年產(chǎn)60萬噸的高沼氣礦井35KV變電所設(shè)計畢業(yè)論文

1、目 錄1 概 述31.1 設(shè)計依據(jù)41.2 設(shè)計范圍41.3 基礎(chǔ)資料42 負荷計算52.1 負荷計算的目的和意義52.2 負荷計算方法62.3 負荷計算過程72.3.1 各用電設(shè)備組負荷計算82.3.2 無功補償計算及電容器柜選擇92.3.3 補償后6kV母線側(cè)總計算負荷及功率因數(shù)校驗93 變電所主變壓器選擇103.1 變壓器的選取原則103.2 變壓器選擇計算113.3 變壓器損耗計算113.4 35kV側(cè)全礦負荷計算及功率因數(shù)校驗123.5 變壓器經(jīng)濟運行方案的確定124 電氣主接線設(shè)計134.1 對主接線的基本要求13變電所高壓側(cè)的主接線方式144.2.1 線路變壓器組144.2.2

2、橋式接線154.3 6-10kV配電系統(tǒng)接線方式164.4 本所電氣主接線設(shè)計方案184.4.1 確定礦井35kV進線回路184.4.2 35kV、6kV主接線的確定185 短路電流計算195.1 短路電流計算的目的195.2 短路電流計算中需要計算的數(shù)值195.3三相短路電流計算計算的步驟215.4短路電流計算過程225.5 短路參數(shù)匯總表355.6負荷電流統(tǒng)計表376供電系統(tǒng)電氣設(shè)備的選擇376.1 高壓電器設(shè)備選擇的一般原則386.2 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇及校驗396.2.1 斷路器的選擇及校驗396.2.2 本所斷路器的選擇及校驗406.2.3 隔離開關(guān)的選擇及校驗416.2.4 限流電

3、抗器的選擇436.2.5 高壓熔斷器的選擇446.3 儀用互感器的選擇及校驗456.3.1 電流互感器的選擇及校驗456.3.2 電壓互感器的選擇及校驗466.3.3 避雷器選擇471 概 述 設(shè)計依據(jù)1、中華人民共和國建設(shè)部及國家技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布的礦山電力設(shè)計規(guī)范。2、中華人民共和國電力公司發(fā)布的35kV110kV無人值班變電站設(shè)計規(guī)程。3、電力工程電氣設(shè)計手冊（電氣一次部分）。4、煤礦電工手冊（地面供電部分）。 設(shè)計范圍1、全礦供電系統(tǒng)、主變壓器的一、二次線及繼電保護裝置。2、所內(nèi)主控制室、各級電壓配電裝置和輔助設(shè)施。3、所區(qū)總平面設(shè)計。1.3 基礎(chǔ)資料1、本礦概況本礦井為年產(chǎn)60萬噸的

4、高沼氣礦井，分主、副兩井，為立井開掘，一水平井深250m，預(yù)期服役年限為70年。主副兩井距離為80m，距35kV變電所距離均為。2、供用電協(xié)議 礦井地面變電所距上級變電所6km，采用雙回路架空線供電，已知上級變電所最大運行方式下的系統(tǒng)阻抗為0.36，最小運行方式下的阻抗為0.69。35kV過流整定時限為3s。電費收取方法采用兩部電價制，在變電所35kV側(cè)計量，固定部分按使用的主變壓器容量收費，每千瓦每月5元，流動部分為每千瓦5分。3、自然條件（1）日最高氣溫43，日最低氣溫-17。（2）土壤溫度27（最熱日）。（3）凍土層厚度為，變電所土質(zhì)為沙質(zhì)粘土。（4）本礦主導風向為西北方向，最大風速為2

5、6m/s。（5）地震烈度為7度。4、原始負荷資料編號設(shè)備名稱電壓（kV）電機型號電機容量(kW)安裝臺數(shù)設(shè)備容量（kW）需要系數(shù) Kx功率因數(shù)costan離地面變電所的距離（km）備 注安裝容量工作容量1234567891011121主提升機6繞線8001/1800800離副井80m2副提升機6繞線6301/16306303主扇風機6同步10002/120001000cos超前4壓風機6同步2503/2750500cos超前5礦綜合廠3302903類負荷6機修廠6205503類負荷7選煤廠8006508地面低壓800700變壓器在所內(nèi)，生產(chǎn)負荷占75%9井下主排水泵6鼠籠5004/220001

6、000井下6kV電纜長14km10一采區(qū)668065011二采區(qū)6110095012井底車廠16516513工人村4503603類負荷14支農(nóng)3103103類負荷負荷資料見表1-1 全礦電力負荷統(tǒng)計表2-1 全礦電力負荷統(tǒng)計表2 負荷計算 負荷計算的目的和意義 計算負荷是一年內(nèi)最高日負荷曲線中30min平均負荷的最大值，又稱需要負荷或最大負荷，記作Pca。是根據(jù)已知的用電設(shè)備安裝容量確定的預(yù)期不變的最大假想負荷。它是設(shè)計時作為選擇電力系統(tǒng)供電線路的導線截面、變壓器容量、開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的重要依據(jù)。 負荷計算的目的是為了掌握用電情況，合理選擇配電系統(tǒng)的設(shè)備和元件，如導線、電纜、變壓器

