大型企业变电站设计终稿

'山东科技大学学士学位论文摘要摘要电力是现代煤炭工业的主要动力，在煤炭生产中占有十分重要的地位。在煤炭企业中，矿山的电气化是煤炭生产自动化及最新科学技术成就在煤矿推广应用的技术基础。企业变电站对设计的要求在不断地提高，使电网和电力系统安全、经济、稳定的运行，才能保证工业生产和人身的安全。本设计是35kV变电所的设计，属于中压变电站，因此，它的设计应根据具体用户用电情况即负荷种类和性质来具体分析设计。通过分析设计原始资料，统计全厂负荷，利用无功补偿改善功率因数，选择合适的电缆，计算相应的损耗，确定主变压器的台数和容量，从而确定出具体的电气主接线，再对其进行短路电流计算，然后参考电气设计手册进行高压设备、线路的选型与校验，最后做出符合要求的变电所防雷保护。关键词：企业变电站；无功补偿；主变压器；选型与校验；防雷保护76 山东科技大学学士学位论文目录ABSTRACTElectricityisthemaindrivingforceofmoderncoalindustry,incoalproductionoccupiesaveryimportantposition.Inthecoalcompanies,Coal productionautomationand thelatest achievements ofscienceandtechnologypopularizationandapplicationof technology incoal mines based coalelectrification.coalmineautomationandelectrificationofthelatestachievementsofscienceandtechnologypopularizationandapplicationoftechnologyinthecoalbase.Enterprisetransformersubstationdesignisconstantlyimproving,sothatpowerandpowersystemsecurity,economicandstableoperation,toensurethesafetyofindustrialproductionandpersonal.Thisdesignisthedesignof35kVtransformersubstation,mediumvoltagetransformersubstationis,andtherefore,itsdesignshouldbebasedonthespecifictypeofuserloadandelectricityconsumptionthatisthenatureofthespecificanalysisanddesign.Byanalyzingthedesignoftheoriginaldata,statistics,theplantload,theuseofreactivepowercompensationtoimprovethepowerfactor,selecttheappropriatecable,calculatingthecorrespondinglossofthemaintransformerstationtodeterminethenumberandcapacity,todetermineaspecificmainelectricalconnection,thenitsshort-circuitcurrentcalculation,andthenrefertotheDesignManualforHighVoltageelectricalequipment,lineselectionandvalidations,andfinallymadetomeettherequirementsofthesubstationlightningprotection.朗读显示对应的拉丁字符的拼音Keywords:Enterprisetransformersubstation,Reactivepowercompensation,Maintransformer,Selectionandvalidation,LightningProtection76 山东科技大学学士学位论文目录目录1绪论11.1变电站概述11.2变电站的发展趋势21.3变电站设计的主要任务31.4变电站设计原则41.5论文总体结构概述42矿山供电系统62.1矿山供电系统62.2矿山变电站的类型72.3变电站设计的原始资料82.4矿山供电的要求83负荷计算与主变压器的选择103.1负荷计算103.2主变压器的选择103.3功率因数的改善114电气主接线144.1电气主接线类型144.2电气主接线的设计原则194.3电气主接线方案比较215短路电流计算245.1电力系统短路概述245.2短路电流的计算266电气设备2876 山东科技大学学士学位论文目录6.1电气设备简介286.2变电站选择电气设备的原则307变电站防雷保护327.1概述327.2避雷针32计算部分341变电站负荷计算341.1全矿总负荷计算341.2线路功率损失351.3全矿总负荷371.4留有10%裕度后的容量381.5主变的选择381.6功率因数的改善402短路电流计算412.1绘制短路计算电路图412.2绘制短路等值电路图412.3基准值的选取422.4计算各元件相对基准电抗422.5短路参数的计算433电气设备的选择463.1断路器的选择463.2隔离开关的选择503.3电流互感器的选择533.4电流互感器的选择5676 山东科技大学学士学位论文目录3.5母线的选择563.6电缆校验594防雷保护614.135kV进线的避雷线保护614.2避雷器的选择624.2避雷针的选择63致谢64参考文献65附录一负荷统计表66附录二英文文献与翻译6776 山东科技大学学士学位论文绪论1绪论1.1变电站概述众所周知，电能是现代工农业生产和国民经济生活的重要能源和动力。由于电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。因此必须有可靠的、稳定的、高质量的输配电系统来保证电能的高效传输和利用。发电厂是所有电能的来源，而变电站又是输配电系统中一个非常重要的环节，所以变电站供电的质量好坏直接影响到工农业生产和国民经济生活的顺利进行。电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电站设计的内容多，范围广，逻辑性强，不同电压等级、不同类型、不同性质负荷的变电所设计时所侧重的方面是大相径庭的。因此在设计中要针对负荷大小和负荷等级，做到具体问题具体分析。变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压的综合设施，在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。变电站在电力系统中起着变换电压、接受和分配电能、控制电能的流向和调整电压的功能。我国电力工业技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电站的设计提出了更高的要求，输变电系统的设计也越来越全面、越来越系统。居民与工业用电量迅速增长，对电能的质量、供电的可靠性的要求日益提高，因此对变电站的设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、76 山东科技大学学士学位论文绪论运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性与经济性方面，它和企业的经济效益、设备人身安全是密切相关的。结合我国电力现状和大型企业工厂的电力需要，给各行各业提供充足、可靠、优质、廉价的电能，优化设计变电站，提高供电电能质量，并根据企业规模和未来的发展，结合当地的地理环境，使设计出来的35kV变电站应充分体现出供电的可靠性、安全性、经济性。1.2变电站的发展趋势我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。1.变电站接线方案趋于简单随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。为了提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。简化接线方案集中在这些方面：我国500kV、330kV电压等级的接线较多采用3/2断路器接线，但现在有些设计院提出，根据工程情况，可采用3/2断路器变压器-母线组接线，可靠性与3/2断路器接线基本相同，却可以降低投资。近期国内新建的许多变电站220kV及110kV电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线。采用GIS的情况下，优先采用单母线分段接线。2.大量采用新型电气一次设备近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS76 山东科技大学学士学位论文绪论向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。3.变电站占地及建筑面积减少变电站接线方案的简化，组合电器、管母线及钢支架等的采用，使变电站布置更为简单，取消站前区和优化布置使变电站占地大幅度下降。配合我国经济建设的迅速发展，搞好电网建设尤为重要。其中，变电站设计是电网建设的一个重要环节。研究和分析国内外变电站技术的发展，把握其趋势，对变电站设计是很有必要的。1.3变电站设计的主要任务本次设计是以工程实际为设计对象，要完成变电所主接线方案确定，主变压器型号选择、容量及台数选择，短路电流计算，高、低压电气设备选择，变电站防雷保护等工作。由于是真正的实际工程，因此要求设计时要严肃认真，用一丝不苟的态度对待这次设计。通过这个环节的学习，提高我们在变电所工程设计、计算机绘图等方面的能力，提高分析问题、解决问题的实际工作能力。本次变电站设计的主要任务是：1.根据对原始资料对变电站进行总体分析，进行负荷统计。2.根据负荷统计的相关情况和有关规程合理选择主变压器的台数、容量、型号。3.选择2个不同的电气主接线方案，进行技术、经济方面的比较，选择最佳方案完成变电站电气主接线的设计。4.76 山东科技大学学士学位论文绪论根据电气设备选择、校验和继电保护的需要，确定主接线上的短路计算点，分别按系统最大运行方式和最小运行方式，计算各短路点短路电流值。要求：有完整的计算电路图；有详细的计算过程；有完整的计算结果汇总表。5.根据各设备的工作环境、正常运行时的工作电压及负荷大小，选择有关设备的型号及额定参数。并应根据故障时的短路电流及其作用时间，校验各设备的动、热稳定性。这些设备主要包括：断路器、隔离开关、电压和电流互感器、电缆、母线、等电气设备的选择与校验。6.对变电站进行防雷保护，根据实际情况确定变电站的大小并计算出所用避雷针的根数和选用的型号。1.4变电站设计原则变电站设计一般应遵循以下原则：1.遵守规程、执行政策：必须遵守国家的有关规定及标准，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，电能质最合格，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.近期为土，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。变电站供电设计是整个矿山设计中的重要组成部分。变电站设计的质量直接影响到煤矿的生产及发展。1.5论文总体结构概述76 山东科技大学学士学位论文绪论本文研究的内容是大型企业变电站的设计，包括对变电站的负荷进行统计计算、主变压器选型、损耗计算、短路电流计算、电气设备选型与校验、防雷保护等内容。由于将理论部分与计算部分分离开来有助于行文，而且这样写使论文结构清晰、条例清晰，故本论文包括理论论述与工程计算两大部分。理论论述部分包括如下章节：第一章主要介绍了变电站的相关知识及其发展趋势、变电站的设计任务与设计原则等内容；第二章主要介绍了矿山供电系统的基本知识及其供电要求，同时将本次变电站设计的原始资料进行了论述；第三章主要介绍了如何进行负荷计算与如何进行主变的选择，最后介绍了如何改善电网的功率因数；第四章主要介绍了电气主接线的类型与其设计原则，最后进行电气主接线方案的优缺点比较并确定本次设计的最终方案；第五章主要介绍了短路电流的起因及危害，然后介绍了短路电流常用的计算方法；第六章主要介绍了电气设备的相关知识与在变电站设计中选择电气设备的一般性原则；第七章主要介绍了变电站的防雷保护与避雷针的基本知识。工程计算部分包括如下章节：第一章为变电站的负荷计算，第二章为短路电流的计算，第三章为电气设备的选型与校验，第四章为变电站的防雷保护计算。76 山东科技大学学士学位论文矿山供电系统2矿山供电系统2.1矿山供电系统矿山供电电压为6～110kV，视矿山井型及所在地区的电力系统的电压而定，一般为变电站受电电压为35~110kV，变电站为双电源供电。经总降压站降压后电压为3~10kV，经架空线或电缆向车间、井下变电所及高压用电设备等配电，组成煤矿的高压供电系统。经车间和井下变电所再次降压为380、660、1140V或更高电压后，向低压用电设备配电，又组成了矿山低压供电系统。矿山供电系统的接线应保证供电可靠，接线力求简单，操作方便，运行安全灵活，经济合理。1.供电可靠性供电可靠性是指供电系统不间断供电的可靠程度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性，不可片面强调供电可靠性而造成不应有的浪费。在设计时，不考虑双重事故。2.操作方便，运行安全灵活供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时，便于操作和检修，以及运行维护安全可靠。