凤凰山煤矿35KV变电所毕业设计

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摘要

变电所是电力系统的枢纽环节,由变压器、母线和开关设备等电气设备按一定的结构线方式组成,它从电力系统取得电能,进行电压变换和分配,然后将电能安全、可靠、合理的供给不同的用电场所和电力设备. 本设计是对凤凰山180万吨/年矿井35KV变电所的初步初步设计。内容包括负荷计算与变压器的选择，供电系统的拟定与短路计算，电气设备的选择，变电所的防雷与接地及变电所的室外布置等。设计中以生产实际为依据，以变电所的最佳运行为基础，阐述了凤凰山180万吨/年矿井35kV变电所的初步设计，是满足实际生产要求的一套设计方案。

关键词：35kV变电所，短路计算，设备选择，变压器

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Abstract

Substation is the hub of the power system, the transformer, link bus and switch equipment electrical equipment according to certain structure line of power from a way it has, for electric power system voltage transform and distribution ,then will power is safe, reliable and reasonable supply the power of the different places and electric power equipment.

The design is 35000 voltage substation of 1 800 000 ton coal of every year in a systemic way. It include load calculation ,the selection of transformer. The design of power-supply system、short-circuit current calulation、the selection of electrical equipment. Thunder protection and earth etc. The design based on actual production. It purpose is purpose is guaranteeing substation in a best way.

Key words：35 kV substation, short circuit calculation, equipment selection, transformer

II

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前 言

本设计为凤凰山180万吨/年矿井地面变电所的一次系统的初步设计。紧紧抓住理论联系实际的原则，满足实际生产的要求，以变电所最佳运行为基础设计。

设计中，使用的所有符号和文字代号采用国家最新标准。

这次毕业设计，从三月份开始进行，到五月下旬完成初稿，历时三个月。

在完成设计的过程中，深得张老师的细心指导和帮助，从而使得设计能顺利、及时完成。对张老师严谨的科学态度和谦逊的为人深感钦佩，并由衷的表示感谢。

由于本人学识浅薄，水平有限，再加上时间仓促，设计中错误在所难免，恳请读者批评匡正。

III

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目录

1 概 述 ........................................................................................................... 1

1.1 矿井概况 ............................................................................................ 1 1.2 上级电源 ............................................................................................ 1 1.3 气象资料 ............................................................................................ 1 2 负荷计算与变压器的选择 ......................................................................... 3

2.1.3各低压变压器的选择及损耗计算 .......................................... 4 2.3.1 补偿后，6kV母线上总的计算负荷 ...................................... 7 2.3.3 35kV侧补偿后的全矿总负荷 .............................................. 8 2.3.4运行方式 .................................................................................. 8 2.3.5变压器的经济运行方案 .......................................................... 8

3. 供电系统的拟定与短路计算 .................................................................... 10

3.1供电系统的拟定： ........................................................................... 10

3.1.1．35kV侧接线方案 ................................................................ 10 3.1.2 6kV侧接线方案 .................................................................. 10 3.1.3．负荷分配 ............................................................................. 10 3.1.4下井电缆的根数 .................................................................... 10 3.1.5供电系统简图 .........................................................................11 3.2短路计算 ........................................................................................... 12

3.2.1 短路危害 ............................................................................. 12 3.2.2 短路等效电路图 ................................................................... 13 3.2.3基准值选取与计算： ............................................................ 13 3.2.4各种相对电抗的计算： ........................................................ 14 3.2.5 计算短路点的短路电流 ....................................................... 14 3.3 短路参数表 .................................................................................... 15 4.变电所电气设备选择 .................................................................................. 17

4.1 电气设备的选择 .............................................................................. 17

4.1.1 按正常工作条件选择电气设备 ........................................... 17 4.1.2 按短路状态校验 ................................................................... 18 4.2 35kV电气设备选择 ....................................................................... 19

4.2.1 高压断路器的选择 ............................................................. 19 4.2.2隔离开关的选择 .................................................................... 21 4.2.3电压互感器的选择 ................................................................ 23 4.2.4电流互感器选择 .................................................................... 24 4.2.5 35kV避雷器选择 .................................................................. 24 4.2.6操动机构选择 ........................................................................ 25

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4.2.7 所变选择 ............................................................................... 25 4.2.8 35kV架空线和母线选择 ...................................................... 26 4.3 6kV电气设备选择 ......................................................................... 26

4.3.1高压开关柜选择 .................................................................... 26 4.3.2高压开关柜之校验 ................................................................ 27 4.3.3 6kV母线，电缆及架空线选择 .......................................... 29 4.4母线瓷瓶、穿墙套管及室外勾架的选择 ....................................... 33

4.4.1母线瓷瓶选择 ........................................................................ 33 4.4.2高压穿墙套管的选择 ............................................................ 33 4.4.3室外构架的选择 .................................................................... 34 4.5选择结果汇总 ................................................................................... 35

4.5.1 35kV侧 .................................................................................. 35 4.5.2 6kv侧 .................................................................................. 35 4.5.3各侧母线、架空线及电缆 .................................................... 36

5. 变电所的防雷与接地 ................................................................................ 37

5.1保护接地网的设置 ........................................................................... 37

5.1.1接地电阻要求值Rjd.y的确定 ................................................ 37

5.1.2接地网的结构确定 ................................................................ 37 5.2变电所的过电压保护 ....................................................................... 37

5.2.1 35KV进线保护 ...................................................................... 38 5.2.2 6kV线路保护 ........................................................................ 38 5.2.3 变电所直击雷保护 ............................................................... 38 5.2.4变电所装设避雷针的原则 .................................................... 40 5.3结果汇总 ........................................................................................... 41 6 变电所室外设置 ......................................................................................... 42

6.1变电所室外布置说明 ....................................................................... 42 结论 ................................................................................................................. 43 致 谢 ............................................................................................................. 44 参考资料 ......................................................................................................... 44

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1 概 述

1.1 矿井概况

产 量：180万吨/年； 服务年限：100年； 井筒深度：450m； 沼气等级：低沼气矿井； 井下允许短路容量≤100MVA.