7、、開關(guān)等。負荷計算過小，則依此選用的設(shè)備和載流部分有過熱的危險，輕者使線路和配電設(shè)備壽命降低，重者影響供電系統(tǒng)的安全運行。負荷計算偏大，則造成設(shè)備的浪費和投資的增大。為此，正確進行負荷計算是供電設(shè)計的前提，也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的必要手段。 負荷計算方法目前，負荷計算常用需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和二項式法。1、需要系數(shù)法：用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷。這種方法比較簡便，應(yīng)用廣泛，尤其適用于配、變電所的負荷計算。2、利用系數(shù)法：采用利用系數(shù)求出最大負荷班的平均負荷，再考慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出計算負荷。這種方法的理論根據(jù)是概率論和數(shù)

8、理統(tǒng)計，因而計算結(jié)果比較接近實際。適用于各種范圍的負荷計算，但計算過程稍繁。3、單位面積功率法、單位指標法和單位產(chǎn)品耗電法。前兩者多用于民用建筑，后者適用于某些工業(yè)建筑。在用電設(shè)備功率和臺數(shù)無法確定時，或者設(shè)計前期，這些方法是確定設(shè)備負荷的主要方法。本設(shè)計采用需要系數(shù)法進行負荷計算，步驟如下：1、用電設(shè)備分組，并確定各組用電設(shè)備的總額定容量。2、用電設(shè)備組計算負荷的確定。 用電設(shè)備組是由工藝性質(zhì)相同需要系數(shù)相近的一些設(shè)備合并成的一組用電設(shè)備。在一個車間中可根據(jù)具體情況將用電設(shè)備分為若干組，在分別計算各用電設(shè)備組的計算負荷。其計算公式為： ，kW , kvar （2-1） ，kVA式中、該用電設(shè)

9、備組的有功、無功、視在功率計算負荷； 該用電設(shè)備組的設(shè)備總額定容量，kW；功率因數(shù)角的正切值；需要系數(shù)，由表1-1查得。3、多組用電設(shè)備組的計算負荷 在配電干線上或車間變電所低壓母線上，常有多個用電設(shè)備組同時工作，但是各個用電設(shè)備組的最大負荷也非同時出現(xiàn)，因此在求配電干線或車間變電所低壓母線的計算負荷時，應(yīng)再計入一個同時系數(shù)。具體計算如下： i1、2、3，m （2-2）式中、為配電干線式變電站低壓母線的有功、無功、視在計算負荷；同時系數(shù)；m該配電干線或變電站低壓母線上所接用電設(shè)備組總數(shù)；分別對應(yīng)于某一用電設(shè)備組的需要系數(shù)、功率因數(shù)角正切值、總設(shè)備容量； 負荷計算過程 各用電設(shè)備組負荷計算1、用

10、電設(shè)備分組，由表1-1確定各組用電設(shè)備的總額定容量。 2、由表1-1查出各用電設(shè)備組的需要系數(shù)和功率因數(shù)，根據(jù)公式2-1計算出各用電設(shè)備組的計算負荷。（1）對主提升機 =0.89，=0.83， 則;有功功率 kW；無功功率 kvar；視在功率 kVA；同樣方法可計算出其它各用電設(shè)備組的計算負荷，結(jié)果記入表2-1全礦電力負荷計算負荷表中。注：主扇風機、壓風機等功率因數(shù)超前，表示其無功電流為容性，即提供無功功率，起無功補償作用，它們的計算無功功率為負值。表2-1 全礦電力負荷計算負荷表用戶名稱設(shè)備容量(Kw)需要系數(shù) Kx功率因數(shù)costan計算負荷kWkvarkVA一、地面部分1、主提升機800

11、7124778572、副提升機6305043786303、主扇風機1000830-3989214、壓風機500400-1924445、礦綜合廠2901801352256、機修廠5502862523817、選煤廠6504883906258、地面低壓700490431653地面小計38901473二、井下部分9、井下主排水泵1000850527100010、一采區(qū)65042333854211、二采區(qū)95066557287712、井底車場165116102155井下小計205415392584三、其它用戶13、工人村36030622037714、支農(nóng)310248186310其它小計554406全礦計

