护动作于跳闸。过电压保护、单相接地保护。6.3.4.5

41、)低压馈线利用开关自身的过流脱扣器实现保护。第7章 高压电器与线路的选择7.1 高压隔离开关的选择高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载下断开或接通高压线路的事输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。形式结构：高压隔离开头一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、静触头传动机构等组成，一般配有独立的电动或手动的操动机构，单相或三相操动。高压隔离开关主刀闸与接地刀一般都机械连锁装置，确保两者之间操作顺序正确。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式。根据设计及条件选用GW5-35G/600型。7.2 电流互感器的选择电流互感器是

42、一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈供电。电流互感器的结构特点是;一次绕组匝数少，导体相当粗，而二次绕组匝数很多，导体较细。安接入电路的方式是：将一次绕组串联接入一次电路，而将二次绕组与仪表、继电器等的电流绕圈串联，形成一个闭合回路，由于二次仪表、断电器等的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器工作时二次回路接近短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A.电流互感器的选择条件：A 额定电压大于等于电网电压：UINUNB 额定电流大于或等于长时最大工作电流： IIN(0.2-1.5)IC 二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量：S2NS2ED 校验。电压互感器和高压

43、熔断器的选择电压互感器一次侧是并接在主接线高压侧，二次线圈与仪表和继电器电压线圈串联，一次侧匝数很多，阻抗很大，因而它的接入对被告测电路没有影响，二次线圈匝数少，阻抗小而并兿的仪表和继电器的线圈阻抗大，在正常运行时，电压互感觉器接近于空载运行。二次绕组的额定电压一般为100V.目前我国的电压互感器按其绝缘方式的不同可以分为干式、浇注绝缘和油浸工三种。此设计适合用油浸式绝缘型电压互感觉器。熔断器的选择主要指标是熔件和熔管的额定电流。同时所选熔件应该在长时最大工作电流及设备启动电流的作用下不熔断。要求熔断器特性与上级保护装置的动作时限相配合，以免保护装置越级动作。第8章 继电保护装置的整定计算8.

44、1 主变压器的保护整定计算8.1.1 整定计算原则：1.需符合电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB50062-92等相关国家标准。2.可靠性、选择性、灵敏性、速动性应严格保障。8.1.2 整定计算用系统运行方式： 1.按城市电力网规划设计导则（能源电1993228号）第4.7.1条和4 .7.2条：为了取得合理的经济效益，城网各级电压的短路容量应该从网络的设计、电压等级、变压器的容量、阻抗的选择、运行方式等方面进行控制，使各级电压断路器的开断电流以及设备的动热稳定电流得到配合，该导则推荐10KV短路电流宜为Ik16KA，为提高供电可靠性、简化保护、限制短路电流，110KV站两台变压器采用分

45、列运行方式，高低压侧分段开关均采用备用电源自动投入。系统最大运行方式：110KV系统由一条110KV系统阻抗小的电源供电，本计算称方式1。系统最小运行方式：110KV系统由一条110KV系统阻抗大的电源供电，本计算称方式2。在无110KV系统阻抗资料的情况时，由于335KV系统容量与110KV系统比较相对较小，其各元件阻抗相对较大，则可认为110KV系统网络容量为无限大，对实际计算无多大影响。本计算：基准容量Sjz=100MVA，10KV基准电压Ujz=10.5KV，10KV基准电流Ijz=5.5KA。8.1.3 10KV系统保护参数只设一套，按最大运行方式计算定值，按最小运行方式校验灵敏度（

46、保护范围末端，灵敏度KL1.5，速断KL2，近后备KL1.25，远后备保护KL1.2）。8.1.4 短路电流计算：110KV站一台31.5MVA，10KV 4Km电缆线路（电缆每Km按0.073，架空线每Km按0.364）=0.073×4=0.2910KV开关站1000KVA：（至用户变电所电缆长度只有数十米至数百米，其阻抗小，可忽略不计）。8.1.5. 整定计算：开关站出线（10DL）：当变压器采用过电流而不采用差动保护时，其电源线路较短时，例如电缆长度小于3Km时，采用线路-变压器组保护装置（即线路与受电变压器保护共用）。A. 速断动作电流：躲过变压器低压侧最大三相短路电流：t=

47、0S灵敏度校验：B.过流保护动作电流：躲过可能出现的过负荷电流，如干变按Kgh=1.5，如大的风机、水泵等启动电流，按实际换算到10KV侧电流，Kgh可能为1.2、1.3等，微机保护按厂家提供资料，返回系数Kh=0.95。，t=0.3S灵敏度校验：如灵敏度不够，改为低电压闭锁的过电流保护，电流元件按躲开变压器的额定电流整定，而低电压闭锁元件的起动电压则按照小于正常情况下的最低工作电压及躲过电动机自起动的条件来整定。C.对变压器超温，瓦斯保护需跳闸者，变压器高压侧设负荷开关带分励脱扣器，作用于跳闸。开关站进线(8DL)：按规范可不设,本方案设的目的作为出线保护及其相关元件故障如电磁线圈断路而拒动

48、时的后备保护及310KV母线的保护。A.限时速断动作电流:同开关站所有出线的最大一台变压器速断保护相配合,配合系数Kph=1.1，t=0.3灵敏度校验：B. 时限过流动作电流: t=0.6S灵敏度校验：区域站10KV出线(5DL):A.限时速断动作电流:同开关站出线(8DL)限时速断保护相配合,配合系数Kph=1.1，t=0.4S灵敏度校验：B.时限过流动作电流:躲过线路过负载电流(如大电动机启动电流,某些实验时的冲击电流等)，t=0.7S灵敏度校验：区域站10KV分段开关(2DL):仅设充电保护,按躲开10KV母线充电时变压器励磁涌流,延时t=0.2S动作,充电后保护退出，t=0.2S灵敏度

