矿山机电专业毕业设计——35kv变电站

矿山机电专业毕业设计35kv变电站目 录 摘 要 - 1 - ABSTRACT - 2 - 第1章 概述 - 3 - 1.1矿山供电的基本要求 - 3 - 1.1.1 供电可靠 - 3 - 1.1.2 供电安全 - 3 - 1.1.3 保证供电质量 - 3 - 1.1.4 技术经济合理 - 4 - 1.2矿井概况. - 4 - 第2章 负荷分析和主变压器的选择 - 5 - 2.1 负荷分析 - 5 - 2.2 无功功率的补偿 - 6 - 2.3 主变压器的选择 - 7 - 第3章 电气主接线的设计 - 8 - 3.1 电气主接线的概述 - 8 - 3.2 电气主接线的设计原则和要求 - 8 - 3.2.1 电气主接线的设计原则 - 8 - 3.2.2 电气主接线设计的基本要求 - 9 - 第4章：短路电流 - 11 - 4.1 短路电流计算的一般概述 - 11 - 4.2 短路的原因 - 11 - 43短路的危害 - 11 - 44短路的类型 - 12 - 第5章：电气设备的选择与校验 - 13 - 5.1 高压电器设备选择的一般原则 - 13 - 5.2 电气设备的选择和校验 - 14 - 5.2.1 断路器 - 14 - 5.2.2 隔离开关 - 15 - 5.2.3 电流互感器 - 15 - 5.2.4 母线 - 16 - 5.2.5 支柱绝缘子 - 17 - 第6章：导线的选择与敷设 - 18 - 6.1 导线选择的条件 - 18 - 6.1.1 发热条件 - 18 - 6.1.2 电压损耗条件 - 18 - 6.1.3 经济电流密度 - 18 - 6.1.4 机械强度 - 18 - 6.2 导线截面的选择 - 18 - 6.2.1 按经济电流密度选择导线截面 - 19 - 6.2.2最大长时工作电流选择导线截面 - 19 - 6.3电缆型号的含义 - 19 - 6.4 电缆的敷设 - 19 - 第7章 继电保护的任务和基本要求 - 20 - 7.1 基本任务 - 20 - 7.2 基本要求 - 20 - 第8章 计算 - 21 - 8.1 负荷计算 - 21 - 8.1.1 设备负荷计算 - 21 - 8.1.2 全矿负荷统计 - 24 - 8.1.3 功率因素的提高及电容器补偿容量的计算 - 25 - 8.1.4 主变压器的选择 - 26 - 8.2 短路电流的计算 - 26 - 8.3 电气设备的选择 - 32 - 8.3.1 35kv侧电气设备的选择 - 32 - 8.3.2 6kv侧电气设备的选择 - 34 - 8.4 电缆的选择 - 39 - 第9章 结论 - 42 - 参考文献 - 43 - 附录 - 44 - 致谢 - 46 - 摘 要 本次设计是以35千伏变电站为设计对象的，主要分为文字说明部分和计算说明部分，共八章。其中前七章为文字说明部分，分别为第一章概述，包括矿山供电的基本要求和矿井概况；第二章负荷分析和主变压器的选择；第三章为电气主接线的设计；第四章为短路电流；第五章为电气设备的选择与校验；第六章为导线的选择与敷设；第七章为继电保护的任务和基本要求。第八章为本设计的计算说明部分，包括本设计的全部计算部分。本设计均按设计要求和步骤进行计算，每个公式均有出处和有关参数的解释说明。本次设计所有的设计方案都是以煤矿供电、煤矿电工手册等为准则进行设计的。总之，所有的供电系统都是以井下安全生产所服务为目的。设计一套完整、完善的井下供电系统，对煤矿安全生产是必不可缺少的。 Abstract The 35 kV substation design is targeted for the design of the main text is divided into parts and that part of the calculation, a total of eight chapters. Chapter seven is one of the previous narrative of characters, namely Chapter I sets, including the basic requirements of the mine power supply and mine Overview; chapter load analysis and selection of main transformer; Chapter III for the electrical wiring of the main design; Chapter IV for short-circuit current; Chapter V for the electrical equipment selection and validation; Chapter VI for the selection and laying of wires; Chapter VII mandate for the relay protection and basic requirements. Chapter VIII of the calculation of design-oriented description, including the design part of the full calculation. Design requirements for the design and the steps are calculated, for each formula and the relevant parameters are the source explained. The design of all the designs are based on “Coal Mine Safety Regulations“, “coal power,“ “Manual mine electrician“ as the design criteria. In short, all of the power supply system of mine safety in production are for the purpose of the Service. Designed a complete and perfect system of underground power supply of coal mine safety production is an indispensable must. 第1章 概述 1.1矿山供电的基本要求 1.1.1 供电可靠 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，要求采用两个独立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。1.1.2 供电安全 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。1.1.3 保证供电质量 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。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。1.1.4 技术经济合理 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矿井概况. 煤矿，位于河北省县境内，处于井田。本矿设计年产100万吨，井筒为立井，深度为400米，开采面为水平开采，为高瓦斯煤矿，设计服务年限为100年。变电站经上级变压站变压后采用双回路供电，电压等级为35千伏。系统短路容量为：最大运行方式为1526.7MVA，最小运行为937.9MVA .选取基准容量为100MVA . 本矿经两台变压器降压后为6千伏，考虑到今后发展，采用两台型号为：SF7-20000变压器。降压后供给扇风机，井下各综采面及井上工业区，生活用电等重要负荷用电。全矿功率因数静电容补偿后可达0.95以上。