35kv煤矿供电系统井上部分设计

辽宁工程技术大学应用技术学院毕业设计（论文）用纸中文题目：35kv煤矿供电系统井上部分设计英文题目：35kvpowersupplysystemofcoalmineinouedesign毕业设计：共56页图纸：共张完成日期：2012年6月8日答辩日期：2012年6月18号摘要五龙煤矿系50万吨中小煤矿，已有百多年的历史，许多设备都是原来引进外国的。随着企业的发展，目前的供电系统已经不能保证安全、可靠的供电。本次设计是根据现有的供电系统的特点，对某些设备以及负荷分布进行改进，以满足供电的可靠性和安全性。本次供电系统的设计内容包括：负荷计算、地面变电所设计、短路电流计算、地面高低压设备选择、保护装置、变电所防雷及接地等。本设计主供电系统由来自不同地方的两路35kV线路供电，经主变压器变为6kV，由单母分段的接线方式向矿区供电。根据煤矿供电系统特点，系统主线路均以最大运行方式进行整定，并以此对线路及其设备进行选择。本次设计五龙煤矿35kV供电系统只有井上供电系统部分。为保证供电的安全性和可靠性，又考虑五龙煤矿的服务期限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对五龙煤矿设计的合理性。关键词：五龙煤矿；35kV；供电；负荷计算；设备选择；短路电流计算AbstractThedesignisbasedonthecompletionoftheinternshipinthecoalmine.WuLongMinethroughfieldvisits,inconjunctionwiththeexistinglevelofproductionplantandtheprospectsforfuturedevelopmentinthepowersupplysystemonthebasisoftherelevantprovisionsofthecoalproductionindustryfurtherstandardizeandimprove.WuLongCoalMineis50milliontonsandcoalmines,overahundredyearsofhistory,manyofwhichareoriginaltointroduceforeign.Withthedevelopmentofenterprises,thecurrentpowersupplysystemcannotguaranteethesafeandreliablepowersupply.Thisdesignisbasedonthecharacteristicsoftheexistingpowersupplysystem,forsomeequipmentandloaddistributionisimprovedtomeetthepowersupplyreliabilityandsecurity.powersystemdesigninclude：loadcalculations,groundsubstationsdesign,shortcircuitcurrentcalculations,groundhigh-lowvoltageequipmentselection,protectiondevices,Substationlightningprotectionandgrounding.Fromthedesignofthepowersupplysystemindifferentpartsofthetworoads35kVpowerline,themain6kVtransformersintothesingle-parentseparatelytotheMiningwiringelectricity.Accordingtothecharacteristicsofcoalsupplysystem,thedesignofthemainlinesarethelargestoperationofthesystemmeansthesetoflinesandequipmentandtochoose.WuLongCoalMine35kVpowersupplysystemdesignisonlypartofthepowersupplysystemInoue.Consideringthefifteenyears’serviceofWuLongCoalMine,inordertoensurethesecurityofelectricitysupply,reliable,thepaperdesignstheengineeringsystemwhichisreasonableforWuLongMinefromtheeconomicandtechnicalaspects.Keywords:WuLongCoalMine;35kV;PowerSupply;loadcalculations;electricalequipmentselection;shortcircuitcurrentcalculations目录1概述 12负荷计算 42.1负荷分级与负荷曲线 42.1.1供电负荷分级 42.1.2负荷曲线 42.2矿井用电负荷计算 52.2.1设备容量的确定 52.2.2多个用电设备组的计算负荷 72.2.3负荷计算 72.3功率因数补偿 102.3.1提高功率因数补偿的意义 102.3.2提高功率因数的方法 102.3.3电容器补偿计算 123主变压器选择与主接线方案的确定 133.1主变压器容量和台数的确定原则 133.1.1主变压器容量的确定原则 133.1.2主变压器台数的确定原则 133.1.3主变压器的损失计算 133.1.4主变压器选型 143.1.5全矿年电耗和吨煤电耗 153.2主接线方式的确定 153.2.1供电系统接线方式的要求 153.2.2主接线形式 163.335kV侧接线方式选择 163.3.1单元接线 163.3.2桥形接线 163.46kV侧接线方式选择 183.4.1单母线接线 