35kv煤礦供電系統(tǒng)井上部分設(shè)計.doc

*大學本科畢業(yè)論文說明書摘 要林西煤礦系70萬噸中小煤礦，已有百多年的歷史，許多設(shè)備都是原來引進外國的。隨著企業(yè)的發(fā)展，目前的供電系統(tǒng)已經(jīng)不能保證安全、可靠的供電。本次設(shè)計是根據(jù)現(xiàn)有的供電系統(tǒng)的特點，對某些設(shè)備以及負荷分布進行改進，以滿足供電的可靠性和安全性。本次供電系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容包括：負荷計算、地面變電所設(shè)計、短路電流計算、地面高低壓設(shè)備選擇、保護裝置、變電所防雷及接地等。本設(shè)計主供電系統(tǒng)由來自不同地方的兩路35kV線路供電，經(jīng)主變壓器變?yōu)?kV，由單母分段的接線方式向礦區(qū)供電。根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)特點，系統(tǒng)主線路均以最大運行方式進行整定，并以此對線路及其設(shè)備進行選擇。本次設(shè)計林西煤礦35kV供電系統(tǒng)只有井上供電系統(tǒng)部分。為保證供電的安全性和可靠性，又考慮林西煤礦15年的服務(wù)期限，從經(jīng)濟和技術(shù)兩個方面對本礦進行整體設(shè)計，以達到滿足對林西煤礦設(shè)計的合理性。關(guān)鍵詞：林西煤礦； 35kV； 供電； 負荷計算； 設(shè)備選擇； 短路電流計算AbstractThe design is based on the completion of the internship in the coal mine. LinXi Coal Mine through field visits, in conjunction with the existing level of production plant and the prospects for future development in the power supply system on the basis of the relevant provisions of the coal production industry further standardize and improve.LinXi Coal Mine is 70 million tons and coal mines, over a hundred years of history, many of which are original to introduce foreign. With the development of enterprises, the current power supply system can not guarantee the safe and reliable power supply. This design is based on the characteristics of the existing power supply system, for some equipment and load distribution is improved to meet the power supply reliability and security. power system design include ：load calculations, ground substations design, short circuit current calculations, ground high-low voltage equipment selection, protection devices, Substation lightning protection and grounding. From the design of the power supply system in different parts of the two roads 35kV power line, the main 6kV transformers into the single-parent separately to the Mining wiring electricity. According to the characteristics of coal supply system, the design of the main lines are the largest operation of the system means the set of lines and equipment and to choose. LinXi Coal Mine 35kV power supply system design is only part of the power supply system Inoue. Considering the fifteen years service of LinXi Coal Mine, in order to ensure the