1.2 上级电源

供电电压等级：35kV； 距矿井35kV变电所：5.5km；

输电方式：双回路架空线（LGJ型铜芯铝绞线）； 出线断路器过流保护动作时间：3s；

系统电抗：最大运行时为0.18，最小运行时为0.26； 电费收取方法：两部电价，固定部分按最高负荷收取。

1.3 气象资料

日最高气温：43℃（最热时）； 日最低气温：-10℃（最冷时） 主导风向： 西北风 最大风速：4米∕秒

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全矿负荷统计表见1-1

表1-1负荷统计表

设 备 名 称 负电 荷 等 级 压 线电路机类型单 机 容 安装/工作台数 工作设备总容量 1450 0.90 1000 0.88 2000 0.85 需 用 系 数 功 率 因 数 0.87 0.4 0.83 0.4 -0.9 2.6 距离35kv变电所 型 式 量 主井提升 2 6000 C Y 1450 副井提升 1 6000 C Y 1000 扇风机1 1 6000 K T 1000 扇风机2 1 6000 K T 压风机 1 6000 C T 320 C C C K K K 1 21 22 4 4 6 1280 0.85 1250 0.75 450 480 0.65 0.65 -0.9 0.2 0.80 0.05 0.75 0.35 0.80 0.3 0.81 0.5 地面低压 1 380 机修厂 3 380 综采车间 3 380 洗煤厂 工人村 支 农 2 380 3 380 3 380 1350 0.75 550 280 0.80 0.81 2.5 0.75 0.75 2.7 0.86 0.9 0.74 主排水泵 1 6000 C X 井下低压 2 660 C X 2400 0.85 3480 0.71 注:线路类型：C—电缆线路；K—架空线路；电机型式：Y—绕线式异步电动机；T—同步电动机

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2 负荷计算与变压器的选择

2.1 负荷分组与计算

根据负荷统计表，按电压高低、负荷性质、分布位置等条件将负荷分组。按需用系数法作负荷计算。按组选择低压动力变压器，再加上功率损失即为高压侧负荷。此时该变压器即为一个6kV级的负荷。

按用电负荷性质，负荷可分为以下几组：

安全生产用电负荷：副井提升、扇风机、井下主排水泵； 主要生产负荷:主井提升、压风机、井下低压；

其它负荷：地面低压、机修厂、综采车间、洗煤厂、工人村、支农

2.1.1 主井提升

查表2，取.Kd=0.9, Cos φ=0.87 tanφ=0.62

Pca(1)=Kd×Pe=0.9×1450=1305kW

Qca(1)=Pe×tanφ=0.62×1450=898.63kvar

Sca(1)=Pca(1)?Qca(1)?13052?898.632?1584.58kVA

222.1.2 副井提升

查表2, 取Kd=0.88, cosφ=0.83, tanφ=0.672, Pca(2)=Pe×Kd=1000×0.88=880kW Qca(2)=Pe×tanφ=1000×0.672=672kvar

228802?6722?1107.24kVA Sca(2)=Pca(2)?Qca(2)? 各组计算负荷相类似，此处仅举例说明。各组设备的cosφ、 tanφ、 Pca、 Qca 、及 Sca等值均添入负荷统计表。 电力系统负荷统计表2-1

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表2-1 电力系统负荷统计

设 备 名 称 计 算 容 量 有功功率 kw 无功功率 kvar 898.63 672 -790 -545.3 937.5 396 360 977.3 396 246.4 1424 3097.6 视在功率 kVA 1584.58 1107.24 808.09 1216.9 1325.8 492.31 476.39 1407.2 591.96 323.75 2487.85 3930.60 主机提升 1305 副井提升 880 扇风机1 扇风机2 压风机 1700 10889 地面低压 937.5 机修厂 292.5 综采车间 312 洗煤厂 工人村 支 农 1012.5 440 210 主排水泵 2040 井下低压 2419.6 2.1.3各低压变压器的选择及损耗计算

由于各低压侧集中补偿功率因数，故对低压变压器均无补偿。选择时可按表1-1的计算容量进行，当系统采用双回路供电，应选两台变压器同时运行。矿井地面低压的选择原则：若选一台，只须变压器的额定容量大于其计算容量。选两台者单台容量应满足一、二级负荷的需要，且两台容

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量之和大于或等于计算容量。 （1）地面低压

计算容量为1325.83KVA, 选两台S9-1250 6/.04. (2)机修厂

计算容量为492.313KVA, 选一台S9-500 6/0.4 （3）综采车间

计算容量为476.39KVA , 选一台S9-500 6/00.4 （4）洗煤厂

计算容量为1407.2KVA, 选两台S9-1250 6/0.4 (5)工人村

计算容量为591.96KVA, 选一台S9-630 6/0.4 (6)支农

计算容量为323.75KVA, 选一台S9-400 6/0.4 统计设备见表2-2

表2-2 统计设备表

编 号 负 荷 1 地面低压 计算容量 型 号 Sbe(KVA) U1e/U2e 台 数 2 3 4 洗煤厂 5 工人村 6 支农 机修厂 综采车间 1325.83 492.31 476.39 S9-1250 S9-500 S9-500 1250 6/0.4 500 6/0.4 500 6/0.4 1 1407.193 591.96 S9-1250 1250 6/0.4 2 S9-630 630 6/0.4 1 323.75 S9-400 400 6/0.4 1 2 1

