35kv变电所主电气部分设计

随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本文详细介绍了35kV变电所主电气部分的设计。文中对主接线的选择、高压设备的选择、负荷计算、短路电流计算,继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。其中还对变电所的主接线，平面布置等通过CAD制图直观的展现出来。

本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出了符合当前要求的变电所。在设计的过程中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。

关键词 35kV 变电所 电气主接线、短路电流计算、高压电气设备、继电保护

I

ABSTRACT

With the development of power industry, the power supply of the increasingly high demand, particularly for stability, reliability and sustainability. However, power grid stability, reliability and

sustainability often depends on the reasonable design of substation and distribution. A typical substation needs the reliable, flexible operation, reasonable economy, convenient expansion. For the consideration of these aspects, this paper introduces the design of the Yellow River cement factory 35kV step-down substation. Calculation of the main wiring of high voltage equipment selection, the selection, load calculation, short-circuit current, relay protection setting calculation are selected and a detailed description. Especially for the choice of main wiring, transformer selection, selection check and some electric equipment such as circuit breaker, current transformer, voltage transformer are described and analyzed in detail. The transformer substation main wiring, layout through the CAD graphics display.

The content of this design in close connection with reality, by looking up lots of relevant data, designed in line with the current substation by. In the process of design, the school teacher, classmate patient guidance and help, to express my heartfelt thanks and highest respect for them.

Keywords 35kV substation main electrical wiring, short-circuit current calculation, high voltage electrical equipment, relay protection

II

目录

摘要 ............................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................ II 第1章 矿山供电的基本要求 ...................................................................... 1

1.1 概述 ............................................................................................. 1 1.2 设计原则 ...................................................................................... 2 1.3 内容及步骤 ................................................................................... 3 第2章 负荷分析和主变压器的选择 ............................................................ 5

2.1负荷分析 ....................................................................................... 5

2.1.1 负荷分类及定义 ................................................................. 5 2.1.2 本系统的负荷计算 ............................................................. 5 2.2 主变压器的选择 .......................................................................... 10

2.2.1主变压器台数的确定 ......................................................... 10 2.2.2变电所主变压器容量的确定 .............................................. 10

第3章 电气主接线的设计 ........................................................................ 11

3.1电气主接线的概述 ....................................................................... 11 3.2电气主接线的设计原则和要求 ..................................................... 11

3.2.1电气主接线的设计原则 ..................................................... 11 3.2.2 电气主接线设计的基本要求 ............................................. 12 3.3 电气主接线的方案选择 ............................................................... 13

3.3.1原始资料分析 ................................................................... 13 3.3.2电气主接线方案中设计方案比较 ....................................... 14

第4章 短路电流的计算 ........................................................................... 21

4.1 短路电流计算的一般概述 ........................................................... 21 4.2 短路的原因 ................................................................................. 21 4.3 短路的危害 ................................................................................. 22 4.4 短路的类型 ................................................................................. 22 4.5 短路电流计算的目的和方法 ........................................................ 22 第5章 电气设备的选择与校验 ................................................................. 24

5.1 高压电器设备选择的一般原则 .................................................... 24

5.1.1 额定电压和最高工作电压 ................................................. 25

III

5.1.2 额定电流 .......................................................................... 25 5.1.3 按环境工作条件校验 ........................................................ 25 5.2 按短路条件校验 .......................................................................... 26

5.2.1短路热稳定校验 ................................................................ 26 5.2.2电动力稳定校验 ................................................................ 27 5.3 电气设备的选择和校验 ............................................................... 27

5.3.1断路器 .............................................................................. 27 5.3.2隔离开关 .......................................................................... 29 5.3.3电流互感器 ....................................................................... 29 5.3.4母线 .................................................................................. 30 5.3.5支柱绝缘子 ....................................................................... 31 5.3.6高压开关柜的选择 ............................................................ 32 5.4 高压开关柜电气参数的选择校验 ................................................. 33 第6章 导线的选择与敷设 ........................................................................ 35

6.1 导线选择的条件 .......................................................................... 35

6.1.1发热条件 .......................................................................... 35 6.1.2电压损耗条件 ................................................................... 35 6.1.3经济电流密度 ................................................................... 35 6.1.4机械强度 .......................................................................... 35 6.2 电缆型号的含义 .......................................................................... 36 6.3 导线截面的选择 .......................................................................... 36

6.3.1按经济电流密度选择导线截面 .......................................... 36 6.3.2按最大长时工作电流选择导线截面 ................................... 36 6.4 电缆的敷设 ................................................................................. 37 第7章 变电所的继电保护 ........................................................................ 38

7.1 6kv配出线的继电保护 ................................................................ 38

7.1.1保护的装设原则 ................................................................ 38 7.1.2电流速断保护的整定计算 ................................................. 38 7.2 继电保护的任务和基本要求 ........................................................ 40 7.3 主变压器的继电保护 ................................................................... 41 7.4 瓦斯保护 .................................................................................... 45 第8章 变电所的平面布置 ........................................................................ 47

IV

8.1 变电所位置的选择 ...................................................................... 47 8.2 变电所的布置原则 ...................................................................... 47 8.3 配电室的建筑要求 ...................................................................... 49 8.4 配电设备的布置原则 ................................................................... 49 附录1 变电所负荷统计与主变压器的选择 ................................................ 50 附录2 短路电流的计算 ............................................................................ 58 附录3 电气设备的选择 ............................................................................ 66 附录4 电缆的选择 ................................................................................... 75 附录5 35KV变电所继电保护计算 ............................................................. 78 结论 .......................................................................................................... 81 参考文献 ................................................................................................... 81 致谢 .......................................................................................................... 83

V

Contents

ABSTRACT ..................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................... II Chapter 1 the basic requirement of mine power supply ....................... 1

1.1 an overview ......................................................................... 1 1.2 design principles .................................................................. 2 1.3 the content and steps ............................................................ 3 Chapter 2 analysis and selection of main transformer load ................. 5

2.1 the load analysis .................................................................. 5

2.1.1 the load classification and definition ........................... 5 2.1.2 the load calculation of this system ............................... 5 2.2 the choice of the main transformer ...................................... 10

2.2.1 the determination of the main transformer stations ..... 10 2.2.2 determination of capacity of main transformer substation ......................................................................................... 10

Chapter 3, the main electrical wiring design .................................... 11

3.1 summary of the main electrical wiring ................................. 11 3.2 the main electrical wiring design principles and requirements ............................................................................................... 11

3.2.1 the main electrical wiring design principles ............... 11 3.2.2 the basic requirements of the main electrical wiring design ............................................................................... 12 3.3 the main electrical wiring scheme selection ......................... 13

3.3.1 the raw data analysis ................................................. 13 3.3.2 rainfall distribution on 10-12 electric main wiring scheme design scheme comparison ..................................... 14

Chapter 4 the calculation of short-circuit current ............................. 21

4.1 a general overview of short-circuit current calculation ......... 21 4.2 the cause of the short-circuit ............................................... 21 4.3 the dangers of short circuit ................................................. 22 4.4 the type of short circuit ...................................................... 22

VI

4.5 the purpose of short-circuit current calculation and method .. 22 Chapter 5 electrical equipment selection and calibration .................. 24

5.1 the general principles of the high voltage electrical equipment selection .................................................................................. 24

5.1.1 rated voltage and the highest operating voltage .......... 25 5.1.2 rated current ............................................................. 25 5.1.3 check according to the environmental working conditions ......................................................................................... 25 5.2 according to the check short circuit conditions .................... 26

5.2.1 short-circuit thermal stability check ........................... 26 5.2.2 electric power stability check .................................... 27 5.3 the choice of electrical equipment and calibration ............... 27

5.3.1 circuit breaker .......................................................... 27 5.3.2 isolating switch ......................................................... 29 5.3.3 current transformer ................................................... 29 5.3.4 bus ........................................................................... 30 5.3.5 pillar insulator .......................................................... 31 5.3.6 high-voltage switch cabinet choices ........................... 32 5.4 high-voltage switchgear electrical parameter selection check 33 Chapter 6 cable selection and installation ........................................ 35

6.1 wire selection condition ...................................................... 35

6.1.1 hot condition ............................................................ 35 6.1.2 the voltage loss conditions ........................................ 35 6.1.3 economic current density ........................................... 35 6.1.4 the mechanical strength of ......................................... 35 6.2 the meaning of cable type ................................................... 36 6.3 wire cross section selection ................................................ 36

6.3.1 according to economic current density choose wire cross section .............................................................................. 36 6.3.2 according to maximum working current choose wire cross section ..................................................................... 36 6.4 cable laying ....................................................................... 37

VII

Chapter 7 of the substation relay protection ..................................... 38

7.1 6 kv distribution line protection .......................................... 38

7.1.1 installed protection principle ..................................... 38 7.1.2 velocity fault protection setting calculation ................ 38 7.2 tasks and basic requirement of the relay protection .............. 40 7.3 the main transformer relay protection .................................. 41 7.4 the gas protection ............................................................... 45 Chapter 8 of the substation layout ................................................... 47

8.1 substation location choice ................................................... 47 8.2 layout principles of substation ............................................ 47 8.3 construction requirements of transformer room .................... 49 8.4 the principles of power distribution equipment arrangement . 49 Appendix 1 and the selection of main transformer substation load statistics ........................................................................................ 50 Appendix 2 short-circuit current calculation .................................... 58 Appendix 3 electrical equipment choice .......................................... 66 Appendix 4 cable of choice ............................................................. 75 Appendix 5 35 kv substation relay protection calculation ................. 78 Conclusion ..................................................................................... 81 References ..................................................................................... 81 Acknowledgements ......................................................................... 83