为此，应简化接线，减少供电层次和操作程序。3.经济合理接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少设备投资和运行费用，以及提高供电安全性。提高经济性的有效措施之一就是高压线路尽量深入负荷中心。76 山东科技大学学士学位论文矿山供电系统4.具有发展的可能性接线方式应保证便于将来发展，同时能满足分期建设的需要。2.2矿山变电站的类型煤矿企业中有以下几种不同类型的变电站（所）。1.地面降压变电站地面降压变电所是矿山供电的枢纽，它担负着接受电能、向井上、井下分配电能的任务。本次设计要求的就是设计地面降压变电站，它是整个矿山供电系统的核心。2.井下中央变电所井下中央变电所是全矿井下供电中心，接受从地面变电站送来的高压电能后，分别向采区变电所及主排水泵等高压设备转供电能，并通过变电所内的矿用变压器降压后，再向井底车场附近的低压动力和照明供电。3.采区变电所采区变电所是采区供电中心，其任务是将中央变电所送来的高压电能变为低压电能，并将电能配送到采掘工作面配电点或用电设备。采区变电所的电器主接线应根据电源进线回路数、负荷大小、变压器台数等因素确定。 4.移动变电站对于机械化程度较高的采区，特别是，它单机容量和设备的总容量都很大，采区范围广、回采速度快，若仍采用固定变电所既不经济，又不易保证供电质量，因此必须采用移动变电站。以缩短低压供电距离，使高压深入负荷中心，以利于保证供电的经济性和供电质量。76 山东科技大学学士学位论文矿山供电系统2.3变电站设计的原始资料本矿山变电站采用两回独立的线路供电，一回路是直接从上级线路引入，长度为10km；另一回路是经中间变电所引入的，上级线路到中间变电所的距离为8.5km，中间变电所到本变电所的距离为3.5km，上级的35kV母线的最大及最小短路容量分别为1200MV•A和800MV•A，线路选的型号为LGJ-95型。35kV系统为无限大系统，该地区海拔<1000m，地震级<5级，最低温度-20℃，最高温度40℃，雷电日<30天/年，年降水量<1000mm/年。负荷及其参数见附录，矿山变电站大部分是重要负荷，设计时应着重考虑供电的可靠性和经济性。2.4矿山供电的要求对矿山企业进行可靠、安全、经济、合理地供电，对提高经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义。1.供电可靠供电可靠就是要求不间断的供电。供电中断不仅会影响企业生产，而且可能损坏设备，甚至发生人身事故，严重时会造成矿井的破坏。矿井井下含有瓦斯等有害气体，并有水不断涌出，一旦中断供电，可能使工作人员窒息死亡和引起瓦斯爆炸，矿井也有被水淹没的危险。因此，对工矿企业中的这类负荷，供电应绝对可靠。为了保证对矿山供电的可靠性，供电电源应采用两回独立电源线路，也可以来自不同的变电站（或发电厂）或同一变电站的不同母线。因此，本设计的变电站采用了两回独立的电源线路，且电源线路上没有分接任何负荷，这样在任何一回路电源发生故障的情况下，仍能保证对生产用户的供电。2.供电安全76 山东科技大学学士学位论文矿山供电系统供电安全就是在电能的分配，供应和使用过程中，不应发生人身触电和设备损坏事故，也不致引起火灾和爆炸事故。尤其是煤矿井下，生产环境复杂，自然条件恶劣，供电设备易受损坏，特别容易发生上述事故。因此供电系统的布置和操作必须严格按照《煤矿安全规程》的有关规定执行，确保供电安全。3.供电质量所有的用电设备都是按照一定的电压和频率设计制造的，用电设备在额定值下运行性能最好。因此要求供电质量方面有稳定的频率和电压，电压和频率是衡量电能质量的重要指标。保证频率和电压符合要求是发电部门的工作任务和职责。交流电的频率对交流电动机的性能有着直接影响，频率的变动直接影响交流电动机的转速。对于额定频率为50Hz的工业用交流电，其偏差在0.2～0.5Hz的上下波动。对于供电电压，送到用电设备的端电压与额定值总有一些偏差，此偏差值称为电压偏移，它是衡量供电质量的重要指标。各种用电设备都能够适应一定范围内的电压偏移，但是如果电压偏移超过允许的范围，电气设备的运行情况将显著恶化，甚至损坏电气设备。4.供电经济矿山供电的经济性要从下述三个方面着手：尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资；尽可能降低设备，材料及有色金属的消耗量；注意降低供电系统的电能损耗及维护费用。76 山东科技大学学士学位论文负荷计算和主变压器的选择3负荷计算与主变压器的选择3.1负荷计算为了确定供电系统中各用户电力负荷的大小，以便为正确地选择主变压器的容量和台数、选择电气设备和导线截面积、确定测量仪表的量程、选择继电保护装置等提供重要的计算依据。由于各用电设备在运行中的负荷是随时间变化的且不应超过其额定容量，又由于用电设备一般不同时出现，所以各用电设备的实际负荷之和，总比它们铭牌值直接相加的数值低。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。但是，由于影响负荷变化的因素很多，很难准确地计算负荷的大小，因此负荷计算只能力求符合实际。目前我国设计部门在进行工矿企业供电设计时，常用需用系数法和二项式系数法。其中需用系数法计算简便，适用于任何性质的工矿企业，其计算结果能满足工程上的要求，所以应用最为广泛。在本设计中我们采用的是需用系数法。3.2主变压器的选择工矿企业变电所的主变压器向整个企业的所有用电设备供电，正确选择主变压器的台数和容量对供电的可靠性和经济性都有着重要的意义。主变压器根据负荷的类别、总计算负荷选择其台数和容量，并应考虑留有一定的发展余地。1.主变压器台数的确定（1）具有一类负荷的变电所76 山东科技大学学士学位论文负荷计算和主变压器的选择具有一类负荷的变电所，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》，矿井变电所的主变压器一般选用两台，当其中一台停止运行时，另一台应能保证安全及原煤生产用电，并不得少于全矿计算负荷的80％；《工业企业设计规范》规定，对具有大量一、二类负荷的变电所，一般选用两台变压器，当其中一台出现故障或检修时，另一台能对全部的一、二类负荷继续供电，并不得小于全部负荷的70％。（2）只有二、三类负荷的变电所对只有二、三类负荷的变电所，可只选一台变压器，但应敷设与其它变电所相联的联络线作为备用电源。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的及宜于采用经济运行方式的变电所，也可以采用两台变压器。所以，本着可靠性、安全性的供电要求，本设计的变电站选用了两台主变压器，一台工作，一台备用。2.变电所主变压器容量的确定当两台变压器采用一台工作，一台备用运行方式时，则变压器的容量应大于全矿的计算负荷，也就是要满足全矿负荷的需要（一般应考虑10％～25％的富裕容量）。主变压器型号的选择应尽量采用低损耗，高效率的变压器。目前广泛使用的低损耗电力变压器有SFL7、SL7、S7、S9等型号。本设计的变电站采用的是两台SFL7—20000/35的变压器。3.3功率因数的改善功率因数是交流电路的有功功率和视在功率之比，当有功功率为定值时，减少无功功率就能提高功率因数。提高功率因数的实质，就是减少用电设备的无功功率需求量。3.3.1提高功率因数的意义提高功率因数对矿山企业具有下列实际意义：76 山东科技大学学士学位论文负荷计算和主变压器的选择1.提高电力系统的供电能力。提高功率因数，能增加电力系统主要组成部分的发电变压器和网络的供电能力。在发电和输、配电设备的安装容量一定时．提高用户的功率因数，相应减少了无功功率和视在功率的需求量，在同样设备条件下，对一个设备来讲它所供应或传送的有功功率就增加了，充分发挥了设备的潜力，提高了电力系统的供电能力。2.减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。当网络的电压和输送功率一定时，功率因数越低，通过网络的电流越大。该电流通过网络阻抗时，所产生的电压降也越大。由于用户功率因数的提高，使网络中的电流减小，因此网络中的电压损失减少，网络末端用电设备的电压质量得到提高。可见，提高用户功率因数，可使供电线路的电压损失减少，从而改善了供电系统的运行水平及用户的供电质量3.降低供电网络中的功率损耗。当线路的额定电压和输送的有功功率保持恒定时可见，在其他因素相同的情况下，线路的功率损耗与功率因数的平方成反比，即用户的负载的功率因数越低，供电线路的功率损耗越大，这样既浪费能源又增大电费成本，而功率因数越高，则网络中的功率损耗越少。4.降低企业产品的成本。由于提高功率因数可减少网络和变压器中的电能损耗，使企业电费降低。可见，提高功率因数，对充分利用现有的输电、配电及电源设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高供电效率，降低产品成本，提高经济效益等有着十分重要的意义。3.3.2提高功率因数的方法1.提高用电设备的自然功率因数76 山东科技大学学士学位论文负荷计算和主变压器的选择凡未装设人工补偿装置设备的功率因数，称为自然功率因数。自然功率因数的高低，取决于负荷性质。对于电阻性负荷较多的用电企业，自然功率因数较高；对于电感性较多的用电企业，自然功率因数较低。不增加专门的设备，采取合理的技术措施，改进用电设备的运行情况，提高负荷功率因数的方法称为提高负荷的自然功率因数。提高自然功率因数的方法有：正确选择与合理地使用电动机，使其经常在满载或接近满载的情况下运行；合理地调节负荷，避免变压器空载和轻载运行；使同步电动机在过励磁条件下运行；尽量选用鼠笼型电动机。2.人工补偿无功功率如果负荷的自然功率因数不能满足要求时，应采取人工补偿的方法提高负荷的功率因数。并联电容器法，利用电力电容器进行无功功率的补偿。电力电容器具有投资省、有功功率损失小、运行维护方便、故障范围小的特点。同步电动机过激法，由于同步电动机消耗的有功功率取决于电动机轴上所带机械负荷的大小，而消耗的无功功率取决于转子中的励磁电流的大小，在欠激状态时，定子绕组从电网吸取感性无功功率；在过激状态时，定子绕组向电网送出无功功率，从而提高了全矿的功率因数。目前矿山企业广泛采用并联电容器法进行无功功率的补偿。因此，本设计同样采用并联电容器进行无功补偿。76 山东科技大学学士学位论文电气主接线4电气主接线变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。变电站电气主接线包括一次接线、二次母线及配出线的接线。变电站电气主接线有多种形式，其方案的确定与电源进线回路数、负荷大小和级别、电源的供电距离和主变压器的台数与容量等因素有关。变电所主接线方案的确定，对电气设备的选择、变电所电气设备的布置及变电所运行的可靠性、灵活性、安全性及经济性等均有密切关系。4.1电气主接线类型变电站的电气主接线包括一次接线，二次接线和配出线的接线。4.1.1一次接线变电站一次接线是指供电线路与主变压器之间的接线。变电站一次接线分为线路变压器组接线，桥式接线和单母线分段式接线等几种。1.线路变压器组接线当变电所只有一台进线和一台变压器时，宜采用线路变压器组接线。这种接线结构简单，电气设备少，投资省，但供电可靠性差。适用于只有三类负荷的中小型企业变电所，也可对小容量的二类负荷供电。线路变压器组接线如图4.1所示。因为本变电所是矿山供电变电所，很多负荷是一类负荷，所以不适宜用这种接线方式，而选用的是桥式接线。76 山东科技大学学士学位论文电气主接线图4.1线路变压器组接线2.桥式接线为了保证供电的可靠性，工矿企业变电所广泛采用有两路电源进线和两台主变压器的桥型接线。根据桥的横连位置不同，桥式接线又分为全桥，内桥和外侨三种形式。全桥接线，其特点是线路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，故其具有运行灵活、适应性强的优点，不论是切换变压器还是切换线路都可方便地操作，并易发展成单母线分段接线的中间变电所。其缺点是所用设备多，投资大，占地面积大。内桥接线，其特点是在母线与变压器之间只设隔离开关，不设断路器，因而投资与占地面积比全桥少，仍保持切换线路方便的优点。其缺点是切换变压器不方便。因此适用于电源进线长、线路故障可能性大、变压器负荷较平稳且切换次数少的变电所。外桥接线，其特点是电源进线端不设断路器，只设隔离开关。这种接线比内桥还少两个隔离开关，因而具有投资和占地面积更少、切换变压器方便、易过渡到全桥接线的优点。其缺点是切换线路不方便。因此适用于电源线路短、故障与检修机会少、变压器负荷变化大且需经常切换的变电所。因为矿山变电所的负荷大多数都是重要的一级负荷，虽然全桥接线的设备比较多，投资比较大，但是线路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，故其具有运行灵活，适应性强的优点，不论是切换变压器还是切换线76 山东科技大学学士学位论文电气主接线图4.2全桥接线路都可方便的操作。并易发展成单母线分段的中间变电所。综合考虑，为了矿山用电的安全可靠，我们仍选用全桥接线的形式。全桥接线的具体电气接线如图4.2所示。4.1.2二次接线变电所的二次接线是指主变压器低压侧所连接的母线，主要有三种形式，他们是单母线接线，双母线接线，单母线分段接线。单母线接线，其优点是接线简单，所用设备少。投资小。缺点是供电可靠性差一旦母线出现故障或电源进线开关故障检修时，用户全部停电。因此，它只适用于容量小、对供电可靠性要求不高的变电所。76 山东科技大学学士学位论文电气主接线双母线接线，变电所每条进出线，通过隔离开关分别接到两条母线上，两条母线之间用联络开关联接，互为备用。其优点是供电可靠、灵括。缺点是所用设备多，投资大，接线复杂，操作安全性差。这种接线多用于对供电可靠性要求高的大容量枢纽变电所。单母线分段接线，电源进线分别接于不同的母线段上。