12、算負荷649834182.3.2 無功補償計算及電容器柜選擇1、無功補償計算當采用提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)的方法后，功率因數(shù)仍不能達到供用電規(guī)則所要求的數(shù)值時，就需要設(shè)置專門的補償設(shè)備來提高功率因數(shù)。在工礦企業(yè)用戶中，廣泛采用靜電電容器作為無功補償電源。用電力電容器作為無功補償以提高功率因數(shù)時，其電力電容器的補償容量用下式確定： （2-9）式中 補償前功率因數(shù)角的正切值； 補償后要求達到的功率因數(shù)角的正切值；本設(shè)計供電規(guī)范要求功率因數(shù)應(yīng)達到0.9及以上。假設(shè)補償后6kV側(cè)功率因數(shù)，取0.8，則所需補償容量由公式2-9計算得： kvar2、電容器柜的選擇及實際補償容量計算本設(shè)計采用高壓集中補償方

13、式。因礦井地面變電所6kV為單母分段接線，故所選電容器柜應(yīng)分別安裝在兩段母線上，即電容器柜數(shù)應(yīng)取偶數(shù)?，F(xiàn)選用西安高壓開關(guān)廠生產(chǎn)的GR-1/6型高壓靜電電容柜，每柜安裝容量為=240kvar，最大不超過360kvar，據(jù)此可計算出電容器柜的數(shù)量為：取偶數(shù) N=4則 實際補償容量為 kvar折算為計算容量為 kvar補償后6kV母線側(cè)總計算負荷及功率因數(shù)校驗功率補償后6kV側(cè)有功功率 kW無功功率 kvar視在功率 kVA補償后6kV母線功率因數(shù)滿足要求。3 變電所主變壓器選擇根據(jù)第二章的計算負荷以及負荷對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求選擇變壓器的臺數(shù)和容量。 變壓器的選取原則總降壓變電所變壓器臺數(shù)的

14、確定需綜合考慮負荷容量、對供電可靠性的要求、發(fā)展規(guī)劃等因素。變壓器臺數(shù)越多，供電可靠性就越高，但設(shè)備投資必然加大。運行費用也要增加。因此，在滿足可靠性要求的條件下，變壓器臺數(shù)越少越經(jīng)濟。對三級負荷供電的變電所以及對可取的低壓設(shè)備電源的一二級負荷供電時，皆選用一臺主變壓器。對于有大量一、二級用電負荷、或總用電負荷季節(jié)性（或晝夜）變化較大、或集中用電負荷較大的單位，應(yīng)設(shè)置兩臺及以上電力變壓器。如有大型沖擊負荷，如高壓電動機、電爐等動力，為減少對照明或其他負荷的影響，應(yīng)增設(shè)獨立變壓器。對供電可靠性要求高，又無條件采用低壓聯(lián)絡(luò)線或采用低壓聯(lián)絡(luò)線不經(jīng)濟時，也應(yīng)設(shè)置兩臺電力變壓器。選用兩臺變壓器時，其容量

15、應(yīng)滿足在一臺變壓器故障或修時，另一臺仍能保持對一、二級用電負荷供電，但需對該臺變壓器負荷能力及其允許運行時間進行校核。3.2 變壓器選擇計算按第二章算出來的計算負荷進行用電負荷分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇變壓器容量及臺數(shù)。以下為計算過程。1、用電負荷分析 安全用電負荷：包括副提升機、主扇風機、井下主排水泵各項，匯總負荷為2184kW，占全礦總負荷的33.6%。 主要生產(chǎn)負荷：包括主提升機、壓風機、選煤廠、地面低壓（生產(chǎn)負荷占75%）、一采區(qū)、二采區(qū)、井底車場各項，匯總負荷為3171.5kW，占全礦總負荷的48.8%. 其它負荷：包括礦綜合廠、機修廠、地面低壓負荷的15%、工人村、支農(nóng)各項，匯總負荷為

16、1142.5kW，占全礦總負荷的17.6%。2、根據(jù)礦井主變壓器的選擇條件，一般選兩臺，當一臺故障停運時，另一臺必須保證安全和原煤生產(chǎn)負荷的用電。上述分析中安全和原煤生產(chǎn)負荷兩類負荷占全礦總負荷的82.4%，按規(guī)范規(guī)定，當兩臺變壓器中一臺停止運行時，另一臺必須保證82.4%的正常供電，再考慮發(fā)展，故選用兩臺S7-8000/35型銅線雙繞組無勵磁調(diào)壓變壓器，其技術(shù)參數(shù)如表3-1所示：表3-1 主變壓器技術(shù)參數(shù)型號S7容量(kVA)8000連接組別Y,d11電壓阻抗電壓空載電流損耗（kW）空載負載兩臺主變壓器采用分裂運行方式，備用方式為暗備用。3.3 變壓器損耗計算根據(jù)公式2-3計算主變壓器損耗空

17、載無功損耗： kvar；滿載無功損耗： kvar；變壓器的負荷率，則 有功損耗： kW；無功損耗： kvar； 35kV側(cè)全礦負荷計算及功率因數(shù)校驗有功功率 kW無功功率 kvar視在功率 kVA35kV側(cè)功率因數(shù)校驗 滿足設(shè)計要求3.5 變壓器經(jīng)濟運行方案的確定兩臺變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷可由公式3-1確定。 （3-1）如果S<Scr宜一臺運行，如果S>Scr宜兩臺運行。式中 經(jīng)濟運行臨界負荷， kVA； 變壓器而定容量 ，kVA； S 變電所實際負荷，kVA； 變壓器空載有功損耗，kW； 變壓器滿載有功損耗，kW；變壓器滿載無功損耗，kvar；無功經(jīng)濟當量，大型礦井一般取無功經(jīng)

