概論1.1前言放眼世界，當今世界的國民經濟狀況，可以看出，電力系統是一種非常重要的組成部分，它是經濟發展的一個基本環節。電力是一種巨大而復雜的動力系統，它為整個農業、工業、交通運輸業和與社會生活有關的各個行業，都創造著不可取代的能量供給[1]。隨著國民經濟的發展，人們對生活品質的要求也在不斷提高，因此，人們對電能的需求量和依賴程度也在不斷提高，因此，電力的供給是否能夠做到可靠、經濟和靈活，與經濟能否穩定、迅速的發展有著密切的聯系，因此，電能的品質迫切需要得到提高和改進。我們都知道，煤是一種主要的一次能源，關系到電力系統的安全穩定，而煤在我國整體能源消耗中的比例超過了70%，礦井供電系統的有效運作關系到一個國家的經濟發展。礦井變電站是礦井電網中進行電網轉換、用電等交流的地方，它以變電站及其配套的配電網為主，在設計礦井變電站時，應充分考慮其是否能夠保證電網的穩定的運行，而礦井又是礦井的高危區。變電站的可靠度是影響礦井生產的首要因素。1.2電力系統概述發電廠可以提供持續不斷的電力能量，它可以用自己的運作方式，將非電形式的能經過轉化成為電能。從對資源節約和充分利用的角度來看，發電廠應該將其建設在動力資源比較充足的區域中。通過長途跋涉的傳輸，通過變電站的升降轉換，最后將電力傳輸到居民的家中和公司。電力的生產、供應和使用，都是一氣呵成，需要時刻維持平衡。電力生產的動力來源是發電機，傳輸線路，轉換設備，由配電設施和用電設備等環節構成，與電能消費系合稱為電力系統。1.3變電所的功用及其位置選取礦井變電所是指在礦井中進行電能接收、電壓變換以及電能分配的場所，它是整個供配電系統中的一個重要組成單元。根據礦井35kV變電站的位置，將其分為工廠化變電站和全降變電站。它有三種類型，分別是室內、室外和組合。變電站選址的基本要求是：①盡量接近負載中心，從而減少配電網的電壓損失，電能損失，以及非鐵元素的消耗量。②不能選擇有腐蝕和粉塵的地點，如果實在避不開，也要避開污染源的上風方向。③不可選擇低處或容易產生水漬的地點。④裝備的搬運必須方便。⑤要注意供電線路的走向，使線路進出更加便捷。⑥向電力端傾斜。⑦（變電站室外配電網與其它建筑物及構筑物的消防間隔）應滿足有關規范。對變電站布局的需求：布局要緊湊、合理，對變電站各個房間的布局要進行科學的規劃，盡量利用自然光照、自然通風。1.4設計企業資料裂頭山礦區于2000年投產，原計劃年產三十萬噸，后經技術改造，東鄰橫河井田，北接楊村井田，南接辛集井田。

2裂頭山礦區負荷計算2.1負荷計算的原則目的與意義負荷計算原則：在電源進線選擇和一兩次側設備選擇過程中，負荷計算是基礎，使用了需要系數法來進行逐級計算（從用電設備方向向電源方向進行負荷的逐級計算）[2]。負載計算的意義與目標：負載計算主要用于確定負載，并按照計算負載的結果來選取導線和電器，這樣在系統的實際工作中導線和電器的最高溫度就不會超過容許值。在進行設計的時候，計算負載是一個基礎，它在選擇開關電器和互感器等的額定參數、選擇供配電系統中供電線路的導線斷面、選擇變壓器的容量等方面起著重要作用。在電力系統中，對電力系統的影響很大，對電力系統的安全運行和經濟運行起著重要作用。2.2負荷計算的方法但是，在實際應用中，各種類型的負載在不同類型的負載之間存在著不同程度的差異，其差異性也是不同類型負載之間存在差異的主要原因之一。在現實生活中，負載并非一定之規，而是受到許多方面的影響，如設備性能，生產組織，生產人員的技術，以及能量供給的情況，所以負載的計算必須盡量貼近現實。本文采用需求因子法對該設計載荷開展了分析和計算.1)根據對裂頭山礦區副井站高壓線路的數據分析，共有9臺電動機，其中9個是在運行中的，其額定功率是1100KW，其額定功率是949kW；用380伏的電源，找出其所需的負載。（查表得）解：有功功率：無功功率：視在功率：計算電流：2）根據對裂頭山礦區35kV高壓變1#和2#共13臺電動機進行了統計，其中12臺電動機在正常運行，其額定功率為1170千瓦，額定功率為841kW；電源電壓為0.38千伏，要求負載。解：有功功率：無功功率：視在功率：計算電流：3）據統計，在裂頭山礦區有3臺井下主排泵電動機，其中2部在運行，其額定功率為6240千瓦，其額定功率為670千瓦；電壓6千伏，計算負載。（經查表）解：有功功率： 無功功率：視在功率： 計算電流:2.3無功補償的意義因為在普通的公司中，使用了大量的諸如感應馬達、變壓器等用電設備，尤其是最近幾年，隨著大功率的使用，公司的電源不僅要提供有功，還要提供很多的無功；電力生產和傳輸裝置的容量沒有得到最大程度的發揮。由于功率因數過低，給電網帶來了很大的負面效應，所以需要通過改善用戶的功率因數來降低電網對無功的需求[3]。在此基礎上，采用先改善原有的功因，再通過人為調節來達到較高的功因。在這些方法中，采用并聯電容進行的最多。2.4無功補償方法和補償后計算目前，在用戶和企業中，利用并聯電容進行無功補償已得到廣泛應用。它的優勢如下：主動損失很少，只有0.25%到0.5%，而同步調整攝像機的主動損失只有1.5%到3%。不帶轉動部件，便于操作和維修。根據系統的要求，可以增減部分電容的損耗。不會對設備造成任何影響。從0.74至0.9的功率因子

