电气工程及其自动化毕业设计-裂头山矿区供电系统设计

概论1.1前言放眼世界，当今世界的国民经济状况，可以看出，电力系统是一种非常重要的组成部分，它是经济发展的一个基本环节。电力是一种巨大而复杂的动力系统，它为整个农业、工业、交通运输业和与社会生活有关的各个行业，都创造着不可取代的能量供给[1]。随着国民经济的发展，人们对生活品质的要求也在不断提高，因此，人们对电能的需求量和依赖程度也在不断提高，因此，电力的供给是否能够做到可靠、经济和灵活，与经济能否稳定、迅速的发展有着密切的联系，因此，电能的品质迫切需要得到提高和改进。我们都知道，煤是一种主要的一次能源，关系到电力系统的安全稳定，而煤在我国整体能源消耗中的比例超过了70%，矿井供电系统的有效运作关系到一个国家的经济发展。矿井变电站是矿井电网中进行电网转换、用电等交流的地方，它以变电站及其配套的配电网为主，在设计矿井变电站时，应充分考虑其是否能够保证电网的稳定的运行，而矿井又是矿井的高危区。变电站的可靠度是影响矿井生产的首要因素。1.2电力系统概述发电厂可以提供持续不断的电力能量，它可以用自己的运作方式，将非电形式的能经过转化成为电能。从对资源节约和充分利用的角度来看，发电厂应该将其建设在动力资源比较充足的区域中。通过长途跋涉的传输，通过变电站的升降转换，最后将电力传输到居民的家中和公司。电力的生产、供应和使用，都是一气呵成，需要时刻维持平衡。电力生产的动力来源是发电机，传输线路，转换设备，由配电设施和用电设备等环节构成，与电能消费系合称为电力系统。1.3变电所的功用及其位置选取矿井变电所是指在矿井中进行电能接收、电压变换以及电能分配的场所，它是整个供配电系统中的一个重要组成单元。根据矿井35kV变电站的位置，将其分为工厂化变电站和全降变电站。它有三种类型，分别是室内、室外和组合。变电站选址的基本要求是：①尽量接近负载中心，从而减少配电网的电压损失，电能损失，以及非铁元素的消耗量。②不能选择有腐蚀和粉尘的地点，如果实在避不开，也要避开污染源的上风方向。③不可选择低处或容易产生水渍的地点。④装备的搬运必须方便。⑤要注意供电线路的走向，使线路进出更加便捷。⑥向电力端倾斜。⑦（变电站室外配电网与其它建筑物及构筑物的消防间隔）应满足有关规范。对变电站布局的需求：布局要紧凑、合理，对变电站各个房间的布局要进行科学的规划，尽量利用自然光照、自然通风。1.4设计企业资料裂头山矿区于2000年投产，原计划年产三十万吨，后经技术改造，东邻横河井田，北接杨村井田，南接辛集井田。

2裂头山矿区负荷计算2.1负荷计算的原则目的与意义负荷计算原则：在电源进线选择和一两次侧设备选择过程中，负荷计算是基础，使用了需要系数法来进行逐级计算（从用电设备方向向电源方向进行负荷的逐级计算）[2]。负载计算的意义与目标：负载计算主要用于确定负载，并按照计算负载的结果来选取导线和电器，这样在系统的实际工作中导线和电器的最高温度就不会超过容许值。在进行设计的时候，计算负载是一个基础，它在选择开关电器和互感器等的额定参数、选择供配电系统中供电线路的导线断面、选择变压器的容量等方面起着重要作用。在电力系统中，对电力系统的影响很大，对电力系统的安全运行和经济运行起着重要作用。2.2负荷计算的方法但是，在实际应用中，各种类型的负载在不同类型的负载之间存在着不同程度的差异，其差异性也是不同类型负载之间存在差异的主要原因之一。在现实生活中，负载并非一定之规，而是受到许多方面的影响，如设备性能，生产组织，生产人员的技术，以及能量供给的情况，所以负载的计算必须尽量贴近现实。本文采用需求因子法对该设计载荷开展了分析和计算.1)根据对裂头山矿区副井站高压线路的数据分析，共有9台电动机，其中9个是在运行中的，其额定功率是1100KW，其额定功率是949kW；用380伏的电源，找出其所需的负载。（查表得）解：有功功率：无功功率：视在功率：计算电流：2）根据对裂头山矿区35kV高压变1#和2#共13台电动机进行了统计，其中12台电动机在正常运行，其额定功率为1170千瓦，额定功率为841kW；电源电压为0.38千伏，要求负载。解：有功功率：无功功率：视在功率：计算电流：3）据统计，在裂头山矿区有3台井下主排泵电动机，其中2部在运行，其额定功率为6240千瓦，其额定功率为670千瓦；电压6千伏，计算负载。（经查表）解：有功功率： 无功功率：视在功率： 计算电流:2.3无功补偿的意义因为在普通的公司中，使用了大量的诸如感应马达、变压器等用电设备，尤其是最近几年，随着大功率的使用，公司的电源不仅要提供有功，还要提供很多的无功；电力生产和传输装置的容量没有得到最大程度的发挥。由于功率因数过低，给电网带来了很大的负面效应，所以需要通过改善用户的功率因数来降低电网对无功的需求[3]。在此基础上，采用先改善原有的功因，再通过人为调节来达到较高的功因。在这些方法中，采用并联电容进行的最多。2.4无功补偿方法和补偿后计算目前，在用户和企业中，利用并联电容进行无功补偿已得到广泛应用。它的优势如下：主动损失很少，只有0.25%到0.5%，而同步调整摄像机的主动损失只有1.5%到3%。不带转动部件，便于操作和维修。根据系统的要求，可以增减部分电容的损耗。不会对设备造成任何影响。从0.74至0.9的功率因子