18、濟當量kq本礦兩臺變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷為： kVA故經(jīng)濟運行方案為：當實際負荷S<4724kW時，宜一臺運行，當實際負荷S>4724kW時，宜兩臺運行。4 電氣主接線設(shè)計變電所主接線（或稱作一次接線）表示用電單位接受和分配電能的路徑和方式，它是由電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、互感器、移相電容器、母線或電力電纜等電器設(shè)備，按一定次序連接起來的電路，通常采用單線圖表示。主接線的確定與完善對變電所電器設(shè)備的選擇、變配電裝置的合理布置、可靠運行、控制方式和經(jīng)濟性等有密切關(guān)系。施工配電設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。4.1 對主接線的基本要求 在確定變電所主接線前，應(yīng)首先明確其基本要求：（1）可

19、靠性。根據(jù)用電負荷等級保證在各種運行方式下提高供電的連續(xù)性，以滿足用電負荷對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求。 （2）靈活性。主接線應(yīng)力求簡單，無多余的電器設(shè)備，而且運行操作靈活，能避免誤操作動作，便于檢測與維護。（3）安全性。在進行投入或切換某些電器設(shè)備或線路時，應(yīng)確保操作人員與設(shè)備的安全，能在保證安全的條件下進行供配電系統(tǒng)的維護檢修工作。（4）經(jīng)濟性。結(jié)合用電單位的近期于長期發(fā)展規(guī)劃，應(yīng)使主接線的投資和運行費用經(jīng)濟合理，在保證供電安全可靠和供電質(zhì)量要求的同時，力爭工程投資省，運行維護費用低。 線路變壓器組這是比較簡單的接線方式，適用于只有一路或兩路電源供電，變電所裝設(shè)12臺主變壓器的供電系統(tǒng)。如

20、果變壓器容量不大，系統(tǒng)短路容量較小，且對保護裝置動作時限要求不太嚴格時可優(yōu)先考慮使用高壓跌落式熔斷器保護主變壓器。熔斷器保護的優(yōu)點是造價低，但保護功能不理想，只有在一定前提條件下方可使用。對于要求保護功能完善的供配電系統(tǒng)，仍應(yīng)采用各種斷路器保護和控制變壓器及其線路。跌落式熔斷器三次遮斷短路電流后，需更換熔管；運行36個月需更換熔絲；不能帶負荷切合變壓器，其熔斷時間誤差極大，容易發(fā)生越級跳閘事故，造成嚴重經(jīng)濟損失。所以在設(shè)計中不選擇這種跌落式熔斷器保護。圖41為采用斷路器的線路變壓器組主接線。如采用兩臺主變壓器，也可分別組成兩套線路變壓器組，由兩個獨立電源供電。變壓器低壓側(cè)母線經(jīng)隔離開關(guān)與斷路器

21、接成備用裝置自動投入電路，使供電可靠性大為提高，可滿足一二級負荷用戶的要求。但靈活性不如橋式結(jié)線。任何故障皆使對應(yīng)變壓器不能工作，供電能力減少。 圖41 單臺主變壓器采用斷路器的線路變壓器組接線圖 橋式接線為使重要負荷得到可靠供電，大型企業(yè)總降壓變電所多采用兩臺主變壓器由兩個獨立電源供電的橋式接線。由于結(jié)橋方式稍有不同，橋式結(jié)線又分為下述兩種類型。（1）內(nèi)橋式結(jié)線內(nèi)橋式結(jié)線適用于供電線路較長，兩臺變壓器又需連續(xù)投入運行的企業(yè)變電所。其結(jié)線如圖42所示。此型結(jié)線當任何電源或供電線路發(fā)生故障時，倒閘操作非常方便。斷開有故障線路（或電源）的斷路器及其兩側(cè)的隔離開關(guān)，然后閉合結(jié)橋電路的隔離開關(guān)（圖中的

22、5QS及6QS）再將3QF合閘即可使兩臺主變壓器恢復(fù)供電。 圖 42 內(nèi)橋式結(jié)線示意圖（略去電流、電壓互感器和避雷器）內(nèi)橋式結(jié)線變壓器停止運行的倒閘操作比較麻煩。因此，不適合因經(jīng)濟運行需要經(jīng)常變更變壓器運行臺數(shù)的變電所。（2）外橋式結(jié)線如將結(jié)橋電路移到進線斷路器外側(cè)，即構(gòu)成圖43 所示外橋式接線。此種結(jié)線方式允許有較穩(wěn)定的穿越功率通過變電所。它適用于電源供電線路較短和負荷極不平衡，需要按經(jīng)濟運行方式經(jīng)常變換變壓器運行臺數(shù)的變電所。此種結(jié)線方式在任一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，都不致影響兩路電源進線的正常供電。外橋結(jié)線對變壓器投、切控制非常方便，但對電源和供電線路出線故障時的倒閘操作則比較麻煩橋式