183.4.2单母线分段式接线 183.4.3双母线接线 194短路计算 214.1短路电流的分类与计算目的 214.1.1短路的原因 214.1.2短路的危害 214.1.3计算短路电流的目的 214.1.4短路电流计算的标幺值法 214.2短路电流计算 234.2.1计算短路计算点并绘制等效电路图 244.2.2选择计算各基准值 244.2.3计算各元件的标幺电抗 254.2.4计算各短路点的短路参数 265设备选择 305.1电气设备选择的一般原则 305.1.1按工作电压选择 305.1.2按工作电流选择 305.1.3按环境类型选择 305.1.4按断路容量选择 315.2短路动、热稳定性校验 315.2.1短路动、热稳定性校验原则 315.2.2热稳定校验 315.2.3动稳定性校验 325.335kV设备选择及其校验 325.3.135kV架空线、母线的选择 325.3.235kV断路器的选择 335.3.3高压隔离开关的选择 355.3.4电压互感器、熔断器的选择 365.3.5电流互感器的选择 375.3.635kV避雷器选择 375.46kV设备选择及其校验 375.4.16kV母线的选择 375.4.2母线瓷瓶及穿墙套管 385.4.3低压断路器选择 395.4.4电流互感器的选择 395.4.5电压互感器的选择 405.4.6下井电缆型号及截面的选择 405.4.7隔离开关的选择 415.4.8高压开关柜选择 416变电所室内外布置 436.1变电所的总的布置原则及要求 436.1.1总的原则 436.1.2布置要求 436.2本次设计变电所的布置 446.3变电所的电气照明 447防雷保护及接地 457.1变电所的防雷 457.1.1变电所的防雷设计原则 457.1.2防雷设计基本经验 457.2防雷保护装置 457.3防雷装置的接地 477.4变电所的保护接地 477.4.1保护接地的基本原理 477.4.2变电所的接地网 478结论 49致谢 50参考文献 511.概述五龙煤矿位于阜新市西南10公里处，阜新煤田的中部，井田东为海州立井和海州露天矿，西至F2断层，南至煤层最低可采边界线，北至－100米标高线。井田东北距阜新火车站3.5km，有矿区专用线与新义铁路线连接，西北5km处有锦阜公路通过，交通比较便利，其行政区域属于阜新市所辖。

五龙煤矿于1952年6月5日开始兴建，1957年6月11日投产由原苏联列宁格勒设计院设计，矿井年设计能力为150万吨/年。经过近几年的技术改造，矿井实际生产能力有了进一步的提高，2005年省煤炭工业局批复矿井能力核定为220万吨／年。

矿井地面标高＋173.5米，井田平均走向长2.74公里，倾斜长4.5公里，面积12.3372平方公里。目前开采最低标高－749.1m，截止2004年末，矿井剩余地质含量28568.2万吨，可采储量14267.7万吨。井田内含煤地层为中生界侏罗纪上统阜新含煤组，煤种为长焰煤。主开采煤层自上而下分别为孙家湾层群、中间层群、太平上层群、太平下层群，共计四个主采层群，各主采层赋存稳定。井田内地质构造较复杂，有断层和火成岩墙或床侵入，并有高德向斜轴和王营向斜轴通过本井田。矿井水文地质简单，无含水层，矿井涌水主要来源为裂隙水和采空区积水。矿井开拓方式为立井多水平开拓。矿井共分为三个水平（－215水平、－365水平、－600水平），目前生产水平为三水平（－600水平）。矿井主系统共有三条井筒，即主立井、副立井和西砂井，其中副井可直达－600水平。五龙矿现有的很多供电设备是解放前引进外国的，虽然在当时是比较的先进的，但是随着企业的飞速发展，已不能满足现在的供电系统的要求。整个供电系统存在着许多隐患。设备古老，线路老化，负荷分布不合理，这些都对供电系统的安全造成很大影响。如何保证整个供电系统的安全性和可靠性，是本次设计的主要内容。本次设计针对五龙矿供电系统存在的安全隐患，通过引进先进的供电设备以及对负荷的合理布置，使五龙矿供电系统能够安全、可靠地对整个矿区供电。表1-1全矿负荷统计分组设备名称负荷等级电压V线路类型电机型式单机容量kW安装/工作台数工作设备总容量kW需用系数功率因数离35kV变电所的距离km主井提升16000CY10001/110000．870．840．5副井提升16000CY6001/16000．850．820．4扇风机116000KT8002/18000．880．832．5扇风机216000KT8002/18000．880．832．5压风机16000CT3005/39000．870．870．2工房3380K——————4800.750.841.5修配厂3380C——450——4500．600．750．3地面低压1380C——————8000.720.780.1洗煤厂2380K——————11000．770．790．5啤酒厂1380K——————7500.760.852.8排水泵16000CX6005/318000．880．860．75井下低压2660CX————26000．710．77——注1.线路类型：C表示电缆线路；K表示架空线路。2.电机类型：Y表示绕线异步；X表示鼠笼异步；T表示同步。矿井年产量：70万t；服务年限：15年；立井深度：0.7km；矿井沼气等级：煤与沼气突出矿井：矿区冻土带厚度为0.3km，一般黑土；两回35kV架空电源线路长度：；两回上级35kV电源出线断路器过流保护动作时间：；本所35kV电源母线最大运行方式下的系统电抗:(=100MVA);本所35kV电源母线最小行方式下的系统电抗:(=100MVA);井下6kV母线上允许短路容量:=100MVA；电费收取办法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费；本所6kV母线上补偿后平均功率因数要求值；地区日最高气温：；最热月室外最高气温月平均值：；最热月室内最高气温月平均值：；最热月土壤最高气温月平均值：。2．