3主变压器的选择变电所是一种重要的装置，它的作用是对整个电网进行升压和降压，从而实现对电网能量的合理输送、分配和利用。根据其工作原理，可分为两种类型：升、降两种。矿井变电站均为降压变电器。3.1变电所主变压器台数的选择在选用主要变电所时，要注意以下几点：1)电力供应的可靠度必须符合电力负载的需求。对于一级、二级负荷较多的变电站，应该采取两个变压器，这样当一个变压器出现故障或进行维修时，另外一个可以继续对一级、二级负荷进行供电[4]。对于仅有二级负载而无一级负载的变电所，可以仅使用一台变压器，但需要在低压侧敷设与其他变电所相连接的联络线作为备用电源，或具有自备电源。2)对于有季节和日间变化的变电站，适宜采取经济运行模式的变电站，也可以考虑使用双变。3)普通厂房变电站，但以上两种情形除外，最好只有一座。对于负载比较集中、容量比较大的变电站，即使是三层负载，也可以使用两个以上的变压器。4)在计算变电站主变数量时，要充分考虑到负载变化情况，预留一些空间。5)变频器的容量不宜太大，也不宜太低。当变电站内有两个或更多的时候，要注意当一次或二次负载发生故障时，其他的变换器的容量必须能够满足全部的第一和第二类负载需求。3.2变电所主变压器容量的选择在电网中，由于电网中存在着大量的无功损耗问题。这种无功需要由电力供应系统提供。如果选用的功率太大，不仅会加大初期投入，还会造成长时间的空载或轻载运转，从而加大了空载损耗所占的比例；这种方式不仅使系统的电力系数下降，而且使系统的网损增加，而且是不经济的。如果选用的功率太小时，则会造成长时间的超载，从而对装置造成损害。所以，要选择合适的变压器等级。具有两个主要变换器的变电站，每个主要变换器的容量为在设计中通常被粗略记为个数。下列两项都符合：1)任何一个变压器在独立工作时，其需求应达到60%至70%的总体计算载荷，2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即该35/6kV变电站，经无功补偿后的计算负载如下：,根对本变电站的具体条件，选用了两台变压器。它的容量因此，该变电站将每个变压器的功率设定为6300kVA，其技术指标见表3.1。表3.1S11型油浸式10KV系列配电变压器技术参数型式S11高压侧电压35±2X2.5%KV容量6300KVA低压侧电压6±2X2.5%KV相数3高压测额定电流104A频率50HZ低压测额定电流606A短路阻抗4.5空载电流0.9空载损耗(kW)3.0负载损耗(K1V)353.3变压器损耗计算空载无功损耗：满载无功损耗： 变压器负荷率：由式计算得变压器损耗：有功：无功：由式35KV线路损耗：有功：无功：3.435KV侧负荷统计及功率效验35KV侧功率因数的效验：大于0.9满足规程要求