对于变电所的重要负荷，其配出线必须分别接在两段母线上，构成平行双回路或环形供电方式，以防母线故障中断供电。对只有一回电源线路的其它负荷，分散接在两段母线上，并尽量使两段母线负荷分配均匀。这种接线的优点是能保证重要负荷的供电可靠性，与双母线相比所用设备少、经济，系统接线简单，操作安全。适用于出线回路不太多、母线故障可能性较少的变电所。工矿企业35（63）kV变电站多采用这种单母线分段式接线方式。单母线分段接线具体接线如图4.3所示。对于母线联络开关，当母线出线回路较多时，应采用断路器作为母线联络开关，这样操作方便，运行灵活；当母线出线回路较少时，用隔离开关作母线联络开关较为经济。图4.3单母线分段式接线76 山东科技大学学士学位论文电气主接线4.1.3配出线的接线配出线是指工矿企业变电所二次母线上引出的6（10）kV高压配电线路。下面仅介绍配出线上所用开关种类的确定及其配置情况。1.配电开关的种类对容量较小、不重要的负荷，为了节省投资，可采用负荷开关配合熔断器进行控制和保护；对容量较大或重要的负荷应采用断路器。2.隔离开关的布置为了保证检修线路和断路器时的人身安全，在断路器的电源侧必须装设隔离开关，如图所示。具有双电源的重要负荷在检修时为了防止发生反送电，在断路器的两侧都需装设隔离开关，如图4.4所示。（a）母线侧装设隔离开关（b）断路器两侧均装设隔离开关图4.4配出线隔离开关布置76 山东科技大学学士学位论文电气主接线在停、送电操作时，必须严格按照顺序操作，即断路器与隔离开关之间：送电时，先合隔离开关，后合断路器，停电时，先断开断路器，后断开隔离开关。否则，会出现弧光短路。两个隔离开关之间：送电时，先合母线侧隔离开关，后合线路侧隔离开关，停电时，先断开线路侧隔离开关，后断开母线侧隔离开关。以防止在发生隔离开关与断路器之间的误操作时，人为扩大事故范围。4.2电气主接线的设计原则4.2.1主接线的设计原则1.考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，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站主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。3.考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响对一、二级负荷，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、二级负荷不间断供电；三级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站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。76 山东科技大学学士学位论文电气主接线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；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。4.1.2主接线设计的基本要求根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质、线路、变压器的连接总数、设备特点等条件确定。并应充分考虑供电可靠性、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.可靠实用所谓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。主接线的可靠性是由它的组成元件（包括一次和二次部分）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，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。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庄器。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76 山东科技大学学士学位论文电气主接线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、电流和电托互感器、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，减少一次降压用电，达到减少电能损夫之目的。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，变电站布局、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渡到最终接线。4.3电气主接线方案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站降为6～10kV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。76 山东科技大学学士学位论文电气主接线主接线是否合理，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。在电气主接线图上所有电气设备均以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，就是电气设备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。从主接线图上我们可了解变电站设备的电压、电流的流向、设备的型号和数量、变电站的规模及设备间的连接方式等。因此，主接线图是变电站的最主要的图纸之一。常用的变电站电气主接线方案有如下几种：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，这种电气主接线，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，因此称为内桥式接线。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。这种内桥式接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、并且变电站的变压器不需要经常切换的总降压变电所。由上述可见，此种接线方式不适合本次设计。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站，这种主接线，其一次侧的高压断路器也跨接在两路电源进线之问，但处在线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接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。但与内桥式接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站负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电站。当一次电源电网采用环行接线时，也宜于采用这种接线，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站，这种主接线形式有上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供电给一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。由于本设计一次侧进线只有两条，故这种方案也不适合本次设计。4.一、二次侧均采用双母线接线的总降压变电站，这种主接线采用双母线接线，较之采用单母线接76 山东科技大学学士学位论文电气主接线线，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，所以双母线接线在工矿企业变电站中很少运用。因此，这种方案也不适合本次设计。5.一次侧采用全桥式接线、二次侧采用单母线分段接线的总降压变电站。由于一次侧采用全桥接线，线路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，运行灵活、适应性强，不论是切换变压器还是切换线路都可方便地操作，而且很容易发展成单母线分段接线的中间变电所。二次侧采用单母线分段，能保证重要负荷的供电可靠性，与双母线相比所用设备少、经济，系统接线简单，操作安全。适用于出线回路不太多、母线故障可能性较少的变电站。本次设计的矿用变电站是连续运行、负荷变动较小、电源进线较短、主变压器不需要经常切换，另外还要考虑到今后的扩建。因此本次设计选用第五种方案，即一次侧采用全桥式接线、二次侧采用单母线分段接线。76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算5短路电流计算5.1电力系统短路概述5.1.1短路的原因和短路的种类供电系统中发生短路的主要原因有：由于电气设备导电部分绝缘老化损坏，电气设备受机械损伤使绝缘损坏，过电压使电气设备的绝缘击穿等所造成；运行人员误操作；线路断线，倒杆，鸟兽跨接裸露的导电部分而发生的短路。在供电系统中发生短路将产生以下破坏性的后果：1.电流的热效应：由于短路电流比正常工作电流大几十倍至几百倍，这将使电气设备过热，绝缘损坏，甚至把电气设备烧毁。2.电流的电动力效应：巨大的短路电流通过电气设备将产生很大的电动力，可能引起电气设备的机械变形、扭曲甚至损坏。3.电流的电磁效应：交流电通过导线时，在线路的周围空间产生交变电磁场，交变电磁场将在邻近的导体中产生感应电动势。当系统正常运行或对称短路时，三相电流是对称的，在线路的周围空间各点产生的交变电磁场彼此抵消，在邻近的导体中不会产生感应电动势；当系统发生不对称短路时，短路电流产生不平衡的交变磁场，对线路附近的通讯线路信号产生干扰。4.电流产生电压降：巨大的短路电流通过线路时，在线路上产生很大的电压降，使用户的电压降低，影响负荷的正常工作。76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算供电系统发生短路时将产生上述后果，故在供电系统的设计和运行中，应设法消除可能引起短路的一切因素。为了尽可能减轻短路所引起的后果和防止故障的扩大，一方面，要计算短路电流以使正确选择和校验各电气设备，保证在发生短路时各电气设备不致损坏。另一方面，要一旦供电系统发生短路故障，应能迅速、准确地把故障线路从电网中切除，以减小短路所造成的危害和损失。在三相供电系统中，破坏供电系统正常运行的故障最为常见而且危害性最大的就是各种短路。对中性点不接地系统有相与相之间的短路；对中性点接地系统有相与相之间的短路和相与地之间的短路。其短路的基本种类有：三相短路、两相短路、单相短路、两相接地短路、单相接地短路等。5.1.3计算短路电流的目的计算短路电流是为了使供电系统安全，可靠运行，减少短路所带来的损失和影响。所计算短路电流用于解决下列技术问题：1.选择校验电气设备：在选择设备时，需要计算出可能通过电气设备的最大短路电流及其短路电流产生的热效应及电动力效应，以便校验电气设备的热稳定和动稳定性，确保电气设备在运行中不受短路电流的冲击而损坏。2.选择和整定继电保护装置：为了确保继电保护装置灵敏、可靠、有选择性地切除电网故障，在选择、整定继电保护装置时，需计算出保护范围末端可能产生的最小两相短路电流，用于校验继电保护装置动作灵敏度是否满足要求。3.选择限流装置：当短路电流过大造成电气设备选择困难或不经济时，可在供电线路串接限流装置来限制短路电流。是否采用限流装置，必须通过短路电流的计算来决定，同时确定限流装置的参数。4.选择供电系统的接线和运行方式：不同的接线和运行方式，短路电流的大小不同。在判断接线及运行方式是否合理时，必须计算出在某种接线和运行方式下的短路电流才能确定。76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算5.1.4计算短路电流时的化简条件因为电力系统的实际情况比较复杂，在实际的计算中常采用近似计算的方法，将计算条件简化。按简化条件计算的短路电流偏大，其误差为10%～15%。其计算简化条件如下：1.不考虑铁磁饱和现象，认为电抗是常数；2.变压器的励磁电流忽略不计；3.除高压远距离输电线路外，一般不考虑电网的电容电流；4.计算短路电流时忽略负荷电流；5.当短路系统中的电阻值小于电抗的1/3时，电阻值忽略；5.2短路电流的计算在煤矿企业的供电系统中，大多属于无限大电源容量系统，对无限大电源容量系统短路电流的计算方法常用相对值法和绝对值法。相对值法多用于高压电网的短路电流计算，绝对值法一般用于低压电网的短路电流计算。有限大电源容量系统短路电流计算，一般采用查曲线和查表法。本章节只讨论无限大电源容量系统短路电流的计算方法。为了计算短路电流，应先求出短路点以前短路回路的总阻抗。在计算高压电网中的短路电流时、一般情况只需计算各主要元件的电抗而忽略其电阻（即发电机、变压器、架空线路、电缆线路、电抗器等的电阻）。当架空线路、电缆线路较长并使短路回路总电阻大于总电抗的三分之一时，才需计其电阻。5.2.1绝对值法计算短路电流76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算绝对值法又称有名值法．采用有名值方法计算短路电流时，电压、电流、阻抗等物理量直接带单位参加计算，其公式中的各物理量都是有单位名称的量。在计算低压供电系统的短路电流时，由于高压系统的阻抗与低压系统的阻抗相比很小，高压系统阻抗可忽略不计，减少了折算工作。故在低压电网中计算短路电流时多采用绝对值法计算短路电流。