VIII

第1章 矿山供电的基本要求

1.1 概述

1供电可靠就是要求不间断供电。供电中断时不仅会影响矿井的原煤产量，而且可能损坏设备，甚至发生人身事故和造成矿井的破坏。例如煤矿井下的空气中含有瓦斯气体，并且有水不断涌出，突然停电，将会使排水和通风设备停止运转，可能造成水淹矿井，工作人员窒息死亡或引起瓦斯、煤尘爆炸，危及矿井和人身安全。因此，对煤矿中的重要用电设备，要求采用两个电源的双回路或环式供电方式，两路电源线路互为备用，当一路电源线路故障或停电检修时，则由另一路电源线路继续供电，以保证供电的可靠性。

2供电安全具有两个方面的意义。即防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、煤尘爆炸事故。 煤矿井下空间狭小、潮湿阴暗，井下电气设备的受潮和机械损伤容易发生人身触电事故；供电线路和用电设备的损伤和故障产生的电气火花，会造成火灾或瓦斯、煤尘爆炸事故。因此，为了避免事故的发生，在煤矿供电工作中，应按照有关规定，采取防爆、防触电、过负荷及过流保护等一系列技术措施和管理制度，消除各种不安全因素，确保供电的安全。

3衡量供电质量高低的技术指标是频率的稳定性和电压的偏移。交流电的频率对交流电动机的性能有着直接的影响，频率的变动会影响交流电动机的转速。按照《电力工业技术管理法规》规定，对于额定频率为50Hz的工业用交流电，其频率相对于额定值的偏差不允许超过±0.2-±0.5Hz，即为额定频率的±0.4-±1％。

4电压偏移是衡量供电质量的又一重要指标。所谓电压偏移，是指用电设备在运行中，实际的端电压与其额定电压的偏差。用电设

1

备对—定范围内的电压偏移具行适应能力，但随着电压偏移的增大，用电设备的性能将会恶化，严重时会造成设备的损坏。例如，白炽灯在超过额定电压5％的电压下工作时．其工作寿命将缩短一半；因此．我国对用电设备电压偏移的允许值做了具体的规定，例如电动机的电压偏移不允许超过其额定电压的±5％，白炽灯的电压偏移不允许越过其额定值的+3％和-2.5％。

技术经济合理是指在满足上述三项要求的前提下，使供电系统的投资和运行达到最佳的经济效益。供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

1.2 设计原则

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB 50059-92

《35～110kV变电所设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行矿山供电设计必须遵循以下原则：

1遵守规程、执行。必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针，包括节约能源，节约有色金属等技术经济。

2安全可靠、先进合理.应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

3近期为主、考虑发展.应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

2

4全局出发、统筹兼顾.按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。矿山供电设计是整个煤矿设计中的重要组成部分。矿山供电设计的质量直接影响到煤矿的生产及发展。作为从事矿山供电工作的人员，有必要了解和掌握矿山供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.3 内容及步骤

全矿总降压变电所及配电系统设计，是根据各个部门负荷数量和性质及其对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。

1负荷计算。全矿总降压变电所的负荷计算，是在各部门负荷计算的基础上进行的。考虑变电所变压器的功率损耗，从而求出全矿总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、显示计算结果。

2一次系统图。跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。

3电容补偿。按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。

4变压器选择及变电所布置。根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全矿计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号及全矿供电平面图。

5短路电流计算。矿山用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。

3

6高、低压设备选择及校验。参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验，并列表表示。

7导线、电缆的选择。为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面选择时必须满足发热条件：

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

8整定及二次保护。为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，皆需设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算.

4

第2章 负荷分析和主变压器的选择

2.1负荷分析

2.1.1 负荷分类及定义

1. 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个电源供电。

2. 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。

3. 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。

煤矿变电所负责向整个矿区供电，在煤矿上除了家属区及一些辅助设备以外,大部分是井下用电，例如：提升机,排水泵等等，若煤矿变电所一旦停电就可能造成人身死亡，所以应属一级负荷。采用两个回路供电.

2.1.2 本系统的负荷计算 1. 定义

（1）、计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

（2）、平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来

5

计算最大负荷和电能消耗量。

2. 负荷计算的方法

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。 本设计将采用需要系数法予以确定。 所用公式有：

(1)、单组用电设备的计算负荷

单组用电设备的计算负荷应按下式计算:

PcaKdePN QcaPcatanwm （2-1）

22ScaPcaQca式中

Pca、Qca、Sca-----该组用电设备的有功、无功、视在功率计算值,kw、kvar、kVA

PN-----该组用电设备额定容量之和,kw

Kde,coswm-----该组用电设备的需用系数和加权平均功率因数

tanwm------与coswm相对应的正切值 该组用电设备的负荷电流按下式计算:

IcaSca （2-2） 3UN式中 Ica-----该组用电设备的总负荷电流,A UN------电网的额定电压,kv

(2)、变电所总计算负荷

将变电所各组用电设备的计算负荷相加,再乘以组间最大负荷的同时系数,即可求出变电所的总计算负荷.

6

PKSPPcaQKSqQcaSP2Q2 （2-3）

式中

PQS-----变电所负荷的总有功、无功、视在功率计算值，kw、

kvar、kVA

PQcaca-----变电所各组用电设备的有功、无功功率计算值之和,

kw、kvar

KSPKSq-----各组用电设备最大负荷不可能同时出现的组间最大负荷同时系数,组数越多其值越小,本设计取Ksp=0.9,Ksq=0.95 变电所的功率因数为

P cos （2-4）

S

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(3). 负荷计算结果

见表2.1 负荷统计计算表

2.2 无功功率的补偿

根据《全国供用电规则》的规定:高压供电的工业用户功率因数应该在0.90以上.,所以当变电所的功率因数低于0.9时,应采取人工补偿措施,补偿后的功率因数应不低于0.95.目前35kv变电所一般是采用在6kv母线上装设并联电容器的进行集中补偿的方法,来提高变电所的功率因数。

1、 电容器补偿容量的计算

电容器的无功补偿容量为：

8

QCP(tantanac） （2-5）

式中 tan-----补偿前功率因数角的正切值

tanac-------补偿后应达到的功率因数角的正切值 2、 电容器（柜）台数的确定

无功补偿所需电容器总台数N为

NQC （2-6） UW2qNC()UNC式中 qNC -------单台电容器柜的额定容量，kvar

UW --------电容器的实际工作电压，kV UNC----------电容器的额定电压，kV

确定电容器的总台数时，应选取不小于计算值N的整数。 3、 补偿后的实际功率因数

因为电容器的台数选择与计算值不同，所以应计算补偿后的实际功率因数。

电容器的实际补偿容量为：

QcaNqN。c(UW2 ) （2-7）

UN.C式中 Qca-------电容器的实际补偿容量，kvar N--------所选电容器的实际台数 补偿后变电所负荷的总无功功率为

Qa。cQQca （2-8）补偿后变电所的负荷总容量

9

2Sa。cP2Qa.c （2-9）

补偿后的功率因数

cosa.c式中

P （2-10） Sa.cQa。c 、Sa。c 、cosa.c----补偿后变电所负荷的总无功功率、总容量

和功率因数，kvar、kVA

P、Q-----补偿前变电所负荷的用功功率、无功功率

的计算值，kW、kvar

2.2 主变压器的选择

2.2.1主变压器台数的确定

具有一级负荷的变电所，应满足用电负荷对供电可靠性的要求。根据《煤炭工业设计规范》规定，矿井变电所的主变压器一般选用两台，当其中一台停运时，另一台应能保证安全及原煤生产用电，并不得少于全矿负荷的80%，根据实际情况的需要在本设计中选择了两台主变压器，采用一台工作一台带电备用的运行形式。

2.2.2变电所主变压器容量的确定

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：SN.TSa.c （2-11）

主变压器型号的选择应尽量考虑采用低损耗、高效率的变压器。根据实际情况本设计选择了两台型号为SFL7-20000/35的变压器。

1 0

第3章 电气主接线的设计

3.1电气主接线的概述

变电所主接线(一次接线)表示变电所接受、变换和分配电能的路径。它由各种电力设备(隔离开关、避雷器、断路器、互感器、变压器等)及其连接线组成。通常用单线图表示。

主接线是否合理,对变电所设备选择和布置,运行的灵活性、安全性、可靠性和经济性,以及继电保护和控制方式都有密切关系.它是供电设计中的重要环节. 在图上所有电器均以新的国家标准图形符号表示，按它们的正常状态画出。所谓正常状态，就是电器所处的电路中既无电压，也无外力作用的状态。对于图中的断路器和隔离开关，是画出它们的断开位置。

3.2电气主接线的设计原则和要求

3.2.1电气主接线的设计原则

(1) 考虑变电所在电力系统的地位和作用

变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 (2) 考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。 (3) 考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级用电负荷，必须有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级用电负荷不间断供电；对二级用电负荷，一

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般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电，三级用电负荷一般只需一个电源供电。 (4)考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将会产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低。 (5)考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时否允切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。 3.2.2 电气主接线设计的基本要求

变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。 (1)可靠实用

所为可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。

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(2)运行灵活

主接线运行方式灵活，利用最少的切换操作，达到不同的供电方式。根据用电负荷大小，应作到灵活的投入和切除变压器。检修时，可以方便的停运变压器、断路器、母线等电气设备，不影响工厂重要负荷的用电。 (3)简单经济

在满足供电可靠性的前提下，尽量选用简单的接线。接线简单，既节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备，使节点少、事故和检修机率少；又要考虑单位的经济能力。经济合理地选用主变压器型号、容量、数量，减少二次降压用电，达到减少电能损失之目的。 (4) 操作方便

主接线操作简便与否，视主接线各回路是否按一条回路配置一台断路器的原则，符合这一原则，不仅操作简便、二次接线简单、扩建也方便，而且一条回路发生故障时不影响非故障回路供电。 (5) 便于发展