4变电所的主接线在电力供应与配电体系中，负责传输与分布电力的线路被称作初级线路，。一次电路中的全部电器，如变压器，开关等，统称一次电器。变电站的总线路是反映电力传输与分布情况的线路，也称为一次线路[5]。在变电站的主要线路上，将各类开关电器，电力变压器，母线；电线、电力电缆、并联电容器等电气装置都是用图解符号代表的，它们按照某种顺序相连，一般用一根线代表三相系统。在变电站中，主要线路必须符合下列条件：①安全性：主要线路的设计要按照国家相关技术规程进行，以确保人员及装备的安全性。②可靠，要能达到用户对电力供应的可靠性。③机动性强，可适用于多种工况，便于使用和维护。④节约，既要符合上述条件，又要保证总线路的简易性和低成本；在生产过程中，由于操作成本较小，因此，在生产过程中，应该充分考虑到节电和非铁元素的消耗。4.135kV侧主接线1）外桥接线在图a中显示了外桥的布线。本发明的特点是：开关数量少，四回路仅用三个开关。但其不足之处在于：切断与投线过程比较繁琐，需要同时操作两个开关，且需要一台变压器临时关机。在大修过程中，需要对两回路进行解列操作。当发生故障时，在故障发生后，需要很长一段时间才能恢复运行。应用：适合于小型变电站，需要经常进行开关或线路短，故障率低的变电站。2）内桥接线在图b中显示了内桥的布线。它的优点是：开关数量少，四回路仅用三个开关。但其不足之处在于：需要两个开关同时动作，且会对主回线造成临时停电，且操作繁琐。在大修过程中，需要对两回路进行解列操作。当开关出站维修时，会造成线路长期停电。应用：适合于小型变电站，无开关频繁，线路长，故障率高的变电站。3）全桥接线在c中显示了整个桥路。该装置具有适应性好、运转灵活、易于使用等优点，但需要的仪器比较多，占用的空间也比较大。从投资经济性、占地面积小等角度出发，提出了35kV侧向变电站的整体方案。4.26kV侧主接线1）单母线接线采用单母线接地方式具有线路简明、易于使用、所需设备较多、造价较低廉等特点。该断路器只作为大修时的断电之用，不做其它动作，方便了设备的扩展及配套使用。不足之处：柔性差、可靠性差，当任何一个部件（母线、母线断路器等）发生故障或进行大修时，都需要断电，造成全功率的断电[6]。抽出线回路中的开关维修时，应切断此回路中的电源。应用：因采用单母线布线方式，操作不稳定，使用灵活度不高，所以多应用在小型变电站，尤其是单母线布线方式。图4.1单母线分段接线图2）单母线分段接线单母线段分接的优势：采用开关将母线分接后，对于重要的一级和二级用户，可以从母线的另一端分出两条线路，由两条线路分别接两条线路。在某一线路出现故障时，区段开关能自动地切断线路中的某一线路，从而确保了母线在正常线路中的稳定运行，以及对重点客户的稳定供应。其不足之处在于：若某一母线或某一母线断路器发生故障或进行大修，则这一部分的线路将全部断电。在双回路的情况下，输电线路存在着跨线现象。应用：因为采用单母线段式连接，其电源的可靠性要高于采用单母线连接，故此种连接方法在6kv及以下变电站应用较为普遍。总之，从经济性和电力供应的角度出发，本文在6KV母线一侧采取了单条线路分段的接法。3）双母线线路是指由两套母线组成的线路，每个供电端或每个输出端，经由一个或两个开关，被两套母线所借用。双母线中的两套母线在同一时间工作，并由一套母线连接开关并联操作，功率和负载在这两套母线上均摊。为满足母线保护的需要，通常情况下，一个线路中的一条线路与一群线路相连接，并按一定的线路连接模式进行操作[7]。双母线线路的优势：电源供应稳定，两套母线断路器的切换动作，能使一套母线轮班检修而不会出现停电现象。当一套汇流排发生故障时，它可以很快地重新提供电力。在任何一条线路上维修母线断开器时，只能关闭此线路。该方法具有很强的通用性，可以将所有的功率源和负载都分散在不同的节点上，从而可以很好地满足不同的工作模式以及不同的功率需求。扩展容易，扩展到两套母线的左侧或右侧，都不会对两套母线的功率及负载分布造成影响，也不会造成原线路的断电。不利之处：每次添加一套汇流排时，必须在每个环路上添加一套汇流排断路器。在母线发生故障或进行大修时，将绝缘开关用作逆变动作用的电气设备，发生了错误动作，应在绝缘开关与断路器间安装联锁。应用：在有多条线路或母线上有多条线路或多个线路，传输及跨越的电力很大时，需要在发生线路故障时，快速地将其重新投入使用。在母线及母线进行装置大修时，不得对客户的电力产生干扰，当电网的运行安排对接线弹性有一定的要求时，应采取双母接线方式。4.3井下变电所主接线一层中心变电站：在二采区变电站、三采区变电站和二层中心变电站上，在所述变电站上设置17只KYGG-Z型主变电站上的KYGG-Z型主变电站上；直接向泵房变电所、中心泵房3个主要抽水水泵、充填面移动变压器等提供电力。该厂还配有两套KBSG—500/6/0.69KV干式变频器，通过6套KYDZ-1低电压开关箱，为主井、副井底、二采区1#泵房、中心泵房的电动闸门和上仓皮带等提供电力。二横中心变电站：中心变电站配有17个KGS1型高电压开关箱，为中心泵站的3个主要抽水机提供电力。另有两个KBSG500/6/0.69kV的干式变压器，通过6个KYDZ-1高压开关箱与八采区的皮带巷、皮带巷西翼三个皮带巷和泵房的电动水闸相连；井底车辆及其它电力设施为其提供电力。二水平直排水泵房变电站：在所中设置了26个KUGC-Z式高压开关箱，为直排水泵房的6台主排水泵提供动力，为北轨巷移动变电站提供动力，为八采区变电站提供动力；由2个KBSG—500/6/0.69

KV干式变压器提供的电力，通过5个KYDZ-1低电压开关，为南大巷、泵电门等用电装置提供电力。矿井下的电压水平：高压是6kV，开采面是1.14kV，掘进面是1.14kV及660V，煤电钻及照明是127V。图4.2煤矿主要供电系统图