3主變壓器的選擇變電所是一種重要的裝置，它的作用是對整個電網進行升壓和降壓，從而實現對電網能量的合理輸送、分配和利用。根據其工作原理，可分為兩種類型：升、降兩種。礦井變電站均為降壓變電器。3.1變電所主變壓器臺數的選擇在選用主要變電所時，要注意以下幾點：1)電力供應的可靠度必須符合電力負載的需求。對于一級、二級負荷較多的變電站，應該采取兩個變壓器，這樣當一個變壓器出現故障或進行維修時，另外一個可以繼續對一級、二級負荷進行供電[4]。對于僅有二級負載而無一級負載的變電所，可以僅使用一臺變壓器，但需要在低壓側敷設與其他變電所相連接的聯絡線作為備用電源，或具有自備電源。2)對于有季節和日間變化的變電站，適宜采取經濟運行模式的變電站，也可以考慮使用雙變。3)普通廠房變電站，但以上兩種情形除外，最好只有一座。對于負載比較集中、容量比較大的變電站，即使是三層負載，也可以使用兩個以上的變壓器。4)在計算變電站主變數量時，要充分考慮到負載變化情況，預留一些空間。5)變頻器的容量不宜太大，也不宜太低。當變電站內有兩個或更多的時候，要注意當一次或二次負載發生故障時，其他的變換器的容量必須能夠滿足全部的第一和第二類負載需求。3.2變電所主變壓器容量的選擇在電網中，由于電網中存在著大量的無功損耗問題。這種無功需要由電力供應系統提供。如果選用的功率太大，不僅會加大初期投入，還會造成長時間的空載或輕載運轉，從而加大了空載損耗所占的比例；這種方式不僅使系統的電力系數下降，而且使系統的網損增加，而且是不經濟的。如果選用的功率太小時，則會造成長時間的超載，從而對裝置造成損害。所以，要選擇合適的變壓器等級。具有兩個主要變換器的變電站，每個主要變換器的容量為在設計中通常被粗略記為個數。下列兩項都符合：1)任何一個變壓器在獨立工作時，其需求應達到60%至70%的總體計算載荷，2）任一臺變壓器單獨運行時，應滿足全部一、二級負荷的需要，即該35/6kV變電站，經無功補償后的計算負載如下：,根對本變電站的具體條件，選用了兩臺變壓器。它的容量因此，該變電站將每個變壓器的功率設定為6300kVA，其技術指標見表3.1。表3.1S11型油浸式10KV系列配電變壓器技術參數型式S11高壓側電壓35±2X2.5%KV容量6300KVA低壓側電壓6±2X2.5%KV相數3高壓測額定電流104A頻率50HZ低壓測額定電流606A短路阻抗4.5空載電流0.9空載損耗(kW)3.0負載損耗(K1V)353.3變壓器損耗計算空載無功損耗：滿載無功損耗： 變壓器負荷率：由式計算得變壓器損耗：有功：無功：由式35KV線路損耗：有功：無功：3.435KV側負荷統計及功率效驗35KV側功率因數的效驗：大于0.9滿足規程要求

4變電所的主接線在電力供應與配電體系中，負責傳輸與分布電力的線路被稱作初級線路，。一次電路中的全部電器，如變壓器，開關等，統稱一次電器。變電站的總線路是反映電力傳輸與分布情況的線路，也稱為一次線路[5]。在變電站的主要線路上，將各類開關電器，電力變壓器，母線；電線、電力電纜、并聯電容器等電氣裝置都是用圖解符號代表的，它們按照某種順序相連，一般用一根線代表三相系統。在變電站中，主要線路必須符合下列條件：①安全性：主要線路的設計要按照國家相關技術規程進行，以確保人員及裝備的安全性。②可靠，要能達到用戶對電力供應的可靠性。③機動性強，可適用于多種工況，便于使用和維護。④節約，既要符合上述條件，又要保證總線路的簡易性和低成本；在生產過程中，由于操作成本較小，因此，在生產過程中，應該充分考慮到節電和非鐵元素的消耗。4.135kV側主接線1）外橋接線在圖a中顯示了外橋的布線。本發明的特點是：開關數量少，四回路僅用三個開關。但其不足之處在于：切斷與投線過程比較繁瑣，需要同時操作兩個開關，且需要一臺變壓器臨時關機。在大修過程中，需要對兩回路進行解列操作。當發生故障時，在故障發生后，需要很長一段時間才能恢復運行。應用：適合于小型變電站，需要經常進行開關或線路短，故障率低的變電站。2）內橋接線在圖b中顯示了內橋的布線。