设计主接线时，要为布置配电装置提供条件，尽量减少占地面积。但是还应考虑工厂企业的发展，有的用户第一期工程往往只上一台变压器，经3~5年后，需建设第二台主变压器，变电所布局、基建一般都是根据主接线的规模确定的。因此，选择主接线方案时，应留有发展余地。扩建时可以很容易地从初期接线过度到最终接线。

3.3 电气主接线的方案选择

3.3.1原始资料分析

由任务知该系统电压等级为100/35/6kv。主变压器近期两台，远期两台。35kv侧近期出现5回，远期出现8回。6kv电压侧出线本期5回，远期9回。系统可视为一无穷大系统，有充足的有功及无功功率。系统采用中性点直接

1 3

接地方式。枢纽变电所距离设计变电所为50公里，建议采用双回LGJ-185导线。所用电：占总负荷1%。35kv侧，Ⅰ类荷采用双回路供电；Ⅱ类荷占总负荷40%；其余为Ⅲ类负荷。6kv侧Ⅰ类负荷采用双回路供电；Ⅱ类负荷占总负荷35%；其余为Ⅲ类负荷。

3.3.2电气主接线方案中设计方案比较

110kv电气主接线方案比较 方案一

图1-1：110KV双母线

方案二

图1-2：110KV单母线分段

1 4

表3.1 110KV主接线的比较

方案 比较 优点 （1） 供电可靠 （2） 调度灵活 （3） 扩建方便 缺点 造价高，因为增加了一组母线及其隔离开关，增加了配电装置构架及占地面积；当母线故障或检修时，隔离开关做倒换操作电器，容易误操作，但可以装断路器的连锁装置加以克服 使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行较复杂，当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，是整个母线系统可靠性受到 故障时停电范围小 一、双母接线 二、单母分段接线

35kv电气主接线方案比较

1 5

方案一

方案二

1-3：35KV单母线分段

图1-4：35KV双母线

1 6

图

表3.2 35KV主接线比较

方案 比较 优点 故障时停电范围小 （1） 供电可靠 （2） 调度灵活 （3） 扩建方便 缺点 使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行较复杂，当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，是整个母线系统可靠性受到 造价高，因为增加了一组母线及其隔离开关，增加了配电装置构架及占地面积；当母线故障或检修时，隔离开关做倒换操作电器，容易误操作，但可以装断路器的连锁装置加以克服 一：单母分段接线 二：双母接线

6kv主接线方案比较

1 7

方案一

6kv

图1-5：6KV单母线

1 8

方案二

6kv

图1-6：6KV单母线分段带旁路

1 9

表3.3 6.3KV主接线比较

方案 比较 优点 接线简单，操作方便，设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸、扩建方便。 缺点 （1） 可靠性差 （2） 调度不方便 使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行较复杂，当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，是整个母线系统可靠性受到 故障时停电范围小 一：单母接线 二：单母分段接线

经过上述初步设计的两种方案中各等级电气主接线的优缺点比较最优方案确定为方案二。即：110kv侧采用单母分段接线，35kv侧采用双母线接线，6kv侧采用单母分段带旁路接线。

2 0

第4章 短路电流的计算

4.1 短路电流计算的一般概述

电气设备或导体发生短路故障时通过的电流为短路电流。在工矿企业供电系统的设计和运行中，不仅要考虑到正常工作状态，而且还要考虑到发生故障所造成的不正常状态。根据电力系统多年的实际运行经验，破坏供电系统正常运行的故障一般最常见的是各种短路。所谓短路是指相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接（接地），以及三相四线制系统中相线与中线短接。当发生短路时，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中将流通很大的短路电流（几千甚至几十万安），电源的电压完全降落在短路回路中。

4.2 短路的原因

发生短路的主要原因是由于电力系统的绝缘被破坏。在大多数情况下，绝缘的破坏多数是由于未及时发现和未及时消除设备中的缺陷，以及设计、安装和运行维护不当所，例如：过电压、直接雷击、绝缘材料的陈旧、绝缘配合不好、机械损坏等，运行人员的错误操作，如带负荷拉开隔离开关，或者检修后未拆接地线就接通断路器；在长期过负荷元件中，由于电流过大，载流导体的温度升高到不能容许的程度，使绝缘加速老化或破坏；在小接地电流系统中未及时或消除一相接地的不正常工作状态，此时，其它两相对地电压升高3倍，造成绝缘损坏；在某些化工厂或沿海地区空气污秽，含有损坏绝缘的气体或固体物质，如不加强绝缘，经常进行维护检修或者采取其他特殊防护措施等，都很容易造成短路。此外，在电力系统中，某些事故也可能直接导致短路，如杆塔塌导线断线等。动物或飞禽

2 1

跨接载流导体也会造成短路事故。

4.3 短路的危害

短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏应力，如果导体和它们的支架不够坚固，则可能遭到严重破坏。短路电流越大，通过的时间越长，对故障元件破坏的程度也越大。由于短路电流很大，即使通过的时间很短，也会使短路电流所经过的元件和导体收起不能容许的发热，从而破坏绝缘甚至使载流部分退火、变形或烧毁。既然发生短路时流通很大的短路电流（超过额定电流许多倍），这样大的短路电流一旦流经电气设备的载流导体，必然要产生很大的电动力和热的破坏作用，随着发生短路地点和持续时间的长短，其破坏作用可能局限于一小部分，也可能影响整个系统。

4.4 短路的类型

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路（单相接地短路）和两相接地短路。除了上述各种短路以外，变压器或电机还可能发生一相绕组匝间或层间短路等。根据运行经验统计，最常见的是单相接地短路，约占故障总数的60%，两相短路约占15%，两相接地短路约占20%，三相短路约占5%。三相短路虽少，但不能不考虑，因为它毕竟有发生的可能，并且对系统的稳定运行有着十分不利的影响。单相短路虽然机会多短路电流也大，但可以人为的减小单相短路电流数值，使单相短路电流最大可能值不超过三相短路电流的最大值。这就使全部电气设备可以只根据三相或两相短路电流来选择，况且三相短路又是不对称短路的计算基础，尤其是工业企业供电系统中大接地电流系统又很少，因此应该掌握交流三相短路电流的计算。

4.5 短路电流计算的目的和方法

2 2

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。

本设计采用标幺制法计算短路电流。其结果为：

表4.1短路点结果

运行方式 35kv母线S1点短路电流 6kv母线S2点短路电流 I”ich(KAS(MVA) 471.66 ”I”ich(KAS(MVA) 163.35 ”（KA） ) 最大运行方式 最小运行方式 9.12 20.52 7.36 18.77 （KA） ) 14.97 51.4 584.45 16.04 49.32 175.02

2 3

第5章 电气设备的选择与校验

5.1 高压电器设备选择的一般原则

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

表5.1高压电气设备的选择与校验项目 额设备名称 定电压 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电流互感器 √ √ √ √ √ 额定电流 √ √ √ √ √ √ 开断能力 √ √ 动稳热稳短路电流校验 环境 条件 其它 定 定 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 操作性能 ○ 操作性能 ○ 操作性能 ○ 上、下级间配合 ○ 二次负荷、准确等级 二次负荷、准确等级 电压互感器 √ ○ 支柱绝缘字 穿墙套管 母线 电缆 √ √ √ √ √ √ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 2 4

○ ○ ○ ○ 注：表中“√”为选择项目，“○”为校验项目。 一、按正常工作条件选择高压电气设备 5.1.1 额定电压和最高工作电压

高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压UN不得低于所接电网的最高运行电压。 一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15UN ，而实际电网的最高运行电压UN.W一般不超过1.1UN，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装

置地点电网额定电压UN.W的条件选择，即 5.1.2 额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN ≥Imax （5-2） 计算时有以下几个应注意的问题：

（1）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.5倍；

（2）若变压器有过负荷运行可能时， Imax应按过负荷确定（1.3~2倍变压器额定电流）；

（3）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；

（4）出线回路的Imax除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。 5.1.3 按环境工作条件校验

在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境(尤须注

2 5

UN ≥UN.W （5-1）

意小环境)条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。例如:当地区海拔超过制造部门的规定值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在1000~3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高l00m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。

当污秽等级超过使用规定时，可选用有利于防污的电瓷产品，当经济上合理时可采用屋内配电装置。

当周围环境温度θ

0

和电气设备额定环境温度不等时，其长期允

许工作电流应乘以修正系数K，即

Ip.rKINmax0IN (5-3)

maxN我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度θN=40℃。如周围环境温度θ

0

高于40℃(但低于60℃)时，其允许电流一般可按每增

高1℃，额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

5.2 按短路条件校验

5.2.1短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为

22IttItdz (5-4)

2 6

式中 It —由生产厂给出的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。

I∞—短路稳态电流值。 t—与It相对应的时间。 tdz—短路电流热效应等值计算时间。 5.2.2电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为

iesich 或 IesIch （5-5）

式中 ich、Ich—短路冲击电流幅值及其有效值；

ies 、Ies——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

1 用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不校验热稳定。

2 采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。

3 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。

5.3 电气设备的选择和校验

5.3.1断路器

高压断路器是变电所主要电气设备之一，其选择的好坏，不但直接影响变电所的正常状态下运行，而且也影响在故障条件下是否能可靠地分断。断路器的选择根据额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断电流或开断容量各技术参数，并且进行动稳定和热稳定校验。

① 按额定电压选择

断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即

2 7

UN ≥ UN.W （5-6） 式中 UN—断路器的额定电压，KV； UN.W —电网的额定电压，KV。 ② 按额定电流选择

断路器的额定电流IN应不小于回路的持续工作电流，即

IN ≥ Ica （5-7） 式中 IN—断路器额定电流，A； Ica—回路持续工作电流，A。 ③ 按配电装置种类选择

装置的种类指断路器安装的场所。装设在屋内的应选屋内型，装设在屋外的，应选屋外型。

④ 按构造型式选择

在相同技术参数的条件下，有各种型式的断路器，如多油断路器、少油断路器、空气断路器、六氟化硫断路器等。要根据配电装置的工作条件和要求，结合各断路器的特点来选用。

少油断路器的特点是油量少、重量轻，不用采取特殊的防火防爆措施。且其尺寸小、占地面积小，造价低。因此，凡是在技术上能满足要求的场合应优先采用。但少油断路器由于油量少，在低温下易于凝冻，故不适宜严寒地区低温下运行。也不适于多次重合的场合。