5短路计算5.1短路形成的原因及其危害由于电力系统中带电流部件的绝缘破坏，以及人为操作不当，以及飞禽走兽等因素，都会导致电力系统发生短路。电气设备载流部分的绝缘破坏主要是由设备在长时间的工作中引起的，也有可能是由设备自身的绝缘存在缺陷，而被工频电压击穿，也有可能是由设备的绝缘在工作中被过电压击穿（如雷击过电压），还有就是由设备的绝缘被外力破坏，进而引起的[8]。在平时的工作中，通常需要对用电负载进行正常的、不间断的供电，以确保企业的生产和生活的正常运转。不过，由于种种原因，还是会有一些问题，影响到系统的正常运转。在一个系统中，最容易发生的一种错误就是短路。导致短路的主要因素是，在电压差时，各导体之间有较小的负极性。电器的载流部绝缘受损是引起短路的最主要的因素，有可能是由于误操作引起，也有可能是由于鸟兽动物等跨越传导部与绝缘受损引起。短路会引起下列不良后果：1)在发生短路时，由于电流所引起的温度变化，将导致电力装置和电线的温度升高，进而导致电力装置和电线的损坏。另外，在短路点处产生的强烈的电弧会更加严重地将电器和电线烧坏。2)由于短路电流所引起的电力作用，使装置发生机械损坏或结构损坏。3)当短路时，尤其是在供电母线或变电站母线周围出现短路时，将导致短路点上的电压降至0，进而导致母线电压也降至0；将导致该汇流排其它负载的电源被强制切断。4)若发生在发电站周围，则可能造成电网的故障，造成更为恶劣的影响。5)非均匀接地的短接不但会威胁到人员和装备的安全，而且还会影响到周围的通讯线路和装备。5.2计算短路电流的目的在变电站与供电系统的设计和运行中，为了减少短路的危害，减少所导致的故障的影响，需要对短路电流进行计算，以便用来解决以下几个技术问题：1)当选用带有负载电流导线的电器时，需要对电器的热安定性、力学性能进行检测。2)在对对应的继电器设备进行选型和调试时，使其可以准确和安全地切断由短路引起的故障。3)当决定了限流方法时，对于因短路电流太大而导致的装置难以选用或不合算的情况，可以采取一种限流方法来解决。4)能够准确、理性地判断出主要线路和主要操作模式等问题。5.3短路电流计算步骤由电源构成的等价电网图1)选择参考电容Sd以及参考电压Ud，并且由上述式确定参考电流的数值Id。2)获得了每个单元的标准参考电抗，并把其计算的结果标记在一个等效的网络图中[9]。3)根据等效网络中各个元素之间的连接，计算出从供电端至短路点的总阻抗。4）根据欧姆法则计算出的跳闸电流等级：当一个系统的供电能力为无穷大时，它的跳闸电流等级可由方程计算出来：并且，在发生短路之后，在不同的触点之间，各种触点之间的短路电流标幺值与短路容量标幺值都是相同的，也就是5)计算出系统的短路电流及短路能力。为给电源的设计提供必要的信息，需要确定短路电流及短路能力：①计算了系统的次级瞬时短路电流I及短路电容S′。②计算了系统的短路脉冲电流中心，并计算了系统的最大短路电流。5.4短路电流计算在电源经过变压器之后，变成35kV送到地面变电所后，对各点的短路电流值进行了计算，短路点选择35kV母线侧、6kV母线侧输电线路、主变压器和下井电缆均为一台（路）工作，一台（路）备用。在最大负载情况下，系统的阻抗为,在最低操作模式下，则系统的阻抗为,上一个变电站的间距是5公里。有两个各自具有6300

kVA的功率的主变压器，。线路电抗：对于电缆,架空线。5.4.1计算各元件的电抗标幺值选取基准对应于基准电流值:对应于基准电流值:37kV母线满载工况下的电网阻抗：,最小运行方式时系统阻抗为37kV线路架空线路阻抗：电力变压器阻抗:电缆线路：5.4.2各短路点短路计算1)dl点短路电流计算最大运行方式：最小运行方式：2)d2点短路电流计算最大运行方式：最小运行方式：3)d3点短路电流计算最大运行方式：最小运行方式：4)d4点的短路电流计算最大运行方式：最小运行方式：5)d5点短路电流计算最大运行方式：最小运行方式：6)d6点短路电流计算最大运行方式：最小运行方式：表5.1短路计算结果汇总表运行方式最大运行方式最小运行方式短路参数短路点d17.8111.8719.91501.256.22d26.9710.5917.7775.715.96d36.6710.1317.0172.515.70d46.7610.2717.2573.525.74d56.7610.2717.2673.585.78d66.7310.2217.1673.265.76d75.358.1313.6458.174.58d86.6910.1617.0772.786.61d96.229.4515.8667.615.38d105.558.4314.1660.504.80d115.237.9413.3557.004.48d126.269.5115.9868.115.36d136.379.6816.2469.255.45d145.848.5014.8963.505.00图5.1短路计算电路图图5.2等值计算电路图