本矿有两条双回路电源，两台主变压器并列运行，35千伏系统有母联柜，两条进线一用一备，且互为备用。本矿敷设电缆到各主要设备距离：主井提升机 副井提升机 南扇风机 北扇风机 压风机 主排水泵 1km 0.5 km 0.5km 0.8km 0.5km 1km 本矿所在地气候条件如下：主导风向-西北风向 最大风速-20M/S 最高温度-39.2度 最低温度-零下22度 土壤温度-25度 地震等级-7级 第2章 负荷分析和主变压器的选择 2.1 负荷分析 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。. 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: （2-1） Pca、Qca、Sca-该组用电设备的有功、无功、视在功率计算值,kw、kvar、kVA -该组用电设备额定容量之和,kw ,-该组用电设备的需用系数和加权平均功率因数 -与相对应的正切值 该组用电设备的负荷电流按下式计算: （2-2）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. （2-3）-变电所负荷的总有功、无功、视在功率计算值，kw、kvar、kVA -变电所各组用电设备的有功、无功功率计算值之和, kw、kvar -各组用电设备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=0.9 变电所的功率因数为 （2-4）负荷计算结果 见附录表2-1 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。 a.器补偿容量的计算 电容器的无功补偿容量为： （2-5）式中 -补偿前功率因数角的正切值 -补偿后应达到的功率因数角的正切值 b.器（柜）台数的确定 无功补偿所需电容器总台数N为 （2-6）式中 -单台电容器柜的额定容量，kvar -电容器的实际工作电压，kV -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。c.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： （2-7）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 （2-8）补偿后变电所的负荷总容量 （2-9）补偿后的功率因数 （2-10） 、 、-补偿后变电所负荷的总无功功率、总容量和功率因数，kvar、kVA 、-补偿前变电所负荷的用功功率、无功功率的计算值，kW、kvar 2.3 主变压器的选择 a.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。b.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： （2-11）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。在图上高压设备均以标准图形符号代表，一般在主接线路图上只标出设备的图形符号，在主接线的施工图上，除画出代表设备的图形符号外，还应在图形符号旁边写明设备的型号与规范。从主接线图上我们可了解变电所设备的电压、电流的流向、设备的型号和数量、变电所的规模及设备间的连接方式等，因此，主接线图是变电所的最主要的图纸之一。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，必须有两个独立电源供电，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。(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35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。3.2.3 电气主接线方案的比较 对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工矿企业，通常是先经工厂总降压变电所降为610KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。1. 一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种主结线，其一次侧的断路器跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。2. 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种主结线，其一次侧的高压断路器也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所，这种主结线图 有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多， 可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所 4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。 第4章：短路电流 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。动物或飞禽跨接载流导体也会造成短路事故。43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。44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。 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，高压电气设备一般需要选择与校验 由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验条件也不尽相同 选择高压电气设备 a. 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1.11.15UN ，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 UN UN.W b. 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 c. 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。当周围环境温度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 （5-1） 我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度N=40。 按短路条件校验 a. 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 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。 b. 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 或 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：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。采用限流熔断器保护的设备，可不校验动稳定。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。5.2 电气设备的选择和校验 5.2.1 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。 