5.2.2相对值法计算短路电流相对值是任意一个物理量的实际值与选定的该量基准值的比值。由于实际值的单位与选定的基准值的单位相同，故相对值无单位。在用相对值法计算短路电流时，常用到四个物理量，即容量，电压，电流和电抗。在三相线路中这四个量遵守欧姆定律和功率方程。用相对值法计算短路电流时，先要计算各量的相对值，因此，先要选定这四个物理量的基准值，即基准容量，基准电压，基准电流和基准电抗。同样这四个基准值也遵守欧姆定律和功率方程。由本设计提供的原始资料知，35kV电源系统可以看作是无限大电源系统，所以本设计采用相对值法来计算短路电流，选基准容量为100MV•A，基准电压为平均电压。表5.1线路额定电压和平均电压（kV)额定电压0.220.380.6636103560110220平均电压0.230.40.693.156.310.537631152305.2.3系统各元件相对基准电抗值的计算各元件的相对基准电抗值与所选的基准容量及元件本身所在线路的平均电压有关。所以在计算元件的相对基准阻抗时，所取的基准电压应是元件所在线路的平均电压。特别是在多级电压的电网中，计算不同电压等级的各短路点的总阻抗时，若采用相对值法，只需把短路回路中各元件的相对基准电抗直接相加即可，从而使工作大大简化。76 山东科技大学学士学位论文电气设备6电气设备6.1电气设备简介变电所的高低压电器对电能起着接受，分配，控制和保护的作用，主要有断路器，负荷开关，隔离开关，熔断器，电抗器，互感器，母线装置及成套配电装置等。6.1.1高压断路器断路器是电力系统中最重要的一种电器，在正常情况下，用来分，合电路，在故障时，通过继电保护装置使其自动而快速地将故障部分切除，以保证系统的安全运行，或将备用电源自动投入，以提高供电的可靠性。在选择断路器的技术参数时，应按额定电流和额定电压选择，按断流能力和短路时的动稳定性和热稳定性来校验。6.1.2负荷开关负荷开关具有简单的灭弧装置，能开断负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。由于其结构简单，价格较断路器便宜。负荷开关与熔断器配合使用，由熔断器来切断短路电流，负荷开关来分、合正常负荷电流，从而起到断路器的作用。6.1.3隔离开关隔离开关是电力系统中用得最多的一种电器，其主要作用是：1.用于隔离电源，使回路中具有明显的断口，以保证线路及电器检修时的人身安全。2.转换线路，增加线路联络的灵活性。76 山东科技大学学士学位论文电气设备3.隔离开关没有灭弧装置，一般不能用于分、合负载电流，但有时可用于切断小的电感电流（如小型变压器的空载电流）和小的电容电流。隔离开关的选择按电网电压、长时最大工作电流以及环境条件选型，按短路电流校验其动热稳定性。6.1.4熔断器熔断器是一种应用最早的保护装置，分为高压熔断器和低压熔断器。它是利用故障时的大电流通过熔件产生的热量，使熔件熔断，将故障部分切除。熔断器的功能只要是对电路及电路设备进行短路保护。其优点是构造简单，价格低廉，适用于过流保护。缺点是操作不够方便，保护配合较难满足要求，它不能保护过负荷。6.1.5互感器互感器是一种测量用的电压，电流变换器。根据二次回路的继电器，测量仪表及监视装置的需要设置。一般情况下，每一进、出线回路装设一组电流互感器，每一段母线上装设一组互感器。其主要功能是：1．用来使仪表和继电器等二次设备与主电路绝缘。2．用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。6.1.6限流电抗器限流电抗器是一种无铁心的电抗线圈，其主要作用是：1．将短路电流限制在预定的范围，以保证短路时系统工作的稳定性。2．提高发电厂或变电所在短路时的母线电压，以保证对非故障线路的继续供电。6.1.7成套配电设备与组合电器为了安装方便，降低成本，节约占地面积和提高供电的可靠性，将上述电器及其二次回路和操作机构等有机地组合在一起成为成套配电装置，目前变电所10kV以下的配电设备均为成套装置。有时将开关电器与变电设备等组合在一起，构成变电所组合电器，以减小占地面积。 76 山东科技大学学士学位论文电气设备使用成套配电装置，可是变电所布置紧凑，整齐美观，操作和维护方便，并可加快安装速度，保证安装质量，但耗用钢材较多，造价较高。6.1.8电缆线路输电导线的选择是供电设计的重要内容之一，为保证供电的安全、可靠、经济合理和供电质量，必须正确合理的选择输电导线的型号和截面。输电导线的型号应根据其所处的电压的等级和使用场所选择。选择导线截面的一般原则有按长时允许电流选择、按允许电压损失、按经济电流密度、按机械强度选择导线的截面、按短路时的热稳定条件选择截面及按启动条件校验导线截面等。本次设计是按照经济电流密度选择导线的截面。6.2变电站选择电气设备的原则正确地选择电气设备对供电的可靠性、安全性、经济性都有着重要的意义。不同的电气设备在选择时考虑的条件也不尽相同，下面介绍选择电气设备的一般原则。6.2.1按使用环境选择电气设备的类型为了适应不同的装设地点，电气设备分为户内式和户外式；按不同的工作环境又分为普通型，防污型，湿热型，高原型和矿用型等。矿用型又分为一般型和矿用防爆型。矿用防爆型又分为增安型，隔爆型，本质安全型等。此外，还有其它一些分类方法。选择时，应首先根据电气设备工作的环境条件选择出合适的型号。6.2.2按正常工作参数选择电气设备1.根据额定电压选择所选电气设备的额定电压应不低于所在电网的额定电压，或电气设备的最高允许电压()不小于所在电网的最高电压。即76 山东科技大学学士学位论文电气设备式中：——电气设备的额定电压；——电网的额定电压；——电网的最高电压；2.根据额定电流选择电气设备的额定电流不应小于通过它的最大长时工作电流。即式中：——电气设备的额定电流；——电气设备所在线路的最大长时工作电流。6.2.3按短路条件校验电气设备1.开关电器断流能力的校验当开关电器的额定断流容量大于其所在电路的最大短路容量时，开关电器才能可靠地切除短路故障。否则，故障不能切除，并有可能使故障继续扩大，影响到系统的安全运行。开关电器的断流能力应按下式进行校验：式中：、——最大运行方式下开关电器安装处的次暂态短路容量和短路电流；2.电气设备的短路稳定性校验为了保证电气设备不因短路电流的电动力和热效应所破坏，应校验其在发生短路时动稳定性和热稳定性。对电气设备进行短路条件校验时，应根据最严重的短路情况计算，即最大运行方式下的三相短路电流。76 山东科技大学学士学位论文变电站防雷保护7变电站防雷保护7.1概述电力系统中电气设备的绝缘，在正常工作时只承受额定电压。由于各种原因，造成设备的电压异常升高，其数值大大超过设备的额定电压，使设备的绝缘被击穿或闪络，这就是过电压。过电压分内部过电压和大气过电压。大气过电压是只有雷云直接对地面上的电气设备直接放电或对设备附近的物体放电在电力系统中引起的过电压。前者称直接雷击过电压，其数值可达数百万伏，电流可达数十万安培，危害性极大；后者称为感应过电压，其幅值一般不超过300kV，个别可达到500~600kV.大气过电压不仅对电力系统有很大危害，而且也可能使建筑物受到破坏，并能点燃易爆品，危及人身安全，故应加强防雷措施。雷电的破坏作用很大，它能伤害人畜，击毁建筑物，造成火灾，并使电气设备的绝缘受到破坏，影响供电系统的安全运行。对直接雷击过电压一般采用避雷针或避雷线进行保护。7.2避雷针避雷针是防止直接雷击的装置，它把雷电引向自身，使被保护物免受雷击。避雷针是接地良好的、顶端尖锐的金属棒。它由接闪器、接地引下线和接地极三部分组成。76 山东科技大学学士学位论文变电站防雷保护图7.1两支等高避雷针的保护范围两支等高避雷针的保护范围如上图所示。两针外侧的保护范围按照单支避雷针的保护计算，两支以外的避雷范围按照假想避雷针高度确定，即式中：L为两支避雷针之间的距离，m；为高度影响系数两针之间的最小距离W的最小保护宽度为为当保护半径为R时对应的高度。本次设计变电站得规模为长65m、宽40m，变电所的最高位6m，避雷针的选定见计算部分。76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算计算部分1变电站负荷计算1.1全矿总负荷计算1.地面低压负荷计算：kV•A2.井下总负荷计算：kV•A3.系统总负荷计算：4.全矿总计算负荷：在本变电所的设计中取最大负荷同时系数为0.9，故kV•A76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算1.2线路功率损失1.2.1据经济电流密度选择电缆截面导体的经济截面为式中，——导线的经济截面，；——线路正常工作时的最大长时工作电流，由公式得出，单位；——经济电流密度，见表1.1，。表1.1所选电缆材料经济电流密度值电缆材料年最大负荷利用小时数Tmax1000-30003000-50005000以上铜芯绝缘电缆2.52.252表1.3各型号电缆技术数据参数型号外径(mm)质量(kg/km)电阻(Ω/km)电抗(Ω/km)载流量(A)ZQ20-3528.029210.6130.064150ZQ20-5030.134490.4290.063180ZQ20-7033.343950.3060.061230ZQ20-9536.655190.2260.060280ZQ20-12039.666010.1790.060350各支路电缆选择如表1.2所示：76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算表1.2电缆选择一览表设备名称视在功率S/kV•A电压U/kV/A年最大工作小时数T/h经济截面所选电缆电缆长度km主提升井1033.333699.4330002.2544.19ZQ20-950.6副提升井880684.6815002.533.872ZQ20-350.7压风机1115.2176107.3136002.2547.69ZQ20-501.5南风井947.368691.168760245.58ZQ20-501.5北风井947.368691.168760245.58ZQ20-501.5地面低压4245.1866408.4987602204.24ZQ20-951.2主排水泵2709.3756260.7142002.25115.871ZQ20-701.3井下负荷9066.51861046.23342002.25464.993ZQ20-1201.31.2.2线路功率损失计算根据表1.3可查得各型号电缆的电阻和阻抗，可求得各出线支路的功率损失：1.主提升井部分2.副提升井部分3.压风机4.南风井76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算5.北风井6.主排水泵(最大涌水量)7.地面低压部分8.井下负荷注：在该设计中由于地面低压和井下低压各出线支路中的功率损失占总负荷的百分比不足5%，故本次设计中该部分线路损耗忽略不计。线路总损失：kV•A1.3全矿总负荷76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算kV•A1.4留有10%裕度后的容量kV•A1.5主变的选择1.5.1主变容量的确定当两台变压器采用一台工作、一台备用运行方式时，则变压器的容量应按下式计算：式中，——变压器的额定容量，kW；——故障保证系数，根据全企业一、二类负荷所占比例确定（对煤矿企业取不应小于0.8，工厂企业不应小于0.7）；——变电所总计算负荷留有10%裕度后的容量视在容量，经计算=18809.602kV•A。本设计中采用的是-20000/35，该变压器的技术参数见表1-4。地面低压部分使用的变压器是-5000/6，该型号的变压器是将母线上的6kV降为机修厂、家属区、工业广场、排矸系统、洗煤厂等厂用电压380V，由于该变压器损耗非常的小，故忽略不计。其技术参数也参见表1.4。76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算表1.4所选变压器技术参数型号额定容量/额定电压/额定损耗/阻抗电压/%空载电流/%连接组质量/t外形尺寸/mm高压低压空载短路长宽高-20000/3520000356.322.59380.7YN,d1132.1423040304350-5000/6500060.46.5736.770.9YN,yno112880237036901.5.2主变压器的损耗有功损耗：式中，——变压器在额定电压时的空载损耗，kW，见表1.4；——变压器在额定负荷时的短路损耗，kW，见表1.4；——变压器的负荷系数，它等于变压器的实际负荷容量与变压器额定容量的比值。无功损耗：式中，——变压器空载时的无功功率损耗，；——变压器额定负荷时的无功功率损耗，。kV•A76 山东科技大学学士学位论文变电站负荷计算1.6功率因数的改善1.6.1补偿前的功率因数的计算：kV•A此时系统功率因数为0.745，而本设计要求功率因数不能低于0.95，由此补偿所需电容器容量为：式中，tan、tan——对应补偿前、后cos和cos的正切值选择GR-1C-08型电容柜，容量为270kvar。需用电容柜的数量：N=8602.910÷270=31.863,电容器一般分成两组，分别接在变电站6kV的两段母线上，所以，N应取与计算值相等或稍大的偶数。当选择电容器柜时，因柜内电容器已分为三相，所以只需要是电容器柜总数为偶数即可，故应取32个柜。故补偿容量为QC=270*32=8640kvar1.6.2补偿后的功率因数计算QB=Q−QC=12803.354-8640=4163.354kvarkV•A补偿后功率因数符合要求。76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算2短路电流计算2.1绘制短路计算电路图图2.1短路计算电路图2.2绘制短路等值电路图图2.2短路等值电路图76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算2.3基准值的选取选取基准容量Sb=100MV•A；35kV侧选取基准电压37kV,即Ub1=37kV；6kV侧选取基准电压6.3kV，即Ub2=6.3kV，故2.4计算各元件相对基准电抗1.