security of electricity supply, reliable, the paper designs the engineering system which is reasonable for LinXi Mine from the economic and technical aspects.Key words: LinXi Coal Mine; 35kV; Power Supply; load calculations; electrical equipment selection; short circuit current calculations2目 錄1概述12負荷計算42.1負荷分級與負荷曲線42.1.1供電負荷分級42.1.2負荷曲線42.2礦井用電負荷計算52.2.1設(shè)備容量的確定52.2.2多個用電設(shè)備組的計算負荷72.2.3負荷計算72.3功率因數(shù)補償102.3.1提高功率因數(shù)補償?shù)囊饬x102.3.2提高功率因數(shù)的方法102.3.3電容器補償計算123主變壓器選擇與主接線方案的確定133.1主變壓器容量和臺數(shù)的確定原則133.1.1主變壓器容量的確定原則133.1.2主變壓器臺數(shù)的確定原則133.1.3主變壓器的損失計算133.1.4主變壓器選型143.1.5全礦年電耗和噸煤電耗153.2主接線方式的確定153.2.1供電系統(tǒng)接線方式的要求153.2.2主接線形式163.3 35kV側(cè)接線方式選擇163.3.1單元接線163.3.2橋形接線163.4 6kV側(cè)接線方式選擇183.4.1單母線接線183.4.2 單母線分段式接線183.4.3 雙母線接線194短路計算214.1短路電流的分類與計算目的214.1.1短路的原因214.1.2短路的危害214.1.3計算短路電流的目的214.1.4短路電流計算的標幺值法214.2短路電流計算234.2.1計算短路計算點并繪制等效電路圖244.2.2選擇計算各基準值244.2.3計算各元件的標幺電抗254.2.4計算各短路點的短路參數(shù)265設(shè)備選擇305.1電氣設(shè)備選擇的一般原則305.1.1按工作電壓選擇305.1.2按工作電流選擇305.1.3按環(huán)境類型選擇305.1.4按斷路容量選擇315.2短路動、熱穩(wěn)定性校驗315.2.1短路動、熱穩(wěn)定性校驗原則315.2.2熱穩(wěn)定校驗315.2.3動穩(wěn)定性校驗325.3 35kV設(shè)備選擇及其校驗325.3.1 35kV架空線、母線的選擇325.3.2 35kV斷路器的選擇335.3.3 高壓隔離開關(guān)的選擇355.3.4電壓互感器、熔斷器的選擇365.3.5電流互感器的選擇375.3.6 35kV避雷器選擇375.4 6kV設(shè)備選擇及其校驗375.4.1 6kV母線的選擇375.4.2母線瓷瓶及穿墻套管385.4.3低壓斷路器選擇395.4.4電流互感器的選擇395.4.5電壓互感器的選擇405.4.6下井電纜型號及截面的選擇405.4.7隔離開關(guān)的選擇415.4.8高壓開關(guān)柜選擇416變電所室內(nèi)外布置436.1變電所的總的布置原則及要求436.1.1總的原則436.1.2布置要求436.2本次設(shè)計變電所的布置446.3變電所的電氣照明447防雷保護及接地457.1變電所的防雷457.1.1變電所的防雷設(shè)計原則457.1.2防雷設(shè)計基本經(jīng)驗457.2防雷保護裝置457.3防雷裝置的接地477.4變電所的保護接地477.4.1保護接地的基本原理477.4.2變電所的接地網(wǎng)478結(jié)論49致謝50參考文獻51521概述 林西礦位于河北省唐山市古冶區(qū)。該礦前身屬于礦務(wù)局直屬，因公司領(lǐng)導方向錯誤，在2007年破產(chǎn)，2008年重組后屬于開灤集團控股。主營：原煤開采、洗煤、加工普通機械零配件等。其設(shè)計生產(chǎn)能力為70萬噸。今年4月份又新建一座洗煤廠，年洗煤量可達400萬噸。林西礦供電系統(tǒng)由五十周波變，六號井變兩條35kV進線供電。其礦內(nèi)變配電所占地約2200平方米，兩條進線分別到所內(nèi)室外兩個35/6kV主變壓器，平常起用一臺主變，地下水豐富的夏季一般開兩臺主變，室外部四腳分別設(shè)置四個避雷器。采用單母分段的主接線形式，主母線分為兩段，母線間以斷路器隔開。投入使用時是少油斷路器，剛改用高壓六氟化硫斷路器，穩(wěn)定性及滅弧能力大大提高。林西礦現(xiàn)有的很多供電設(shè)備是解放前引進外國的，雖然在當時是比較的先進的，但是隨著企業(yè)的飛速發(fā)展，已不能滿足現(xiàn)在的供電系統(tǒng)的要求。整個供電系統(tǒng)存在著許多隱患。設(shè)備古老，線路老化，負荷分布不合理，這些都對供電系統(tǒng)的安全造成很大影響。如何保證整個供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，是本次設(shè)計的主要內(nèi)容。