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 UN UN.W 式中 UN断路器的额定电压，KV；UN.W 电网的额定电压，KV。 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 式中 IN断路器额定电流，A；Ica回路持续工作电流，A。 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。 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，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。在设计时，具体问题要具体分析，根据上述条件，选用技术上合理而又经济的断路器为宜。5.2.2 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。在选择隔离开关的同时还必须选择配套的操作机构。5.2.3 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1.21.5倍最大长时工作电流Ica，即 I1N (1.21.5)Ica (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。如测量和计量仪表使用的电流互感器为0.5级。（4）动稳定校验 电流互感器满足动稳定的条件是 （5-2）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 （5-3）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。5.2.4 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 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 Kso-温度校正系数。2）按短路热稳定条件校验 （5-4）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 （5-5）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 -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 5.2.5 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。5.2.6 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。（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。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。（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。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。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。6.2 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。6.2.1 按经济电流密度选择导线截面 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6-17，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。 6.2.2最大长时工作电流选择导线截面 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 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。6.3电缆型号的含义 绝缘 导体 内护层 其他特征 铠装层 外被层 Z：纸绝缘，无P或D为油浸纸绝缘 L：铝 无L为铜 Q：铅包 L：铝包 CY：充油 F：分相 D：不滴流 C：滤尘用 P：干绝缘 0：无 2：双钢带 3：细钢丝 4：粗钢丝 0：无 1：纤维层 2：聚氯乙烯套 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，以便节约经济，还应该符合下列要求：（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。第7章 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。7.1 基本任务 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。 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。 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。7.2 基本要求 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。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。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。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。 第8章 计算 8.1 负荷计算 8.1.1 设备负荷计算 根据式（2-1）及所给原始资料计算过程如下：地面高压 主井提升机： 副井提升机： 南扇风机： 北扇风机： 压风机： 地面低压: 机修厂： 工人村： 工业广场： 铁路煤仓： 洗煤厂： 综合场： 井下高压: 主排水泵(最大)： 主排水泵(正常)： 井下低压 一采区： 二采区： 三采区： 井底车场： 8.1.2 全矿负荷统计 全矿高压负荷总计.将全矿各组高压计算负荷相加,即 kw kvar 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=0.9,根据式（2-3）计算，则 kw kvar 根据式（2-4）得：8.1.3 功率因素的提高及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：，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,即以上, 根据式（2-5）计算，则全矿所需补偿容量为 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的二次母线上,因此选标称容量为30kvar、额定电压为kv的电容器,装于电容器柜中,没柜装15个,每柜容量为450kvar, 根据式（2-6）计算则电容器柜总数为 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 取不小于计算值的整数，则,变电所电容器柜总数 C、电容器的实际补偿容量为：根据式（2-7）得 kvar d、人工补偿后的功率因数 根据式（2-8）得：kvar 根据式（2-9）得：kvar 根据式（2-10）得：符合要求 8.1.4 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。根据KVA,本设计选择了SFL7-20000/35主变压器两台。