电力系统对应的基准电抗=1200MV•A=800MV•A2.变压器电抗的计算变压器的电抗较其电阻大的多，所以变压器的电阻可忽略不计，因此变压器的基准电抗可用下式计算：式中，Ud%——变压器的短路电压百分数；S——变压器的额定容量，MV•A。3.线路阻抗76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算同上可得：`2.5短路参数的计算由于本设计没有进行继电保护设计，故没有必要进行最小运行方式下的短路电流计算，因此下面仅进行最大运行方式下的短路电流计算。1.d0点发生短路时三相短路电流：三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A2.在d1点发生短路时三相短路电流：三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A3.在d2点发生短路时三相短路电流：76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A4.在d3点发生短路时三相短路电流：三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A5.在d4点发生短路时三相短路电流:三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A6.在d5点发生短路时，各短路值同d4点相同7.在d6点发生短路时三相短路电流：三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A8.在d7点发生短路时三相短路电流：76 山东科技大学学士学位论文短路电流计算三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A9.在d8点发生短路时三相短路电流：三相短路冲击电流：三相短路容量：MV•A表2.1最大运行方式短路电流计算参数短路计算点计算参数短路电流/kA短路冲击电流峰值/kA短路冲击电流有效值/kA短路电流容量/MV•Ad019.8850.6930.2091204.82d148.97443.38325.854207.039d210.95727.94016.651119.617d35.03612.8427.65354.975d44.31711.0086.56047.125d54.31711.0086.56047.125d65.34713.6368.12658.377d74.09510.4426.22344.703d810.94427.90716.631119.47476 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择3电气设备的选择3.1断路器的选择首先按设备工作环境条件及电压、电流选择断路器型号，然后按所选断路器参数进行校验。设35kV进线的过流保护动作时间为2s,主变容量20000kV•A，且设有差动保护，故在差动保护范围内继电保护动作时间为t=0s，此时假想时间t=t+t+t=0+0.2+0.05=0.25s,其中，t=0.2——断路器动作时间，单位st=0.05——电弧持续时间，单位s。当短路发生在6kV侧出线上时，差动保护不动作，此时过流保护时间为1.0s，此时假想时间t=t+t+t=1.0+0.2+0.05=1.25s；当短路发生在6kV母线上时，差动保护不动作，此时过流保护时间为1.5s，此时假想时间t=t+t+t=1.5+0.2+0.05=1.75s。3.1.135kV侧断路器的选择1.35kV出线侧断路器QF135kV出线侧断路器QF1在正常情况下负担全矿总负荷，当一台主变故障或断路器检修时，长时最大负荷即等于变压器的额定容量，此时6kV侧最大工作电流为：QF1的额定电压为6kV，长时工作电流1924.5A76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择,布置在室内，初步选用断路器为户内少油断路器，型号为SN10-10/2000-43.3,额定电压10kV,额定电流2000A。根据系统最大运行方式下对断路器的动热稳定性及其额定容量进行校验。(1)动稳定性校验QF1按d1点分裂运行的最大短路冲击电流校验，即>,QF1动稳定性符合要求。(2)热稳定性校验电气设备应满足的热稳定条件是：式中，——制造厂规定的在t秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内不使电气设备各部分加热到超过所规定的最大允许短时温度的电流，——三相短路稳态电流，t——与相对应的时间，单位s；t——假想时间，单位s。=43.3=18.9741.75=630.02,故QF1热稳定性符合要求。(3)对断路器容量进行校验QF1在10kV的短路容量为750MV•A，使用在6kV时的短路容量为故选SN10-10/2000-43.3符合要求。2.35kV母联断路器QFC176 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择由于35kV母联断路器QFC1计算内容与计算方法和35kV出线侧断路器QF1完全相同，故具体计算过程在此不再赘述。最终计算结果见表3.1。表3.135kV母联断路器QFC1技术数据及计算数据计算数据SW2-35技术数据工作电压UN（kV）35额定电压UN（kV）35工作电流Ica（A）329.91额定电流IN（A）1000短路电流Id（kA）50.69额定断流量Idn（kA）100=19.88*1.75691.63=16.541089故35kV母联断路器QFC1符合要求。3.1.26kV出线侧断路器选择1.主提升机进线支路断路器QF2该进线最大工作电流为：QF2的额定电压为6kV，长时工作电流99.43A,布置在室内，初步选用断路器为户内少油断路器，型号为ZN3-10/600-150,额定电压10kV,额定电流600A，所选断路器参数如表3.1。(1)动稳定性校验QF2按d2点最大短路冲击电流校验，即>,QF2动稳定性符合要求。(2)热稳定性校验=8.7*4=302.76≥=6.705*1.25=49.69表3.2主提升机断路器QF2技术数据及计算数据计算数据ZN3-10/300-15技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）99.43额定电流IN（A）300短路电流Id（kA）10.957额定断流量Idn（kA）1576 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择=10.9572*1.25150.070=8.72*4302.76故主提升机断路器QF2符合要求。2.副提升机等进线支路断路器选择由于副提升井断路器、北风井断路器、南风井断路器、压风机断路器、地面低压断路器、井下负荷断路器计算内容与计算方法与主提升井断路器完全相同，故具体计算过程在此不再赘述。最终计算结果见表3.3、表3.4、表3.5、表3.6、表3.7。表3.3副提升机断路器QF3技术数据及计算数据计算数据ZN1-10/300-10技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）84.678额定电流IN（A）300短路电流Id（kA）5.036额定断流量Idn（kA）10=5.036*1.2531.702=42*464故副提升机断路器QF3符合要求。表3.4南、北风井断路器QF4、QF5技术数据及计算数据计算数据ZN1-10/300-10技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）91.16额定电流IN（A）300短路电流Id（kA）4.317额定断流量Idn（kA）10=4.3172*1.2523.296=42*464故南、北风井断路器QF4、QF5符合要求。表3.5压风机断路器QF6技术数据及计算数据计算数据ZN1-10/300-10技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）107.312额定电流IN（A）300短路电流Id（kA）5.347额定断流量Idn（kA）10=5.3472*1.2535.738=42*464故压风机断路器QF6符合要求。76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择表3.6地面低压断路器QF7技术数据及计算数据计算数据ZN3-10/600-10技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）408.49额定电流IN（A）600短路电流Id（kA）4.095额定断流量Idn（kA）10=4.095*1.2520.961=4464故地面低压断路器QF7符合要求。表3.7井下负荷断路器QF8技术数据及计算数据计算数据ZN5-10/1250-15技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）1046.23额定电流IN（A）1250短路电流Id（kA）10.944额定断流量Idn（kA）15=10.944*1.25149.714=152450故井下负荷断路器QF8满足要求。3.2隔离开关的选择3.2.1进线侧隔离开关选择当一台主变故障或断路器检修时，长时最大容量即等于变压器的额定容量。此时，35kV侧隔离开关QS1最大长时工作电流为：Ica=329.91A35kV侧隔离开关最大长时工作电流为，布置在室内，初步选用GN13-35/600,根据短路参数进行动热稳定性校验。1.动稳定性校验按d0点最大短路冲击电流校验，即>,动稳定性符合要求。76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择2.热稳定性校验35kV侧隔离开关：==由于6kV侧隔离开关QS1´计算内容与计算方法与35kV侧隔离开关QS1完全相同，故具体计算过程在此不再赘述。最终计算结果见表3.8。表3.86kV侧隔离开关QS1´技术数据及计算数据计算数据GN2-10/200技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）1924.5额定电流IN（A）2000短路冲击电流（kA）43.383动稳定电流（kA）100=18.974*1.75630.022=50*5250003.2.16kV侧出线侧隔离开关选择1.主提升机进线支路隔离开关QS2选择该进线支路最大工作电流：,布置在室内，初步选用GN6-6T/200,根据短路参数进行动热稳定性校验。(1)动稳定性校验QS1按d2点最大短路冲击电流校验，即>,QS2动稳定性符合要求。(2)热稳定性校验=105=500≥=10.957*1.25=150.070表3.9隔离开关QS1技术数据及计算数据计算数据GN6-6T/200技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）99.433额定电流IN（A）200短路冲击电流（kA）27.940动稳定电流（kA）35.576 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择=10.957*1.25150.070=10*5500故主提升机进线支路隔离开关符合要求。2.副提升机等进线支路隔离开关选择表3.10副提升井进线支路隔离开关QS3技术数据及计算数据计算数据GN6-6T/200技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）84.678额定电流IN（A）200短路冲击电流（kA）12.842动稳定电流（kA）35.5=5.036*1.2531.702=10*5500故副提升井进线支路隔离开关QS3符合要求。由于副提升井进线支路隔离开关、北风井进线支路隔离开关、南风井进线支路隔离开关、压风机进线支路隔离开关、地面低压进线支路隔离开关、井下负荷进线支路隔离开关计算内容与计算方法与主提升井进线支路隔离开关完全相同，故具体计算过程在此不再赘述。最终计算结果见表3.10、表3.11、表3.12、表3.13、表3.14。表3.11北、南风井进线支路隔离开关QS4、QS5技术数据及计算数据计算数据GN6-6T/200技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）91.16额定电流IN（A）200短路冲击电流（kA）11.008动稳定电流（kA）35.5=4.317*1.2523.296=10*5500故北、南风井进线支路隔离开关QS4、QS5符合要求。表3.12压风机进线支路隔离开关QS6技术数据及计算数据计算数据GN6-6T/200技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）107.312额定电流IN（A）200短路冲击电流（kA）13.636动稳定电流（kA）35.576 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择=5.347*1.2535.738=10*5500故压风机进线支路隔离开关QS6符合要求。表3.13地面低压进线支路隔离开关QS7技术数据及计算数据计算数据GN6-6T/600技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）408.493额定电流IN（A）600短路冲击电流（kA）10.442动稳定电流（kA）35.5=4.095*1.2520.961=10*5500故地面低压进线支路隔离开关QS7符合要求。