49、校验：开关站10KV分段开关（7DL）：同2DL原则，t=0.2S灵敏度校验：开关站出线带2台及以上变压器：A.速断动作电流：躲过中最大者，t=0SB.时限过流动作电流：躲过线路过负载电流，t=0.3S。区域站至住宅小区供电线路（单线单环或双环、开环进行）：A.限时速断动作电流：同6.A原则，t=0.4S(同小区变压器的高压熔断器配合）。B.时限过流动作电流：同6.B原则，t=0.7S（同小区变压器的高压熔断器配合）。区域站主变低压侧开关1DL、3DL:设过电流保护（作为主变低后备保护，10KV母线保护及出线远后备保护），其动作电流按躲过主变的最大负荷电流（当一台主变故障或检修时的负荷电流及电

50、动机启动等），对K-2点要求KL2,对K-3点要求KL1.2。保护为一段二时限，第一时限1.1S跳10KV分段开关，第二时限1.5S跳本侧开关。关于时间级差说明：A.对微机保护，开关站t为0.3S，对区域站为提高可靠性t为0.4S。B.对电磁继电器保护，选精度较好的时间继电器，t在开关站，区域站t均为0.4S。为避免CT饱和，可采用保护与测量CT分开，用不同的变比，如保护用300/5A等。对10KV中性点非直接接地电力网中的单相接地故障：A.在10KV母线上，装设接地监视装置，作用于信号。PT开口三角电压继电器整定值：Udz=15V，为避免铁磁谐振，在开口三角上设一个微机型消谐器。B.区域站、

51、开关站10KV出线较多，设微机小电流接地信号装置，可迅速判别某出线单相接地故障（对微机保护，10KV小电流接地选线功能通过各10KV间隔的监控保护实现，无需专门的装置）。8.1.6 自动装置设定：10KV架空出线重合闸：动作投入时间1S。2.备用电源自动投入：A.区域站10KV分段开关（2DL）自动投入时间：a.t=110KV桥开关备自投时间+0.4S；b.t=主变高后备动作时间+0.4S；c.取a与b的最大值。B.各开关站10KV分段开关备自投时间=2DL备自投时间+0.4SC.备自投动作电压：工作电源失压动作电压：25V(PT二次侧电压）备用电源监视动作电压：70V(PT二次侧电压)电力电

52、容器保护 GT300系列电力电容器保护器是浙江工泰科技有限公司（原瑞安市工泰电器有限公司）自行研制开发拥有自主知识产权的电力电容器保护器。保护器主要与切换电容器接触器（晶闸管、复合开关、无功补偿控制器、电抗器、熔断器）等组成电力电容器控制系统。主要作为电力电容器及补偿电路中可能出现的过流、短路、缺相、过压等故障进行保护；保护器作为电力电容器的过流、缺相保护的新型产品，填补了国内电力电容器以电子型保护器保护的空白，可广泛应用于成套无功功率补偿设备。保护器采用无功功率补偿控制电容器的投切，可按循环投切方式进行控制保证电容器及设备的正常工作。GT300系列电力电容器保护器的输出辅助触头形式，科学化实

53、现自检功能。多样化可适应不同控制场合要求。各个壳架等级采取贯穿式结构固定及导轨安装，方便用户替换。8.2 电力电容器保护GT300系列电力电容器保护器由于内部设有冷态、热态过流保护特性检测电路及断相和不平衡检测电路，故能够对可能出现的断相、过流、三相不平衡等故障均采用反时限特性进行保护；可以自动检测出不同原因引起电容器故障原因，同时采取动作保护。保护器采用无功功率补偿控制电容器的投切，可按循环投切方式进行控制保证电容器及设备的正常工作。GT300系列电力电容器保护器出厂时已把对应电流的刻度调节好，电流整定精确、方便，并且用刻度盘表出。户可根据补偿电路电容器额定电流大小整定，电流整定精度高，能使

54、电容器得到可靠保护。GT300系列电力电容器保护器设有电流刻度指示，实行旋钮线性量化整定电流，用户只要根据补偿电路中电容器的额定电流值进行调节即可，操作简单、方便。GT300系列电力电容器保护器设有正常运行指示和动作保护后的故障状态记忆指示。正常工作时，运行指示灯亮，由于保护器内部延时电路按积分系数曲线进行计算，运行指示灯随负载电流情况的大小作不同频次的闪烁，当电路过流时，保护器动作后，过流保护指示灯点亮，指示故障类型。当电流大于3倍时，不管此时是过流还是断相原因，锁定指示灯点亮，保护动作；当出现断相或三相电流不平衡故障时，保护器动作后，断相指示灯点亮；方便判定故障原因。GT300系列电力电容器保护器由于保护器的辅助触头输出接口为独立两组常开形式，保护器接通电源后保护输出辅助触头95、96闭合，保护故障脱扣时，保护输出辅助触头95、96为断开状态，报警输出辅助触头97、98为闭合状态。如果保护器自身故障时，输出辅助触头95、96、97、98均为断开状态，故控制方式更理性化，科学化实现自检功能并且具有自诊断特性。GT300系列电力电容器保护器内部设有自恢复及自锁电路，当在1.352.35倍的过流或断相时，保护