负荷计算2.1负荷分级与负荷曲线2.1.1供电负荷分级规定工厂的供电负荷，根据《工业与民用供配电系统设计规范》（GBJ52修订本），按其供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，分为以下三级：一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，或在政治、经济上将造成重大损失的企业，林西矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。二级负荷：中断供电将在政治、经济上将造成较大损失的企业，如主要设备损坏，连续生产过程被打断，造成减产等。三级负荷：一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者。一级负荷属重要负荷，如中断供电将造成十分严重的后果，因此要求应由两个电源供电，对于一级负荷中特别重要的负荷，除要求两个电源外还要求必须增设应急电源，为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。2.1.2负荷曲线1.11.13.16.19.111.14012年负荷曲线2-1年每日最大负荷曲线2-2年最大负荷和最大负荷利用小时数年最大负荷：就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的而是全年至少出现2-3次）消耗电能最大的半小时平均功率。并分别用符号、、表示年有功最大负荷、年无功最大负荷和年视在功率最大负荷。年最大负荷小时是一个假想的时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗电能，用表示，如图2-2所示，年最大负荷延伸到的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，既全年实际消耗的电能。因此年最大负荷利用小时：（2-1）式中——全年消耗的有功电能，kWh。而一般计算矿用最大负荷利用小时可以用公式近似计算：（2-2）2.2矿井用电负荷计算2.2.1设备容量的确定用电设备铭牌上标出的功率（或称容量）称为用电设备的额定功率，该功率是指用电设备（如电动机）额定的输出功率。由于各用电设备并不是同时工作，因此，在计算负荷时，不能将其额定功率简单地直接相加，而需将不同工作制的用电设备额定功率换算成统一规定的工作制条件下的功率，称之为用电设备功率。（一）长期连续工作制这类工作制的用电设备长期连续运行，负荷比较稳定。对这种用电设备有（2-3）（二）短时工作制这类工作制的用电设备工作时间很短，而停歇时间相当长。对这类用电设备同样有（2-4）（三）短时连续工作制用电设备这类工作制的用电设备周期性地时而工作，时而停歇。反复运行，工作周期一般不超过10min。负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用ε表示为（2-5）式中T——工作周期，s；t——工作周期内的工作时间，s；t0——工作周期内的停歇时间，s。断续周期工作制设备的设备容量，一般是对应于某一标准负荷持续率的。式中——负荷的持续率；——与名牌容量对应的负荷持续率；——负荷持续率为ε时设备的输出容量，kW。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、需用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，可以根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为kW（2-6）kvar（2-7）kVA（2-8）A（2-9）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——额定电压，V——功率因数角的正切值——该用电设备组的计算负荷电流，A——需用系数2.2.2多个用电设备组的计算负荷在配电干线上或矿井变电所低压母线上，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矿井变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数。具体计算公式如下：(i=1,2,3,…,m)(2-10)（2-11）（2-12）（2-13）式中、、——为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在计算负荷；——同时系数；m——为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数；、、——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角正切值，总设备容量；——该干线或低压母线上的额定电压，V；——该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，A；——需用系数2.2.3负荷计算根据用电负荷表及负荷计算公式计算负荷，具体计算方法如下：1）主井提升机=0.87×1000=870(kW)2）副井提升机3)扇风机14)扇风机25)压风机6）工房7)修配厂同理可得其他负荷的有功、无功、视在功率计算负荷为表2-1其他设备的计算负荷设备名称地面低压576461738洗煤厂8476611075啤酒厂571355673排水下低压184615332400计算出井下6kV低压母线上的有功、无功、视在功率计算负荷为：=(870+510+704+704+783+1584)×0.9=4640(kW)同理可得380V线上各负荷的有功、无功、视在功率计算负荷如下：=（360+270+576+847+571）×0.9=2362(kW）=（234+238+461+661+355）×0.9=1754(kvar)=2942(kVA)=4640+2362=7002（kW）=3462+1754=5207(kvar)=8726(kVA)计算可得功率因数为：。