6电气设备的选择6.1选择高压一次设备的原则我们将变电站中担负着传输分布电能的工作的电路称为一次电路、一次回路或主电路。高电压电力装置通常有以下类型：1、变换装置：具有变换电压和电流的作用，有变压器，电流变压器，电压变压器等[10]。2、控制装置：其主要作用是按照电网运行的需要对一次回路进行控制。3、保护装置：用于保护电网中的过流、过压，有保险丝、避雷器等。4、补偿装置：其主要作用是对电网中的无功进行补偿，从而使电网中的功率得到较大的改善。5、总成：是指将相关的一次设备和二次设备按照一次线路设计图进行组装而形成一个整体的电气设备，包括：高压开关柜，电源及照明配电箱，低压配电屏等。高压一次设备的选用必须符合一次线路在正常和短路故障情况下工作的要求，要保证设备工作的安全，要保证操作和维修的便利，要保证投资的经济。电力装置的选用应符合下列条件：1)选择电力装置的标称电压（电力装置的标称电压不能比它所处的电力装置的标称电压低）2)选择具有最大负载电流的电器装置（电器装置的额定电流应当不少于其所经过的最大负载电流），即 或 3)根据短路状态对有关电器的动态稳定和热稳定进行校验。为了确保电器在发生短路时不会被破坏，应以最大短路电流作为检验电器的动稳性和热稳性。动态稳定性是指电力装置受到脉冲式短路电流所引起的动力而不发生破坏。热稳定指的是电气设备载流导线在稳态短路电流下的发热温度不超过载流导线短时的容许的发热温度。电器装置的极限通过电流不得低于装置的最大冲击短路电流，即或式中，是电气设备的极限通过电流的峰值；是电气设备极限通过电流的有效值4）校验开关电器断流能力电气设备断路器和熔断器等担负着阻断短路电流的职责，它们要能够在一定程度上保证能够将所通过的最大短路电流进行切断，所以还需要对开关电器进行断流，并且其断流容量不能小于装置地点的最大三相短路容量，或式中，是开关电器最大的开断电流和开断容量6.2短路的热动稳定条件选择了电气设备后，要根据其最大可能穿越电流对其进行热、动稳定性校核。试验中所用到的短路电流通常是三相发生故障时所得到的[11]。热稳性的短接条件：在这个公式中，2表示在ts的计算期间，短路电流对温度的影响，以；是以kA表示，在t秒钟时间里，该装置容许流通的、具有温度稳定性的电流的有效值。t是以S表示装置所容许的经过温度稳定的电流所需的时间。短接的动态稳定性条件：在式中，是以kA表示的短路脉冲电流的峰值。是以kA表示的整个短路电流的有效值。用kA表示设备所能容许的最大流过电流峰值。表示用具所能容许的最大流过电流，以kA表示。6.3断路器隔离开关的选择6.3.135kV断路器的选择该变电站35kV高压断路器选择了LW8-35AG型真空断路器，LW8-35AG型室外高压真空断路器是一种三相交流50HZ、额定电压35kV的家庭开关设备。安装永久磁力操纵装置，用于工矿企业，发电厂，变电站等电气设备的控制与保护。其可靠度高，使用寿命长，尤其适合于工作频繁，多次开断短路电流等苛刻环境下使用[12]。35kV电源进线侧采用LW8-35AG真空断路器，其主要性能指标见下表6.1表6.1真空断路器参数名称单位数据额定电压kV35额定电流A1250额定短路开断电流kA25额定短路关合电流（峰值）kA25动稳定电流kA63热稳定电流kA25lmin工频耐受电压（有效值）kV42合、分闸线圈电压VDC2201）断路器的额定电压：,符合要求2）线路额定工作电流：3）动稳定效验：Lx>iim断路器4）热稳定性效验：该开关具有4秒钟的温稳电流。符合要求6.3.235kV隔离开关的选择与效验以该隔离开关的额定电流为630A为依据，选取了GW5-40.5型室外式隔离开关，具体参数如表6.2所示。表6.2隔离开关设备名称设备型号设备参数额定电压（kV）额定电流额定开断电流（kA）极限电流峰值（kA）继流容量热稳定电流热稳定时间/S35kv隔离开关GW5-40.540.563020502041）GW5-40.5/630的额定电压为35kV,而符合要求。2）GW5-40.5/630的额定电流为630A断路器的额定电压：,符合要求线路额定工作电流：符合要求动稳定校验：满足动稳定校验符合要求。热稳定效验： 断路器相当于4秒的热稳定电流。符合要求6.3.36kV断路器的选择与效验以断路器的额定电流1000A为依据，选择KYN28-12型高压真空断路器，其详细参数见表6.3。表6.3高压真空断路器名称单位数据额定电压kV12kV额定电流A1000A额定短路开断电流kA50额定短路关合电流（峰值）kA50动稳定电流kA63热稳定电流kA25lmin工频耐受电压（有效值）kV42合、分闸线圈电压VDC2201）断路器的额定电压符合要求。2）额定工作电流符合要求。3）动稳定性效验断路器,符合要求。4)热稳定性效验，假定继电器保护的动作时间为0.7秒，断路器的断开时间为0.05秒，侧断路器相当于4秒得热稳定电流:符合要求6.3.46kV隔离开关的选择与效验以该断路器的额定电流630