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(7)各变压器的损耗计算

对于地面低压设备组的两台变压器的有功、无功损耗

??be?2(??0??2??k)?2[2.0?11.8?(1325.8/1250)2]?30.5kwU??I?Qbe?2?0??2k?= 2[1.1/100+(4.5/100)?1.1244]×1250

100??100=154. 062kvar

其它3组变压器的损耗可同样求出 变压器损耗表2-3：

表2-3 变压器损耗表

Uk ℅ Io ℅ 8 0.7 2 13.75 1.06 11.8 56.25 30.55 4 1.4 1 5 0.98 5 20 5.85 4 1.4 1 7 0.95 5 20 5.54 25.16 4.5 1.1 2 5 1.13 11.8 22.5 33.91 67.03 4.5 1.2 1.23 7.56 0.94 6 28.35 6.53 32.6 4 1.4 0.84 5.6 0.81 4.2 16 3.59 16.1 ?Pk ?Qk β ?Pe ?Qe ?Pb ?Qb

154.06 26.38 井下低压： ??t=157.224kW ?Qt=628.895kva

总计：????t=243.194kW ???Qt=950.225kvar

2.2.4 计算6KV母线上补偿前的总负荷

取最大负荷同时系数Ksi=0.8 ，则6kV母线上的总负荷:

?ca.6=Ksi(?Pca(i)+???t)=0.8×12801.677=10241.34kW

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Qca.6= Ksi(?Qca(i)+??Qt)=0.8×1257.098=7405.678kvar

Sca.6?P2ca.6?Q2ca.6?10241.34?7405.678?12638.4kVA

22?ca.6=Sca.6/3×6=12638.4/10.3923=1216.131A

COSφ= Pca.6/Sca.6=0.8103=81.03 ℅

2.2 COSφ补偿与电容柜的选择

最大月平均有功负荷，平均负荷系数取0.75

Pa=0.75×?ca.6=0.75×10241.34=9478.8kW Qa=0.75×Qca.6=0.75×7405.67=5554.2kvar

无功补偿要求值：6kV母线上公率因数应控制在0.9-0.95，选0.95。设补偿为QX,则

Pca(i)P2ca(i)?(Qca(i)?Qx)2?9478.89478.8?(5554.2?Qx)22?0.95

整理，得

QX=4039.51×0.8=3231.61kvar

补偿电容器柜容量可取270kvar,需电容器柜的台数N=Qx\\270=11.96应取12台，实际补偿容量为270×12=3240kvar。折算到计算负荷：3240×1/0.8=4050kvar

2.3变压器的选择

2.3.1 补偿后，6kV母线上总的计算负荷：

Pca.6=10241.34kW

'=7405.68﹣4050=3355.68kvar Qca.6''22ScaPca.6?Qca.6?.6?10241.34?3355.68?10777.07kVA

2.3.2 主变压器的选择及损耗计算

补偿后6母线计算负荷为变压器应输出的负荷。主变压器的选择公式：

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'SNT?KtSca.07kVA 6?10777 其中，Kt?考虑主变压器的增值系数，容量小于10000时取1.1，反之，取1.08；

'Sca6?全矿补偿后6kV母线上的总计算负荷。

选SF7?12500型，Y0/??11 , Uk?8, I0%?0.7, ?Pk?63,

?'?Sca.610777.07??0.862 SNT12500?Pb'?2(?P0??2?Pk)?2(16?0.8622?63)?125.62kW

?U0.78'?Qb?2(0?k?'2)SNT?2(??0.8632)?12500?1661.088kvar100100100100

2.3.3 35kV侧补偿后的全矿总负荷：

P'ca.35＝Pca.6+ΔP 'b＝10241.34+125.62=10366.94kW Q'ca.35＝Q'ca.6+ΔQ'b＝3355.68+161.088=5016.768 kvar

S'ca.35=P'ca.35?Q'ca.35=10366.942?5016.7682=104876.2242kVA

10366.94P'ca35'

?o.9001>0.9 合乎要求 cosΦca.35＝'＝

104876.2242Sca35

222.3.4运行方式：35kV系统为双回路全桥式接线。 2.3.5变压器的经济运行方案，临界负荷：

SLJ?SNT2?P0?Kq?Qe?Pe?Kq?Qe?125002?16?0.09?87.5?6983.1438kVA

63?0.09?1000经济运行方案为：当实际负荷Sca35?6983.14kAV时，宜于一台运行，当

Sca35?6983.14kVA 时，适合两台运行。

2.3.6 全矿电力消耗：

5?max?1504180?4249.153

全矿年电耗=Tmax(?ca.6???b')=4249.153×（10241.34+125.62）=44050799.185度

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吨煤电耗=

2.4

44050799.185?24.4727度／吨 4180?10计算选择结果汇总：

6kV母线补偿前有功计算负荷：10241.34kW 6kV母线补偿前无功计算负荷：7405.68kvar 补偿电容器柜 ： GR-1C-08 12台 补偿后6kV母线计算无功功率：3355.68kvar 主变压器： SF7?12500 2台 主变压器有功损耗： 125.68kW 主变压器无功损耗： 1661.088kvar 补偿后35 kV侧有功功率： 10366.94kW 补偿后35kV侧无功功率： 5016.768kvar 补偿前6 kV侧功率因数： 0.8103 补偿后6 kV侧功率因数： 0.95 补偿后35 kV侧功率因数： 0.9001 临界负荷： 6983.1438kVA 全矿年电耗： 44050799.185kwh 吨煤电耗： 24.4727kwh