矿井所要求功率因数为0.9，故需用电容器补偿。2.3功率因数补偿2.3.1提高功率因数补偿的意义由于一般企业采用了大量的感应电动机和变压器等用电设备，特别近年来大功率电力电子拖动设备的应用，企业供电系统除要供给有功功率外，还需要供给大量无功功率，使发电机和输电设备的能力不能充分利用，并增加输电线路的功率损耗和电压损失，估提高用户的功率因数有如下益处。1）提高电力系统的供电能力在发电和输、配电设备的安装容量一定时，提到用户的功率因数相应减少了无功功率的供给，则在同样设备条件下，电力系统输出的有功功率可以增加。2）降低网络中的功率损耗当线路额定电压和线路阐述的有功功率P及线路电阻R恒定时，则线路中的有功功率损耗与功率因数的平方成反比。3）减少网络中的电压损失，提高供电质量由于用户功率因数的提高，使网络中的电流减少。因此，网络的电压损失减少，网络末端用电设备的电压质量提高。4）降低电能成本从发电厂发出的电能有一定的总成本。提高功率因数可减少网络和变压器中的电能损耗。在发电设备容量不变的情况下，供给用户的电能就相应增多了，每度电的总成本就会降低。2.3.2提高功率因数的方法提高功率因数的关键是尽量减少电力系统中各个设备所需用的无功功率，特别是减少负荷从电网中取用的无功功率，使电网在输送有功功率时，少输送或不输送无功功率。1）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。2）采用人工补偿提高功率因数人工补偿提高功率因数的做法是采用供应无功功率的设备来就地补偿用电设备所需要的无功功率，以减少线路中的无功输送。人工补偿一般采用并联电力电容器，利用电容器产生的无功功率与电感负载产生无功功率进行交换，从而减少了负载向电网吸取无功功率。并联电容器补偿法具有投资省、有功功率损耗小、运行维护方便、故障范围小、无振动与噪声、安装地点较为灵活。补偿电容器组的接线方式在无功补偿中，10kV及以下线路的补偿电容器组常按三角形接线，主要原因如下：=1\*GB3①三角形接线可以防止电容器容量不对称（如个别电容器的熔断器熔断）而出现的过电压，电容器对过电压是比较敏感的，若为星形接线，则由于中性点位移，使部分相欠电压而部分相过电压。更严重的是当发生单相接地时，其余两相将升为线电压（中性点不接地系统），电容器将很容易损坏。=2\*GB3②三角形接线若发生一相断线，只是使各相的补偿容量有所减少，不致于严重不平衡。而星形接线若发生一相断线，就使该相失补偿，严重影响电能质量。=3\*GB3③用三角形接线可以充分发挥电容器的补偿能力，电容器的补偿容量与加在其两端的电压有关，即（2-14）电容器采用三角形接法时，每相电容承受线电压，而采用星形接法时，每相电容承受相电压，所以有（2-15）上式表明，具有相同电容量的三个单相电容器组，采用三角形接法时的补偿容量是采用星形接法的三倍。因此，在电压相符的情况下，应尽量采用三角形接法。2.3.3电容器补偿计算需要电容器的容量：（2-16）式中——补偿电容器的容量，单位：kvar——总有功功率，单位：kW——补偿前的功率因数，——补偿后的功率因数,计算可知：=7002×（0.75-0.49）=1821(kvar)电容器采用双星型接线接在变电所的二次母线上，因此选容量为30kvar，额定电压为kV的电容器，装于电容柜中，每柜装9个，每柜容量为270kvar，则电容柜的总数为：N=1821÷270=6.7取7个柜利用电力电容补偿.容量为＝270×7=1890补偿后变电所总无功功率：＝5207-1890=3317补偿后的功率因数：＝0.903满足要求由于煤矿变电所6kV供电采用单母线分段，电容器分别安装在一、二，三段母线上。故每段补偿电容器容量540kvar。分别安装2个电容柜。共计7个电容柜。满足无功功率的补偿要求3主变压器选择与主接线方案的确定3.1主变压器容量和台数的确定原则主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选择过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电站负荷的需要，这在技术上是不合理的。因此，在变压器容量和台数的选择上应遵循一定的原则。3.1.1主变压器容量的确定原则（1）主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在其过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。3.1.2主变压器台数的确定原则（1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。（2）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，另一台应能承担全部一、二级负荷。（3）对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。（4）特殊情况下可装设两台以上变压器。3.1.3主变压器的损失计算补偿后的6千伏母线计算负荷即主变压器应输出的电力负荷，此时计算主变压器损失，在未选型之前可用负荷计算中的结果按下式近似计算如下：==0.02×8726=174kW==0.08×5207=417kvar变电所35KV母线总负荷为：3.1.4主变压器选型为了保证煤矿供电，并根据《煤矿安全规程》规定主变压器应选用一主一备，在一台主变压器故障或者检修时，另一台变压器必须保证煤矿的安全生产用电的原则。根据《煤矿电工手册》取事故负荷保证系数则每台变压器为：表3-1-10000,35/6.3kV变压器的主要参数型号规格（kVA）电压（kV）联结组别阻抗电压(%)空载电流(%)损耗（kW）重量（T）外形尺寸（m）长×宽×高高压低压空载短路-10000356.3Ynd11(Y0/-11)7.50.813.65319.63.7×2.9×4.1根据矿井一、二级负荷占得比重大于SZ=9103kVA，可初选两台主变压器，考虑到矿井的深入，负荷的不断增加，选用型号KV电力变压器，作为主变压器。