23、結(jié)線供電的可靠性和靈活性都高，適于一二級負荷的總降壓變電所。但它需要較多高壓設(shè)備，造價較高；運行、維護、操作、檢修也都比較復(fù)雜。 圖43 外橋式接線示意圖（略去電流、電壓互感器和避雷器）4.3 6-10kV配電系統(tǒng)接線方式高壓配電系統(tǒng)有放射式、豎桿式兩種基本接線方式及由此派生的各種混合型和改進型接線。設(shè)計接線方式時，根據(jù)用電負荷的總體布置、負荷的特點、容量大小、生產(chǎn)工藝要求，還要考慮總降壓變電所的位置，再聯(lián)系發(fā)展規(guī)劃，做出集中切實可行的接線方案，然后進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最后擇優(yōu)選定。 總降壓變電所610kV側(cè)一般采用單母線（單臺變壓器時），單母線分段（如圖44）或雙母線制。單母線的可靠性及靈活性

24、都很差，僅適用于三級負荷或另有低壓備用電源的一二級負荷。單母線分段方式，用于兩臺或多臺變壓器的變電所。接通分段斷路器QF電路，可使兩臺變壓器副方并聯(lián)運行，任一段母線上的設(shè)備發(fā)生故障，分段斷路器與有關(guān)保護裝置同時跳閘，可保證無故障母線照常運行，提高了配電可靠性。正常工作時如斷開分段斷路器，由兩臺變壓器分別供電，可以降低610kV側(cè)短路電流。引向610kV負荷的線路，要經(jīng)過隔離開關(guān)，斷路器或負荷開關(guān)和高壓熔斷器等控制裝置（一般采用高壓開關(guān)柜等成套設(shè)備），然后經(jīng)電纜（如圖44中3QS回路）或架空線（如圖44中4QS回路）引出。為了計量和觀測電流、電壓等參數(shù)，或接入保護裝置，各條線路都應(yīng)接有電流互感器

25、，各段母線上都應(yīng)接有電壓互感器（如在高壓側(cè)計量電能，在變壓器高壓側(cè)也要接入電壓互感器）。如果需要在610kV側(cè)補償無功功率，則母線上應(yīng)連接控制電容器柜的高壓開關(guān)電器。 圖44 總降壓變電所610kV側(cè)單母線分段的結(jié)線方式 本所電氣主接線設(shè)計方案 確定礦井35kV進線回路35kV礦井變電所距上級供電電源6km，對上一級供電部分來說是一類負荷，故礦井變電所對礦井采用又被用的雙回路供電，即35kV進線為兩路架空線進線。4.4.2 35kV、6kV主接線的確定因礦區(qū)變電所（即上一級變電站）距本礦變電所為6km，對于35kV電壓等級來說，輸電線路不算遠，可以選外僑，但為了提高礦井供電的可靠性和運行的靈活

26、性，采用全橋更合適（全橋接線即在外僑接線的基礎(chǔ)上，再在兩進線回路上裝設(shè)兩個斷路器及隔離開關(guān)，成為由五個斷路器組成的接線形式）。故確定本礦35kV系統(tǒng)為雙回路的全橋接線系統(tǒng)。35kV架空線路由兩條線路送到本礦變電所，正常時兩臺變壓器分裂運行。6kV主接線根據(jù)礦井為一類負荷的要求和主變壓器是兩臺的情況確定為單母線分段接線方式。35kV母線和6kV母線，正常時均處于斷開狀態(tài)。本所母線分段用斷路器分段，這不僅便于分段檢修母線，而且可減少母線故障影響范圍，提高供電的可靠性和靈活性。5 短路電流計算 短路電流計算的目的在變電站的電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)。短路電流計算的目的主要有以下幾方

27、面(1)在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。(2)在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以校驗開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值；計算短路后較長時間短路電流有效值，用以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定；計算短路電流沖擊值，用以校驗設(shè)備動穩(wěn)定。(3)在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。(4)在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。(5)接

28、地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。5.2 短路電流計算中需要計算的數(shù)值1、次暫態(tài)短路電流,即三相短路電流周期分量第一周期的有效值。它可供計算繼電保護裝置的整定值和計算短路沖擊電流及短路全電流最大有效值之用。應(yīng)注意：應(yīng)該用電力系統(tǒng)在做大運行方式下，繼電保護裝置安裝處發(fā)生短路時的次暫態(tài)短路電流計算保護裝置的整定值；而用電力系統(tǒng)在最小運行方式下，繼電保護裝置保護范圍最遠點發(fā)生短路時的次暫態(tài)短路電流校驗保護裝置的靈敏度。因此，計算時應(yīng)分別計算這兩種運行方式下的次暫態(tài)短路電流值。2、次暫態(tài)三相短路容量，用來判斷母線短路容量是否超過規(guī)定值、作為選擇腺瘤電抗器的依據(jù)，并可供下一級變電所計算短路電流之用；,可用來