变压器的负荷率为 变压器损耗：kw kvar 全矿总负荷 kvar 根据式（2-10）得：实际功率因数： 8.2 短路电流的计算 确定基准值 选取基准容量 Sb=100MVA 计算S1点取基准电压37kv 即Ub1=37kv KA 计算S2点选取基准电压6.3kv 即Ub2=6.3kv KA 计算短路电路中各阻抗元件的标幺值 a 电力系统 Ub=Uav=37kv SNmax=1526.7 MVA SNmin=937.9MVA b 输电线路的阻抗计算 LGJ-240 L=4.5KM x0=0.4 c 变压器电抗的计算 最大运行方式下短路电流的计算 a、在S1点发生短路时 KA KA MVA b、在S2点发生短路时 KA KA MVA 最小运行方式下短路电流的计算 a、在S1点发生短路时 KA KA b、在S2点发生短路时 KA KA MVA 冲击短路电流的计算 在S2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 a、主井提升机感应电动机的影响 X”d-次暂态电抗，由表3-103查的Xd“=0.2 Sb-基准容量，100MVA Sde-电动机容量 ，单位为 电缆的电抗标幺值: 为电缆的单位长度电抗，查1表，当时， 为变压器的视在容量，单位为 1 电缆的电抗标幺值 主井提升机供给短路点S2的短路电流冲击值为： E”*-电动机次暂态电动势，由3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 =1.41.6对于低压电动机取Kch =1 KA b、副井提升机感应电动机的影响 0.5 km电缆的电抗标幺值：电动机至短路点S2的短路电流冲击值为：KA c南扇风机同步电动机对短路电流的影响： 0.5 km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L3=0.02 查3表，同步电动机的 电动机至短路点S2的短路电流冲击值为：KA d、北扇风机同步电机对短路冲击电流的影响 0.8km电缆的电抗标幺值: 电动机至短路点S2的短路电流冲击值为：KA e、压风机同步电动机对短路冲击电流的影响 0.5 km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L5=0.02 电动机至短路点S2的短路电流冲击值为：KA f、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 1km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L6=0.04 电动机至短路点S2的短路电流冲击值为：KA g、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 1km电缆的电抗标幺值前面已经算出X*L7=0.04 电动机至短路点S2的短路电流冲击值为：KA 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： 则在6kv侧S2点短路时冲击电流Ich在最大运行方式下为：Ich=Ich2+Is。ch=39.1+11.28=50.37KA 在最小运行方式下的冲击电流 Ich=Ich2+Is。ch=36.6+11.28=47.9 KA 系统短路电流计算的结果列于下表: 运行 方式 35kv母线S1点短路电流 6kv母线S2点短路电流 I”（KA）ich(KA) S”(MVA) I”（KA）ich(KA) S”(MVA) 最小运行方式 6.55 16.7 419.8 14.35 47.9 156.6 最大运行方式 7.92 20.2 507.6 15.34 50.37 167.4 8.3 电气设备的选择 8.3.1 35kv侧电气设备的选择 a、隔离开关的选择 项目 实际需要值 GW5-35GD/600额定值 电压 35kv 35kv 电流 600A 动稳定 ich=20.2KA 50KA 热稳定 It=5=14KA 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。b、断路器的选择：项目 实际需要值 SN2-35/1000额定值 电压 35kv 35kv 电流 346A 1000A 动稳定 ich=20.2KA 24.8KA 断流容量 S”=507.6MVA 1500MVA 热稳定 It=4=24.8KA 上表计算结果表明选用SN2-35/1000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。c、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。所选电业互感器的主要技术参数如下：型号 额定电压 JDZ35 35000/100 d、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：一次额定电压(KV) 额定变流比(KA) 次级组合(KA) 准确度 1S热稳定倍数 动稳定倍数 35 300/5 0.5/3 0.5 212 815 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：，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： 小于电流互感器的1s热稳定倍数，故满足要求。e 母线的选择 1). 按持续工作电流选择（考虑过载） 对于电压35千伏的屋外配电装置采用钢芯铝纹线做母线选取LGJ-150,从表3-2-61查的其载流量，在环境温度时为445A，换算到最高温度时，其载流量为： 根据式（5-1）：,满足要求。2). 短路热稳定校验 按式5-4（1）已知=1.255秒，,从表3-1-7查的C=95，LGJ=-150绞线，则最小导线截面： 小于所选导线截面，满足要求。所以选择LGJ-150钢芯铝纹线做35千伏屋外配电装置的导线。f、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,而最大运行相电压的3.5倍为,因此可选FZ35型(F:阀式避雷器,Z:电站用,35:额定工作电压(KV). g、接地开关 根据短路电流计算结果选JN35 型(J:接地开关,N:户内用, 35:额定工作电压(KV)。 8.3.2 6kv侧电气设备的选择 a、 隔离开关的选择 项目 实际需要值 GN2-10/2000的额定值 电压 UN=6.3KV 10KV 电流 IN=1925A 2000A 动稳定 ich=50.37KA 85KA 热稳定 It=5=49KA 由上表计算可知，选用GN2-10/2000型户内隔离开关符合要求，其操动机构配套选用手动CS6-2型操作机构。b、断路器的选择 项目 实际需要值 SN3-10/2000额定值 电压 UN=6.3KV 10KV 电流 IN=1925A 2000A 断流容量 S”=167.4MVA 300MVA 断流量 I”=15.34KA 29KA 动稳定 ich=50.37KA 75KA 热稳定 It=4=30KA 有上表计算可知，选用SN3-10/2000型户内少油断路器符合要求，其操动机构配套选用CD3型电动操动机构。c. 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LA-10-600/5-0.5/3型电流互感器，它的技术参数列于下表：一次额定电压(kv) 额定变流比 次级组合 准确度 1s热稳定倍数 动稳定倍数 10 600/5 0.5/3 0.5 53 90 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：，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： 小于电流互感器的1s热稳定倍数，故满足要求。d、6kv母线的选择：1）按正常持续电流选择，考虑最大持续工作电流时变压器可能的过载,从表3-2-4（1）查得铜母线TMY-120*10平放在最大允许载流量为1996A. 2）热稳定校验 按式5-4 查得：C=170，KSK=1,已知tf=0.75s，Ik=15.34KA 则， 故 满足要求。3）、动稳定校验：单条母线互相位于同