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3. 供电系统的拟定与短路计算

3.1供电系统的拟定：

3.1.1．35kV侧接线方案

矿区35kV变电所35kV进线采用双电源架空线，由于对供电可靠性、运行灵活要求的提高，本设计35kV侧接线采用全桥接线，并且因为考虑本所有电能反馈可能，在断路器两侧装设隔离开关，35kV侧每段母线上装设电压互感器和避雷器。

3.1.2 6kV侧接线方案

矿井为一类负荷，要求可靠供电，故变电所6kV侧采用单母线分段（两段）。当某段母线出现故障时，仍可保证一、二类重要负荷的供电，又因主变容量超过10000kVA，故6kV侧在必要时装设分裂电抗器。

3.1.3．负荷分配

考虑一、二类负荷必须由连于不同母线上的双回路供电，将下井回路和地面低压分配在各段母线上，力求工作生产时，两段母线上负荷近似相等。

负荷布置时，越是负荷大的越应靠近母线中间。

3.1.4下井电缆的根数

(Pp?1.02Pd)2?(Qp?1.08Qd)23928.2910

Cn?

?1

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(2040?1.02?2576.8)2?(1424?1.08?3726.49)27175.0096??1??1 3928.293928.29?2.8 下井电缆的根数为4。

Pp,Qp-井下主排水泵计算有功，无功负荷Pd,Qd-井下低压总的计算有功，无功负荷

“1”为规程规定的必须的备用电缆。

330-150mm2下井电缆经最高45℃温度修正后的安全载流量。

3.1.5供电系统简图

根据以上几点供电系统简图1如下：

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图3-1供电系统简图

3.2短路计算

3.2.1 短路危害

系统短路是指供电系统中不等电位导体在电气上被短路，发生短路时，系统中总阻抗大大减小，短路电流可能达到很高数值，强大的短路电

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流所产生的热和电动力效应会使设备受到破坏，短路点处电弧可能烧坏电气设备，短路点附近电压显著降低，使供电系统受到严重影响或被迫中断。若在发电厂附近短路，还可能使全电力系统进行解裂，引起严重后果。不对称接地短路电流造成的零序电流，还会对邻近线路通讯造成干扰，危害人身及设备安全。

为了限制短路危害及缩小故障影响范围，在变电所设计中，必须进行短路电流计算

3.2.2 短路等效电路图 3.2.3基准值选取与计算：

Sd?100MVA,Sdy?100MVA,L1?L2?5.5km,Id1?1.56kA,Id2?9.17kA.

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3.2.4各种相对电抗的计算：

架空线路相对电抗：X*L?x0L*变压器电抗：XT=Uk%Sd100?5.5?0.4??0.1607? 22Ud37Sd100?0.08??0.64? SNT12.53.2.5 计算短路点的短路电流

k1点短路，最大运行方式下：

?Ik1?11??2.935?0.18?0.1607Xsmin?XL

3)?Ik(1?IkkA1Id1?2.935?1.56?4.5793)ish?2.55?Ik(1?2.55?4.579?11.676kA?Sk1?SdIk.5MVA1?100?2.935?293最小运行方式：

*Ik1?11??2.377?Xsmax?XL0.26?0.16073)*Ik(1?IkkA1Id1?2.377?1.56?3.708(2)(3)IshkVA1?0.866?Ik1?0.866?3.70812?3.211

k2点短路，最大运行方式下：

*Ik2?Xsmin11??1.0197???XL?XT0.18?0.1607?0.64

)*Ik(3kA2?Ik2Id2?1.0197?9.17?9.351)ish2?2.55Ik(3kA2?2.55?9.351?23.845*Sk2?SdIk.97MVA2?100?1.0197?101最小运行方式下：

*Ik2?Xsmax11??0.943???XL?XT0.26?0.1607?0.64)*Ik(32?Ik2Id2?0.943?9.17?8.647kA)Ish2?0.866?Ik(3kA2?0.866?8.647?7.4886

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k3点短路，

主井提升，最大运行方式：

?Ik3?11??0.942???Xsmin?XL?XT?XL0.18?0.1607?0.64?0.08061)?Ik(3?9.17?8.64kA3?Ik3Id2?0.94224)ish3?2.55?Ik(3kA3?2.55?8.64?22.032?Sk3?SdIk3?100?0.94224?94.224MVA最小运行方式下：

*Ik3?11??0.876???Xsmax?XL?XT?XL10.26?0.1607?0.64?0.08062)*Ik(3kA3?Ik3Id2?0.8762?9.17?8.035(2)IshkA3?0.866?8.035?6.9583 k5点短路，最大运行方式下：

?Ik5?Xsmin11??0.2777????XL?XT?XL3018?0.1607?0.64?2.6203(3)?IkkA5?Ik5Id2?0.2777?9.17?2.5465)ish5?2.55?Ik(3kA5?2.55?2.5465?6.4936* Sk5?100Ik5?100?0.2777?27.77MVA