它的優點是：開關數量少，四回路僅用三個開關。但其不足之處在于：需要兩個開關同時動作，且會對主回線造成臨時停電，且操作繁瑣。在大修過程中，需要對兩回路進行解列操作。當開關出站維修時，會造成線路長期停電。應用：適合于小型變電站，無開關頻繁，線路長，故障率高的變電站。3）全橋接線在c中顯示了整個橋路。該裝置具有適應性好、運轉靈活、易于使用等優點，但需要的儀器比較多，占用的空間也比較大。從投資經濟性、占地面積小等角度出發，提出了35kV側向變電站的整體方案。4.26kV側主接線1）單母線接線采用單母線接地方式具有線路簡明、易于使用、所需設備較多、造價較低廉等特點。該斷路器只作為大修時的斷電之用，不做其它動作，方便了設備的擴展及配套使用。不足之處：柔性差、可靠性差，當任何一個部件（母線、母線斷路器等）發生故障或進行大修時，都需要斷電，造成全功率的斷電[6]。抽出線回路中的開關維修時，應切斷此回路中的電源。應用：因采用單母線布線方式，操作不穩定，使用靈活度不高，所以多應用在小型變電站，尤其是單母線布線方式。圖4.1單母線分段接線圖2）單母線分段接線單母線段分接的優勢：采用開關將母線分接后，對于重要的一級和二級用戶，可以從母線的另一端分出兩條線路，由兩條線路分別接兩條線路。在某一線路出現故障時，區段開關能自動地切斷線路中的某一線路，從而確保了母線在正常線路中的穩定運行，以及對重點客戶的穩定供應。其不足之處在于：若某一母線或某一母線斷路器發生故障或進行大修，則這一部分的線路將全部斷電。在雙回路的情況下，輸電線路存在著跨線現象。應用：因為采用單母線段式連接，其電源的可靠性要高于采用單母線連接，故此種連接方法在6kv及以下變電站應用較為普遍。總之，從經濟性和電力供應的角度出發，本文在6KV母線一側采取了單條線路分段的接法。3）雙母線線路是指由兩套母線組成的線路，每個供電端或每個輸出端，經由一個或兩個開關，被兩套母線所借用。雙母線中的兩套母線在同一時間工作，并由一套母線連接開關并聯操作，功率和負載在這兩套母線上均攤。為滿足母線保護的需要，通常情況下，一個線路中的一條線路與一群線路相連接，并按一定的線路連接模式進行操作[7]。雙母線線路的優勢：電源供應穩定，兩套母線斷路器的切換動作，能使一套母線輪班檢修而不會出現停電現象。當一套匯流排發生故障時，它可以很快地重新提供電力。在任何一條線路上維修母線斷開器時，只能關閉此線路。該方法具有很強的通用性，可以將所有的功率源和負載都分散在不同的節點上，從而可以很好地滿足不同的工作模式以及不同的功率需求。擴展容易，擴展到兩套母線的左側或右側，都不會對兩套母線的功率及負載分布造成影響，也不會造成原線路的斷電。不利之處：每次添加一套匯流排時，必須在每個環路上添加一套匯流排斷路器。在母線發生故障或進行大修時，將絕緣開關用作逆變動作用的電氣設備，發生了錯誤動作，應在絕緣開關與斷路器間安裝聯鎖。應用：在有多條線路或母線上有多條線路或多個線路，傳輸及跨越的電力很大時，需要在發生線路故障時，快速地將其重新投入使用。在母線及母線進行裝置大修時，不得對客戶的電力產生干擾，當電網的運行安排對接線彈性有一定的要求時，應采取雙母接線方式。4.3井下變電所主接線一層中心變電站：在二采區變電站、三采區變電站和二層中心變電站上，在所述變電站上設置17只KYGG-Z型主變電站上的KYGG-Z型主變電站上；直接向泵房變電所、中心泵房3個主要抽水水泵、充填面移動變壓器等提供電力。該廠還配有兩套KBSG—500/6/0.69KV干式變頻器，通過6套KYDZ-1低電壓開關箱，為主井、副井底、二采區1#泵房、中心泵房的電動閘門和上倉皮帶等提供電力。二橫中心變電站：中心變電站配有17個KGS1型高電壓開關箱，為中心泵站的3個主要抽水機提供電力。另有兩個KBSG500/6/0.69kV的干式變壓器，通過6個KYDZ-1高壓開關箱與八采區的皮帶巷、皮帶巷西翼三個皮帶巷和泵房的電動水閘相連；井底車輛及其它電力設施為其提供電力。二水平直排水泵房變電站：在所中設置了26個KUGC-Z式高壓開關箱，為直排水泵房的6臺主排水泵提供動力，為北軌巷移動變電站提供動力，為八采區變電站提供動力；由2個KBSG—500/6/0.69

KV干式變壓器提供的電力，通過5個KYDZ-1低電壓開關，為南大巷、泵電門等用電裝置提供電力。礦井下的電壓水平：高壓是6kV，開采面是1.14kV，掘進面是1.14kV及660V，煤電鉆及照明是127V。圖4.2煤礦主要供電系統圖

