煤矿35kV变电所设计

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1、第一章是概述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

2、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

3、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 0.20.5Hz ，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

4、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设计原则按照国家标准GB5O052-95供配电系统设计规范、GB 50059-9235110kV变电所设计规范、GB50053-9410kv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、执行政策必须遵守国家的有关规定及标准，

5、执行国家的有 关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。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。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

6、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

7、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。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

8、、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 .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

9、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独立电源供电。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

10、。采用两个独立回路供电 .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

11、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 : 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 ca ca ca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 : 式中 I caca 该组用电设备的总负荷电流 ,AU N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.式中-变电所负荷的总有功、无功、视在功率计算值，kw、kvar

12、、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=O.95变电所的功率因数为3. 负荷计算结果 见表2-12.2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：式

13、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2、电容器(柜)台数的确定无功补偿所需电容器总台数N为式中-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。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：式中 Qca 电容器的实际补偿容量， kvarcaN - 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 补偿后变电所的负荷总容量 补偿后的功率因数式中、 、 - 补偿后变电所负荷的总无功功率、总容量和功率因数

14、， kvar 、 kVA、 - 补偿前变电所负荷的用功功率、无功功率的计算值， kW、 kvar2.3 主变压器的选择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、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：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

15、情况本设计选择了两台型号为SFL7- 20000/35 的变压器。变电所电气主接线形式的设计这是变电所设计的一个重要环节，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，要遵守变电所设计的五个原则，第 一、考虑变电所在电力系统的地位和作用。第二、考虑近期和远期的发展规 模。第三、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。第 四、考虑主变台数对主接线的影响。第五、考虑备用容量的有无和大小对主接 线的影响 下面就是设计的正文内容：需要的朋友可以借鉴：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

16、(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

17、 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

18、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，

19、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

20、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

21、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

22、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。3.3 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

23、。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

24、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

25、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。本次设计的煤矿是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（ 4.5km）, 主 变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。本设计一次侧采用 全 桥接线，二次侧采用单母线分段接线。现在开始到

26、短路电流的计算 这部分主要包括短路形成的原因，短路的危害、短 路的类型和短路电流计算的 目的和方法 本设计采用标幺制法计算短路电流第 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

27、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。4.1.1 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

28、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。4.1.2 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

29、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。4.1.3 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

30、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。4.2短路电流计算的目的和方法 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

31、，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

32、流。其结果为：运行方式35kv母线S1点短路电流6kv母线S2点短路电流I ” ( KA)i (KA)chS”(MVA)I ” ( KA)i (KA)chS”(MVA)最大运行方式7.36471.6614.97163.35最小运行方式9.1220.52584.4516.0449.32175.02高低压电气设备的选择电气设备应该按正常条件选择然后按短路条件校验，主要校验的是热稳定性和动稳定性，校验公式建议看下刘介才老师的工矿企业供电第 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、

33、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。由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验条件不尽相同， 高压电气设备的选择与校验项目见表 5-1 。表 5-1 高压电气设备的选择与校验项目设备名称额定电压额定电流开断能力短路电流校验环境条件其它动 定稳热稳断路器VVVOOO操作性能负荷开关VVVOOO操作性能隔离开关VVOOO操作性能上、下级间熔断器VVVO配合电流互VVOOO感器电压互一次负荷、感器VO准确等级支柱绝一次负荷、VOO缘字准确等级穿墙套管VVOOO母线VOOO电缆VVOO1-4-4“/古口注：表中“丿”为选择项目，“0

34、”为校验项目一、按正常工作条件选择高压电气设备（一）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 N压可达1. 1115U ，而实际电网的最高 运行电压U 一般不超过1.1U ,N N.W N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N电网额定电压 UN.W 的条件选择，即U UN N.W（二）额定电流 电气设备的额定电流 I N 是指在额定环境温度下，电气设N备的长期允许通过 电流。 I N 应不小于该

35、回路在各种合理运行方式下的最大持N续工作电流Imax，即I 三INmax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I 为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.5倍；max（2）若变压器有过负荷运行可能时，I 应按过负荷确定（1. 32倍变max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I ；max（4） 出线回路的I除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑max事故时由其它回路转移过来的负荷。（三）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

36、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 每升咼l00m,则电气设备允许最咼 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，或采用外绝缘提咼一级的产品。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

37、济上合 理时可采用屋内配电装置。当周围环境温度。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即我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度=40t。如周围环境温度Ne 。高于40r （但低于60。0 时，其允许电流一般可按每增高lc,额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于40C时，环境温度每降低1C,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%。二、按短路条件校验（一）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 I t 由生产厂给出的电气设备在时间 t 秒内的热稳定电流。tI

38、短路稳态电流值。t 与I相对应的时间。8tt dz 短路电流热效应等值计算时间。dz（二）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i h、I h短路冲击电流幅值及其有效值；chchi 、 I 电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 eses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。5.2 电气设备的选择和校验1、断路器 高压断路器是变电所主要电气设