矿井变电所主变压器两台采样分列同时运行，所以主变压器损耗计算如下：有功损耗：kW无功损耗：kvar由以上计算，则35千伏母线总负荷为：3.1.5全矿年电耗和吨煤电耗最大有功负荷年利用小时数小时，则年电耗为：则吨煤电耗为：因采用高压6kV集中补偿功率因数，故对各低压变压器均无补偿作用，因此低压变压器可根据第二章的计算视在容量进行选择。修配厂、工房选用型三相油浸自冷式铜线电力变压器各一台；地面低压、啤酒厂选用型铜线电力变压器；洗煤厂选用两台型铜线电力变压器。3.2主接线方式的确定3.2.1供电系统接线方式的要求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。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。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。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用费用。提高经济性的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中心。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需要。3.2.2主接线形式变电所的主接线是由个各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，变电所起着接受电能，并将电能(或经主变压器降压)再分配给全矿用电设备的作用。电源进线和负荷出线之间采用什么设备和以什么形式进行连接，称接线方式。它与电源进线回路数、电压等级、距电源远近、主变压器的台数等因素有关。3.335kV侧接线方式选择3.3.1单元接线发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机-变压器组，称为单元接线。它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对而言于具有母线时，有所减小等特点；这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。3.3.2桥形接线为了保证对一二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回电源线路受电荷装设两台变压器的桥式主接线。桥式接分为外桥、内桥和全桥三种。a、外桥接线外桥接线如图3-1（a）所示。（1）优点：高压断路器数少、四个回路只需三台断路器。（2）缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧的断路器检修时，变压器需较长时间停运。（3）适用范围：适用于较小容量的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障率较少的情况。图3-1三种桥形接线方式b、内桥接线内桥形接线如图3-1（b）所示。（1）优点：高压断路器数少，四个回路只需三台断路器。（2）缺点：变压器的切除和投入较复杂，需两台断路器动作，影响一回线路的暂时停运；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需校长时间停运。（3）适用范围：适用于较小容量的变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。c、全桥接线全桥接线如图3-1（c）所示。线路与变压器均设有断路器。全桥适应能力强，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。其缺点是设备多、投资大，变电所占地面积较大。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，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。3.46kV侧接线方式选择3.4.1单母线接线（1）优点：接线简单清晰，操作方便，设备少，配电装置的建造费用低。隔离开关仅在检修时作隔离电压用，不作任何其他操作，便于扩建和采用成套配电装置。（2）缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电。引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。（3）适用范围：由于单母线接线工作可靠性和灵活性都较差，故这种接线主要用于小容量特别是只有一个电源的变电所中。3.4.2单母线分段式接线有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所的受、配电母线以及桥式接线变电所主变压器二次侧的配电母线，多采用单母线分段式接线。当某回受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电。所以多用于具有一、二级负荷，且进、出线较多的变电所。（1）优点：用断路器把母线分段后，对重要一、二级用户可以从不同段上引出两个回路，有两个电源供电。当一段进线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。（2）缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在此期间内停电。当出线为双回路时，架空线路会出现交叉跨越。另外，在扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）适用范围：由于单母线分段接线比单母线接线的供电可靠性相灵活性有所提高，所以在6.3kV以下的变电所中较广泛使用这种接线方式。