表3.14井下负荷进线支路隔离开关QS技术数据及计算数据计算数据GN10-10T/1000技术数据工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）1046.23额定电流IN（A）1000短路冲击电流（kA）27.907动稳定电流（kA）160=10.944*1.25149.714=75*528125故井下负荷进线支路隔离开关QS8符合要求。3.3电流互感器的选择3.3.135kV侧互感器的选择1.电流互感器额定电压、一次额定电流的确定根据规定：电气设备的额定电压UN不能低于电网的额定电压；互感器原边额定电流IN应大于等于1.2～1.5倍最大长时工作电流Ica。35kV侧最大长时工作电流为：故互感器一次额定电流IN≥（1.2～1.5）Ica=1.4*329.91=461.874A。76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择表3.1535kV侧互感器计算数据和所选互感器参数计算数据LCWD-35工作电压UN（kV）35额定电压UN（kV）35工作电流Ica（A）461.874额定电流IN（A）600短路冲击电流（kA）50.69127.28=19.88*1.75691.6315216kV侧与35kV侧计算过程完全相同，计算数据和选定的互感器参数见表3.16。表3.166kV侧计算数据和所选互感器参数计算数据LMZ1-10-3000/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）2694.3额定电流IN（A）3000短路冲击电流（kA）48.383945.45=18.974*1.75630760503.3.26kV侧出线互感器的选择由于主提升井线路互感器、副提升井线路互感器、北风井线路互感器、南风井线路互感器、压风机线路互感器、地面低压线路互感器、井下负荷线路互感器计算内容与计算方法和35kV侧完全相同，故具体计算过程在此不再赘述。最终计算结果见表3.17、表3.18、表3.19、表3.20、表3.21、表3.22。.表3.17主提升机线路计算数据和所选互感器参数计算数据LQJ-10-150/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）139.2额定电流IN（A）150短路冲击电流（kA）27.94033.94=10.957*1.25150.0707605076 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择表3.18副提升机线路计算数据和所选互感器参数计算数据LQJ-10-150/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）118.549额定电流IN（A）150短路冲击电流（kA）12.84233.94=5.036*1.2531.702126.56表3.19北风井、南风井线路计算数据和所选互感器参数计算数据LQJ-10-150/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）127.624额定电流IN（A）150短路冲击电流（kA）13.63633.94=5.3472*1.2535.738126.56表3.20压风机线路计算数据和所选互感器参数计算数据LQJ-10-200/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）150.23额定电流IN（A）200短路冲击电流（kA）11.00842.43=4.317*1.2523.296169表3.21地面低压进线线路计算数据和所选互感器参数计算数据LMJ-10-600/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）531.037额定电流IN（A）600短路冲击电流（kA）10.44284.85=4.095*1.2520.961152176 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择表3.22井下负荷进线线路计算数据和所选互感器参数计算数据LMJ-10-1500/5工作电压UN（kV）6额定电压UN（kV）10工作电流Ica（A）1360.10额定电流IN（A）1500短路冲击电流（kA）27.907127.28=10.944*1.25149.7149506.253.4电流互感器的选择6kV侧出线电压互感器选用JDJ-6,由于电压互感器多采用限流型熔断器保护，故没有必要进行动稳定性、热稳定性校验。35kV侧出线电压互感器选用JD6-35,由于电压互感器多采用限流型熔断器保护，故没有必要进行动稳定性、热稳定性校验。3.5母线的选择3.4.1母线材料和型号的选择本站35kV装置选用常规配电装置，同时母线上的穿越功率大，持续工作电流较大，为便于布置及运行维护的方便，因此相应的户外汇流母线选用三相水平布置的LF21-铝锰合金管型母线。3.4.2母线截面的选择1.35kV侧母线的选择(1)按照最大负荷持续工作电流进行选择：76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择考虑系统在35kV母线上的穿越功率，因此长期允许载流量选择2350A（+70℃），相应的参数为：导体尺寸100/90mm，导体截面1491mm，计算跨距，相间距离a=3m。(2)动稳定性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F为：式中，——母线的形状系数，对圆形截面的导体取1；——三相短路电流冲击值，A；——母线跨距，cm；a——两母线中心线的距离，cm。当母线受力时，作用在母线上的最大弯曲力为：式中，—母线的最大弯曲力，；—弯矩系数，当母线系数大于2时；—母线的抗弯距，由公式,其中D=100mm,d=90mm,由此可求出W=33.45，作用于母线的最大弯曲应力应小于母线材料的最大允许弯应力,即，而铝锰合金的最大应允力为8820N/cm5858.26N/cm，由此可见该型号电缆满足动稳定性要求。(3)热稳定性校验由于本站的最高温度+40℃，因此假设导体短路的发热温度为:76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择℃，则热稳定系数C值为：满足短路时发热的最小导体截面满足要求。2.6kV母线的选择本站6kV装置同35kV一样，选用户内常规型配电装置，持续工作电流较大，同样选用三相水平布置的LF21-铝锰合金管型母线。(1)按照最大工作电流经行选择：长期允许载流量选择3511A(+70℃),相应的参数为：导体尺寸：F130/116，导体截面2705mm，导体采用双跨的简支架，每两跨距做一过渡软连接，计算跨距，相间距离。(2)动稳定性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F为：母线的抗弯距作用在母线上的最大弯曲力为：此值小于铝锰合金的最大允许应力8820，满足要求。76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择(3)热稳定性校验由于本站的最高温度+40℃，因此假设导体短路的发热温度为:℃﹤70℃，则热稳定系数C值为：满足短路时发热的最小导体截面即能满足要求。3.6电缆校验由于该变电所设计中所有负荷利用小时数均在1000h以上，故电缆选择时均按经济电流密度选取截面，然后根据环境温度验算其长时电流是否符合要求，以及电压损失和热稳定性校验。1.主提升井进线电缆校验(1)按长时允许电流校验截面由表1.2和表1.3可知50电缆长时允许电流=180A，大于最大工作电流=99.43A，故满足要求。(2)按允许电压损失校验电缆截面线路电压损失为：式中，P——负荷的有功功率，kV；L——线路长度，m；D——电缆的导电率；S——所选电缆截面，mmUN——线路额定电压，kV。76 山东科技大学学士学位论文电气设备的选择占额定电压百分数：符合规定，故满足要求。（3)校验所选截面的热稳定性电缆最小热稳定截面：式中，——三相短路稳态电流；——短路电流假想时间，s；C=165——导体热稳定常数，由技术手册查得。由上可见电缆的最小热稳定截面为45.43，小于所选截面95，热稳定性满足要求。由于副提升井进线电缆、北风井进线电缆、南风井进线电缆、压风机进线电缆、地面低压进线电缆、井下负荷进线电缆计算内容与计算方法与主提升井进线电缆完全相同，故具体计算过程在此不再赘述。表3.23电缆校验结果名称长时允许电流A最大工作电流A电压损失%最小热稳定截面mm2所选电缆截面mm2是否合格主提升井18099.430.30874.2495合格副提升井15084.6870.73817.4635合格北风井18091.161.41516.5150合格南风井18091.161.41516.5150合格压风机180107.311.61323.250合格地面低压280174.371.05431.23795合格井下负荷10501046.231.51985.31120合格76 山东科技大学学士学位论文防雷保护4防雷保护4.135kV进线的避雷线保护避雷线是接地良好的金属线，一般采用35mm2的钢绞线，主要用来保护低矮的建筑物、35kV及以上的架空输电线路、变压器电线竿、机房、发射架等。单根避雷线的保护范围如图4.1所示。其上部保护角为25º，在避雷线高度的1/2处转折，分为上、下保护空间。单根避雷线的保护宽度可按下式计算：当HX≥0.5H时：WX＝0.47Kh（H−HX）当HX＜0.5H时，WX=Kh（H−1.53HX）式中，Kh为避雷线高度影响系数，当H≤30m时，Kh=1，当30m＜H≤120m。时，；H为避雷线的高度，m；HX为被保护物的高度，m；Kh为避雷线高度影响系数，WX为避雷线一侧在HX水平面上的保护宽度，m。76 山东科技大学学士学位论文防雷保护对于35～110kV变电站的进线段，为了限制雷电入侵波的幅值和陡度，降低过电压的数值，应在变电所的进线段上装设防雷装置。图所示为35～110kV变电所进线段的标准保护方式。图中l～2km的避雷线用于防止进线段遭直接雷击及削弱雷电入侵波的陡度。由设计资料知，设35kV输电线路距地高HX=15m，A、B两相之间距离为WAB=6m假设H≤30m且HX≥0.5H，则Kh=1，WAB=6m≤0.47Kh(H−HX)=0.47*1*（H−6）求得H≥18.766m。因此，35kV输电线路的防雷保护采用架设19m高、2km长的避雷线，路径与35kV输电线路相同。其中避雷线采用35mm2的钢绞线。由于6kV侧采用输电电缆，故不用进行防雷保护。4.2避雷器的选择4.1.135kV避雷器的选择避雷器的灭弧电压：避雷器的工频放电电压：避雷器的残压：避雷器的冲击放电电压：根据以上数据选取FZ-35型阀式避雷器能满足要求。4.1.26kV避雷器的计算选择避雷器的灭弧电压：76 山东科技大学学士学位论文防雷保护避雷器的工频放电电压：避雷器的残压：避雷器的冲击放电电压：根据以上数据选取FZ-6型阀式避雷器能满足要求。4.2避雷针的选择变电所的规模为40m*65m*6m是一个矩形的建筑物，避雷针选在放在建筑物的两侧，要设计的避雷针保护整个区域内的所有电气设备，故要求设计的避雷针最小保护范围要大于这个矩形区域。本次设计中选定采用两个避雷针保护该区域，避雷针的高度初步选定为GJT-18。表4.1GJT-18避雷针的参数总高度m基本风压pa地基承载力KN/照明台针塔号304001002GJT-18避雷针在地面上的保护范围避雷针在高度HX的保护半径为RX为，满足边缘两侧的保护。两针间的保护范围：避雷针的高度为30m，两针间的最小保护宽度W为20m按照公式为1，两针之间的距离选定为63m，则两针保护的最低点为21m，故两针保护的最小宽度W为22.5m，大于保护的最小宽度20m。76 山东科技大学学士学位论文防雷保护因此选用两支高度为30m的GJT-18避雷针满足要求。76 山东科技大学学士学位论文致谢致谢行笔至此，毕业论文即将完稿；时光如梭，四年的科大生活即将谢幕。这段美好的时光仿佛很长，由懵懂的跨入科大之门到今天为我的学士学业做最后的汇报，我经历了受益终生的教育；又仿佛很短，洋溢着青春的校园生活历历在目，此刻每分每秒都是如此令我留恋与难忘。首先我要感谢我毕业设计时的导师曹娜老师。曹老师治学严谨，学识渊博，平易近人。本文工作的完成倾注着曹老师大量的心血。半年里曹老师不仅传授给我系统的科学研究的方法，而且曹老师严以律己、宽以待人的崇高风范，平易近人的人格魅力，都为我树立了人生的典范。感谢信电学院的老师和同学们，我在学习上的每分进步，我在思想人格上的每点成熟，都与这里的师长的教导和同学的帮助分不开的。衷心感谢我的家人在我十几年求学路上对我的全力支持和一直以来对我的严格要求和关爱，这一直是我不断奋进的精神动力。没有你们的鼓励和全力的帮助，我不可能像今天这样去追逐自己的理想和希望!感谢和我一起走过的电气07级的同学们，感谢给予关心支持和帮助的朋友，因为有你们的同行，生活更加精彩。最后，向评议本论文以及参加论文答辩的各位老师致以崇高的谢意，衷心感谢你们在百忙之中评阅论文。76 山东科技大学学士学位论文参考文献参考文献[1]ComprehensiveapproachofpowersystemcontingencyanalysisJ.Deuse,Member,IEEE,K.Karoui,Member,IEEE,A.Bihain,J.Du[2]SubstationAutomationTechniquesandFutureTrends|,MohamedRayees,A.B.S.Innovations.InnovationsinInformationTechnologies,2007 [3]李树伟.