5短路計算5.1短路形成的原因及其危害由于電力系統中帶電流部件的絕緣破壞，以及人為操作不當，以及飛禽走獸等因素，都會導致電力系統發生短路。電氣設備載流部分的絕緣破壞主要是由設備在長時間的工作中引起的，也有可能是由設備自身的絕緣存在缺陷，而被工頻電壓擊穿，也有可能是由設備的絕緣在工作中被過電壓擊穿（如雷擊過電壓），還有就是由設備的絕緣被外力破壞，進而引起的[8]。在平時的工作中，通常需要對用電負載進行正常的、不間斷的供電，以確保企業的生產和生活的正常運轉。不過，由于種種原因，還是會有一些問題，影響到系統的正常運轉。在一個系統中，最容易發生的一種錯誤就是短路。導致短路的主要因素是，在電壓差時，各導體之間有較小的負極性。電器的載流部絕緣受損是引起短路的最主要的因素，有可能是由于誤操作引起，也有可能是由于鳥獸動物等跨越傳導部與絕緣受損引起。短路會引起下列不良后果：1)在發生短路時，由于電流所引起的溫度變化，將導致電力裝置和電線的溫度升高，進而導致電力裝置和電線的損壞。另外，在短路點處產生的強烈的電弧會更加嚴重地將電器和電線燒壞。2)由于短路電流所引起的電力作用，使裝置發生機械損壞或結構損壞。3)當短路時，尤其是在供電母線或變電站母線周圍出現短路時，將導致短路點上的電壓降至0，進而導致母線電壓也降至0；將導致該匯流排其它負載的電源被強制切斷。4)若發生在發電站周圍，則可能造成電網的故障，造成更為惡劣的影響。5)非均勻接地的短接不但會威脅到人員和裝備的安全，而且還會影響到周圍的通訊線路和裝備。5.2計算短路電流的目的在變電站與供電系統的設計和運行中，為了減少短路的危害，減少所導致的故障的影響，需要對短路電流進行計算，以便用來解決以下幾個技術問題：1)當選用帶有負載電流導線的電器時，需要對電器的熱安定性、力學性能進行檢測。2)在對對應的繼電器設備進行選型和調試時，使其可以準確和安全地切斷由短路引起的故障。3)當決定了限流方法時，對于因短路電流太大而導致的裝置難以選用或不合算的情況，可以采取一種限流方法來解決。4)能夠準確、理性地判斷出主要線路和主要操作模式等問題。5.3短路電流計算步驟由電源構成的等價電網圖1)選擇參考電容Sd以及參考電壓Ud，并且由上述式確定參考電流的數值Id。2)獲得了每個單元的標準參考電抗，并把其計算的結果標記在一個等效的網絡圖中[9]。3)根據等效網絡中各個元素之間的連接，計算出從供電端至短路點的總阻抗。4）根據歐姆法則計算出的跳閘電流等級：當一個系統的供電能力為無窮大時，它的跳閘電流等級可由方程計算出來：并且，在發生短路之后，在不同的觸點之間，各種觸點之間的短路電流標幺值與短路容量標幺值都是相同的，也就是5)計算出系統的短路電流及短路能力。為給電源的設計提供必要的信息，需要確定短路電流及短路能力：①計算了系統的次級瞬時短路電流I及短路電容S′。②計算了系統的短路脈沖電流中心，并計算了系統的最大短路電流。5.4短路電流計算在電源經過變壓器之后，變成35kV送到地面變電所后，對各點的短路電流值進行了計算，短路點選擇35kV母線側、6kV母線側輸電線路、主變壓器和下井電纜均為一臺（路）工作，一臺（路）備用。在最大負載情況下，系統的阻抗為,在最低操作模式下，則系統的阻抗為,上一個變電站的間距是5公里。有兩個各自具有6300

kVA的功率的主變壓器，。線路電抗：對于電纜,架空線。5.4.1計算各元件的電抗標幺值選取基準對應于基準電流值:對應于基準電流值:37kV母線滿載工況下的電網阻抗：,最小運行方式時系統阻抗為37kV線路架空線路阻抗：電力變壓器阻抗:電纜線路：5.4.2各短路點短路計算1)dl點短路電流計算最大運行方式：最小運行方式：2)d2點短路電流計算最大運行方式：最小運行方式：3)d3點短路電流計算最大運行方式：最小運行方式：4)d4點的短路電流計算最大運行方式：最小運行方式：5)d5點短路電流計算最大運行方式：最小運行方式：6)d6點短路電流計算最大運行方式：最小運行方式：表5.1短路計算結果匯總表運行方式最大運行方式最小運行方式短路參數短路點d17.8111.8719.91501.256.22d26.9710.5917.7775.715.96d36.6710.1317.0172.515.70d46.7610.2717.2573.525.74d56.7610.2717.2673.585.78d66.7310.2217.1673.265.76d75.358.1313.6458.174.58d86.6910.1617.0772.786.61d96.229.4515.8667.615.38d105.558.4314.1660.504.80d115.237.9413.3557.004.48d126.269.5115.9868.115.36d136.379.6816.2469.255.45d145.848.5014.8963.505.00圖5.1短路計算電路圖圖5.2等值計算電路圖