本次設(shè)計針對林西礦供電系統(tǒng)存在的安全隱患，通過引進先進的供電設(shè)備以及對負荷的合理布置，使林西礦供電系統(tǒng)能夠安全、可靠地對整個礦區(qū)供電。表 1-1 全礦負荷統(tǒng)計分組設(shè) 備名 稱負荷等級電壓V線路類型電 機型 式單機容量kW安裝/工作臺數(shù)工作設(shè)備總?cè)萘縦W需用系數(shù)功率因數(shù)離35kV變電所的距離km主井提 升16000CY1000 1/1100008708405副井提 升16000CY6001/160008508204扇風機 116000KT8002/180008808325扇風機216000KT8002/180008808325壓風機16000C T3005/390008708702工房3380K4800.750.841.5修配廠3380C45045006007503地面低壓1380C8000.720.780.1洗煤廠2380K110007707905啤酒廠1380K7500.760.852.8排水泵16000C X6005/31800088086075井下低壓2660CX2600071077注 1.線路類型：C表示電纜線路； K表示架空線路。 2.電機類型：Y表示繞線異步； X表示鼠籠異步； T表示同步。礦井年產(chǎn)量：70萬t； 服務(wù)年限：15年；立井深度：0.7km； 礦井沼氣等級：煤與沼氣突出礦井：礦區(qū)凍土帶厚度為0.3km，一般黑土；兩回35kV架空電源線路長度：；兩回上級35kV電源出線斷路器過流保護動作時間：；本所35kV電源母線最大運行方式下的系統(tǒng)電抗: (=100MVA); 本所35kV電源母線最小行方式下的系統(tǒng)電抗: (=100MVA);井下6kV母線上允許短路容量: =100MVA；電費收取辦法：兩部電價制，固定部分按最高負荷收費；本所6kV母線上補償后平均功率因數(shù)要求值；地區(qū)日最高氣溫：；最熱月室外最高氣溫月平均值：；最熱月室內(nèi)最高氣溫月平均值：；最熱月土壤最高氣溫月平均值：。2負荷計算2.1負荷分級與負荷曲線2.1.1供電負荷分級工廠的供電負荷，根據(jù)工業(yè)與民用供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范（GBJ52修訂本）規(guī)定，按其供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟上造成的損失或影響程度，分為以下三級： 一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡，或在政治、經(jīng)濟上將造成重大損失的企業(yè)，林西礦屬于國有能源部門，其中斷供電將有可能造成人員傷亡及重大經(jīng)濟損失，屬于一級負荷。二級負荷：中斷供電將在政治、經(jīng)濟上將造成較大損失的企業(yè)，如主要設(shè)備損壞，連續(xù)生產(chǎn)過程被打斷，造成減產(chǎn)等。三級負荷：一般電力負荷，所有不屬于上述一、二級負荷者。一級負荷屬重要負荷，如中斷供電將造成十分嚴重的后果，因此要求應(yīng)由兩個電源供電，對于一級負荷中特別重要的負荷，除要求兩個電源外還要求必須增設(shè)應(yīng)急電源，為保證對特別重要負荷的供電，嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2.1.2負荷曲線1.13.16.19.111.14012年負荷曲線2-1年每日最大負荷曲線2-2年最大負荷和最大負荷利用小時數(shù)年最大負荷：就是全年中負荷最大的工作班內(nèi)（這一工作班的最大負荷不是偶然出現(xiàn)的而是全年至少出現(xiàn)2-3次）消耗電能最大的半小時平均功率。并分別用符號、表示年有功最大負荷、年無功最大負荷和年視在功率最大負荷。年最大負荷小時是一個假想的時間，在此時間內(nèi)，電力負荷按年最大負荷持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負荷全年實際消耗電能，用表示，如圖2-2所示，年最大負荷延伸到的橫線與兩坐標軸所包圍的矩形面積，恰好等于年負荷曲線與兩坐標軸所包圍的面積，既全年實際消耗的電能。因此年最大負荷利用小時： （2-1）式中全年消耗的有功電能，kWh。 而一般計算礦用最大負荷利用小時可以用公式近似計算： （2-2）2.2礦井用電負荷計算2.2.1設(shè)備容量的確定用電設(shè)備銘牌上標出的功率（或稱容量）稱為用電設(shè)備的額定功率，該功率是指用電設(shè)備（如電動機）額定的輸出功率。由于各用電設(shè)備并不是同時工作，因此，在計算負荷時，不能將其額定功率簡單地直接相加，而需將不同工作制的用電設(shè)備額定功率換算成統(tǒng)一規(guī)定的工作制條件下的功率，稱之為用電設(shè)備功率。（一）長期連續(xù)工作制這類工作制的用電設(shè)備長期連續(xù)運行，負荷比較穩(wěn)定。對這種用電設(shè)備有 （2-3）（二）短時工作制這類工作制的用電設(shè)備工作時間很短，而停歇時間相當長。