A为依据，选择了GN19—10/630型断路器，其详细参数见表6.4。表6.4隔离开关设备型号额定电压(kV)额定电流(A)极限电流峰值(kA)热稳定电流(kA)GN19—10/630—201063050201)隔离开关选用GN19—10/6302)隔离开关的额定电压：满足要求。3)额定工作电流：符合要求。4)动稳定性效验：，隔离开关符合要求。5)对热稳定性效验，假定继电器保护的动作时间为0.7秒，断路器的断开时间为0.05秒，侧断路器相当于2秒得热稳定电流：符合要求。6.4母线的选择6.4.135kV母线的选择与效验变电站中各个高压配电网的母线与电气设备之间的连接多为长方形的铜、铝或钢制；圆形，管状，多芯多股或裸线。由于铜的导电性能好，抗化学腐蚀的性能也很好，所以在大电流的设备中，以及在有化学腐蚀的地方，都应该使用铜线。因而，在室内和室外的电力设备中，铝汇流排得到了大量的应用。35kV及之下室内配电设备，由于其散热状况良好，对交流皮肤效应的影响较少，所以，母线断面均为矩形断面。a.以下各项的经济流量：式中A—导线经济截面积，m㎡；J—经济电流密度，A/m㎡；Imax—最大工作电流,A；Un—线路额定电压，千伏；Pmax—最大负荷，千瓦；因为最大使用时间是5000个小时，所以可以通过查询表格得出因此A=95m㎡其型号为铜铝芯电缆LGJ—95型b.根据长期所需的容许电流进行检验，得出LGJ-95长期所需的容许负载流量为：,在铜铝芯线的最大温度不大于+70℃的情况下，并假定长期工作在+40℃的情况下，在+40℃下的容许负载电流为：所以与长期使用的容许电流一致。C.三相架空线路损失校验按下式计算式中Ro—线路单位长度电阻，；取0.38一线路单位长度电抗，；取0.35设线间几何间距为1.9m,已知D.母线按短路热稳定进行校验已知式中A一所选导线截面，m㎡；C—材料热稳定系数，C=95；Ksk—集肤效应系数，取1;IK—最大短路稳定度。，校验合格因此35kV的母线及架空线路，都选择了LGJ-95型铜芯铝丝线。6.4.26kV母线的选择与效验1）选择所需的恒定电流，并计算出,所选择的6kV母线列采用的是TMY-100X10的长方形铜制母线，经测试，其在25℃的室温下，其最大负载电流为4650

A。假定在40摄氏度的工作环境中，它的容许负载为：故符合长时间允许电流符合要求;2）短路时热稳定性效验；已知规定符合要求。式中A—式所选导线截面；m㎡lK一段路稳定最大有效值；C—材料热稳定系数取97；KSK—集肤效应系数取1;tf为假想时间；（0.7为继电器保护时间，0.05断路器动作时间）3）动稳定性的效验；当单条母线三相在一个平面上排列时，其最大的内力为：已知：查表得TMY-100*100抗弯矩将上述其值代入得：故满足要求。6.5互感器的选择6.5.135kV电流互感器的选择在电力系统中，电力系统中，电力系统中的各种类型都被称为电力系统中的“变压器”。电流互感器（也就是CT，文字符号为TA）是一种变换电流的变压器，它的二次测额定电流一般为5A[13]。电压互感器（PT，文字符号为TV）是一种转换电压的变压器，一般情况下，二次侧额定电压为l00V，它的作用包括：1)用于对主电路（初级）中的仪表和继电器等辅助装置进行隔离。这样不仅可以防止高压直接从主电路引入到仪表、继电器等二次装置，而且还可以防止仪表、继电器等二次装置的失效对主电路产生干扰，提高了一次、二次装置的安全、可靠度，同时也对人员的安全具有重要意义。2)用于扩展二次装置如仪表和继电器等的使用领域。如果使用了不同的变换率的电流变压器，那么使用了5A量程的电流表，就可以对任何大的电流进行测定，比如35KV的电流变压器为300/5,6KV的电压变压器为800/5，因此，使用了不同变换率的电压变压器，使用了100V的程的电压表，就能够对任何高的表压进行测定。二次仪表和继电器的使用，使得二次仪表和继电器具有了标准上的一致性，便于其大批量制造。以电流互感器额定电压35kV，最大工作电流104

A为依据，选择了LCZ-35型电流互感器，它的具体参数见表6.5所示。表6.5电流互感器设备名称设备型号额定电压（kV）一次侧额定电流（A）热稳定电流有效值kA动稳定电流峰值kA电流互感器LCZ-35300/5353002460根据短路计算的结果对所选电流互感器进行校验：1）额定工作电流300A，，符合要求；2）动稳定性效验；符合要求；3）热稳定性效验；式中Kd一是内部动稳定倍数imax—互感器能承受的最大电流瞬时值IN一互感器的额定电流符合规定要求6.5.26kV电流互感器的选择在选用同寸的电流变压器时，要依据安装地点、使用情况等具体情况，来决定变压器的结构和类型，精度等级；额定电流比、其次还要根据电流互感器的额定容量和二次负载来计算二次回路连接的电线截面积，最后在进行热稳定和动稳定的效验。该方案选择的LZZBJ6.210-800/5型号的变流器的主要性能指标如下表6.6所示表6.6电流互感器设备名称设备型号额定电压（kV）一次侧工作电流（A）额定短时动稳定电流（kA/S）额定热稳定电流（kA/S）精确度电流互感器LZZBJ6.210-800/51080044.51000.51）变流器的标称电压,6kV<10kV符合要求;2）额定工作电流符合要求3)热稳定的效验:4）动稳定的效验:,Kd是内部动稳定倍数,式中—互感器能承受的最大电流瞬时值；—互感器的额定电流