空气断路器是无油不会起火，而且其动作速度快，断路时间短，断流容量大，适用于多次重合的场合。但是，其结构复杂，附有一套压缩空气装置，价值高。因此，只在要求动作速度快，多次重合的情况下，才选用空气断路器。

六氟化硫断路器的特点灭弧性能好，在密封不好的情况下，在断路器周围环境中易于沉积SF6气体，并需进行充气。

在设计时，具体问题要具体分析，根据上述条件，选用技术上合

2 8

理而又经济的断路器为宜。

5.3.2隔离开关

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选择户内式、户外式、普通型或防污型等类型，防污型用于污染比较严重的地方。隔离开关按构造可分为三柱式、双柱式和V型结构，工况企业35KV变电所户外多选用V型结构。此外，隔离开关还有带接地刀闸和不带接地刀闸两种，带接地刀闸的一般用于变电所进线。在选择隔离开关的同时还必须选择配套的操作机构。

隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。

5.3.3电流互感器

根据使用环境和安装条件确定电流互感器的类型，然后按正常工作条件及短路参数确定其规格。选择步骤如下：

1 额定电压的选择

电流互感器的额定电压应大于或等于电网的额定电压，同断路器额定电压的选择。

2 一次额定电流的选择

电流互感器原边额定电流I1N应大于等于1.2~1.5倍最大长时工作电流Ica，即

I1N>(1.2~1.5)Ica （5-8） 3 确定准确等级

电流互感器的准确度级别有0.2，0.5,1.0，3.0，10等级。测量和计量仪表使用的电流互感器为0.2级，只为电流、电压测量用的

2 9

电流互感器允许使用1.0级，对非重要的测量允许使用3.0级。

4动稳定校验

电流互感器满足动稳定的条件是

Kes2I1Niim （5-9） 式中 Kes----动稳定倍数，由产品目录查出； iim-----三相短路冲击电流，Ka 5 热稳定校验

电流互感器满足热稳定的条件是

KtsISSI1Ntf (5-10) t式中 Kts---对应于t的热稳定倍数，由产品目录查出； t-----给定的热稳定时间，一般为1s； Iss---三项稳态短路电流有效值，A； tf----短路电流的家乡作用时间，s。 5.3.4母线

1 母线材料及形状的选择

母线材料一般采用铝导体，对于35kv及以上的户外母线常采用钢芯铝导线，而6kv及以下的母线一般采用矩形母线。

2 母线截面的选择

(1）按最大长时工作电流选择

母线的长时允许电流应大于或等于通过母线的最大长时工作电流，即

KsoIPIca （5-11）

式中 Ip—母线的长时允许电流，A

Ica---通过母线的最大长时工作电流，A

3 0

Kso----温度校正系数。 (2）按短路热稳定条件校验

AminISSCKskti （5-12）

式中 Amin---母线的最小热稳定截面，mm2

ISS-----通过母线的最大三相短路电流稳定值，A; Ksk----集肤效应系数 C------导体的热稳定系数 (3）母线的动稳定校验

三相短路时，位于同一平面的三相平行母线中产生的最大电动力为

(3)2F1.73K（Siim）L*107 （5-13） a式中 F---三相短路时，作用在母线一个跨距上的最大电动力，N

(3)iim---三相短路电流的冲击值，A

L-----母线跨距，cm

a------两母线间中心线间的距离，cm Ks-----母线的形状系数

5.3.5支柱绝缘子

主要用来支持导线和杆塔绝缘。目前种类很多，主要有悬式绝缘子，针式绝缘子，蝴蝶型绝缘子，拉紧绝缘子，支柱绝缘子，钢化玻璃绝缘子，陶瓷横担，钢化玻璃横担，各类电气设备进出线套管，以及穿墙套管等。

选高压支柱式绝缘子：

户外支柱： ZS ——实心棒型支柱 ZSX—— 悬挂式棒式支柱

3 1

ZSW——耐污型棒式支柱

户内支柱：ZN——户内内胶装支柱瓷绝缘子 ZL——户内联合胶装 Z ——户内外胶装

A，B，C，D——机械破坏等级 Y——圆柱底座 T——椭圆形底座 F——方形

户外选 ZSW—35/4 户内选 ZL—35/4 Y 5.3.6高压开关柜的选择 （1）、高压开关柜型号的选择

高压开关柜按安装地点和使用环境分，可分为户内型、户外型、普通型、封闭型、矿用一般型和矿用防爆型等类型。按电器元件在高压开关柜内的安装方式不同可分为固定式和移开式两种。按开关柜的安装方式和维护小球分，又分为靠墙或不靠墙安装，单面或双面维护。

在高压开关柜中大都装设少油断路器，对于频繁通断或短路故障较多的线路，要选中装有真空断路器的开关柜。选择高压开关柜的时候还应考虑其操作机构，手动式用于小型变电所，电磁式用于大、中型变电所。

（2）、高压开关柜一次电路方案的确定

选择高压开关柜的一次电路方案时，应考虑以下几个因素： （1）开关柜的用途。高压开关柜按用途不同，可分为进线柜、出现柜、电压互感器柜等多种。开关柜的用途不同，柜内的电气元件和接线方式也不同，确定开关柜的一次电路方案时，应首先考虑其用途。

3 2

（2）负荷情况。对于负荷容量大、继电保护要求较高的用电户，必须使用断路器进行保护和控制；对于负荷容量较小，继电保护要求不高的用电户，可采用装有负荷开关和熔断器的开关柜，对于单回路供电的用户，开关柜只要求断路器靠近母线的一侧装设隔离开关；对双回路供电的用户，断路器两侧都应该装设隔离开关。

（3）开关柜之间的组合情况。变电所的进线柜和联络柜，由于安装需要，往往选用两种不同方案的开关柜组合使用。

（4）进出线及安装布置情况。为了保证足够的安全距离，两个架空出线柜不得相邻布置，中间至少应隔开一个其他方案的开关柜。

5.4 高压开关柜电气参数的选择校验

当高压开关柜的型号和一次电路方案确定以后，开关柜中所装电器元件的型号也就基本确定。下一步应对柜内电气元件的技术参数进行选择校验。主要开关电器的选择和校验方法如前所述。有些高压配电装置，厂家已经进行配套生产，选择时，只需要按配电箱所给技术参数选择校验即可。

3 3

表5.2 高压开关柜的电气参数选择

用途 主井提升机 副井提升机 压风机 南风井 北风井 机修厂 家属区 工业广场 排矸系统 洗煤厂 水源井 方案编号 KGN-10-07 KGN-10-07

KGN-10-07 KGN-10-13 KGN-10-13 KGN-10-10 KGN-10-10 KGN-10-10 KGN-10-10 KGN-10-10 KGN-10-10 KGN-10-07 KGN-10-07 KGN-10-07 KGN-10-07 KGN-10-07 KGN-10-07 KGN-10-35 KGN-10-14 KGN-10-31 KGN-10-03 KGN-10-52 KGN-10-03

WL1线路 母线 联络线 WL2线路 电压互感器及避雷器 2号主变

用途 1号主变 电压互感器及避雷器 方案编号 JYN-35-11 JYN-35-111 JYN-35-07 JYN-35-52 JYN-35-26 JYN-35-07 JYN-35-111 JYN-35-11

主排水泵（大） 主排水泵（小） 350变电所 430变电所 520变电所 井底车场 母线 进线 联络线 接地补偿柜 雷器 电容器

电压互感器及避 3 4

第6章 导线的选择与敷设

6.1 导线选择的条件

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件:

6.1.1发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

6.1.2电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

6.1.3经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

6.1.4机械强度

导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

3 5

6.2 电缆型号的含义

表6.1电缆的选择

绝缘 导体 内护层 Q：铅包 L：铝包 其他特征 CY：充油 F：分相 D：不滴流 C：滤尘用 P：干绝缘 铠装层 0：无 2：双钢带 3：细钢丝 4：粗钢丝 外被层 0：无 1：纤维层 2：聚氯乙烯套 Z：纸绝缘，L：铝 无P或D为油浸纸绝缘 无L为铜 本设计中根据实际情况一般选择使用铝作为导体材料的电缆。

6.3 导线截面的选择

高压线路的导线截面一般按经济电流密度选择，按最大长时工作电流和允许电压损失校验。

6.3.1按经济电流密度选择导线截面

AeIm.n (6-1) Ied式中 Ae---导线的经济截面，mm2

Ied----经济电流密度，见《工矿企业供电》表6-1，A/mm2 Im.n---正常运行时线路的最大长时工作电流，A 选取标准截面时，一般选等于或接近于Ae的值。 6.3.2按最大长时工作电流选择导线截面