图3-2单母线分段式接线图3.4.3双母线接线双母接线中有两组母线，每一电源或每条引出线，通过一台或两台断路器，分别接到两组母线上。双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配到两组母线上。由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某—组母线连接，以固定连接方式运行。（1）优点a.供电可靠：通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路。b.调度灵活：各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。c.扩建方便：向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。（2）缺点a.增加一组母线，每回路就要增加一组母线隔离开关。b.当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。（3）适用范围当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电。母线和母线设备检修时，不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时，采用双母线接线较合适。综上所述，考虑到经济性和满足矿井供电的要求，6kV侧采用单母分段式接线方式。变电所的主接线简图可以表示为：图3-3变电所主接线简图4．短路计算4.1短路电流的分类与计算目的4.1.1短路的原因产生短路故障的主要原因是电气设备的载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏时由于绝缘老化、过电压或机械损伤等原因造成的。其他如运行人员带负荷拉、合隔离开关或者检修后未拆除接地线就送电等误操作而引起的短路。此外，鸟兽在裸露的导体上跨越以及风雪等自然现象也能引起短路。4.1.2短路的危害发生短路时，因短路回路的总阻抗非常小，故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毁电气设备，短路点附近的电压显著降低，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解列，引起严重后果。4.1.3计算短路电流的目的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的范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题。（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够经济时，可采用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。4.1.4短路电流计算的标幺值法计算具有多个电压等级供电系统的短路电流时，若采用有名制法计算，必须将所有元件的阻抗都归算到同一电压下才能求出短路回路的总阻抗，从而计算出短路电流，计算过程繁琐比易出错，这种情况采用标幺值法较为简单。（1）标幺制用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。标幺值是指任意一个物理量的有名值与基准值的比值，即标幺值=物理量的有名值/物理量的基准值例如容量、电压、电流、阻抗（电抗）标幺值分别为，，（4-1）基准容量（）、基准电压()、基准电流()和基准阻抗（）亦符合功率方程和电压方程。因此，4个基准值中只有两个是独立的，通常选定基准容量和基准电压为给定值，再按计算式求出基准电流和基准电抗，即（4-2）（2）各元件的标幺电抗计算取，为基准容量1.线路标幺电抗。若线路长度为、单位长度的电抗为，则线路电抗。线路的标幺电抗为即（4-3）2.变压器电抗标幺值。若变压器的额定容量为和阻抗电压百分数为，则忽略变压器绕组电阻R的电抗标幺值为即（4-4）3.系统的标幺电抗。一般工矿企业的供电系统可看作无限大容量系统，其系统阻抗可以作为零对待。但若供电部门提供供电系统的电抗参数或相应的条件，应计及供电系统电源的电抗，并看作无限大容量电源系统，这样计算的短路电流更为精确。若已知供电系统的系统电抗有名值,则系统标幺电抗为（4-5）若已知供电系统出口处的短路容量,则系统的电抗有名值为（4-6）进而求得系统标幺电抗为即（4-7）（3）短路冲击电流在高压供电系统中为（4-8）（4-9）式中——三相短路电流周期分量的有效值4.2短路电流计算本变电所35kV采用全桥接线，6kV采用单母分段接线；主变压器型号为,35/6.3型，(%)=7.5；地面低压变压器型号为,6/0.4型，；35kV电源进线为双回路架空线路，线路长度为6km；系统电抗在最大运行方式下，在最小运行方式下。地面变电所6kV母线上的线路类型及线路长度见表格。表4-1地面变电所6kV母线上的线路类型及线路长度序号设备名称电压（kV）距6kV母线距离（km）线路类型1主井提升60.5C2副井提升60.4C3扇风机162.5K4扇风机262.5K5压风机60.2C6地面低压0.40.1C7修配厂0.40.3C8洗煤厂0.40.5K9工房0.41.5K10啤酒厂0.42.8K11井下6kV母线60.75C4.2.1计算短路计算点并绘制等效电路图一般选取各线路始、末端作为短路计算点，线路始端的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验继电保护的灵敏度。故可选35kV母线、6kV母线和各6kV出现末端为短路计算点。由于本设计35/6kV变电所正常运行方式为全分列方式，故任意点的短路电流由系统电源通过本回路提供，且各短路点的最大、最小短路电流仅与系统的运行方式有关，故可画出等效短路计算图。