7继电保护方案设计7.1继电保护原理及要求在矿井供电系统中，继电保护的主要工作原理是：在矿井供电系统中，利用矿井供电系统在正常运转与出现故障或不正常运转的情况下，所产生的各种物理量的差异，来对出现的故障或异常进行判定，并使用断路器将其切断，或者向其发出告警信号。当矿井电力系统出现故障时，一般会出现电流增加、电压降低、电压与电流的比（阻抗）以及二者之间的相位变化等现象。因而，利用该系统在故障状态下和在正常状态下的差异，可以构造出一种基于不同工作状态下的继电保护系统。举例来说，当发生感应式失效时，会产生增加的电流，就会产生电流保护。通过减小感应电压，实现低压保护。通过改变感应电压和感应电流之比来实现对目标的远近保护。通过改变感应电流和感应电压的相位角来实现定向保护。另外，利用被保护装置在发生故障时所处位置的不同以及所处位置的不同，组成差动保护装置。在不对称短路情况下，通过相序成分的变化，可以建立起一种敏感的零序与负序保护。由发生事故时的特征量组成暂态保护等。继电保护装置的作用是：①在被保护的设备或线路出现故障时，保护装置快速行动，有选择性地切断故障部位，避免事故进一步发展。②在设备异常工作情况下，由安全防护系统报警，使其能在最短的时间内做出相应的动作，避免可能的事故。对于矿井电力系统中继电保护的基本要求，要保证继电保护能够正确、及时地实现以上的保护工作，需要符合下列4项基本条件[14]。①可供选择的对象。在电网出现故障时，继电保护应该首先将与电网相距较近的开关隔离开来，尽可能地减少停电的面积，以确保未出现故障的部件能够正常工作。②果断。通过对故障进行迅速切断，可以降低故障的严重性，加快电网的恢复速度，为电机的自启动提供了良好的条件。排除故障的时刻包含了继电器的作用时刻和开关脱扣时刻。③灵敏度问题。要想让保护设备能够可靠地发挥出保护的作用，应该以电力系统实际可能的最不利运行模式和故障类型为基础，来进行故障参数（如电流、电压等）的计算，一般情况下，对主保护的灵敏度系数不低于1.5-2。④具有一定的稳定性。当被保护区中出现故障时，该保护装置能正常动作，不能出现错误动作。7.2变压器的保护设置作为电力系统的重要设备，变压器的正常运行对供电系统的可靠性有着非常重要的影响。在电力变压器中，常见的保护装置包括气体保护、差动保护、过电流保护和过负载保护等。35kV主变参数型号：SII-6300/35容量：6300kVA接法：KA-11短路损耗：短路阻抗：额定电压：额定电流：7.2.1变压器的气体保护在变压器油箱中，气体保护是一种重要的保护，也是一种对油面过低的保护。煤气保护器采用在油罐与油枕之间的管路上装有一种机械的煤气继电器。其最大的特点是：快速反应、高敏感性、稳定性好、线路简单；能够反映出变压器罐内各类故障，尤其是在匝数极小，其它保护不能动作的情况下，对此类故障采用气体保护尤为重要；因此，采用了一种新型的气体保护型变压器，是一种重要的内损防护。7.2.2变压器的差动保护本文介绍了一种适用于电力系统中的微分保护装置——微分保护装置。1计算变压器各测数据表7.1变压器各测数据数值名称各侧数值35kV6kV变压器一次测额定电流电流互感器接线方式Y电流互感器一次电流606A电流互感器变比200/5=40800/5=160电流互感器二次额定电流180/40=4.5A606/160=3.7A从上述表格中可以看出，35KV端的二次容量比6KV端的容量要大，所以应该选择35KV端作为基线。此时，在低电压端的差分均衡因子为2计算制动系数比率制动特性斜率一般取为0.5（取值范围为0.4-0.7）3起始制动电流乙的整定一般选为低压侧额定二次电流4计算差动启动电流ICZ取5计算差动速断电流1)避激磁场激荡。但是，由于激磁电流的变化非常迅速，一般只有（4~6)Ie的峰值，其变化幅度一般为（4~6)Ie。2）躲外部短路故障时最大不平衡电流。差动速断整定值取上面两种情况的较大值，很显然，应取第一种情况。故速断=19A。6、二次谐波制动系数二次谐波制动系数0.18（取值范围0.15-0.2）。7.2.3变压器过负荷保护大多数情况下，变压器的过载均为三相对称。因此，负载保护可以采取单电流继电连接的方法，通过一定的延迟来起到信号的作用，在没有人值班的变电站中，也可起到跳闸或自动切断部分负载的作用。它的运行电流是按照不超过变压器的额定运行电流进行设置的。所述行动条对所述信号产生延迟：为了避免电机的自动启动，延迟时间为5-6秒。过载保护启动后，超过时间限制还没有恢复，该设备就会工作。在确定继电保护的运行时间时，要根据继电保护的最大运行时间来确定，通常选取9～10秒。7.2.4变压器的过流保护为避免因外界短路而造成的过流，同时也是对微分、瓦斯保护器的备用，应安装过流保护装置。在单边供电的变压器中，在供电端设有过流保护，当过流保护作用下，每边都会被断开。由于过流保护采用了规避最大操作电流的整定法，所以起动数值相对较大，无法达到灵敏度的需要，可以设置一个电压闭锁式过流保护来增加灵敏度。根据规避最大负载的电流进行调整：式中，为可靠系数，取1.1-1.2为变压器的最大负荷电流，一般为。灵敏度校验：符合要求。保护的动作时限应与后备保护相配合，一般取1.7S。7.335kv进线保护1)根据避开线路终端变压器其它端母线故障来进行无时速度限制继电器（分段I）的整定计算：式中可靠系数取1.1二次侧动作电流为：式中为接线系数，取1；为电流互感器变比。2)具有时间限制的电流快速断开保护（II部分），其调节方式为确保对当前的线路终端的失效具有充分的敏感性：式中为灵敏度系数，取1.5。二次侧动作电流为：3)根据避让线所能通过的最大负载电流来调整的过流保护（III级）：式中，为可靠系数取1.2；为负荷自启动系数，取1.5-3；为最大负荷电流；为返回系数，取0.95；二次侧动作电流为：灵敏度校验：7.46kv保护整定1)将不受时间限制的电流速断保护（I部分）设定为避免线路终端的其它端的母线故障：式中可靠系数二次侧动作电流为：式中为接线系数，取1；为电流互感器变比。2）带时限电流速断保护（II段），按保证本线路末端故障有足够灵敏度整定:式中为灵敏度系数，取1.5。二次侧动作电流为：3）过流保护（III段），按躲过线路可能流过的最大负荷电流整定:式中为可靠系数，取1.2；为负荷自启动系数，取1.5-3；为最大负荷电流； 为返回系数，取0.95；二次侧动作电流为：灵敏度校验：