最小运行方式下

*Ik5?Xsmax11??0.2717????XL?XT?XL30.26?0.1607?0.64?2.6203)*Ik(3kA5?Ik5Id2?0.2717?9.17?2.4915*Ish5?0.866?IkkA5?0.866?0.2717?0.2353

3.3 短路参数表

其它短路参数计算相类似，计算结果见下表3-1：

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表3-1 短路计算统计表

短路电流计算表 最大运行方式 最小运行方式 ish Sd ?dmax (3) ?dmin(3) ?dmin(2) 35母线 6母线 主机提升 副井提升 扇风机1 扇风机2 压风机 地面低压一次 地面低压二次 机修厂 综采车间 洗煤厂 工人村 支农 主排水泵 井下低压 4.59 9.351 8.64 8.64 2.547 8.981 11.695 23.845 22.032 22.032 6.494 22.90 293.5 101.97 94.224 94.224 27.77 97.81 101.97 18.246 95.13 96.04 67.354 28.5697 631.696 93.397 101.97 3.71 3.211 8.6473 7.489 8.035 8.035 6.958 6.958 2.4915 0.2353 8.329 7.3796 9.3507 23.844 1.673 8.723 8.807 6.176 2.198 2.447 4.266 22.25 22.458 15.75 6.681 6.317 8.6453 7.487 1.649 1.428 8.1061 7.182 8.179 5.861 7.246 5.192 2.5613 2.2693 2.425 2.148 8.5645 21.84 9.351 23.844 7.9691 7.0616 8.645 7.487 16

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4.变电所电气设备选择

4.1 电气设备的选择

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

电气设备选择的一般原则为：

1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。

2）应满足安装地点和当地环境条件校核。 3）应力求技术先进和经济合理。 4）同类设备应尽量减少品种。

5） 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

4.1.1 按正常工作条件选择电气设备

1）额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，一般按照电气设备的额定电压UN 不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即

UN?UNS

2）额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax,

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即

IN?Imax 环境条件对设备选择的影响

当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一半电气设备使用条件时，应采取措施。此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类好（屋内或屋外）和型式（防污型、防爆型、湿热型等）的选择。

4.1.2 按短路状态校验

1）短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件为

It2t?Qk

式中，Qk 为短路电流产生的热效应；It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

2）电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为

ies?ish或Ies?Ish

式中，ish、Ish为短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies为电气设备允

许通过的动稳定电流幅值及其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

a用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不

验算热稳定。

b采用有限电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 c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。

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3)短路电流计算条件

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性、合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：

a容量和接线。按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。

b短路种类。一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。

c计算短路点。在计算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，但通过各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同。在校验电器和载流导体时，必须确定电气设备和载流导体处于最严重情况的短路点，使通过的短路电流校验值为最大。

4.2 35kV电气设备选择

4.2.1 高压断路器的选择

按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油、少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。 1) 油断路器

油断路器分为多油断路器和少油断路器。多油断路器的油作为灭弧和绝缘介质，少油断路器的油仅作灭弧介质，对地绝缘依靠固体介质。油断路器可以自能式灭弧，开断性能差；多油断路器仅有屋外型35kv电压等级，少油断路器110kv及以上产品为积木式结构，全开断时间短。油断路器具有运行经验丰富，易于维护，噪声低等特点，但是油易劣化，需要一套油处理装置，需防火、防爆。

2) 压缩空气断路器

压缩空气断路器结构较复杂。它以压缩空气作为灭弧介质和弧隙绝缘

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介质，操动结构与断路器合为一体。压缩空气断路器的额定电流和开断能力都可以作得较大，适于开断大容量电路；动作快，开端时间短。但是它的噪声较大，维修周期长，无火灾危险，需要一套压缩空气装置作为气源。

3) SF6断路器

SF6气体灭弧，对材料、工艺及密封要求严格；有屋外敞开式及屋内落地罐式之别。它的额定电流和开断电流可作得很大；开断性能好，适于各种工况开断；断口电压可作的较高，断口开距小。它具有噪声低，运行稳定，安全可靠，寿命长等优点。 4) 真空断路器

真空断路器体积小，重量轻；灭弧室工艺材料要求高，以真空作为绝缘和灭弧介质；触头不易氧化。它可连续多次操作，开断性能好，灭弧迅速。它具有运行维护简单，灭弧室不需要检修，无火灾及爆炸危险，噪声低等优点。

断路器的选择，应根据布置方式，（室外或室内）来进行选择。在此选择SF6断路器

选择要求接电压、电流、动稳定、热稳定性等几种方式来进行校验。如下表4-1所示：

表4-1 断路器参数表

项目 电压 电流 动稳定 热稳定 断流容量 实际需要值 35kV 249.7A 11.68kA 1.6kA 293.5MVA LW8-35额定值 35kV 1600A 50kA 20kA 1200MVA 其中，电流计算

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I?S3U?125003?37?195.0508A

热稳定电流计算

短路发生在35KV母线上，后面稳定继电保护动作时限为0.5S。断路器固有分闸，灭弧时间取0.25S，故假想时间t为0.5+0.25=0.75S。

所以，35kV母线短路时，相当于4S的热稳定电流为 IRW35=3.7080.75/4=1.606kA<20kA 符合要求 动稳定校验

LW8-35/1600型断路器极限通过电流峰值为50kA，而断路器所在线路的短路电流冲击值ish1=11.68kA〈50kA，所以符合要求。

断流容量校验

LW8-35/1600型断路器的额定断流容量为1200MVA，而断路器所在回路的最大短路容量为Sk1=293.5MVA〈1200MVA，所以符合要求 由上表经校验 LW8-35/1600断路器完全符合。