4.2.2选择计算各基准值选基准容量,基准电压,,,则可求得各级基准电流为 35kV 6kV C下扇主副地洗工修扇啤压电井风提提面煤房配风酒风容电机升升低厂厂机厂机器缆1机机压2组 图4-1等效短路计算图4.2.3计算各元件的标幺电抗（1）电源的电抗()()（2）变压器电抗主变压器电抗地面低压变压器电抗（3）线路阻抗35kV架空线路电抗下井电缆线路电抗75×0.08×=0.75×0.20156=0.151扇风机1馈电线路电抗扇风机2馈电线路电抗主井提升馈电线路电抗副井提升馈电线路电抗压风机馈电线路电抗地面低压馈电线路电抗洗煤厂馈电线路电抗工房馈电线路电抗修配厂馈电线路电抗啤酒厂馈电线路电抗4.2.4计算各短路点的短路参数（1）k35点短路电流计算最大运行方式下的三相短路电流最小运行方式下的两相短路电流（2）点短路电流计算。最大运行方式下的三相短路电流最小运行方式下的两相短路电流（3）点短路电流计算（折算到6kV侧）最大运行方式下的三相短路电流6kV侧的短路电流参数最小运行方式下的两相短路电流6kV侧的最小两相短路电流为(4)井下母线短路容量计算（点）井下6kV母线距井上35kV变电所的最小距离是：副井距35kV变电所距离+井深+距井下中央变电所的距离，即，其电抗标幺值为最大运行方式下井下母线短路的标幺电抗为井下母线最大短路容量为在煤矿供电系统中，由于电力系统的容量大，故短路电流可能达到很大的数值。如不加以限制，不但设备选择困难，且也不很经济。故增大系统电抗，限制短路电流是必要的。该值小于井下6kV母线上允许短路容量100MVA，故不需要在地面加装限流电抗器。其他短路点的计算与以上各点类似。各短路点的短路电流计算结果如表所示表4-2短路电流计算结果短路点最大运行方式下短路参数最小运行方式下短路参数k352.716.924.13173.93.853.34k666.9217.6410.5275.57.946.87k206.9217.6410.5275.57.946.87k16.2315.899.47687.066.11k22.386.073.62262.472.14k36.4216.379.76707.336.35k46.5116.69.9717.426.43k51.313.341.9914.31.351.17k64.9512.627.52545.54.76k73.218.194.88353.392.94k86.616.8310.03727.516.5k92.386.073.62262.472.14k102.25.613.34242.291.98k116.7817.2910.31747.796.755．设备选择电气设备选择是供电系统设计的主要内容之一，选择是否合理将直接影响整个供电系统的可靠运行。5.1电气设备选择的一般原则变电所用的高压设备一般有断路器，限流电抗器，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。5.1.1按工作电压选择高压电器的额定电压是指电器铭牌上标明的相间电压(线电压)。高压电气设备最高允许运行的电压为（1.1～1.15）%，电网最高允许运行的电压为1.1%，因此电气设备的额定电压应不小于装设处电网的额定电压，即（5-1）我国普通电器额定电压标准时按海拔1000m设计的。如果使用在高海拔地区，应选用高海拔设备或采取某些必要的措施增强电器的外绝缘，方可使用。5.1.2按工作电流选择电器设备的额定电流是指规定环境温度为时，长期允许通过的最大电流。如果电器周围环境温度与额定环境温度不符时，应对额定电流值进行修正。当高于时，每增高，额定电流减少1.8%，当低于时，每降低，额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。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(或计算电流)，即（5-2）5.1.3按环境类型选择电气设备分为户内与户外两大类。户外设备的工作条件较恶劣，各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外，户外设备虽可用于户内，但不经济。当屋外配电装置处在尘秽很严重或空气中含有有害于绝缘气体的地区时，必须加强电器的绝缘，选用特殊绝缘结构的加强型电器或选用额定电压高一级的电器。此外，选择电气设备时，还应根据实际环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔地区或湿热带地区等方面的要求。5.1.4按断路容量选择断路器的额定断流量或额定断流容量是指断路器在额定电压时的断流能力。断路器断开的实际电流是断路器的灭弧触头开始分离瞬间，电路内短路电流的有效值。因此按断流能力选择断路器时，必须满足下列条件：，（5-3）式中——电器的额定断流量，kA；——电器的额定断流容量，MVA；——次暂态短路电路，kA；—一次暂态三相短路容量，MVA。5.2短路动、热稳定性校验按正常选择条件选择的电器设备，当短路电流通过时应保证各部分发热温度和所受电动力不超过允许值，因此必须按短路情况进行校验。5.2.1短路动、热稳定性校验原则(1)当电器选定之后，应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验所用的短路电流一般取三相短路时的短路电流。(2)用熔断器保护的导体和电器，可不进行热稳定校验。当熔断器具有限流作用时，可不校验其动稳定。(3)用熔断器保护的电压互感器回路，可不进行动、热稳定的校验。(4)悬式绝缘子可不校验动稳定。5.2.2热稳定校验短路电流通过电气设备时，电器的各部件温度（或发热效应）应不超过短时允许发热温度。即 （5-4）或 （5-5）或 （5-6）式中 ——电器设备允许通过的短时热效应，； ——短路电流产生的热效应，； ——电器设备的额定热稳定电流，； ——电器设备热稳定时间，s； ——稳态短路电流，； ——假想时间，s。