6電氣設備的選擇6.1選擇高壓一次設備的原則我們將變電站中擔負著傳輸分布電能的工作的電路稱為一次電路、一次回路或主電路。高電壓電力裝置通常有以下類型：1、變換裝置：具有變換電壓和電流的作用，有變壓器，電流變壓器，電壓變壓器等[10]。2、控制裝置：其主要作用是按照電網運行的需要對一次回路進行控制。3、保護裝置：用于保護電網中的過流、過壓，有保險絲、避雷器等。4、補償裝置：其主要作用是對電網中的無功進行補償，從而使電網中的功率得到較大的改善。5、總成：是指將相關的一次設備和二次設備按照一次線路設計圖進行組裝而形成一個整體的電氣設備，包括：高壓開關柜，電源及照明配電箱，低壓配電屏等。高壓一次設備的選用必須符合一次線路在正常和短路故障情況下工作的要求，要保證設備工作的安全，要保證操作和維修的便利，要保證投資的經濟。電力裝置的選用應符合下列條件：1)選擇電力裝置的標稱電壓（電力裝置的標稱電壓不能比它所處的電力裝置的標稱電壓低）2)選擇具有最大負載電流的電器裝置（電器裝置的額定電流應當不少于其所經過的最大負載電流），即 或 3)根據短路狀態對有關電器的動態穩定和熱穩定進行校驗。為了確保電器在發生短路時不會被破壞，應以最大短路電流作為檢驗電器的動穩性和熱穩性。動態穩定性是指電力裝置受到脈沖式短路電流所引起的動力而不發生破壞。熱穩定指的是電氣設備載流導線在穩態短路電流下的發熱溫度不超過載流導線短時的容許的發熱溫度。電器裝置的極限通過電流不得低于裝置的最大沖擊短路電流，即或式中，是電氣設備的極限通過電流的峰值；是電氣設備極限通過電流的有效值4）校驗開關電器斷流能力電氣設備斷路器和熔斷器等擔負著阻斷短路電流的職責，它們要能夠在一定程度上保證能夠將所通過的最大短路電流進行切斷，所以還需要對開關電器進行斷流，并且其斷流容量不能小于裝置地點的最大三相短路容量，或式中，是開關電器最大的開斷電流和開斷容量6.2短路的熱動穩定條件選擇了電氣設備后，要根據其最大可能穿越電流對其進行熱、動穩定性校核。試驗中所用到的短路電流通常是三相發生故障時所得到的[11]。熱穩性的短接條件：在這個公式中，2表示在ts的計算期間，短路電流對溫度的影響，以；是以kA表示，在t秒鐘時間里，該裝置容許流通的、具有溫度穩定性的電流的有效值。t是以S表示裝置所容許的經過溫度穩定的電流所需的時間。短接的動態穩定性條件：在式中，是以kA表示的短路脈沖電流的峰值。是以kA表示的整個短路電流的有效值。用kA表示設備所能容許的最大流過電流峰值。表示用具所能容許的最大流過電流，以kA表示。6.3斷路器隔離開關的選擇6.3.135kV斷路器的選擇該變電站35kV高壓斷路器選擇了LW8-35AG型真空斷路器，LW8-35AG型室外高壓真空斷路器是一種三相交流50HZ、額定電壓35kV的家庭開關設備。安裝永久磁力操縱裝置，用于工礦企業，發電廠，變電站等電氣設備的控制與保護。其可靠度高，使用壽命長，尤其適合于工作頻繁，多次開斷短路電流等苛刻環境下使用[12]。35kV電源進線側采用LW8-35AG真空斷路器，其主要性能指標見下表6.1表6.1真空斷路器參數名稱單位數據額定電壓kV35額定電流A1250額定短路開斷電流kA25額定短路關合電流（峰值）kA25動穩定電流kA63熱穩定電流kA25lmin工頻耐受電壓（有效值）kV42合、分閘線圈電壓VDC2201）斷路器的額定電壓：,符合要求2）線路額定工作電流：3）動穩定效驗：Lx>iim斷路器4）熱穩定性效驗：該開關具有4秒鐘的溫穩電流。符合要求6.3.235kV隔離開關的選擇與效驗以該隔離開關的額定電流為630A為依據，選取了GW5-40.5型室外式隔離開關，具體參數如表6.2所示。表6.2隔離開關設備名稱設備型號設備參數額定電壓（kV）額定電流額定開斷電流（kA）極限電流峰值（kA）繼流容量熱穩定電流熱穩定時間/S35kv隔離開關GW5-40.540.563020502041）GW5-40.5/630的額定電壓為35kV,而符合要求。2）GW5-40.5/630的額定電流為630A斷路器的額定電壓：,符合要求線路額定工作電流：符合要求動穩定校驗：滿足動穩定校驗符合要求。熱穩定效驗： 斷路器相當于4秒的熱穩定電流。符合要求6.3.36kV斷路器的選擇與效驗以斷路器的額定電流1000A為依據，選擇KYN28-12型高壓真空斷路器，其詳細參數見表6.3。表6.3高壓真空斷路器名稱單位數據額定電壓kV12kV額定電流A1000A額定短路開斷電流kA50額定短路關合電流（峰值）kA50動穩定電流kA63熱穩定電流kA25lmin工頻耐受電壓（有效值）kV42合、分閘線圈電壓VDC2201）斷路器的額定電壓符合要求。2）額定工作電流符合要求。3）動穩定性效驗斷路器,符合要求。4)熱穩定性效驗，假定繼電器保護的動作時間為0.7秒，斷路器的斷開時間為0.05秒，側斷路器相當于4秒得熱穩定電流:符合要求6.3.46kV隔離開關的選擇與效驗以該斷路器的額定電流630