KsoIPIca (6-2) 式中 Ica-----线路的最大长时工作电流，A Ip------导线的长时允许电流，A

3 6

Kso----温度校正系数

本设计中利用按经济电流密度选择导线截面这种方法计算。

6.4 电缆的敷设

电缆线路的敷设应该选择一个最短的路径，应该符合下列要求：

①尽可能使电缆不致受到各种损坏及腐蚀；②避开规划中建筑工程需要挖掘的地方； ③便于维护。

3 7

便节约经济，还以 第7章 变电所的继电保护

7.1 6kv配出线的继电保护

6kv系统都是小接地电流系统，因此，通常只装设防止相见短路的保护装置。

7.1.1保护的装设原则

（1） 采用两相式接线，整个系统的保护装置均装设在同名相的两相

上。

（2） 一般均装设两段电流保护装置，第一段无时限电流速断保护作

为辅助保护，第二段带时限过电流保护作为主保护。

（3） 第一段电流速断保护应有选择性的动作，其装设条件是满足最

小保护范围的要求。当不满足最小保护范围的要求时，且过电流保护的动作时限不大于0.5~0.7s则可不装设电流速断保护，或只装设GL型反时限继电器构成的过电流保护。

（4） 对电缆香炉，当速断保护不满足保护范围要求时，如下一级线

路装有无时限保护而本线路过电流保护的动作时限在1.2s及以上时，可装设带时限电流速断保护。

（5） 对母线残压有严格要求的变电所应用无时限电流速断保护，切

除使母线残压低与60%额定电压的各种故障，保护装置可选择地动作。

（6） 负荷较大，总长在1km以下的重要用户的电缆线路，为了加速

切除短路故障可以采用纵联差动电流保护装置。 （7） 负荷较小的非重要用户可以采用熔断器保护。 （8） 保护采用远后备方式。 7.1.2电流速断保护的整定计算

速断保护的动作电流按躲过被保护线路末端最大三相短路电流整

3 8

定。即

Iop.kKkKkx3（7-1） Is.max

Ki式中 Iop.k----继电器的动作电流，A；

Kk-----可靠系数，电磁式继电器取1.2，感应式继电器取1.4； Kkx---- 保护装置的接线系数，接于相电流时为1，接于相电

流之差时为3，速断保护一般接于相电流；

Ki------电流互感器的变比；

3 Is.max-----被保护线路末端最大三相短路电流，A。

1） 过电流保护的整定计算

过电流保护的动作电流按躲过被保护线路最大工作电流赖整定。即

Iop.kKkKkx（7-2） Ica

KreKi式中 Kk----可靠系数

Kre----返回系数，电磁式继电器取0.85，感应式取0.8； Ica-----被保护线路的最大长时工作电流，A。 保护装置的灵敏度应满足下式的要求：

2Is.min Kr1.5或1.2 （7-3）

Iop.kKi式中 Kr----保护装置的灵敏度系数，对主保护区应大于1.5

2 Is.min----被保护线路末端最小两相短路电流，A

过电流保护的动作时限按下式确定：

tptept (7-4)

3 9

式中 tp-------保护装置整定的动作时间，s； tep--------末端相邻元件保护的整定时间，s；

t-----时限阶段，对DL继电器取0.5s，对GL型继电器取0.7s。

7.2 继电保护的任务和基本要求

继电保护装置,就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运动状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

1 基本任务是:

① 自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统切除，迅速恢复非故障部分的正常供电。

② 能正确反映电气设备的不正常运行状态，并根据要求，发出预报信号，以便值班人员采取措施，保证电气设备的正常工作；或经一段时间运行处理后，电气设备仍不能正常工作，则保护动作于断路器跳闸，将不能正常工作的电气设备切除。

③ 与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置 ARD 、备用电源自动投人装置 APD等）配合，缩短事故停电时间，提高供电系统的运行可靠性。

2 基本要求 ①选择性

当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电范围最小，以减小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。

②速动性

为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。

4 0

③灵敏性

指在保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置的反应能力。

④可靠性

继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；不属其保护范围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。

7.3 主变压器的继电保护

7.3.1 保护的装设原则

1.电力变压器应装设的保护装置

（1） 线圈及其引出线的相间短路、中性点直接接地侧的接地短路、绕组的匝间短路，应装设瞬时动作作于跳闸的保护装置。

（2） 外部相间短路引起的过电流，直接接地电力网外部接地短路引起的过电流，中性点过电压，应装设带时限动作于跳闸的保护装置。 （3） 变压器过负荷、油面降低、变压器温度升高和冷却系统故障时，应装设信号装置。

2.对变压器保护装置的要求

（1） 对变压器内部故障和油面降低采用瓦斯保护，油面降低和轻瓦斯时，应动作与信号；重瓦斯则动作与跳闸，断开变压器各测的断路器。

（2） 对变压器引出线、套管及内部故障，采用纵联差动保护或电流速段保护。故障时，断开变压器各侧的断路器。

（3） 对变压器外部的相间短路，一般采用过电流保护，如过电流保护灵敏度不满足要求时，可装设复合电压或低电压启动的过电流保护，过电流保护均装设在主电源侧。

根据实际情况本设计对变压器采用纵联差动保护、过负荷保护和瓦

4 1

斯保护三种保护形式。 3.纵联差动保护

变压器的差动保护，一般采用BCH-2型差动继电器。 1） 电流互感器接线方式及其变比的选择

为了保证正常情况下流过差动继电器的不平衡电流最小，在整定计算前应恰当地选择电流互感器的接线方式和电流互感器的变比。 （1） 电流互感器的接线。对于Y，d接线的变压器，Y侧的电流互感器应接成d形，d侧的电流互感器应接成Y形，使电流互感器二次电流的相位一致。

（2） 电流互感器的变比。应按下式计算出变压器各侧电流互感器的变比，并根据计算结果选择适当变比的电流互感器。

KiKkxIN.T （7-4） 5式中 Ki-----电流互感器的变比的计算值

Kkx----电流互感器二次回路的接线系数，电流互感器Y接是为1，d接时为3

IN.T----变压器各侧额定电流，A 2） 电流互感器二次工作电流计算

变压器为额定电流时，分别按下式计算变压器各侧电流互感器二次回路的工作电流。即

I2iKkxIN.T （7-5） Ki式中I2i----变压器为额定电流时，电流互感器二次回路的工作电流，A

Ki-----电流互感器的实际变比

3） 计算基本侧保护装置的一次动作电流

4 2

取上述电流互感器二次回路工作电流最大的一侧为基本侧，并按以下三个条件计算该侧的动作电流，最后取其中最大者。 （1） 按躲过外部故障最大不平衡电流计算，即

（3） IopK（KKsmIUf）Iss。max （7-6）

式中Iop-----保护装置一次动作电流，A

3）I（ss。max-----变压器二次侧母线短路时，流经基本侧的最大三相穿越

性短路电流稳态值，A Kk-----可靠系数，取1.3

Ksm----电流互感器的同型系数，型号相同时取0.5，不同时取1.0

I----电流互感器允许最大相对误差，取0.1

U---变压器调压引起的相对误差，一般为5%

（2） 按躲过变压器空载投入时的励磁涌流计算

Iop（1~1.3）IN.T （7-7）式中 IN.T----变压器基本测得额定电流

（3） 按躲过电流互感器二次回路短线计算，即 Iop=1.3IT

式中 IT-----正常运行时变压器基本侧的最大负荷电流 4） 确定基本侧线圈的匝数 继电器电流值

IopKkxIopKi （7-8）

式中Kkx----接线系数

Ki-----基本测电流互感器变比 基本侧继电器线圈的计算匝数Wca为

4 3

WcaAWa (7-9) Iop。k式中 AWa---继电器的动作安匝应采用实测值，如不知道实测值，可用额定值60

取差动线圈与一组平衡线圈的匝数之和Wdb ，较计算匝数Wca小而接近的数值，作为基本侧的实际整定匝数。即 Wdb=Wd+Wb式中Wdb------基本侧继电器的实际整定匝数 Wd-----差动线圈匝数 Wdb-----平衡线圈匝数 5） 确定短路线圈的抽头

对于中小容量的变压器可采用较多匝数，选用抽头C-C或D-D，对于大容量的变压器可采用较少匝数，选用抽头B-B或C-C 6）灵敏度校验

‘’Isk。minWdbIsk。minWdbKt2 (7-10)

AWa式中

‘Isk。min、Isk。min------最小运行方式下变压器二次侧最小短路时，流过

相应继电器的电流，A

’------基本侧与非基本侧的实际整定匝数 Wdb、Wdb1、 过负荷保护

保护装置的动作电流应躲过变压器的额定电流，即

Iop.kKkI1N.T (7-11) KreKi4 4

式中 Kk---可靠系数，取1.05~1.1 I1N.T----变压器一次侧额定电流，A

保护装置的动作时限应躲过允许的短时工作过负荷时间，一般整定时限取9s~15s

7.4 瓦斯保护

瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062—92规定，800KV²A及以上的一般油浸式变压器和400KV²A及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%～4%的倾斜度。

当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。

当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。

如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。

4 5

变压器瓦斯保护动作后的故障分析：

变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因几处理要求，如下表：

表7.1 瓦斯保护

气体性质 无色、无臭、不可燃 灰白色、有剧臭、可燃 黄色、难燃 深灰色或黑色、易燃 木质绝缘烧毁 油内闪络，油质碳化 应停电检修 应分析油样，必要时停电检修 纸质绝缘烧毁 应立即停电检修 故障原因 处理要求 变压器内含有空气 允许继续运行

4 6

第8章 变电所的平面布置

8.1 变电所位置的选择

选择变电所位置时，应依照国家十至二十年的长远规划和五至十年的系统设计，搞清所选变电所的负荷分布，近期和远期在系统中的地位和作用，系统连接方式，电源潮流，负荷对象，供电要求等，以满足国民经济发展的需要，从而使所址位置选择得比较合理。变电所位置的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，尽可能的接近主要用户，靠近负荷中心。这样，必然就会减少输电线路的投资和电能的损耗，既经济又节省能源。

8.2 变电所的布置原则

因此变电所位置的确定遵循以下原则：

(1)接近负荷中心。接近负荷中心主要从节约一次投资和减少运行时电能损耗的角度出发。

(2)进出线方便。要有足够的进出线走廊，提供给架空进线、电缆沟或电缆隧道。

(3)靠近电源侧。变电所应靠近电源进线侧布置，以免过大的功率倒送，产生不必要的电能损耗和电压损失。

(3)满足供电半径的要求。由于电压等级决定了线路最大的输送功率和输送距离，供电半径过大导致线路上电压损失太大，使末端用电设备处的电压不能满足要求。因此变电所的位置应保证所有用电负荷均处于该站的有效供电半径内，否则应增加变电所或采取其他措施。