39、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U三UN N.W式中U断路器的额定电压，KV；NUN.W 电网的额定电压， KV。N.W 按额定电流选择断路器的额定电流I应不小于回路的持续工作电流，即NI 三IN ca式中I 断路器额定电流，A；NI ca 回路持续工作电流， A。ca 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

40、，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，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。

41、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，选用技术上合理而又经济 的断路器为宜。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，

42、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。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I应大于

43、等于1.21.5倍最大长时工作电流1NI ，即caI (121.5) I1N ca(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式中 K es 动稳定倍数，由产品目录查出；esi 三相短路冲击电流， Kaim(5) 热稳定校验电流互感器满足热稳定的条件是式中K -对应于t ts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 ；I -三项稳态短路电流有效

44、值，A； tf短路电流的家乡作用时SS间， s。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I 母线的长时允许电流，ApI -通过母线的最大长时工作电流，AcaK so 温度校正系数。so2）按短路热稳定条件校验式中 A min- 母线的最小热稳定截面， mm2minI通过母线的最大三相短路电流稳定值，A；SSK sk 集肤效应系数skC- 导体的热稳定系数3）母线的动稳定校验 三相

45、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 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，AL -母线跨距，cma -两母线间中心线间的距离，cmKs - 母线的形状系数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 户内联合胶装户内外胶装A B，

46、C，D机械破坏等级Y圆柱底座椭圆形底座方形庐外选ZSW 35/4户内选ZL 35/4 Y6、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

47、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。（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

48、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。3、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。电缆的选择和敷设 关于电缆的选择，目前煤矿上所用的都是铜芯电缆，我们矿 主要用的是 YJV22 型号的，关系的电缆的敷设问题，地面基本都是走的

49、电缆桥 架，井下电缆的敷 设都是电缆钩吊挂，有一小部分是桥架（形象工程）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 :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。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。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，

50、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。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。6.2 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L：铝Q :铅CY :充油0：无0：无缘，无P无L为包F：分相2：双钢1:纤维或D为铜L：铝D :不带层油浸纸包滴流3：细钢2：聚氯绝缘C :

51、滤丝乙烯套尘 尘用4：粗钢P :干丝绝缘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。1、 按经济电流密度选择导线截面式中 Ae- 导线的经济截面， mm2eI经济电流密度，见工矿企业供电表6-17 ，A/mm2ed -I m.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 m.n选等于或接近于 Ae 的值。e2、 按最大长时工作电流选择导线截面式中 I ca 线路的最大长时工作电流， AcaI p 导线的长时允许电流， AK so 温度校正系数so 本设计中利用

52、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，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。变电所的继电保护在煤矿供电中继电保护的作用很大，也是工作的重点，所以 在煤矿变电所的设计中继电保护的整定也尤其重要主要包括母线的保护、变 压器的保护和馈出线的保护母线和馈出线一般采用的是两段式保护，变压器是 采用的纵联差动保护、过负荷和瓦斯保护 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

53、或发出信号的一种自动装置。（1）基本任务是 : 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。（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

54、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。变电所的继电保护一、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1、保护的装设原则（

55、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0.50.7s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

56、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。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 三相短路电流整定。即式中I继电器的动作电流，A；op.kK k -可靠系数，电磁式继电器取1.2，感应式继电器取1.4；K kx 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，kx 速断保护一般接于相电流；K i- 电流互感器的变比；- 被保护线路末端最大三相

57、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。即式中Kk可靠系数K re 返回系数，电磁式继电器取0.85 ，感应式取0.8；re I被保护线路的最大长时工作电流，A。ca保护装置的灵敏度应满足下式的要求：式中 Kr- 保护装置的灵敏度系数，对主保护区应大于1.5-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：式中 t p- 保护装置整定的动作时间， s；t ep 末端相邻元件保护的整定时间， s ；ep -时限阶段，对DL继电器取0.5s，对GL型继电器取0.7s。主变压器的继电保护1、保护的装设原则1）电力变压器应装设

58、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

59、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、过负荷保护和瓦斯保护三种 保护形式。2、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

60、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。式中 Ki 电流互感器的变比的计算值K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kxI变压器各侧额定电流，AN.T2) 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。即式中I 变压器为额定电流时，电流互感器二次回路的工作电流，A2iKi 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

61、衡电流计算，即式中I 保护装置一次动作电流，Aop- 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，AKk 可靠系数，取1.3Ksm 电流互感器的同型系数，型号相同时取0.5 ，不同时取1.0sm- 电流互感器允许最大相对误差，取0.1- 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式中 I N.T- 变压器基本测得额定电流N.T-( 3)按躲过电流互感器二次回路短线计算，即I =1.3Iop T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动作电流为式中K接线系数Ki基本测kx电流互感器变比基本侧继电器线圈的计算匝数w为式中AW-继电器的动