對這類用電設(shè)備同樣有 （2-4）（三）短時連續(xù)工作制用電設(shè)備這類工作制的用電設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇。反復運行，工作周期一般不超過10min。負荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用表示為 （2-5）式中 T工作周期，s； t工作周期內(nèi)的工作時間，s； t0工作周期內(nèi)的停歇時間，s。斷續(xù)周期工作制設(shè)備的設(shè)備容量，一般是對應(yīng)于某一標準負荷持續(xù)率的。 式中 負荷的持續(xù)率； 與名牌容量對應(yīng)的負荷持續(xù)率； 負荷持續(xù)率為時設(shè)備的輸出容量，kW。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、需用系數(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，可以根據(jù)具體情況將用電設(shè)備分為若干組，再分別計算各用電設(shè)備組的計算負荷。其計算公式為 kW （2-6） kvar （2-7） kVA （2-8） A （2-9）式中、該用電設(shè)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額定電壓，V功率因數(shù)角的正切值該用電設(shè)備組的計算負荷電流，A需用系數(shù)2.2.2多個用電設(shè)備組的計算負荷在配電干線上或礦井變電所低壓母線上，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礦井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)。具體計算公式如下：(i=1,2,3,m) (2-10) （2-11） （2-12） （2-13）式中、為配電干線或變電站低壓母線有功、無功、視在計算負荷；同時系數(shù)；m 為配電干線或變電站低壓母線上所接用電設(shè)備總數(shù)；、分別對應(yīng)于某一用電設(shè)備組的需用系數(shù)、功率因數(shù)角正切值，總設(shè)備容量；該干線或低壓母線上的額定電壓，V；該干線變電站低壓母線上的計算負荷電流，A；需用系數(shù)2.2.3負荷計算根據(jù)用電負荷表及負荷計算公式計算負荷，具體計算方法如下：1）主井提升機=0.871000=870(kW) 2）副井提升機 3) 扇風機1 4) 扇風機2 5) 壓風機 6）工房 7) 修配廠 同理可得其他負荷的有功、無功、視在功率計算負荷為表2-1 其他設(shè)備的計算負荷設(shè)備名稱地面低壓576461738洗煤廠8476611075啤酒廠571355673排水下低壓184615332400計算出井下6kV低壓母線上的有功、無功、視在功率計算負荷為：=(870+510+704+704+783+1584)0.9=4640(kW) 同理可得380V線上各負荷的有功、無功、視在功率計算負荷如下：=（360+270+576+847+571）0.9=2362(kW）=（234+238+461+661+355）0.9=1754(kvar)=2942(kVA)=4640+2362=7002（kW）=3462+1754=5207(kvar)=8726(kVA)計算可得功率因數(shù)為：。礦井所要求功率因數(shù)為0.9，故需用電容器補償。2.3功率因數(shù)補償2.3.1提高功率因數(shù)補償?shù)囊饬x由于一般企業(yè)采用了大量的感應(yīng)電動機和變壓器等用電設(shè)備，特別近年來大功率電力電子拖動設(shè)備的應(yīng)用，企業(yè)供電系統(tǒng)除要供給有功功率外，還需要供給大量無功功率，使發(fā)電機和輸電設(shè)備的能力不能充分利用，并增加輸電線路的功率損耗和電壓損失，估提高用戶的功率因數(shù)有如下益處。1）提高電力系統(tǒng)的供電能力 在發(fā)電和輸、配電設(shè)備的安裝容量一定時，提到用戶的功率因數(shù)相應(yīng)減少了無功功率的供給，則在同樣設(shè)備條件下，電力系統(tǒng)輸出的有功功率可以增加。2）降低網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗當線路額定電壓和線路闡述的有功功率P及線路電阻R恒定時，則線路中的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比。3）減少網(wǎng)絡(luò)中的電壓損失，提高供電質(zhì)量由于用戶功率因數(shù)的提高，使網(wǎng)絡(luò)中的電流減少。因此，網(wǎng)絡(luò)的電壓損失減少，網(wǎng)絡(luò)末端用電設(shè)備的電壓質(zhì)量提高。4）降低電能成本從發(fā)電廠發(fā)出的電能有一定的總成本。提高功率因數(shù)可減少網(wǎng)絡(luò)和變壓器中的電能損耗。