矿山供电，中国矿业大学出版社，2006[4]熊信银.发电厂电气部分第四版，中国电力出版社，2009[5]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料[6]张玉珩.变电所所址选择与总布置,水电出版社，1986[7]赵智大.高电压技术第二版，中国电力出版社，2006[8]戈东方.电力工程电气设计手册,西北电力设计院编，电力出版社1995[9]戈东方.电力工程电气设计手册，西北电力设计院编，电力出版社1995[10]顾永辉，范廷瓒.煤矿电工手册第二分册：煤矿供电（下），北京：煤炭工业出版社，1996[11]变电所技术标准及规程规范应用手册辽宁：辽宁科学出版社，2004[12]工业与民用配电设计手册第三版中国航空工业设计研究院组编电力出社，200576 山东科技大学学士学位论文附录一附录一负荷统计表编号设备名称电动机额定容量kW安装台数/工作台数设备容量kW需用系数Kcosφ计算容量年最大工作小时数安装容量工作容量有功功率kW无功功率kV•Ar视在功率kV•A一地面高压3700294026601415.4933028.55123主井提升机副井提升机压风机10008003801/11/15/310008001900100080011400.930.880.90.90.80.929307041026450.419528437.0741033.3338801115.217300015003600二南风井10002/1200010000.90.95900295.816947.3688760三北风井10002/1200010000.90.95900295.816947.3688760四地面低压505044503115.82862.1224245.18612345机修厂家属区工业广场排矸系统洗煤厂7006001200130012506005001100100012500.450.70.6780.750.80.650.750.670.750.8270350745.87501000315.665308.671826.348661.438750415.385466.6671113.1341000125087602793182554355000五井下高压主排水泵（最大涌水量）主排水泵（最小涌水量）8508505/35/242504250255017000.850.850.80.82167.514451625.6251083.752709.3751806.2542004200六井下低压445044504239.9086357.1431234350变电所430变电所520变电所井底车场1500120013004500.70.70.70.71500120013004501530.3061224.2451326.265459.0922142.8571714.2861857.143642.8574200420042004200总计170001639014193.311034.7818234.99全矿总计算负荷12773.979931.3021411.491静电电容器-8640-8640补偿后负荷12773.974163.35415741.137主变损失104.7591555.2051158.72935kV线路损失879.292252.704914.88全矿总负荷13705.22810225.5917388.142留有10%裕度后15075.81711248.14918809.602所选变压器2000076 山东科技大学学士学位论文附录二附录二英文文献与翻译RelayprotectiondevelopmentpresentsituationAbstractReviewedourcountryelectricalpowersystemrelayprotectiontechnologicaldevelopmentprocess,hasoutlinedthemicrocomputerrelayprotectiontechnologyachievement,andproposedthefuturerelayprotectiontechnologicaldevelopmenttendencywillbe:Computerizes,networked,protects,thecontrol,thesurvey,thedatacommunicationintegrationandtheartificialintellectualization.Keyword:relayprotectionpresentsituationdevelopment，relayprotectionsfuturedevelopment1relayprotectiondevelopmentpresentsituationTheelectricalpowersystemrapiddevelopmenttotherelayprotectionproposedunceasinglythenewrequest,theelectronictechnology,computertechnologyandthecommunicationrapiddevelopmentunceasinglyhaspouredintothenewvigorfortherelayprotectiontechnologydevelopment,therefore,therelayprotectiontechnologyisadvantageous,hascompletedthedevelopment4historicalstageinmorethan40yearstime.Afterthefoundingofthenation,ourcountryrelayprotectiondiscipline,therelayprotectiondesign,therelaymanufactureindustryandtherelayprotectiontechnicalteamgrowsoutofnothing,haspassedthroughthepathinabout10yearswhichadvancedcountrieshalfcenturypassesthrough.The50"s,ourcountryengineersandtechnicianscreativelyabsorption,thedigestion,havegraspedtheoverseasadvancedrelayprotectionequipmentperformanceandthemovementtechnology,completedtohavethedeeprelayprotectiontheoryattainmentsandtherichmovementexperiencerelayprotectiontechnicalteam,andgrewtheinstructionfunctionto76 山东科技大学学士学位论文附录二thenationalrelayprotectiontechnicalteam"sestablishment.Thusourcountryhascompletedtherelayprotectionresearch,thedesign,themanufacture,themovementandtheteachingcompletesysteminthe60"s.Thisisatimewhichthemechanicalandelectricalrelayprotectionprospers,wasourcountryrelayprotectiontechnologydevelopmenthaslaidthesolidfoundation.Fromtheendofthe50"s,thetransistorrelayprotectionwasstartingtostudy.Inthe60"stothe80"sinarethetimeswhichthetransistorrelayprotectionvigorousdevelopmentandwidelyuses.Fromthe70"s,startedbasedontheintegrationoperationalamplifierintegratedcircuitprotectiontostudy.Hasformedthecompleteseriestoattheendof80"sintegratedcircuitprotection,substitutesforthetransistorprotectiongradually.Thedevelopment,theproduction,theapplicationtheintegratedcircuitprotectswhichtothebeginningofthe90"sstillwereinthedominantposition,thiswastheintegratedcircuitprotectiontime.Ourcountrynamelystartedthecomputerrelayprotectionresearchfromtheendofthe70"s,theinstitutionsofhigherlearningandthescientificresearchcourtyardinstituteforerunner"sfunction.HuazhongUniversityofScienceandTechnology,southeasttheuniversity,theNorthChinaelectricpowerinstitute,theXianJiaotongUniversity,theTianjinUniversity,ShanghaiJiaotongUniversity,theChongqingUniversityandtheNanjingelectricpowerautomationresearchinstituteoneafteranotherhasalldevelopedthedifferentprinciple,thedifferentpatternmicrocomputerprotectivedevice.Maysaystartedourcountryrelayprotectiontechnologyfromthe90"stoenterthetimewhichthemicrocomputerprotected.2relayprotectionsfuturedevelopmentTherelayprotectiontechnologyfuturethetendencywillbetocomputerizes,networked,theintellectualization,willprotect,thecontrol,thesurveyandthedatacommunicationintegrationdevelopment.76 山东科技大学学士学位论文附录二2.1computerizesAlongwiththecomputerhardwareswiftandviolentdevelopment,themicrocomputerprotectionhardwarealsounceasinglyisdeveloping.TheoriginalNorthChinaelectricpowerinstitutedevelopsthemicrocomputerlineprotectionhardwarehasexperienced3developmentphases:Ispublishedfrom8listsCPUstructuremicrocomputerprotection,doesnotdevelopto5yearstimetothemulti-CPUstructure,latterdevelopedtothemainlinedoesnotleavethemodulethebigmodularstructure,theperformanceenhancesgreatly,obtainedthewidespreadapplication.HuazhongUniversityofScienceandTechnologydevelopsthemicrocomputerprotectionalsoisfrom8CPU,developstotakethelaborcontrollingmachinecorepartiallyasthefoundation32microcomputersprotection.Theelectricalpowersystemtherequestwhichprotectstothemicrocomputerenhancesunceasingly,besidesprotectionbasicfunction,butalsoshouldhavethelargecapacitybreakdowninformationandthedatalong-termstoragespace,thefastdataprocessingfunction,theformidabletrafficcapacity,withotherprotections,thecontroldeviceanddispatchesthenetworkingbytosharetheentiresystemdata,theinformationandthenetworkresourcesability,thehigherorderlanguageprogrammingandsoon.Thisrequeststhemicrocomputerprotectivedevicetohaveisequaltoapcmachinefunction.Inthecomputerprotectiondevelopmentinitialperiod,onceconceivedhasmadetherelayprotectioninstallmentwithaminicomputer.Atthattimebecausethesmallmachinevolumebig,thecosthigh,thereliabilitywasbad,thistentativeplanwasnotrealistic.Now,withthemicrocomputerprotectivedevicesizesimilarlaborcontrollingmachinefunction,thespeed,thestoragecapacitygreatlyhassurpassedthesameyearsmallmachine,therefore,madetherelayprotectionwithcompletesetlaborcontrollingmachinetheopportunityalreadytobemature,thiswillbeoneofdevelopmentdirectionswhichthe76 