29、校驗開關(guān)電器的額定斷流量；短路容量，可用來校驗開關(guān)電器的額定斷流容量；5、短路電流穩(wěn)態(tài)有效值,可用來校驗設(shè)備、母線及電纜的熱穩(wěn)定性；6、短路沖擊電流及短路全電流最大有效值，可用來校驗電器設(shè)備、載流導體及母線的動穩(wěn)定性。5.3 三相短路電流計算計算的步驟1、根據(jù)供電系統(tǒng)繪制等值網(wǎng)絡(luò)（1）選取基準容量Sj和基準電壓Uj，并根據(jù)公式?jīng)Q定基準電流值Ij。（2）求出系統(tǒng)各元件的標么基準電抗，將計算結(jié)果標注在等值網(wǎng)絡(luò)圖上。（3）按等值網(wǎng)絡(luò)各元件的聯(lián)接情況，求出由電源到短路點的總阻抗。（4）按歐姆定律求短路電流標么值：對于電源是無限大容量的系統(tǒng)，其短路電流標么值可按公式5-1求出： （5-1）且短路后各種時

30、間的短路電流標么值與短路容量標么值都相等，即（5）求短路電流和短路容量；為了向供電設(shè)計提供所需的資料，應(yīng)確定下列幾種短路電流和短路容量：求出當t=0時的短路電流和短路容量；和短路容量；求出當t=時的短路電流和短路容量；求出短路沖擊電流和短路全電流最大有效值 kA MVA (5-2) kA kA5.4短路電流計算過程短路電流計算系統(tǒng)如圖4-5所示，短路點選取35kV母線邪側(cè)、6kV母線側(cè)及6kV各出線回路末端，各元件參數(shù)可由表1-1中獲得。輸電線路、主變壓器和下井電纜均為一臺（路）工作，一臺（路）備用。該電源為無限大容量，其電抗標么值,最大運行方式下，系統(tǒng)阻抗為=0.36，最小運行方式下，系統(tǒng)阻

31、抗為=0.69，離上一級變電所距離為6km。主變壓器為兩臺，每臺容量為8000kVA，。線路電抗：對于電纜/km，架空線/km。此外，當同步電動機在同一地點總裝機容量大于1000kW時，高壓異步電動機在同一地點的同時運行的總裝機容量大于800kW且短路點就在異步電動機端頭時，要考慮其作為附加電源對短路電流的影響。1、選取基準容量=100MVA 計算點時，選取=37kV， kA 計算點時，選取=6.3kV， kA。2、等值電路圖如圖5-1所示，圖中元件所標的分數(shù)，分子表示元件編號，分母表示元件電抗標么值。圖5-1 等值電路圖3、各短路點短路計算（1）點短路（35kV）最大運行方式下短路回路電抗標

32、么值為：短路電流標么值：則：最大運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA最小運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最小運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA（2）點短路（6kV母線）因主扇風機（同步電動機）、主提升機（異步電動機）均構(gòu)成附加電源，因此要考慮電動機反饋的影響，但異步電動機僅對短路沖擊電流有影響。S1支路提供的短路參數(shù)：最大運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最

33、大運行方式下點短路時，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA最小運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最小運行方式下點短路時，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量：MVAS2支路提供的短路參數(shù)：S2支路為異步電動機構(gòu)成的附加電源，故只考慮其對短路沖擊電流的影響。異步電動機提供的沖擊電流可由公式5-3計算： （5-3）式中 電動機的額定電流； 電動機反饋電流沖擊系數(shù)，對于高壓電動機取=1.41.6，對于低壓電動機

34、取=1 異步電動機的電勢平均值=0.9，則：S2支路的額定電流為：（取=0.92） kAS2支路電抗為：由公式5-3可得，S2支路提供的短路沖擊電流為： kAS3支路提供的短路參數(shù)：取=0.92，=0.9，則該支路的額定電流為： kA 考慮到同步電動機一般裝有低壓保護裝置，當t>0.2秒后，開關(guān)跳閘，故它對穩(wěn)態(tài)短路電流無影響，利用+0.07=0.27（0.07是考慮查具有阻尼繞組的水輪發(fā)電機計算曲線時，計算電抗需增加的數(shù)值）查具有阻尼繞組的水輪發(fā)電機計算曲線，得：, , 則：次暫態(tài)電流周期分量： kAt=0.2秒時的短路電流周期分量有效值： kAt=時短路電流穩(wěn)態(tài)有效值：短路電流沖擊值：