在發(fā)電設(shè)備容量不變的情況下，供給用戶的電能就相應(yīng)增多了，每度電的總成本就會降低。2.3.2提高功率因數(shù)的方法提高功率因數(shù)的關(guān)鍵是盡量減少電力系統(tǒng)中各個設(shè)備所需用的無功功率，特別是減少負荷從電網(wǎng)中取用的無功功率，使電網(wǎng)在輸送有功功率時，少輸送或不輸送無功功率。1）提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)。在生產(chǎn)中，盡量采用鼠籠式異步發(fā)電機，避免電動機與變壓器的轉(zhuǎn)載運行；對不需調(diào)速的大型設(shè)備，盡量采用同步機，采用高壓電動機等。在本設(shè)計中，扇風機和壓風機就采用了同步電動機，它對該礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)具有一定的補償作用。2）采用人工補償提高功率因數(shù)人工補償提高功率因數(shù)的做法是采用供應(yīng)無功功率的設(shè)備來就地補償用電設(shè)備所需要的無功功率，以減少線路中的無功輸送。人工補償一般采用并聯(lián)電力電容器，利用電容器產(chǎn)生的無功功率與電感負載產(chǎn)生無功功率進行交換，從而減少了負載向電網(wǎng)吸取無功功率。并聯(lián)電容器補償法具有投資省、有功功率損耗小、運行維護方便、故障范圍小、無振動與噪聲、安裝地點較為靈活。補償電容器組的接線方式在無功補償中，10kV及以下線路的補償電容器組常按三角形接線，主要原因如下： 三角形接線可以防止電容器容量不對稱（如個別電容器的熔斷器熔斷）而出現(xiàn)的過電壓，電容器對過電壓是比較敏感的，若為星形接線，則由于中性點位移，使部分相欠電壓而部分相過電壓。更嚴重的是當發(fā)生單相接地時，其余兩相將升為線電壓（中性點不接地系統(tǒng)），電容器將很容易損壞。 三角形接線若發(fā)生一相斷線，只是使各相的補償容量有所減少，不致于嚴重不平衡。而星形接線若發(fā)生一相斷線，就使該相失補償，嚴重影響電能質(zhì)量。 用三角形接線可以充分發(fā)揮電容器的補償能力，電容器的補償容量與加在其兩端的電壓有關(guān)，即 （2-14）電容器采用三角形接法時，每相電容承受線電壓，而采用星形接法時，每相電容承受相電壓，所以有 （2-15）上式表明，具有相同電容量的三個單相電容器組，采用三角形接法時的補償容量是采用星形接法的三倍。因此，在電壓相符的情況下，應(yīng)盡量采用三角形接法。2.3.3電容器補償計算需要電容器的容量： （2-16）式中 補償電容器的容量，單位：kvar總有功功率， 單位：kW補償前的功率因數(shù)，補償后的功率因數(shù), 計算可知： =7002（0.75-0.49）=1821(kvar)電容器采用雙星型接線接在變電所的二次母線上，因此選容量為30kvar，額定電壓為kV的電容器，裝于電容柜中，每柜裝9個，每柜容量為270kvar，則電容柜的總數(shù)為：N=1821270=6.7 取7個柜利用電力電容補償.容量為2707=1890補償后變電所總無功功率：5207-1890=3317補償后的功率因數(shù)：0.903 滿足要求由于煤礦變電所6kV供電采用單母線分段，電容器分別安裝在一 、二，三段母線上。故每段補償電容器容量540kvar。分別安裝2個電容柜。共計7個電容柜。滿足無功功率的補償要求3主變壓器選擇與主接線方案的確定3.1主變壓器容量和臺數(shù)的確定原則主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。如果變壓器容量選擇過大、臺數(shù)過多，不僅增加投資，增大占地面積，而且也增加了運行電能損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，將可能“封鎖”發(fā)電機剩余功率的輸出或者會滿足不了變電站負荷的需要，這在技術(shù)上是不合理的。因此，在變壓器容量和臺數(shù)的選擇上應(yīng)遵循一定的原則。3.1.1主變壓器容量的確定原則（1）主變壓器容量一般按變電站建成后510年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠期1020年的負荷發(fā)展。對于城郊變電站，主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。（2）根據(jù)變電站所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。對于有重要負荷的變電站，應(yīng)考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在其過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負荷；對一般性變電站，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負荷的70%80%。