山东科技大学学士学位论文附录二microcomputerprotected.2.2networkedThecomputernetworkhasbecometheinformationageastheinformationandthedatacommunicationtoolthetechnicalprop,causedthehumanproductionandthesociallifeappearancehashadtheradicalchange.Itprofoundlyisaffectingeachindustrydomain,alsohasprovidedthepowerfulmeansofcommunicationforeachindustrydomain.Sofar,besidesthedifferentialmotionprotectionandtheverticalassociationprotection,allrelayprotectionsinstallmentallonlycanrespondtheprotectioninstallmentplaceelectricityspirit.Therelayprotectionfunctionalsoonlyisrestrictedintheexcisionbreakdownpart,reducestheaccidenttoaffectthescope.Thismainlyisbecauselacksthepowerfuldatacommunicationmethod.Overseasalreadyhadproposedthesystemprotectionconcept,thisinmainlyreferredtothesafeautomaticdeviceatthattime.Becausetherelayprotectionfunctionnotonlyisrestrictedintheexcisionbreakdownpartandthelimitaccidentaffectsthescope(thisismostimportanttask),butalsomustguaranteetheentiresystemthesecuritystablemovement.Thisrequestseachprotectionunitalltobeabletosharetheentiresystemthemovementandthebreakdowninformationdata,eachprotectionunitandthesuperpositionbrakegearinanalyzetheseinformationandinthedatafoundationthesynchronizedaction,guaranteesthesystemthesecuritystablemovement.Obviously,realizesthiskindofsystemprotectionbasicconditionisjoinstheentiresystemeachmainequipmentprotectivedevicewiththecomputernetwork,thatisrealizationmicrocomputerprotectivedevicenetworked.Thisunderthecurrentengineeringfactoriscompletelypossible.Regardingthegeneralnon-systemprotection,therealizationprotectivedevicecomputernetworkingalsohastheverybigadvantage.Therelayprotectionequipmentcanobtainsystemfailureinformationmore,thentothebreakdownnature,thebreakdownpositionjudgmentandthebreakdown76 山东科技大学学士学位论文附录二distanceexaminationismoreaccurate.Passedthroughtheverylongtimetotheauto-adaptedprotectionprincipleresearch,alsohasyieldedthecertainresult,butmustrealizetrulyprotectstothesystemmovementwayandthemalfunctionauto-adapted,mustobtainthemoresystemsmovementandthebreakdowninformation,onlythenrealizationprotectioncomputernetworked,canachievethispoint.Byabovemayknow,microcomputerprotectivedevicemayenhancetheprotectionperformanceandthereliabilitygreatly,thisisthemicrocomputerprotectiondevelopmentinevitabletrend.2.3protections,control,survey,datacommunicationintegrationsInrealizationrelayprotectioncomputerizingwithunderthecondition,theprotectivedeviceisinfactahighperformance,themulti-purposecomputer,isinanentireelectricalpowersystemcomputernetworkintelligentterminal.Itmaygaintheelectricalpowersystemmovementandbreakdownanyinformationandthedatafromthenet,alsomayprotectthepartwhichobtainsitanyinformationandthedatatransferforthenetworkcontrolcenterornomatterwhataterminal.Therefore,eachmicrocomputerprotectivedevicenotonlymaycompletetherelayprotectionfunction,moreoverindoesnothaveinthebreakdownnormaloperationsituationalsotobepossibletocompletethesurvey,thecontrol,thedatacommunicationfunction,whichisrealizationprotection,control,survey,datacommunicationintegration.2.4intellectualizationsInrecentyears,theartificialintelligencetechnologylikenervenetwork,thegeneticalgorithms,theevolutionplan,thefuzzylogicandsoonallobtainedtheapplicationinelectricalpowersystemeachdomain,alsostartedintherelayprotectiondomainapplicationresearch.Thenervenetworkisonenon-linearmappingmethod,verymanyliststhecomplexnon-linearproblemwithdifficultywhichtheequationorsolveswithdifficulty,theapplicationnerve76 山东科技大学学士学位论文附录二networksideprinciplemaybeeasilysolved.3.ConclusionSincethefoundingofChina"selectricpowersystemprotectiontechnologyhasundergonefourtimes.Withtherapiddevelopmentofpowersystemsandcomputertechnology,communicationstechnology,relaytechnologyfacesthefurtherdevelopmentofthetrend.Domesticandinternationaltrendsinthedevelopmentofprotectiontechnologies:computerization,networking,protection,control,measurement,datacommunicationsintegrationandartificialintelligence,whichmadeprotectionworkersdifficulttask,butalsoopeneduptheactivitiesofvast.继电保护发展现状摘要回顾我国电力系统继电保护技术发展的过程中，概述了微机继电保护技术的成就，提出了未来继电保护技术发展趋势将是：计算机化，电网络化，保护，控制，调查结果显示，数据通信一体化和人工智能化。关键词：继电保护现状发展，继电保护的未来发展1继电保护发展现状电力系统的迅速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术的快速发展不断为继电保护技术的发展注入新的活力，因此，继电保护技术是有利的，在40多年的时间里已完成发展了4个历史阶段。建国后，我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，在大约10年的时间里走过了先进国家半个世纪走过的道路。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一76 山东科技大学学士学位论文附录二支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。因而在60年代中我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。我国从70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科研院所起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。2继电保护的未来发展继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。2.1计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。76 山东科技大学学士学位论文附录二电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机做成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。2.2网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围(这是首要任务)，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。这在当前的技术条件下是完全可能的。76 山东科技大学学士学位论文附录二对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机保护发展的必然趋势。2.3保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。2.4智能化近年来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，在继电保护领域应用的研究也已开始。神经网络是一种非线性映射的方法，很多难以列出方程式或难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法则可迎刃而解。3结束语建国以来，我国电力系统继电保护技术经历了4个时代。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。76'