35kV出线和母联的断路器选择与35kV入线断路器选择一样，也选LW8-35/1600型断路器，校验与上面的一样。

4.2.2隔离开关的选择

隔离开关也是发电厂和变电站常用的开关电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下分合电路，其主要功用为：

1) 隔离电压。在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。

2) 倒闸操作。投入备用母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器协同操作来完成。

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3) 分、合小电流。因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：分、合避雷器、电感互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。

隔离开关和断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

隔离开关的选择，室内35KV布置一般选GN或GN2型，室外35KV布置一般选GW4或GW5型，为了便于检修时接地，进线35KV隔离开关与电压互感器隔离开关应选带接地刀闸的隔离开关。

本设计选用GW5-35GD/600型带接地刀闸的隔离开关，并选用CS-G型操作机构。

隔离开关校验如下表：

由下表4-2可以看出，所选的GW5-35GD/600型的带接地刀闸隔离开关完全符合要求。

母线桥与35KV出线隔离开关的选择

35KV出线与母线桥隔离开关选择与35KV进线大致相同，本设计选用GW5-35GD/600型隔离开关。

检验该隔离开关方法与上面的一样，检验结果该型号隔离开关完全符合要求。

表4-2 隔离开关参数表

项目 电压 电流 热稳定 实际需要值 35kV 249.7A 1.6kA GW5-35GD/600额定值 35kV 600A 16.5kA 22

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动稳定 11.68kA 41kA

4.2.3电压互感器的选择

电压互感器的分类

按安装地点可分为户内式和户外式。35kV及以下多制成户内式；35kV以上则制成户外式。

按相数可分为单相和三相式，35kV及以上不能制成三相式。 按绕组数目可分为双绕组和三绕组电压互感器，三绕组电压互感器除一次侧和基本二次侧外，还有一组辅助二次侧，供接地保护用。 按绝缘方式可分为干式、浇注式、油浸式和充气式，干式浸绝缘胶电压互感器结构简单、无着火和爆炸危险，但绝缘强度较低，只适用于6kV以下的户内式装置；浇注式电压互感器结构紧凑、维护方便，适用于3kV～35kV户内式配电装置；油浸式电压互感器绝缘性能较好，可用于10kV以上的户外式配电装置；充气式电压互感器用于SF6全封闭电器中。

此外，还有电容式电压互感器，电容式电压互感器实际上是一个单相电容分压管，由若干个相同的电容器串联组成，接在高压相线与地面之间，它广泛用于110kV～330kV的中性点直接接地的电网中。

35kV电压互感器：一般为油侵绝缘型。35kV电压互感器均为单相，有双圈，三圈之分，如对35kV不进行检测，可选两台双圈互感器，接成V型，供仪表用电压，否则选三台三圈互感器接成Y/Y/Δ型，互感器短路保护采用限流高压熔断器。

本设计为终端变电所，不需进行绝缘检测选用JDJ-35型户外式电压互感器，V型接线，供仪表用电压分二组，每组两台，分别装于35kV母线两段上，与避雷器组成间隔。

电压互感器参数如下：

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额定电压：35/0.1 kV 额定容量：600 kVA

高压熔断器除按工作条件电网电压长时最大负荷电流选择型号外，还必须交验熔断器的断流容量，即

?Nbr??''

所以电压互感器配用RW6805-35/0.5kV 型户外高压限流熔断器，其参数如下：

额定电压： 35kV 额定电流：0.5kA 开断容量：200MVA 切断最大短路电流28kA 过电压倍数不超过25

熔断器额定值大于实际值，故所选熔断器满足要求。

4.2.4电流互感器选择

在35kV入线、出线急母联处，必须装设一定型号的电流互感器，主要用于及时检测电流情况。若发生短路，断线等故障情况，可以立即由保护系统动作，切除故障，保证系统安全运行，另外，装设电流互感器可便于工作人员及时检查电路工作情况。

35kV入线电流互感器选用LR-35-300/5型，35kV母联断路器处，配用电流互感器为LR-35-300/5型，35kV出线及6kV入线等电流互感器选用LR-35-600/5型。

4.2.5 35kV避雷器选择

(1)采用35kV避雷器电站型FZ-35型

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选两组，分别装于35kV两段母线上，与电压互感器共用一个间隔 电站型FZ-35型避雷器参数主要为：

灭弧电压：41kV

工频放电电压：82≤U≤98kV 冲击放电电压：不大于134kV 再配送放电记录仪JS-4型两台

(2)另外两组FZ-35型避雷器保护主变压器

4.2.6操动机构选择

35kV 油断路器，一般选用电磁操作机构，其型式根据新选断路器新需合闸而订，一般操动机构选CDⅡ型。

此处固用于室外，选用CHH-X型操动机构。

4.2.7 所变选择

所用变压器的选择主要考虑厂用高压变压器和启动备用变压器的选择，主要选择内容包括变压器的台数，型式，额定电压，容量和阻抗。为了正确选择所用变压器容量，首先应对所用变压器的容量，数量及其运行方式有所了解，并予以分类和统计，最后确定所用变压器的容量。