A為依據，選擇了GN19—10/630型斷路器，其詳細參數見表6.4。表6.4隔離開關設備型號額定電壓(kV)額定電流(A)極限電流峰值(kA)熱穩定電流(kA)GN19—10/630—201063050201)隔離開關選用GN19—10/6302)隔離開關的額定電壓：滿足要求。3)額定工作電流：符合要求。4)動穩定性效驗：，隔離開關符合要求。5)對熱穩定性效驗，假定繼電器保護的動作時間為0.7秒，斷路器的斷開時間為0.05秒，側斷路器相當于2秒得熱穩定電流：符合要求。6.4母線的選擇6.4.135kV母線的選擇與效驗變電站中各個高壓配電網的母線與電氣設備之間的連接多為長方形的銅、鋁或鋼制；圓形，管狀，多芯多股或裸線。由于銅的導電性能好，抗化學腐蝕的性能也很好，所以在大電流的設備中，以及在有化學腐蝕的地方，都應該使用銅線。因而，在室內和室外的電力設備中，鋁匯流排得到了大量的應用。35kV及之下室內配電設備，由于其散熱狀況良好，對交流皮膚效應的影響較少，所以，母線斷面均為矩形斷面。a.以下各項的經濟流量：式中A—導線經濟截面積，m㎡；J—經濟電流密度，A/m㎡；Imax—最大工作電流,A；Un—線路額定電壓，千伏；Pmax—最大負荷，千瓦；因為最大使用時間是5000個小時，所以可以通過查詢表格得出因此A=95m㎡其型號為銅鋁芯電纜LGJ—95型b.根據長期所需的容許電流進行檢驗，得出LGJ-95長期所需的容許負載流量為：,在銅鋁芯線的最大溫度不大于+70℃的情況下，并假定長期工作在+40℃的情況下，在+40℃下的容許負載電流為：所以與長期使用的容許電流一致。C.三相架空線路損失校驗按下式計算式中Ro—線路單位長度電阻，；取0.38一線路單位長度電抗，；取0.35設線間幾何間距為1.9m,已知D.母線按短路熱穩定進行校驗已知式中A一所選導線截面，m㎡；C—材料熱穩定系數，C=95；Ksk—集膚效應系數，取1;IK—最大短路穩定度。，校驗合格因此35kV的母線及架空線路，都選擇了LGJ-95型銅芯鋁絲線。6.4.26kV母線的選擇與效驗1）選擇所需的恒定電流，并計算出,所選擇的6kV母線列采用的是TMY-100X10的長方形銅制母線，經測試，其在25℃的室溫下，其最大負載電流為4650

A。假定在40攝氏度的工作環境中，它的容許負載為：故符合長時間允許電流符合要求;2）短路時熱穩定性效驗；已知規定符合要求。式中A—式所選導線截面；m㎡lK一段路穩定最大有效值；C—材料熱穩定系數取97；KSK—集膚效應系數取1;tf為假想時間；（0.7為繼電器保護時間，0.05斷路器動作時間）3）動穩定性的效驗；當單條母線三相在一個平面上排列時，其最大的內力為：已知：查表得TMY-100*100抗彎矩將上述其值代入得：故滿足要求。6.5互感器的選擇6.5.135kV電流互感器的選擇在電力系統中，電力系統中，電力系統中的各種類型都被稱為電力系統中的“變壓器”。電流互感器（也就是CT，文字符號為TA）是一種變換電流的變壓器，它的二次測額定電流一般為5A[13]。電壓互感器（PT，文字符號為TV）是一種轉換電壓的變壓器，一般情況下，二次側額定電壓為l00V，它的作用包括：1)用于對主電路（初級）中的儀表和繼電器等輔助裝置進行隔離。這樣不僅可以防止高壓直接從主電路引入到儀表、繼電器等二次裝置，而且還可以防止儀表、繼電器等二次裝置的失效對主電路產生干擾，提高了一次、二次裝置的安全、可靠度，同時也對人員的安全具有重要意義。2)用于擴展二次裝置如儀表和繼電器等的使用領域。如果使用了不同的變換率的電流變壓器，那么使用了5A量程的電流表，就可以對任何大的電流進行測定，比如35KV的電流變壓器為300/5,6KV的電壓變壓器為800/5，因此，使用了不同變換率的電壓變壓器，使用了100V的程的電壓表，就能夠對任何高的表壓進行測定。二次儀表和繼電器的使用，使得二次儀表和繼電器具有了標準上的一致性，便于其大批量制造。以電流互感器額定電壓35kV，最大工作電流104