3.1.2主變壓器臺數(shù)的確定原則（1） 對大城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)兩臺主變壓器為宜。（2） 如企業(yè)的一、二級負荷較多，必須裝設(shè)兩臺變壓器。兩臺互為備用，并且當一臺出現(xiàn)故障時，另一臺應(yīng)能承擔全部一、二級負荷。（3） 對于規(guī)劃只裝設(shè)兩臺主變壓器的變電站，其變壓器基礎(chǔ)宜按大于變壓器容量的12級設(shè)計，以便負荷發(fā)展時，更換變壓器的容量。（4）特殊情況下可裝設(shè)兩臺以上變壓器。3.1.3主變壓器的損失計算補償后的6千伏母線計算負荷即主變壓器應(yīng)輸出的電力負荷，此時計算主變壓器損失，在未選型之前可用負荷計算中的結(jié)果按下式近似計算如下：=0.028726=174kW=0.085207=417kvar變電所35KV母線總負荷為：3.1.4主變壓器選型為了保證煤礦供電，并根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定主變壓器應(yīng)選用一主一備，在一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺變壓器必須保證煤礦的安全生產(chǎn)用電的原則。根據(jù)煤礦電工手冊取事故負荷保證系數(shù)則每臺變壓器為：表3-1 -10000,35/6.3kV變壓器的主要參數(shù)型號規(guī)格（kVA）電壓（kV）聯(lián)結(jié)組別阻抗電壓(%)空載電流(%)損耗（kW）重量（T）外形尺寸（m）長寬高高壓低壓空載短路-10000356.3Ynd11(Y0/-11)7.50.813.65319.63.72.94.1根據(jù)礦井一、二級負荷占得比重大于SZ=9103kVA，可初選兩臺主變壓器，考慮到礦井的深入，負荷的不斷增加，選用型號KV電力變壓器，作為主變壓器。礦井變電所主變壓器兩臺采樣分列同時運行，所以主變壓器損耗計算如下：有功損耗：kW無功損耗： kvar由以上計算，則35千伏母線總負荷為： 3.1.5全礦年電耗和噸煤電耗最大有功負荷年利用小時數(shù)小時，則年電耗為：則噸煤電耗為：因采用高壓6kV集中補償功率因數(shù)，故對各低壓變壓器均無補償作用，因此低壓變壓器可根據(jù)第二章的計算視在容量進行選擇。 修配廠、工房選用型三相油浸自冷式銅線電力變壓器各一臺；地面低壓、啤酒廠選用型銅線電力變壓器；洗煤廠選用兩臺型銅線電力變壓器。3.2主接線方式的確定3.2.1供電系統(tǒng)接線方式的要求1）安全可靠，應(yīng)符合國家標準和有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，充分保證人身和設(shè)備的安全。2）操作方便，運行靈活，供電系統(tǒng)的接線應(yīng)保證工作人員在正常運行和發(fā)生事故時，便于操作和維修，以及運行靈活，倒閘方便。為此，應(yīng)簡化接線，減少供電層次和操作程序。3）經(jīng)濟合理，接線方式在滿足生產(chǎn)要求和保證供電質(zhì)量的前提下應(yīng)力求簡單，以減少設(shè)備投資和運用費用。提高經(jīng)濟性的有效措施之一就是高壓線路盡量深入負荷中心。4）便于發(fā)展，接線方式應(yīng)保證便于將來發(fā)展，同時能適應(yīng)分期建設(shè)的需要。3.2.2主接線形式變電所的主接線是由個各種電氣設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，變電所起著接受電能，并將電能(或經(jīng)主變壓器降壓)再分配給全礦用電設(shè)備的作用。電源進線和負荷出線之間采用什么設(shè)備和以什么形式進行連接，稱接線方式。它與電源進線回路數(shù)、電壓等級、距電源遠近、主變壓器的臺數(shù)等因素有關(guān)。3.3 35kV側(cè)接線方式選擇3.3.1單元接線發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機-變壓器組，稱為單元接線。它具有接線簡單，開關(guān)設(shè)備少，操作簡便，以及因不設(shè)發(fā)電機電壓級母線，使得在發(fā)電機和變壓器低壓側(cè)短路時，短路電流相對而言于具有母線時，有所減小等特點；這種單元接線，避免了由于額定電流或短路電流過大，使得選擇出口斷路器時，受到制造條件或價格甚高等原因造成的困難。3.3.2橋形接線為了保證對一二級負荷進行可靠供電，在企業(yè)變電所中廣泛采用由兩回電源線路受電荷裝設(shè)兩臺變壓器的橋式主接線。橋式接分為外橋、內(nèi)橋和全橋三種。a、外橋接線外橋接線如圖3-1（a）所示。（1） 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)少、四個回路只需三臺斷路器。（2） 缺點：線路的切除和投入較復雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運；橋聯(lián)絡(luò)斷路器檢修時，兩個回路需解列運行；變壓器側(cè)的斷路器檢修時，變壓器需較長時間停運。