35kV所变变压器，其主要用于室内照明等一些小型动力设备。此处选用SJL1-50，35/0.4kV型变压器两台，其参数如下：

额定电压：35/0.4kV P0=0.3 ?d=1.15kW

U%=6.5% ?0%=6.5%

?be1=0.825A

联接组别Y/Y0-12

选用RW9-35/2型高压式保险，选两台

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4.2.8 35kV架空线和母线选择

35kV母线，主室外一般选钢芯铝绞线，母线截面按经济电流密度初选，接长时负荷电流校验。

该矿总负荷电流为

3Ucos?3?35?0.95Ig177.8SJ???77.765kVAIJ1.15?2查表Jj=1.15

I?P?10300.58?178.858A

因此，选用标准截面LGJ-70型钢芯铝绞线，载流量为275A

'用温度校验 Iy?Iy70?4525?275??205?182.3

70?2545校验合格。

按允许电压损失r0?0.432?/kM, 导线几何均矩为1.5m时，x0?0.364?/kM,?U?Pr0?Qx010300.58?0.432?0.364?3480l??5.5?924.8V Ue35?U924.8?100%??100%?2.6%?6%?e35000?U%?校验合格

4.3 6kV电气设备选择

4.3.1高压开关柜选择

高压开关柜目前选用固定式改进型的GG1-A型，一次线路方案与供电系统图上要求相适应即可。

本高压开关柜为开启式，根据负荷性质，大小选用高压开关柜型号如下：

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(1)进线柜

6KV进线柜选用一次编号的GG-1A-25型高压开关柜两台 (2)母联柜

选两台配合使用，选用GG-1A-11和GA-1A-95各一台 (3)双回出线柜

油断路器两端都有隔离开关的。选用GG-1A-07型高压开关柜。 (4)单回出线柜

断路器前有隔离开关的，选用GG-1A-03型高压开关柜。 (5)电压互感器，避雷器柜

选用GG-1A-54型高压开关柜两台

4.3.2高压开关柜之校验

(1)进线柜校验

进线柜断路器选用SN10-10I/2000型，隔离开关选用GN2-10/2000型，校验如下表4-3所示：

表4-3 进线柜参数表

项目 电压 电流 断路容量 断路流量 动稳 热稳 实际值 6kV 1145.54 101.97 9.351 23.84 4.049 SN10-10I/2000 10kV 2000 300 35 75 19.56 GN2-10/2000 10kV 2000 - - 85 36 检验合格。

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(2)母联开关柜校验

选用SN10-10I/2000型油断路器 校验见下表4-4所示：

表4-4 母联开关参数表

项目 电流 电压 断流容量 断路流量 动稳 热稳 实际值 572.77 6 101.97 9.351 4.04 27.84 SN10-10I/2000 2000 10 300 35 19.56 75 校验

(3) GG-1A-07，GG-1A-03校验

柜中均选用SN10-10I/600型少油断路器

校验时，考虑在断路器出口处短路时，短路电流最大，断路器出口处短路参数即6KV母线短路参数，又考虑6KV母线出线不同的负荷电流，应选最大一组的负荷电流校验。

校验合格

此处取扇风机一路，校验如下表4-5所示：

表4-5 扇风机参数表

项目 电压 电流 断路容量

实际值 6 167.5 118.9 28

SN10-10I/600 10 600 300 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计

短路流量 动稳定 热稳定 10.9 27.814 3.76 17.3 44.1 11.3

校验合格，配用CD10型电磁操作结构，03、07中各用一套。 (4)GG-1A-54校验

选用JSJW-6型电压互感器，额定电压6kV，原线圈6kV，付线圈0.1kV，辅助线圈0.1/3，最大容量640kVA。

选用FZ-6型阀型电站用避雷器，额定电压6kV，灭弧电压7.6kV，工频放电电压16kV≤U≤19kV。

选用RN1-6型熔断器，作电压互感器保护，额定电压为6kV，额定电流为2A，最大断流容量为200MVA，切断极限电流最大峰值5.2kA，作电压互感器保护比较合适。

4.3.3 6kV母线，电缆及架空线选择

(1)6kV母线选择

母线的选择项目主要包括母线型选择，截面选择及动热稳定性校验。 6kV母线，一般选用矩形铝母线，其截面接长时允许电流选，接动，热稳定性校验。

(2)选择 6kV侧计算负荷为 设分配系数为0.85

I'?0.85?987.94?839.75A

通常35kV以下室内配电，多采用矩形铝母线，选用型号LMY的母线采用平放动稳定性好，但散热条件较差。 此处采用80×10mm2的铝母线。

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查得，该线25℃时的载流量为1360 温度修正后

'Iy?1360?70?45?1013.7?974 70?25校验合格。

(3)母线动稳定性校验

三相母线位于同一平面布置的母线中产生的最大机械应力为：

l221612?27.812?10?3?3??1.76?ik?10?1.76??132.1?700kg/cm2aw25?10.689即校验合格。母线热稳定性校验

(3)Jd所需母线最小截面Amin?CKsPtf?10.908?1000

95 ?162.4?800mm2 故，校验合格。

(4)高压电缆型号及截面选择

高压电缆型号很多。根据用途与散设方式选和使用条件进行选择，在地面一般选用油侵纸绝缘铝包钢带装电缆，如电缆采用直埋时，电缆外面应有防腐层，除立井井筒中敷设电缆外一般采用铝芯，井筒中敷设应选钢铁铠装，并根据井筒深度选用不滴流或干绝缘的电缆，电缆芯线截面按经济电流密度选，按长时允许电流及最小热稳定截面进行校验，注意长时允许电流与电缆敷设方式及根数等有关。

a 主井提升回路电缆选择

主井为双回路供电，每一路均能使之正常供电，使绞车正常工作，故 共长时负荷电流为

3Ucos?3?6?0.87Ig144.34Sj???83.4mm2

Jj1.73Ig?P?1305?144.34A

选用的电缆型号为：ZLQ-3×70铝心。

允许电流效验

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Iy?185?65?25?163.4A?144.34A 65?15校验合格。 最小热稳定截面校验：