A為依據，選擇了LCZ-35型電流互感器，它的具體參數見表6.5所示。表6.5電流互感器設備名稱設備型號額定電壓（kV）一次側額定電流（A）熱穩定電流有效值kA動穩定電流峰值kA電流互感器LCZ-35300/5353002460根據短路計算的結果對所選電流互感器進行校驗：1）額定工作電流300A，，符合要求；2）動穩定性效驗；符合要求；3）熱穩定性效驗；式中Kd一是內部動穩定倍數imax—互感器能承受的最大電流瞬時值IN一互感器的額定電流符合規定要求6.5.26kV電流互感器的選擇在選用同寸的電流變壓器時，要依據安裝地點、使用情況等具體情況，來決定變壓器的結構和類型，精度等級；額定電流比、其次還要根據電流互感器的額定容量和二次負載來計算二次回路連接的電線截面積，最后在進行熱穩定和動穩定的效驗。該方案選擇的LZZBJ6.210-800/5型號的變流器的主要性能指標如下表6.6所示表6.6電流互感器設備名稱設備型號額定電壓（kV）一次側工作電流（A）額定短時動穩定電流（kA/S）額定熱穩定電流（kA/S）精確度電流互感器LZZBJ6.210-800/51080044.51000.51）變流器的標稱電壓,6kV<10kV符合要求;2）額定工作電流符合要求3)熱穩定的效驗:4）動穩定的效驗:,Kd是內部動穩定倍數,式中—互感器能承受的最大電流瞬時值；—互感器的額定電流

7繼電保護方案設計7.1繼電保護原理及要求在礦井供電系統中，繼電保護的主要工作原理是：在礦井供電系統中，利用礦井供電系統在正常運轉與出現故障或不正常運轉的情況下，所產生的各種物理量的差異，來對出現的故障或異常進行判定，并使用斷路器將其切斷，或者向其發出告警信號。當礦井電力系統出現故障時，一般會出現電流增加、電壓降低、電壓與電流的比（阻抗）以及二者之間的相位變化等現象。因而，利用該系統在故障狀態下和在正常狀態下的差異，可以構造出一種基于不同工作狀態下的繼電保護系統。舉例來說，當發生感應式失效時，會產生增加的電流，就會產生電流保護。通過減小感應電壓，實現低壓保護。通過改變感應電壓和感應電流之比來實現對目標的遠近保護。通過改變感應電流和感應電壓的相位角來實現定向保護。另外，利用被保護裝置在發生故障時所處位置的不同以及所處位置的不同，組成差動保護裝置。在不對稱短路情況下，通過相序成分的變化，可以建立起一種敏感的零序與負序保護。由發生事故時的特征量組成暫態保護等。繼電保護裝置的作用是：①在被保護的設備或線路出現故障時，保護裝置快速行動，有選擇性地切斷故障部位，避免事故進一步發展。②在設備異常工作情況下，由安全防護系統報警，使其能在最短的時間內做出相應的動作，避免可能的事故。對于礦井電力系統中繼電保護的基本要求，要保證繼電保護能夠正確、及時地實現以上的保護工作，需要符合下列4項基本條件[14]。①可供選擇的對象。在電網出現故障時，繼電保護應該首先將與電網相距較近的開關隔離開來，盡可能地減少停電的面積，以確保未出現故障的部件能夠正常工作。②果斷。通過對故障進行迅速切斷，可以降低故障的嚴重性，加快電網的恢復速度，為電機的自啟動提供了良好的條件。排除故障的時刻包含了繼電器的作用時刻和開關脫扣時刻。③靈敏度問題。要想讓保護設備能夠可靠地發揮出保護的作用，應該以電力系統實際可能的最不利運行模式和故障類型為基礎，來進行故障參數（如電流、電壓等）的計算，一般情況下，對主保護的靈敏度系數不低于1.5-2。④具有一定的穩定性。當被保護區中出現故障時，該保護裝置能正常動作，不能出現錯誤動作。7.2變壓器的保護設置作為電力系統的重要設備，變壓器的正常運行對供電系統的可靠性有著非常重要的影響。在電力變壓器中，常見的保護裝置包括氣體保護、差動保護、過電流保護和過負載保護等。35kV主變參數型號：SII-6300/35容量：6300kVA接法：KA-11短路損耗：短路阻抗：額定電壓：額定電流：7.2.1變壓器的氣體保護在變壓器油箱中，氣體保護是一種重要的保護，也是一種對油面過低的保護。煤氣保護器采用在油罐與油枕之間的管路上裝有一種機械的煤氣繼電器。其最大的特點是：快速反應、高敏感性、穩定性好、線路簡單；能夠反映出變壓器罐內各類故障，尤其是在匝數極小，其它保護不能動作的情況下，對此類故障采用氣體保護尤為重要；因此，采用了一種新型的氣體保護型變壓器，是一種重要的內損防護。7.2.2變壓器的差動保護本文介紹了一種適用于電力系統中的微分保護裝置——微分保護裝置。1計算變壓器各測數據表7.1變壓器各測數據數值名稱各側數值35kV6kV變壓器一次測額定電流電流互感器接線方式Y電流互感器一次電流606A電流互感器變比200/5=40800/5=160電流互感器二次額定電流180/40=4.5A606/160=3.7A從上述表格中可以看出，35KV端的二次容量比6KV端的容量要大，所以應該選擇35KV端作為基線。