(4)运输设备方便。

(5)避免设在有剧烈震动和高温的场所。 (6)避免设在多尘或有腐蚀性气体的场所。

4 7

避免设在潮湿或易积水场所。

图7-1：35kV变电所的一次接线平面配电图

4 8

8.3 配电室的建筑要求

(1)目前，在6～35KV 各级电压屋内配电装置中，成套柜已被广泛使用。这些柜在屋内的布置，虽有单、双列之分或所处楼层的不同，其布置方法基本相同。

室内平面布置，主要是协调室内设备、通道及地下管沟道的相对位置。也是土建专业进行房屋设计的主要依据之一。

室内平面布置是依据上述配置图和第一节所讲述的对配电装置基本要求第三条内容及对尺寸进行布置，布置时还应考虑下列内容： 柜体基础槽钢的埋设。

(2) 电缆管沟道的布置。 防爆缓冲间的设置。

配电室宜采用百叶窗与轴流风机并用进行通风。风机的选择应按事故排烟量要求，装设足够数量的事故通风装置。

8.4 配电设备的布置原则

配电装置场地是变电所用地的主要部分，我们这次设计的变电所建于郊区，故其配电装置可采取占地较少的高层或半高层的户外过半户外布置。凡设备安装在户外支架或较高的基础上，周围不设置防护围拦，母线在上方的称为半高层布置；母线为双母线上下两层重叠布置，母线隔离开关在上层操作的称为高层布置。若将电压较高的配电装置和主变压器布置在户外，电压较低的配电装置布置在内，或将高低压配电装置布置在户内，主变压器布置在户外，则称为半人型布置。

49

附录1 变电所负荷统计与主变压器的选择

1 负荷计算

根据所给原始资料计算过程如下： 地面高压

1cos210.85主井提升机： tan0.456

cos0.85pcakde*pn2000*0.91800 QcaPca*tan1800*0.4561116.0

ScapcaQca18002111622117.6

221cos210.850.456 副井提升机： tancos0.85pcakde*pn1600*0.81280.0 QcaP*0456793.6 ca*tan1280ScapcaQca1280.02793.621505.9

221cos210.9压风机： tan0.35

cos0.9pcakde*pn0.8*1200960 QcaP.8 ca*tan960*0.35460Sca

pcaQca9602460.821066.7

50

221cos210.95南风井： tan0.24

cos0.95pcakde*pn1600*0.931488 QcaP*0.244 ca*tan1488Sca2pcaQca1488421566.3 221cos210.95北风井： tan0.24

cos0.95pcakde*pn1600*0.931488 QcaP*0.244 ca*tan1488Sca2pcaQca1488421566.3 22地面低压:

1cos210.651.169 机修厂：tancos0.65pcakde*pn888*0.4355.2 QcaP.2*1.169415.2 ca*tan355ScapcaQca355.22415.22546.5

221cos210.7家属区：tan1.02

cos0.7

51

pcakde*pn735*0.5367.5 QcaP.5*1.02374.9 ca*tan367ScapcaQca367.52374.92525.0

221cos210.7730.821 工业广场： tancos0.773pcakde*pn1879.6*0.6781273.5 QcaP.5*0.8211044.3 ca*tan1273ScapcaQca1273.521044.3216.9

221cos210.7270.72 排矸系统：tancos0.727pcakde*pn1277.1*0.65830 QcaPca*tan830*0.72784

ScapcaQca830278421141.7

221cos210.8洗煤厂： tan0.75

cos0.8pcakde*pn31*0.618.4 QcaP.4*0.751423.8 ca*tan18 52

ScapcaQca18.421423.822373.0

221cos210.8水源井：tan0.75

cos0.8pcakde*pn175*0.8140.0 QcaP.0*0.75105.0 ca*tan140ScapcaQca140.02105.02175.0

22井下高压:

1cos210.85主排水泵(大)： tan0.62

cos0.85pcakde*pn3750*0.853187.5 QcaP.5*0.621976.3 ca*tan3187ScapcaQca3187.521976.323750.0

221cos210.85主排水泵(小)： tan0.62

cos0.85pcakde*pn2500*0.852125.0 QcaP.0*0.621317.5 ca*tan2125ScapcaQca2125.021317.522500.3

22井下低压

53

1cos210.7350变电所：tan1.02

cos0.7pcakde*pn912*0.6547.2 QcaP.2*1.02558.1 ca*tan547ScapcaQca547.22558.12781.7

221cos210.7430变电所：tan1.02

cos0.7pcakde*pn905*0.6543.0 QcaP.0*1.02553.9 ca*tan543ScapcaQca543.02553.92775.7

221cos210.7520变电所：tan1.02

cos0.7pcakde*pn9*0.62557.4 QcaP.4*1.02568.5 ca*tan557ScapcaQca557.42568.52796.3

221cos210.8井底车场： tan0.75

cos0.8pcakde*pn2*0.6385.2

54

QcaP.2*0.75288.9 ca*tan385ScapcaQca385.22288.92481.5

222 全矿负荷统计

a、全矿高压负荷总计.将全矿各组高压计算负荷相加,即

Pca18001280385.217100.9kw 1116.0793.6288.98563.7kvar

Qcab、全矿计算负荷.计算全矿6KV侧总的计算负荷,应考虑各组间最大负荷的同时系数,取Ksp=0.9,Ksq=0.95,则

PKspPca0.9*17100.915390.8kw QKsqQca0.95*8563.78135.5kvar SP2QcosANT215390.828135.5217408.7

P15390.80.884 S17408.73 功率因素的提高 电容器补偿容量的计算

a、电容器所需补偿容量。因全矿的自然功率因数：cosANT0.884，低于0.9，所以应该进行人工补偿,补偿后的功率因数应该达到0.95以上,即cosa.c0.95以上,则全矿所需补偿容量为

QcP(tanANTtana.c)15390.8*(0.5290.329)3078

b、电容器柜数及型号的确定。电容器拟采用双星形接线接在变电所

55

的二次母线上,因此选标称容量为30kvar、额定电压为6.33kv的电

容器,装于电容器柜中,没柜装15个,每柜容量为450kvar,则电容器柜总数为

NQc30788

UWqnc()2450*(63)2UNC6.33由于电容器柜要分接在两段母线上,且为了在每段母线上构成双星形接线,因此每段母线上的电容器柜应分成相等的两组,所以每段母线上每组的电容器柜数n为

nN82 44变电所电容器柜总数N=4,则n=8 C、电容器的实际补偿容量为：

QcqNCN(UW2632)450*8*()3265.3kvar UNC6.33d、人工补偿后的功率因数

QacQQC8135.53265.34870.2kvar 2SacP2Qac15390.824870.2216143kvar

P15390.8cosac0.953>0.95 符合要求

Sac161434 主变压器的选择

由于本变电所为矿山变电所,所有负荷基本都为一类负荷,对供电要求比较高,所以选择两台主变压器,其中一台工作,另一台备用。

56

根据SN.TSa.c,本设计选择了SFL7-20000/35主变压器两台。 变压器的负荷率为全矿总负荷： 变压器损耗：

22PPP22.593*0.80783kw TitiTSa.c161430.807 SN.T20000QTI%U%0.78SNTSSNT2*20000*20000*0.80721182kvar 100100100100全矿总负荷

PPP.88315473.8kw T15390QQacQT4870.211826052.2kvar ''SP'Q'因此检验合格 实际功率因数：

''2215473.826052.2216615.3<20000

P15473.8‘cos'0.931

16615.3Q

57

附录2 短路电流的计算

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），本设计中采用的是标幺制法。

图附录2-1 35KV和6.3KV侧母线的短路点

1 确定基准值

选取基准容量 Sb=100MVA

计算D2点取基准电压37kv 即Ub1=37kv

Ib1Sb1001.56KA 3Ub13*37计算D1点选取基准电压6.3kv 即Ub2=6.3kv

Ib2Sb1009.16KA 3Ub23*6.358

2 计算短路电路中各阻抗元件的标幺值

① 电力系统 Ub=Uav=37kv

SNmax=1526.7 MVA SNmin=937.9MVA

XSminU2P(37*103)20.7 6SNMAX1526.7*10U2P(37*103)21.460 SNMIN937.9*106SB1000.7*0.066 22Up37Sb100XSMAV21.460*20.107

UP37XSMAX*XSMINXSMIN*XSMAV② 输电线路的阻抗计算 LGJ-240 L=4.5KM x0=0.318

X*x0LSb1000.318*4.5*0.105 22UP37③ 变压器电抗的计算 US8100*XTdB0.4

100SN10020 59

图附录2-2 35KV侧母线短路点

3 最大运行方式下短路电流的计算 ① 在D2点发生短路时

**X*1XSMINXL10.0660.1050.171 (3)*IS1IS1Ib11X*1Ib11*1.569.12KA 0.171(3)Ich12.55IS12.55*9.1220.52KA

(3)SS13Ub1IS.45MVA 13*37*9.12584② 在D1点发生短路时

***X*2XSXLXT0.0660.1050.40.571 min1 60

(3)*IS2IS2Ib21X*2Ib21*9.1616.04 KA 0.571(3)Ich22.55IS22.55*16.0440.9 KA

(3)SS23Ub2IS.02 MVA 23*6.3*16.04175

图附录2-3 6.3KV侧母线短路点

4 最小运行方式下短路电流的计算 ① 在D2点发生短路时

**X*1XSMAXXL10.1070.1050.212 (3)*IS1IS1Ib11X*1Ib11*1.567.36KA 0.212(3)Ich12.55IS12.55*7.3618.77KA

61

(3)SS13Ub1IS.66 13*37*7.36471② 在D1点发生短路时

***X*2XSMAXXLXT0.1070.1050.40.612 1(3)*IS2IS2Ib21X*2Ib21*9.1614.97 KA 0.612(3)Ich22.55IS22.55*14.9738.17 KA

(3)SS23Ub2IS.35MVA 23*6.3*14.971635 在D1点发生短路时，计算冲击短路电流应把电动机作为附加电源来考虑

① 主井提升机感应电动机的影响

cos0.85 P2000kw

*”X“dbXdSb SdeX”d------次暂态电抗，由表3-10《工矿企业供电》查的Xd“=0.2 Sb--------基准容量，100MVA Sde--------电动机容量 Sde*X“db0.2*