35、 kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA短路容量： MVAt=時的三相短路容量： MVA故：最大運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kAt=0.2秒時的短路電流周期分量有效值： kAt=時短路電流穩(wěn)態(tài)有效值： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA短路容量： MVAt=時的三相短路容量： MVA最小運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kAt=0.2秒時的短路電流周期分量有效值： kAt=時短路電流穩(wěn)態(tài)有效值： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA短

36、路容量： MVAt=時的三相短路容量： MVA（3）點短路（下井電纜）最大運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最大運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA最小運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最小運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA（4）點短路（主扇風機）因主扇風機（同步電動機）構(gòu)成附加電源，因此要考慮電動機反饋的影響，S1支路提供的短路參數(shù)：最大運行方式下短路回路電

37、抗標么值為：短路電流標么值：則：最大運行方式下點短路時，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值：kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA最小運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最小運行方式下點短路時，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量：MVAS2支路提供的短路參數(shù)：取=0.92，=0.9，則該支路的額定電流為： kA 考慮到同步電動機一般裝有低壓保護裝置，當t>0.2秒后，開關(guān)跳閘，故它對穩(wěn)態(tài)短路電流無影響，利用+0.07=0.27（0.07

38、是考慮查具有阻尼繞組的水輪發(fā)電機計算曲線時，計算電抗需增加的數(shù)值）查具有阻尼繞組的水輪發(fā)電機計算曲線，得：, , 則：次暫態(tài)電流周期分量： kAt=0.2秒時的短路電流周期分量有效值： kAt=時短路電流穩(wěn)態(tài)有效值：短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA短路容量： MVAt=時的三相短路容量： MVA故：最大運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kAt=0.2秒時的短路電流周期分量有效值： kAt=時短路電流穩(wěn)態(tài)有效值： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA短路容量： MVAt=時的三相短路容

39、量： MVA最小運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kAt=0.2秒時的短路電流周期分量有效值： kAt=時短路電流穩(wěn)態(tài)有效值： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA短路容量： MVAt=時的三相短路容量： MVA(5)點短路（主提升機）因主提升機（異步電動機）構(gòu)成附加電源，因此要考慮電動機反饋的影響，但異步電動機僅對短路沖擊電流有影響。S1支路提供的短路參數(shù)：S1支路提供的短路參數(shù)：最大運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最大運行方式下點短路時，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值：

40、kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量：MVA最小運行方式下短路回路電抗標么值為：短路電流標么值：則：最小運行方式下點短路時，S1支路提供的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量：MVAS2支路提供的短路參數(shù)：S2支路為異步電動機構(gòu)成的附加電源，故只考慮其對短路沖擊電流的影響。S2支路的額定電流為：（取=0.92） kAS2支路電抗為：由公式5-3可得，S2支路提供的短路沖擊電流為： kA故：最大運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短

41、路容量： MVA最小運行方式下點短路時的短路參數(shù)為：次暫態(tài)電流周期分量： kA短路電流沖擊值： kA短路全電流最大有效值： kA次暫態(tài)三相短路容量： MVA其余各短路點參數(shù)計算方法與上述類似，結(jié)果見5.6短路參數(shù)匯總表。5.5 短路參數(shù)匯總表表5-1最大運行方式短路參數(shù)匯總表短路點kAkAkAkAkAMVAMVAMVA35kV母線k11851851856kV母線 k2工人村 k3343434礦綜合廠 k4515151地面低壓 k5141414下井電纜 k6656565選煤廠 k7646464續(xù)表壓風機 k8666666主扇風機 k9主提升機 k10666666副提升機 k11666666機修廠

42、 k12656565支農(nóng) k13252525表5-2 最小運行方式短路參數(shù)匯總表短路點kAkAkAkAkAMVAMVAMVA35kV母線k11151151156kV母線 k2工人村 k3303030礦綜合廠 k4434343地面低壓 k5131313下井電纜 k61.8644.954.954.9512.627.52545454選煤廠 k7535353壓風機 k8545454主扇風機 k9主提升機 k10545454副提升機 k11545454機修廠 k12545454支農(nóng) k132323235.6 負荷電流統(tǒng)計表計算公式為表5-3 負荷電流統(tǒng)計表負荷名稱電壓負荷容量負荷電流主變一次側(cè)35800

43、0132主編二次側(cè)680007696kV母線68000769井下總負荷62584368主提升機6859副提升機6630主扇風機6921壓風機6444礦綜合廠225地面低壓653機修廠381選煤廠625工人村377支農(nóng)3104716 供電系統(tǒng)電氣設(shè)備的選擇電器選擇是變電所電氣設(shè)計的主要內(nèi)容之一。正確的選擇電器是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。變電所主要的電氣設(shè)備有： 高壓斷路器（包括操作機構(gòu)）； 負荷開關(guān)； 隔離開關(guān)； 熔斷器； 儀用互感器（包括電壓互感器和