（3） 適用范圍：適用于較小容量的變電所，并且變壓器的切換較頻繁或線路較短、故障率較少的情況。 圖 3-1 三種橋形接線方式 b、內(nèi)橋接線內(nèi)橋形接線如圖3-1（b）所示。（1） 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)少，四個回路只需三臺斷路器。（2） 缺點：變壓器的切除和投入較復雜，需兩臺斷路器動作，影響一回線路的暫時停運；橋聯(lián)絡(luò)斷路器檢修時，兩個回路需解列運行；出線斷路器檢修時，線路需校長時間停運。（3） 適用范圍：適用于較小容量的變電所，并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長、故障率較高的情況。c、全橋接線全橋接線如圖3-1（c）所示。線路與變壓器均設(shè)有斷路器。全橋適應(yīng)能力強，對線路、變壓器的操作均方便，運行靈活，且易于擴展成單母線分段式的中間變電所。其缺點是設(shè)備多、投資大，變電所占地面積較大。基于本變電站所主變?nèi)萘枯^大以及煤礦對供電可靠性運行的靈活性，操作方便等的嚴格要求，結(jié)合以上分析，決定采用全橋接線作為本變電所的主接線方式。3.4 6kV側(cè)接線方式選擇3.4.1單母線接線（1） 優(yōu)點：接線簡單清晰，操作方便，設(shè)備少，配電裝置的建造費用低。隔離開關(guān)僅在檢修時作隔離電壓用，不作任何其他操作，便于擴建和采用成套配電裝置。（2） 缺點：不夠靈活可靠，任一元件故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。引出線回路的斷路器檢修時，該回路要停止供電。（3） 適用范圍：由于單母線接線工作可靠性和靈活性都較差，故這種接線主要用于小容量特別是只有一個電源的變電所中。3.4.2單母線分段式接線有穿越負荷的兩回電源進線的中間變電所的受、配電母線以及橋式接線變電所主變壓器二次側(cè)的配電母線，多采用單母線分段式接線。當某回受電線路或變壓器因故障及檢修停止運行時，可通過母線分段斷路器的聯(lián)絡(luò)，保證繼續(xù)對兩段母線上的重要負荷供電。所以多用于具有一、二級負荷，且進、出線較多的變電所。（1） 優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要一、二級用戶可以從不同段上引出兩個回路，有兩個電源供電。當一段進線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。（2） 缺點：當一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線的回路都要在此期間內(nèi)停電。當出線為雙回路時，架空線路會出現(xiàn)交叉跨越。另外，在擴建時需向兩個方向均衡擴建。（3） 適用范圍：由于單母線分段接線比單母線接線的供電可靠性相靈活性有所提高，所以在6.3kV以下的變電所中較廣泛使用這種接線方式。 圖3-2 單母線分段式接線圖3.4.3雙母線接線雙母接線中有兩組母線，每一電源或每條引出線，通過一臺或兩臺斷路器，分別接到兩組母線上。雙母線的兩組母線同時工作，并通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運行，電源與負荷平均分配到兩組母線上。由于母線繼電保護的要求，一般某一回路固定與某組母線連接，以固定連接方式運行。（1）優(yōu)點a.供電可靠：通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障后，能迅速恢復供電；檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時，只停該回路。b.調(diào)度靈活：各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要。c.擴建方便：向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷均勻分配，不會引起原有回路的停電。（2）缺點a.增加一組母線，每回路就要增加一組母線隔離開關(guān)。b.當母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，開關(guān)誤操作，需要在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。（3）適用范圍當出線回路數(shù)或母線上電源較多，輸送和穿越功率較大，母線故障后要求迅速恢復供電。母線和母線設(shè)備檢修時，不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求時，采用雙母線接線較合適。綜上所述，考慮到經(jīng)濟性和滿足礦井供電的要求，6kV側(cè)采用單母分段式接線方式。變電所的主接線簡圖可以表示為：圖3-3 變電所主接線簡圖4短路計算4.1短路電流的分類與計算目的4.1.1短路的原因產(chǎn)生短路故障的主要原因是電氣設(shè)備的載流部分絕緣損壞所致。絕緣損壞時由于絕緣老化、過電壓或機械損傷等原因造成的。