P cos1008.5

2000*1030.850.5km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L1=0.076 主提升机供给短路点D1的短路电流冲击值为：

62

Is。chE\"*2*kchI

XE”*---------电动机次暂态电动势，由《工矿企业供电》表3-10查的E”*=0.90

Kch---------电动机反馈电流冲击系数，对于高压电动机取Kch =1.4~1.6对于低压电动机取Kch =1

IS2.ch2*0.9*1.6*9.162.17KA

8.50.076② 副井提升机感应电动机的影响

“cos0.85 P1600kw Xd0.2

*X“db0.2*10010.63

1600*1030.850.4km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L2=0.060 电动机至短路点D2的短路电流冲击值为：

IS3.ch2*0.9*1.6*9.161.74KA

10.630.060③ 压风机同步电动机对短路电流的影响：

“cos0.9 P1200kw Xd0.2

*X“db0.2*10015

1200*1030.90.465km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L3=0.074 电动机至短路点D1的短路电流冲击值为：

IS5.ch2*1.1*1.6*9.161.51KA

150.07463

④ 南风井同步电机对短路冲击电流的影响

“cos0.95 P1600kw Xd0.2

*X“db0.2*10011.9

1600*1030.950.23km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L4=0.035 电动机至短路点D1的短路电流冲击值为：

IS6.ch2*1.1*1.6*9.161.91KA 11.935⑤ 北风井同步电动机对短路冲击电流的影响

“cos0.95 P1600kw Xd0.2

*X“db0.2*10011.9

1600*1030.950.8km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L5=0.121 电动机至短路点D1的短路电流冲击值为：

IS6.ch2*1.1*1.6*9.161.9KA 12.021⑥ 最大涌水量时主排水泵感应电动机对短路冲击电流的影响

“cos0.85 P3750kw Xd0.2

*X“db0.2*1004.5

3750*1030.851km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L6=0.151 电动机至短路点D1的短路电流冲击值为：

IS7.ch2*0.9*1.6*9.164KA 4.651⑦ 最小涌水量时主排水泵感应电动机对短路冲击电流的影响

“cos0.85 P2500kw Xd0.2

*X“db0.2*1006.8

2500*1030.851km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L7=0.151 电动机至短路点D1的短路电流冲击值为：

IS8.ch2*0.9*1.6*9.162.68KA 6.951由于计算冲击电流时选择最大的,排水泵不是同时工作,计算时只需把冲击电流最大的计算在内就好. 则电动机总的冲击电流为：

Is.chIs2.chIs3.chIs4.chIs5.chIs6.chIs7.ch2.171.741.511.911.94

13.2KA则在6kv侧D1点短路时冲击电流Ich在最大运行方式下为： Ich=Ich2+Is。ch=40.9+13.2=54.1KA 在最小运行方式下的冲击电流 Ich=Ich2+Is。ch=38.17+13.2=51.4 KA 系统短路电流计算的结果列于下表:

表4.1短路点的计算结果

运行方式 最小运行方式 最大运行方式

65

35kv母线D2点短路电流 I（KA） ich(KA) 7.36 18.77 ””6kv母线D1点短路电流 ”S(MVA) I（KA） ich(KA) 471.66 14.97 51.4 S(MVA) 163.35 ”9.12 20.52 584.45 16.04 54.1 175.02 附录3 电气设备的选择

1、35kv侧电气设备的选择

表附录3.1 隔离开关的选择结果

项目 电压 电流 实际需要值 35kv GW5-35GD/600额定值 35kv 600A IN动稳定 热稳定 1.05SN3UN346A 50KA It=5=14KA ich=20.52KA IKtf1.2559.124.56KA t5从上表的计算中可以看出，该隔离开关的额定值都大于实际需要值，故选用该GW5-35GD/600隔离开关符合要求，其操动机构配套选用CS-G型。

表附录3.2 断路器的选择结果

项目 电压 电流 动稳定 断流容量 热稳定 实际需要值 35kv 346A ich=20.52KA S”=584.45MVA SN10-35/1250额定值 35kv 1250A 39.2KA 1000MVA It=4=16KA IKtf1.2559.125.10KA t4上表计算结果表明选用SN10-35/1250型少油断路器是符合要求的，考虑到室外设备，操作人员的安全和今后的发展，选用CD10型直流电磁式操动机构。

66

（3）、电压互感器的选择

电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造形式、准确度等级以及按副边负载选择，由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，故不需校验动、热稳定性。

表附录3.3 电业互感器的主要技术参数如下

型号 JDZ—35 额定电压 35000/100 （4）、电流互感器的选择

它的一次额定电流按变压器的二次额定电流选取，因用于测量仪表，其精度应为0.5级，根据上述要求初选LCZ-35-300/5-0.5/3型电流互感器，它的技术参数列于下表：

表附录3.4 电流互感器的选择

一次额定电压(KV) 35 额定变流(KA) 300/5 0.5/3 0.5 212 815 比次级组合(KA) 准确度 1S热稳定倍数 动稳定倍数 1） 、动稳定性校验

满足其内部动稳定性要求应承担的短路冲击电流为：

2I1NKdw2*0.3*815345KA51.4KA，符合要求 2） 、热稳定性校验

S2点短路时系统相当于1s的热稳定倍数为：

IIletj9.12*2.245 0.3小于电流互感器的1s热稳定倍数，故满足要求。

67

（5）、避雷器的选择

根据避雷器的工频电压要大于最大运行相电压的3.5倍的原理来选,

35*3.570.73kv而最大运行相电压的3.5倍为

3,因此可选FZ—35型

(F: 阀式避雷器,Z:电站用,35:额定工作电压(KV)). （6）、接地开关

根据短路电流计算结果选JN—35 型(J:接地开关,N:户内用, 35:额定工作电压(KV))。

2、6kv侧电气设备的选择

表附录3.5 隔离开关的选择

项目 电压 电流 动稳定 热稳定 实际需要值 UN=6.3KV IN=2020A ich=49.32KA GN24-10/3000的额定值 10KV 3000A 200KA It=5=120KA IKtf0.7516.046.2KA t5由上表计算可知，选用GN24-10/3000型户内隔离开关符合要求，其操动机构配套选用手动CS6-17型操作机构。

68

表附录3.6 断路器的选择

项目 电压 电流 断流容量 断流量 动稳定 热稳定 实际需要值 UN=6.3KV IN=2020A S”=175.02MVA I”=16.04KA ich=49.32KA SN10-10/3000额定值 10KV 3000A 750MVA 43.3KA 130KA It=4=43.3KA IKtf0.7516.046.95KA t4有上表计算可知，选用SN10-10/3000型户内少油断路器符合要求，其操动机构配套选用CD10型电动操动机构。 （3）、6kv母线侧电流互感器的选择：

它的一次额定电流按变压器的二次额定电流选取，因用于测量仪表，其精度应为0.5级，根据上述要求初选LFZJ-10-600/5-0.5/3型电流互感器，它的技术参数列于下表：

表附录3.7 电流互感器

一次额定电压(kv) 10 600/5 0.5/3 0.5 53 90 额定变流比 次级组合 准确度 1s热稳定倍数 动稳定倍数

1)、动稳定性校验

满足其内部动稳定性要求应承担的短路冲击电流为：

2I1NKdw2*0.6*9076.4KA51.4KA，符合要求 2)、热稳定性校验

69

S2点短路时系统相当于1s的热稳定倍数为：

IIletj16.04*2.239.65 0.6小于电流互感器的1s热稳定倍数，故满足要求。 （4）、6kv母线出线侧电流互感器的选择 1）、各线路长时工作电流 主井提升机：IgmaxPmax3UNcosPmax3UNcos20003*6*0.8516003*6*0.85226.42（A）

副井提升机：Igmax181.3（A）

压风机：IgmaxPmax3UNcosPmax3UNcosPmax3UNcosPmax3UNcosPmax3UNcosPmax12003*6*0.91600128.30（A）

南风井：Igmax3*6*0.9516003*6*0.958883*6*0.657353*6*0.7162.07（A）

北风井：Igmax162.07（A）

机修厂：Igmax131.46（A）

家属区：Igmax101.04（A）

工业广场：Igmax1879.63*6*0.77370

3UNcos233.98（A）

排矸系统：IgmaxPmax3UNcosPmax1277.13*6*0.72731169.04（A）

洗煤厂：Igmax3UNcosPmax3UNcos3*6*0.81753*6*0.8Pmax380.58（A）

水源井：Igmax21.05（A）

主排水泵（大）：Igmax37503*6*0.8525003*6*0.853UNcosPmax3UNcos424.53（A）

主排水泵（小）：Igmax283.02（A）

350变电所：IgmaxPmax3UNcosPmax3UNcosPmax3UNcosPmax3UNcos9123*6*0.79053*6*0.793*6*0.723*6*0.8125.37（A）