(3)Smin?I?tj/c?9.953?103?0.25/95?52.4?70mm2

校验合格。

主井提升电缆选用ZLQ-70型。 b下井电缆选择

下井电缆有4根，每根电流为最大长时电流的1/4。 按经济电流密度选，查表得：Jj?2.25

则Sj?136.4/2.25?60.6mm2型。查表知长时允许电流为151A。

按长时工作电流校验：

65?26?151?133.4?136.4

65?25故不合格。

重选ZQD5-3×70型。 按长时允许电流校验，

65?26 Iy??185?163.4?136.4

65?25校验合格。

按最小热定截面校验

(3)tj/C?8.962?103?0.25/165?27.2?70 Smin?I?Iy? 校验合格。

c其他电缆的选择方法和校验方法相类似的选择结果如下： 副井提升 ZLQ20-3×50 压风机 ZLQ20-3×70 地面低压 ZLQ20-3×70 机修厂 ZLQ20-3×25

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综采车间 ZLQ20-3×25 d 6kV架空线选择

6kV出线超过0.5Km者，均不采用电缆而用架空线，6kV架空线，一般采用钢芯铝绞线，导线截面按经济电流密度选，按长时允许电流及电压损失来校验。

e 主扇风机架空线选择

按经济电流密度选择导线截面： Ig?P3Ucos??17003?6.3?0.93?167.5A

查得，Sj?Ig/Jj?167.5/0.9?186.1mm2 选用LG-150型钢芯铝绞线，25℃时载流量440A。 按长时允许电流校验： Iy?440?校验合格。

其它架空线路的选择方法和校验方法相类似，选择结果如下： 工人村 LJ-35 2.5km 支农 LJ-25 2.7km 洗煤厂 LJ-95 0.5km 主排水泵 LJ-35 0.9km 为了生产的连续性，须备用以下线路 LJ-25 2.7km LJ-35 6.5km LJ-95 0.5km LJ-150 5.2km

70?45?327.9?167.5A

70?25 32

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4.4母线瓷瓶、穿墙套管及室外勾架的选择

4.4.1母线瓷瓶选择

根据装置地点、环境，选择为屋内、屋外或防污染及满足使用要求的产品型式。一般屋内采用联合胶装多棱式、屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。

35kV室外母线瓷瓶，选用悬式绝缘于组成绝缘子串，作为母线支柱绝缘瓷瓶，绝缘子每组4个。

室内35kV或6kV，选用母线支柱瓷瓶，母线支柱瓷瓶接电压选，接短路电流校验其破坏力是否满足要求。 (1)室内6kV支柱绝缘子选择： 选ZA-6Y型支柱绝缘子。 动稳定性应满足0.6Pb?P

Pb-绝缘子机械破坏负荷 P-短路时，作用在绝缘子上的力

0.6Pb?0.6?370?255kgP?KF?1.24F?1.24?1.76??101.3?255kg校验合格。

(2)室外35kV支柱绝缘子的选择

选用X-4.5/35型支柱绝缘子，共90个。 校验同上，合格。

L?2ikr?10?2

4.4.2高压穿墙套管的选择

高压穿墙套管的选择，按照电压及长时工作允许电流选，接动，热稳

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定性校验。

Ig?P3Ucos??10241.343?6?0.95?1058.7A

1Ig?529.4A2 选CWLB-10/600型高压穿墙套管，为铝导体户外式，长0.56m,额定电流10kA,Ie?600A,5s热稳定电流为12kA。

动稳定效验：

136.2?1502ich?10?2?1.76?23.8452?10?2???7.24 ?2175P=KF=1.24×155.25=8.98 Pb?376kg

0.6Pb?0.6?376?225?8.98kg校验合格。 热稳定校验： F?1.76?LI?I?tj/t?10.908?2.2/5?7.24kA热稳定电流保证值查表可得7.24?30(kA)校验合格。

4.4.3室外构架的选择

室外构架一般选用国家定型产品，目前产品主要是圆形构架，有门形，∏形两种，因隔离开关放在构架下部，故选门形构架。 (1) 35kV进出线构架

选6架门型构架，其高度7米，宽5米。 (2) 35kV母线构架

选和进出线相同结构的构架，选2架，宽度选为5米，高为5米。 (3) 隔离开关构架

选∏型构架，10架，高2.5米，宽1.5米

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(4)避雷器构架及电压互感器构架

避雷器构架及电压互感器构架均选用原杆独立式构架，避雷器一组用3根，电压互感器一组用2根，高度均为3米。

4.5选择结果汇总

4.5.1 35kV侧名称 35kv断路器隔离开关 GW5-35GD/600 4 电压互感器 JDJ-35 2 35kv熔断器35kv避雷器所用变压器 电流互感器 LR-35/300 21

4.5.2 6kv侧名称 进线柜 GG-1A-25 母联柜 GG-1A-11 母联柜 GG-1A-95 双回出线柜 GG-1A-07 单回出线柜 GG-1A-03 PT与FZ柜 GG-1A-54

型号 数量 SJL1?50 35/0.4 2 型号 35

备注

LW8-35/600 5 RW6805-35/0.5 2 FZ-35 2

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