其他如運行人員帶負荷拉、合隔離開關(guān)或者檢修后未拆除接地線就送電等誤操作而引起的短路。此外，鳥獸在裸露的導體上跨越以及風雪等自然現(xiàn)象也能引起短路。4.1.2短路的危害發(fā)生短路時，因短路回路的總阻抗非常小，故短路電流可能達到很大的數(shù)值。強大的短路電流所產(chǎn)生的熱和電動力效應(yīng)會使電氣設(shè)備受到破壞，短路點的電弧可能燒毀電氣設(shè)備，短路點附近的電壓顯著降低，使供電受到嚴重影響或被迫中斷。若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路，還可能使全電力系統(tǒng)運行解列，引起嚴重后果。4.1.3計算短路電流的目的短路產(chǎn)生的后果極為嚴重，為了限制短路的危害和縮小故障影響的范圍，在供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，必須進行短路電流計算，以解決下列技術(shù)問題。（1）選擇電氣設(shè)備和載流導體，必須用短路電流校驗其熱穩(wěn)定性和機械強度。（2）設(shè)置和整定繼電保護裝置，使之能正確地切除短路故障。（3）確定限流措施，當短路電流過大造成設(shè)備選擇困難或不夠經(jīng)濟時，可采用限制短路電流的措施。（4）確定合理的主接線方案和主要運行方式等。4.1.4短路電流計算的標幺值法計算具有多個電壓等級供電系統(tǒng)的短路電流時，若采用有名制法計算，必須將所有元件的阻抗都歸算到同一電壓下才能求出短路回路的總阻抗，從而計算出短路電流，計算過程繁瑣比易出錯，這種情況采用標幺值法較為簡單。（1）標幺制用相對值表示元件的物理量，稱為標幺制。標幺值是指任意一個物理量的有名值與基準值的比值，即 標幺值=物理量的有名值/物理量的基準值例如容量、電壓、電流、阻抗（電抗）標幺值分別為 ， （4-1）基準容量（）、基準電壓()、基準電流()和基準阻抗（）亦符合功率方程和電壓方程。因此，4個基準值中只有兩個是獨立的，通常選定基準容量和基準電壓為給定值，再按計算式求出基準電流和基準電抗，即 （4-2）（2）各元件的標幺電抗計算取，為基準容量 1.線路標幺電抗。若線路長度為、單位長度的電抗為，則線路電抗。線路的標幺電抗為 即 （4-3） 2.變壓器電抗標幺值。若變壓器的額定容量為和阻抗電壓百分數(shù)為，則忽略變壓器繞組電阻R的電抗標幺值為 即 （4-4） 3.系統(tǒng)的標幺電抗。一般工礦企業(yè)的供電系統(tǒng)可看作無限大容量系統(tǒng)，其系統(tǒng)阻抗可以作為零對待。但若供電部門提供供電系統(tǒng)的電抗參數(shù)或相應(yīng)的條件，應(yīng)計及供電系統(tǒng)電源的電抗，并看作無限大容量電源系統(tǒng)，這樣計算的短路電流更為精確。若已知供電系統(tǒng)的系統(tǒng)電抗有名值,則系統(tǒng)標幺電抗為 （4-5）若已知供電系統(tǒng)出口處的短路容量,則系統(tǒng)的電抗有名值為 （4-6）進而求得系統(tǒng)標幺電抗為 即 （4-7）（3）短路沖擊電流 在高壓供電系統(tǒng)中為 （4-8） （4-9） 式中 三相短路電流周期分量的有效值4.2短路電流計算 本變電所35kV采用全橋接線，6kV采用單母分段接線；主變壓器型號為,35/6.3型，(%)=7.5；地面低壓變壓器型號為,6/0.4型，；35kV電源進線為雙回路架空線路，線路長度為6km；系統(tǒng)電抗在最大運行方式下，在最小運行方式下。地面變電所6kV母線上的線路類型及線路長度見表格。表4-1 地面變電所6kV母線上的線路類型及線路長度序號設(shè)備名稱電壓（kV）距6kV母線距離（km）線路類型1主井提升60.5C2副井提升60.4C3扇風機162.5K4扇風機262.5K5壓風機60.2C6地面低壓0.40.1C7修配廠0.40.3C8洗煤廠0.40.5K9工房0.41.5K10啤酒廠0.42.8K11井下6kV母線60.75C4.2.1計算短路計算點并繪制等效電路圖一般選取各線路始、末端作為短路計算點，線路始端的最大三相短路電流常用來校驗電氣設(shè)備的動、熱穩(wěn)定性，并作為上一級繼電保護的整定參數(shù)之一，線路末端的最小兩相短路電流常用來校驗繼電保護的靈敏度。故可選35kV母線、6kV母線和各6kV出現(xiàn)末端為短路計算點。由于本設(shè)計35/6kV變電所正常運行方式為全分列方式，故任意點的短路電流由系統(tǒng)電源通過本回路提供，且各短路點的最大、最小短路電流僅與系統(tǒng)的運行方式有關(guān)，故可畫出等效短路計算圖。4.2.2選擇計算各基準值選基準容量,基準電壓,則可求得各級基準電流為 35kV 6kV C 下 扇 主 副 地 洗 工 修 扇 啤 壓 電 井 風 提 提 面 煤 房 配 風 酒 風 容電 機 升 升 低 廠 廠 機 廠 機 器纜 1 機 機 壓 2 組圖4-1 等效短路計算圖 4.2.3計算各元件的標幺電抗（1）電源的電抗 () ()（2）變壓器電抗 主變壓器電抗 地面低壓變壓器電抗 （3）線路阻抗35kV架空線路電抗 下井電纜線路電抗 750.08=0.7