5.2.3动稳定性校验短路电流通过电器设备时，电器设备各部件应能承受短路电流所产生的机械力效应，不发生变形损坏，即 或 （5-7）式中、——电器设备额定动稳定电流峰值及其有效值，； 、——短路冲击电流峰值及其有效值，。5.335kV设备选择及其校验5.3.135kV架空线、母线的选择35KV室外高压架空线、母线一般选用钢芯铝绞线，导线截面应按经济电流密度选择，按长时允许电流进行校验，并应校验其电压损失是否合乎要求。高压线路的电压损失不允许超过5%，此外架空线路的导线应有足够的机械强度，不应由于机械强度不够而发生事故。1）按持续工作电流选择对电压为35kV的屋外配电装置采用钢芯铝绞线作母线，选取LGJ-185，钢芯铝绞线最高温升不超过+70℃，其载流量在环境温度为250C时为539A，由于所处环境最高温度为350C，其载流量为：考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值应再降低8％，故为：故载流量和长时允许电流符合要求，但还需要进行热稳定校验。2）热稳定校验，已知式中A——所选导线截面，mm；C——材料热稳定系数，C=95；——集肤效应系数，取1；——短路稳定的最大有效值；校验合格所以35kV母线和架空线，均选用LGJ—185型钢芯铝绞线。5.3.235kV断路器的选择1）额定电压选择断路器的额定电压应大于或等于所在电网的工作电压,即（5-8）2）额定电流选择断路器的额定电流应大于或等于它的最大长期工作电流，即（5-9）由于高压断路器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能的运行方式下电路持续工作电流的要求，即取最大长期工作电流。当断路器使用的环境温度高于设备最高允许环境温度，即高于40℃但不超过60℃时，环境温度每增高1℃，工作电流可减少为额定电流的1.8％；当使用的环境低于40℃时，环境温度每降低1℃，工作电流可增加为额定电流0.5％，但其最大负荷不得超过的20％。3）开断电流选择 在给定的电网电压下，断路器的开断电流不应小于实际瞬间的短路电流周期分量，即（5-10）当断路器的较系统短路电流大很多时，为了简化计算，也可用次暂态电流进行选择，即（5-11）4）动稳定校验若断路器的极限通过电流峰值，大于三相短路时通过断路器的冲击电流，则其动稳定便满足要求，即（5-12）5）热稳定校验制造厂给出了断路器t秒内的热稳定电流，即在给定时间t内，电流通过断路器时，其各部分的发热温度不会超过最高短时允许发热温度。因此，制造厂规定的短时允许发热量应大于短路期间短路电流所发出的热量，则此断路器满足热稳定要求。可表示为（5-13）初步拟定选用断路器的型号为断路器（LW-35/1600）校验:(1)断路器（LW-35/1600）额定电压为35kV,=35kV,,符合条件。(2)断路器（LW-35/1600）额定电流为1600A,最大长期工作电流为IN=1600A因此负荷技术条件。（3）断路器开断电流＝16kA，＝2.71kA，符合技术条件。表5-1高压断路器的选择项目实际需要值LW-35/1600额定值电压35kV35kV电流1651600A动稳定=2.71kA63kA热稳定25kA断路容量1500MVA（4）＝63kA，＝14.56kA满足动稳定校验。（5）It=63kA,t=4秒I2t×t=632×4=15876kA2sQt=124.147kA2S,满足热稳定校验。上述数据表明LW-35/1600断路器合乎要求，考虑室外设备操作人员的安全和今后的发展，选用CD2—40G电磁操作机构。5.3.3高压隔离开关的选择计算通过隔离开关的最大长时负荷电流。当一条线路故障时，全部负荷电流都通过QF1的隔离开关，故最大长时负荷电流为 电压为35kV，设备采用室外布置，故选用GW5-35G/600型户外式隔离开关，其主要技术参数如下表所示 表5-2GW5-35G/600型户外式隔离开关的技术数据型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）（5s）热稳定电流（kA）GW5-35G/6003560050141）动稳定校验按供电系统分裂运行K1点的最大短路电流校验，即 符合要求。2）热稳定校验当短路发生在QF1的隔离开关后，并在断路器QF1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，此时短路电流经过隔离开关的总时间为 相当于5s的热稳定电流为 符合要求。故可选用额定电流为600A的GW5-35G/600型的隔离开关符合要求。5.3.4电压互感器、熔断器的选择互感器是交流供电系统中一次回路将交流电流或电压按比例降低供二次回路仪表使用。根据一次额定电压选择。并按二次负荷大小及负荷准确等级校验。本设计为终端变电所，不进行绝缘检测，只需测量线路电压，可选两台双圈油浸互感器，其型号为JDJJ2—35，属户外式电压互感器，采用V型接法分别接在35kV两段母线上，配用二个型限流熔断器，该产品仅作为电压互感器短路保护之用，其最大切断电流为17kA，最大切断容量1000MVA。电压互感器地选择：=35kV，根据产品手册选用JDJJ2-35型电压互感器。其技术参数如表所示。表5-3JDJJ2-35型电压互感器技术参数一次电压（kV）35/额定容量为0.5级150Va,一级250VA基本二次线圈(kV)0.1/3级500VA辅助二次线圈(kV)0.1/最大容量1000VA5.3.5电流互感器的选择电流互感器选用LCW—35型户外支持式、多匝油浸瓷绝缘的高压电流互感器，单独装设，利用一次线圈的串并联，可得到不同的变比，选用额定电流变比为15～1000/5，准确级次0.5，1s热稳定倍数65，动稳定倍数100。5.3.635kV避雷器选择一般选用变电站避雷器FZ-35型，选两组分放在35kV两段母线上，与电压互感器供用一个间隔。5.46kV设备选择及其校验5.4.16kV母线的选择变压器6kV侧回路选用矩形铝母线，其最大长时负荷电流为变压器二次侧最大长时负荷电流再乘以分配系数K=0.