8防雷保护与接地8.1防雷设计变电站作为电力供应的中转站，如果因遭受雷击而导致断电，将给人们的生产和生活带来极大的冲击，因此，应安装好一套可靠的防雷装置；防止直接的雷电和电线入侵的雷电。因此，在35kV的电力线上，每条电力线上都安装一台FZ-35型避雷器，并且在6kV的两条母线上安装两套FZ-6型阀型避雷器，并将它们放置在互感器中。在变电站的进线部分安装了防护装置，并在变电站的周围安装了四个避雷针。防雷措施：1、35kV进线段保护在入变电站2km以内布设GJ-35型避雷线，在入变电站时35kV进水口安装套管式避雷器，根据35kV母线最大短路电流2.89毫安、最小短路电流1.79毫安的情况，选择了GXS.35/0.5-4型套管式避雷器，使其开度下限0.5毫安，上限4毫安，符合设计规范[15]。2、装设避雷针母线板高度为5.5m，进口板高度为7.3m。1）避雷针的布置布局见图8.1，在变电站周围安装4根避雷针，每个避雷针距离元件5m以上，在地下的接地体与设备接地线间隔3m以上。图8.1避雷针布置图2）避雷针有效高度塔的计算避雷针的高度在图中，由四根避雷针所组成的长方形可以将它分成两个三角形，在每一个三角形的外面，按照双支避雷针的方式进行计算时，则全部面积被保护。由双支避雷针保护范围计算可知，当时，其条件为针1、2的距离等于针3、4的距离,即针1和3之间的距离等于针2和4之间的距离针1、4的距离等针2、3的距离，即 从上面的计算可以看出，针1、2的高度是7.3+4=11.3m，针3、4的高度是7.3+6.18=13.48m，在考虑到留有一定的富裕度的情况下，就会选择19m，两针间距与针高之比不应该超过5，所以才会选择19

m高的避雷针。3)在被防护物体的高度hx水平线上，在防护半径rx的计算4)九水平面内每根针头之间的防护区域内，每根针头之间的防护区域内，最小防护宽度bx的计算针1,2保护区域与两针固定地面之间的最小高度针1与3等于针2与4针1与4等于针2与3对各个D/2做相应的两针间连接的中垂线，量取各个相应的bx值，由bx端点作对应针的保护圆的切线，就可以得到完全的保护范围。当变电站的全部防护设施都包含在防护范围内时，才能满足防护条件。由上面的计算可以看出，bx都比0大，也就是说，所有的变电站都在它的保护区域内。5)避雷针的接地避雷针的接地使用了一种单独的接地方式，它与所内的接地网之间应该有5米的间隔，使用5根直径50

mm,2.5

m长的镀锌钢管组成一个多边形，40x4的镀锌扁钢将它引到墙外，并将它埋入0.35米深的冻土层中。GB/T14070-1993地面接地电阻的确定为了保护工作频率电阻器、保护工作电压不受直接雷击、保护工作电压不受高电压影响