430变电所：Igmax124.41（A）

520变电所：Igmax123.58（A）

井底车场：Igmax77.22（A）

2）根据最大长时工作电流选择电流互感器 结果如下表：

71

表附录3.8 最大长时间工作电流的电流互感器

线路名称 主井提升机 副井提升机 压风机 南风井 北风井 机修厂 家属区 工业广场 排矸系统 洗煤厂 水源井 主排水泵（大） 主排水泵（小） 350变电所 430变电所 520变电所 井底车场 变比 300/5 200/5 100/5 200/5 200/5 100/5 100/5 200/5 200/5 400/5 100/5 400/5 300/5 100/5 100/5 100/5 100/5 准确等级 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 0.5/3 以上电流互感器均选用LFZJ-10型的。 （5）、6kv母线的选择：

本设计选用矩形铝母线，其工作电流按变压器的二次额定电流乘以0.8分配系数，即： Ig=0.8*1924=1539.2A

采用铝母线LMY-100*10平放在40°C最大允许载流量为1675A 1） 、热稳定校验

72

AminIKCKSKtf

查得：C=95，KSK=1,已知tf=0.75s，Ik=14.97KA

16.04*1031*0.75146.2mm21000mm2 则，Amin95故 满足要求。 2）、动稳定校验：

单条母线互相位于同一平面布置时，产生最大应力为：

L221.76*9.8*ich*103

awmax已知，L=120cm，a=25cm，ich=51.4KA 查表得 LMY-100*10的抗弯矩W=16.7cm3 将上述各值代入可得:

1202max1.76*9.8*51.42*103 25*16.71571.（7N/cm2）6860（N/cm2） 故满足要求。 （6）、避雷器的选择

根据避雷器的工频电压要大于最大运行相电压的3.5倍的原理来选,

63.512.1KV2而最大运行相电压的3.5倍为3,因此可选FZ2—6型

(F: 阀式避雷器,Z:电站用,2：设计序号，6:额定工作电压(KV))。 （7）、接地开关的选择

根据短路电流计算结果选JN2—10 型(J:接地开关,N:户内用, 2：设计序号，10:额定工作电压(KV))。 3、高压开关柜的选择

（1）、本设计高压开关柜35KV侧选用JYN1-35型交流金属封闭型移开式开关柜，可用于三相交流50HZ，额定电压35KV，的单母线系统

73

中，接受和分配电能。

型号的含义：J--------表示间隔式开关柜 Y-------表示移开式 N-------表示户内型

（2）、6KV侧选用KGN-10型铠装固定式金属封闭式高压开关柜，适用于3~10KV三相交流50HZ系统中，作为接受与分配电能之用。 型号的含义：K-------金属铠装开关柜 G--------固定式 N-------户内式 10-------额定电压

表附录3.9 电气设备校验表 名称 35kv侧电气设备 6kv侧电气设备 隔离开关 断路器 隔离开关 断路器 电流互感器 型号 GW5-35GD/600 SW2-35/1500 GN2-10/3000 SN8-10/3000 LA-10-600/5-0.5/3 母线 LMY-100*10 / 操作机构 CS-G CD2 CS6-17 CD10 /

74

附录4 电缆的选择

由于变电所馈出线较多，在本计算书中只列出井下高压部分主排水泵供电电缆的选择的步骤，其余的馈出线的选择雷同。

1、 确定电缆的型号

考虑到电缆的敷设场所、供电的可靠性以及隔爆型高压配电箱的额定电流和井下负荷的工作电流，初步选择ZQD50型铜芯不滴流铅包裸粗钢丝铠装电缆。

2、 按经济电流密度选择电缆的截面

按经济电流密度选择电缆截面时，应按正常工作时的最大长时工作电流选择和计算。

正常工作时电缆的最大长时工作电流为：

Im.nS23UN2500.33*6240.6A

根据井下电缆的年最大负荷利用小时数一般为3000~5000h，查《工矿企业供电》表6-17得经济电流密度Ied=2.25A/mm2，所以经济截面为

AeIm.n240.62

107mm Ied2.25选择标称截面为120mm2的电缆。 3按长时允许电流校验电缆截面 此时应按最大涌水量时校验：

Im.nS23UN3750.53*6360A

查《工矿企业供电》表6-12，120mm2电缆的长时允许电流为285A<360A，不符合要求，因此确定选用185mm2的电缆，其长时允许

75

电流为380A >360A，满足了要求。

表附录4.1 电缆选择结果见下表

名称 主井提升机 副井提升机 压风机 南风井 北风井 机修厂 家属区 工业广场 排矸系统 洗煤厂 水源井 主排水泵（大） 经济电流密度A/mm2 1.73 1.92 2.25 2 2 1.92 1.92 1.54 1.73 1.73 1.73 2.25 电缆截面积mm2 117.8 75.5 45.6 75.4 75.4 27.4 26.3 102.9 63.5 132.0 9.7 160.4 电缆型号 YJLV22-3³120 YJLV22-3³95 VV29-3³50 VV29-3³70 VV29-3³70 VJLV29-3³50 YJLV29-3³35 VLV29-3³120 YJLV22-3³70 YJLV22-3³150 ZLQ20-3³16 ZQD50-3³185 主排水泵（小） 2.25 106.9 ZQD50-3³120 350变电所 1.73 43.5 YJLV22-3³50 430变电所 1.73 43.1 YJLV22-3³50 76

520变电所 1.73 44.3 YJLV22-3³50 井底车场 1.73 26.8 YJLV22-3³35

77

附录5 35KV变电所继电保护计算

已知:35KV侧D2点母线的电流保护值如下Ifh.max=195A,Kzq=1.2，

Nlh=300/5，T2=3.5S, KK=1.4，KK=1.2,KK=1.4,

=7.36KA,

(3)(3)I(3)K.B.MAX=9.12KA, IK.A.NOR=20.52KA, IK.B.MINI(3)K.C.MAX=4.5KA, I(3)K.C.NOR=3.9KA, I(3)K.C.MIN=3.4KA,

KH=0.85 6.3KV

侧

D1

点母线的电流保护值如下：

Ifh.max=1950A,Kzq=1.2，Nlh=300/5,T2=3.5S,KK=1.4，

KK=1.2，KK=1.4，I(3)K.B.MAX=16.04KA，I(3)K.A.NOR=31.45KA, I(3)K.B.MIN=14.97KA, I(3)K.C.MAX=6.41KA, I(3)K.C.MIN=5.54KA.

KH=0.85 试整定35KV侧母线和6.3KV侧电流保护值。

图附录1-1 35KV母线侧电流保护图

解：保护1的第I段：

动作值：IOP.1=KK*I(3)K.B.MAX=1.4*9.12=12.768KA 继电器值：IOP.1.J=IOP.1/Nlh=12.768/300/5=0.2128KA

78

动作时限: T1=0S 灵敏度：

KSEN.1=I(2)K.A.NOR/IOP.1=(3/2)*20.52/12.768=2.78>1.2合格

保护1的第II段; 动作值：

IOP.1=KK*IOP.2=KK*KK*I(3)K.C.MAX=1.2*1.4*3.6=6.04KA

继电器值：IOP.1.J=IOP.1/Nlh=6.04/300/5=0.1KA 动作时限:T1=0.5S 灵敏度：

KSEN.1=I(2)K.B.MIN/IOP.1=(3/2)*7.36/6.04=1.21>1.2合格

保护1的第III段： 动作值：

IOP.1=KK*Kzq*Ifh.max/KH=1.4*1.2*195/0.85=0.385KA

继电器值：IOP.1.J=IOP.1/Nlh=0.385/300/5=0.0065KA 动作时限: T1=T2灵敏度：

KSEN.1.近=I(2)K.B.MIN/IOP.1=(3/2)*7.36/0.385=16.5>1.3合格

+=3.5+0.5=4.0S

KSEN.1.远=I(2)K.C.MIN/IOP.1=(3/2)*3.4/0.385=7.6>1.2合格

79

图附录1-2 6.3kV侧母线的电流保护图

解：保护2的第I段：

动作值：IOP.2=KK*I(3)K.B.MAX=1.4*16.04=22.456KA 继电器值：IOP.2.J =IOP.2/Nlh=22.456/300/5=0.374KA 动作时限: T2=0S 灵敏度：

KSEN.2=I(2)K.A.NOR/IOP.2=(3/2)*31.45/22.456=1.24>1.2合格

保护2的第II段; 动作值：

Iop.2=KK*Iop.3=KK*KK*I(3)K.C.MAX=1.2*1.4*6.41=10.76KA 继电器值：IOP.2.J=Iop.2/Nlh=1.76/300/5=0.179KA 动作时限: T2=0.5S

灵敏度：KSEN.2=I(2)K.B.MIN/Iop.2=(3/2)*14.97/10.76KA 保护2的第III段： 动作值：

80

IOP.2=KK*Kzq*Ifh.max/KH=1.4*1.2*1950/0.85=3.221KA

继电器值：IOP.2.J=IOP.2/Nlh=3.221/300/5=0.051KA 动作时限: T2.1=T2灵敏度：

KSEN.2.近=I(2)K.B.MIN/IOP.2=(3/2)*14.97/3.321=4.0>1.3合格

+=3.5+0.5=4.0S

KSEN.2.远=I(2)K.C.MIN/IOP.2=(3/2)*5.54/3.321=1.4>1.2合格

结论

本次设计的完成和即将进行的论文答辩，将为我的大学本科四年生活画上一个的句号。学四年的学习的一次检阅，也是对我学术水平高低的一次有力的鉴定。本次毕业设计是我大学四年学习所得对即将参加工作的实践的产物。

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版．北京：中国电力出 版社，2006.

[23]王子午. 常用供配电设备选型手册[M] 北京：煤炭工业出版社1988

[24]余建明，同向前，苏文成编. 供电技术[M] 北京：机械工业出版社2007

[25]王子午. 电力工程电气工程[M] 北京：中国电力出版社1996

致谢

这次毕业设计的编写，不仅仅包含时间和汗水，更凝聚了指导老师对我的指导工作付出的大量的心血，忘不了恩师抽出宝贵的时间为我作耐心的指导，忘不了恩师四年来为我们讲解知识的专心和投入。

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