44、電流互感器）； 避雷器； 低壓空氣開關(guān)； 母線和絕緣子； 成套配電裝置（包括高壓開關(guān)柜和低壓配電屏）。6.1 高壓電器設(shè)備選擇的一般原則盡管電力系統(tǒng)中各種電器的作用和工作條件并不一樣，具體選擇方法也不完全相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電器要能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。(1) 按正常工作條件選擇電器 按環(huán)境條件選型電氣設(shè)備在制造上分戶內(nèi)、戶外兩大類。戶外設(shè)備的工作條件較惡劣，故各方面要求較高，成本也高，戶內(nèi)設(shè)備不能用于戶外，戶外設(shè)備可用于戶內(nèi)，但不經(jīng)濟。此外選擇電氣設(shè)備，還應(yīng)根據(jù)電器安裝地點考慮防水、防火、防腐、防塵、防爆以及高海拔區(qū)與濕熱地

45、區(qū)等方面的要求。額定電壓和最高工作電壓在選擇電器時，一般可按照電器的額定電壓UN不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓的條件選擇，即額定電流電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度下，電器的長期允許電流。應(yīng)不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流，即(2)按故障情況進行校驗按短路情況來校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。按裝置地點的三相短路容量來校驗開關(guān)電氣的斷流能力。6.2 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇及校驗 高壓開關(guān)設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、負荷開關(guān)、熔斷器等。 斷路器的選擇及校驗高壓斷路器的主要功能是：正常運行時，用它來倒換運行方式，把設(shè)備或線路接入電路或退出運行，起著控制作用；當設(shè)備或線路發(fā)生故障時，能快速

46、切除故障回路、保證無故障部分正常運行，能起保護作用。高壓斷路器是開關(guān)電器中最為完善的一種設(shè)備。其最大特點是能斷開電路中負荷電流和短路電流。高壓斷路器除按電氣設(shè)備的一般原則選擇外，由于斷路器還要切斷短路故障電流，因此必須校驗斷流容量（或開斷電流），具體選擇步驟如下。(1) 按工作環(huán)境選型按使用地點的條件選擇，如戶內(nèi)式、戶外式，在井下及具有爆炸危險的地點要選擇防爆型的設(shè)備。(2) 按正常工作條件選擇額定電壓UN及額定電流IN，要求： , (3) 按短路電流校驗動、熱穩(wěn)定性 動穩(wěn)定校驗。若要斷路器在通過最大短路電流時，不致變形損壞，就必須要求斷路器的允許通過電流峰值（或有效值）應(yīng)大于或等于短路電流沖

47、擊值（或短路沖擊電流有效值），即 ， 熱穩(wěn)定校驗。當斷路器在通過最大短路電流時，不使其溫度超過最高允許溫度，就必須對斷路器進行熱穩(wěn)定校驗。其校驗公式為：式中，分別為斷路器的熱穩(wěn)定電流及該電流所對應(yīng)的熱穩(wěn)定持續(xù)時間；，分別為短路穩(wěn)定電流及短路電流的持續(xù)時間。斷路器通過短路電流的持續(xù)時間按下式計算：式中，為繼電保護動作時間；為斷路器的分閘時間。(4) 斷流容量的校驗斷路器能可靠地切除斷路故障的關(guān)鍵參數(shù)是它的額定斷流容量。斷路器的額定斷流容量按下式進行校驗：式中，（）為斷路器所控制線路0.2秒（或零秒）時的最大短路容量，MVA。 本所斷路器的選擇及校驗.1 35kV側(cè)QF1QF5的選擇及校驗(1)根

48、據(jù)布置方式，室外一般采用DW8-35型多油斷路器，故本設(shè)計采用DW835/600型斷路器，共五臺，操動機構(gòu)選CD11-X電磁操動機構(gòu)，油開關(guān)的戶外端子箱選擇XJ-1型。所選斷路器電氣參數(shù)如表6-1所示。表6-1 所選斷路器參數(shù)型號額定電壓/kV額定電流/kA額定開斷電流/kA額定容量/MVA極限電流峰值/kA熱穩(wěn)定電流/kA熱穩(wěn)定時間/sDW8-35/600356001000414(2) 額定電壓：，符合要求。(3) 額定電流：，符合要求。(4) 動穩(wěn)定校驗：，符合要求。(5)熱穩(wěn)定校驗：繼電保護動作時間=3秒，斷路器的分閘時間,則秒，QF1QF5的相當于4秒的熱穩(wěn)定電流為： kA熱穩(wěn)定性符合要求。(6)斷流容量校驗：,符合要求。.2 6kV側(cè)QF6、QF7、QF8的選擇及校驗(1)根據(jù)布置方式，室內(nèi)一般采用SN10-10I型少油斷路器，故本設(shè)計采用SN10-10I/1000型斷路器，共兩臺，操動機構(gòu)選CD-1電磁操動機構(gòu)。所選斷路器電氣參數(shù)如表6-2所示。表6-2 所選斷路器參數(shù)型號額定電壓/kV額定電流/A額定開斷電流/kA額定容