此時，在低電壓端的差分均衡因子為2計算制動系數比率制動特性斜率一般取為0.5（取值范圍為0.4-0.7）3起始制動電流乙的整定一般選為低壓側額定二次電流4計算差動啟動電流ICZ取5計算差動速斷電流1)避激磁場激蕩。但是，由于激磁電流的變化非常迅速，一般只有（4~6)Ie的峰值，其變化幅度一般為（4~6)Ie。2）躲外部短路故障時最大不平衡電流。差動速斷整定值取上面兩種情況的較大值，很顯然，應取第一種情況。故速斷=19A。6、二次諧波制動系數二次諧波制動系數0.18（取值范圍0.15-0.2）。7.2.3變壓器過負荷保護大多數情況下，變壓器的過載均為三相對稱。因此，負載保護可以采取單電流繼電連接的方法，通過一定的延遲來起到信號的作用，在沒有人值班的變電站中，也可起到跳閘或自動切斷部分負載的作用。它的運行電流是按照不超過變壓器的額定運行電流進行設置的。所述行動條對所述信號產生延遲：為了避免電機的自動啟動，延遲時間為5-6秒。過載保護啟動后，超過時間限制還沒有恢復，該設備就會工作。在確定繼電保護的運行時間時，要根據繼電保護的最大運行時間來確定，通常選取9～10秒。7.2.4變壓器的過流保護為避免因外界短路而造成的過流，同時也是對微分、瓦斯保護器的備用，應安裝過流保護裝置。在單邊供電的變壓器中，在供電端設有過流保護，當過流保護作用下，每邊都會被斷開。由于過流保護采用了規避最大操作電流的整定法，所以起動數值相對較大，無法達到靈敏度的需要，可以設置一個電壓閉鎖式過流保護來增加靈敏度。根據規避最大負載的電流進行調整：式中，為可靠系數，取1.1-1.2為變壓器的最大負荷電流，一般為。靈敏度校驗：符合要求。保護的動作時限應與后備保護相配合，一般取1.7S。7.335kv進線保護1)根據避開線路終端變壓器其它端母線故障來進行無時速度限制繼電器（分段I）的整定計算：式中可靠系數取1.1二次側動作電流為：式中為接線系數，取1；為電流互感器變比。2)具有時間限制的電流快速斷開保護（II部分），其調節方式為確保對當前的線路終端的失效具有充分的敏感性：式中為靈敏度系數，取1.5。二次側動作電流為：3)根據避讓線所能通過的最大負載電流來調整的過流保護（III級）：式中，為可靠系數取1.2；為負荷自啟動系數，取1.5-3；為最大負荷電流；為返回系數，取0.95；二次側動作電流為：靈敏度校驗：7.46kv保護整定1)將不受時間限制的電流速斷保護（I部分）設定為避免線路終端的其它端的母線故障：式中可靠系數二次側動作電流為：式中為接線系數，取1；為電流互感器變比。2）帶時限電流速斷保護（II段），按保證本線路末端故障有足夠靈敏度整定:式中為靈敏度系數，取1.5。二次側動作電流為：3）過流保護（III段），按躲過線路可能流過的最大負荷電流整定:式中為可靠系數，取1.2；為負荷自啟動系數，取1.5-3；為最大負荷電流； 為返回系數，取0.95；二次側動作電流為：靈敏度校驗：

8防雷保護與接地8.1防雷設計變電站作為電力供應的中轉站，如果因遭受雷擊而導致斷電，將給人們的生產和生活帶來極大的沖擊，因此，應安裝好一套可靠的防雷裝置；防止直接的雷電和電線入侵的雷電。因此，在35kV的電力線上，每條電力線上都安裝一臺FZ-35型避雷器，并且在6kV的兩條母線上安裝兩套FZ-6型閥型避雷器，并將它們放置在互感器中。在變電站的進線部分安裝了防護裝置，并在變電站的周圍安裝了四個避雷針。防雷措施：1、35kV進線段保護在入變電站2km以內布設GJ-35型避雷線，在入變電站時35kV進水口安裝套管式避雷器，根據35kV母線最大短路電流2.89毫安、最小短路電流1.79毫安的情況，選擇了GXS.35/0.5-4型套管式避雷器，使其開度下限0.5毫安，上限4毫安，符合設計規范[15]。2、裝設避雷針母線板高度為5.5m，進口板高度為7.3m。1）避雷針的布置布局見圖8.1，在變電站周圍安裝4根避雷針，每個避雷針距離元件5m以上，在地下的接地體與設備接地線間隔3m以上。圖8.1避雷針布置圖2）避雷針有效高度塔的計算避雷針的高度在圖中，由四根避雷針所組成的長方形可以將它分成兩個三角形，在每一個三角形的外面，按照雙支避雷針的方式進行計算時，則全部面積被保護。由雙支避雷針保護范圍計算可知，當時，其條件為針1、2的距離等于針3、4的距離,即針1和3之間的距離等于針2和4之間的距離針1、4的距離等針2、3的距離，即 從上面的計算可以看出，針1、2的高度是7.3+4=11.3m，針3、4的高度是7.3+6.18=13.48m，在考慮到留有一定的富裕度的情況下，就會選擇19m，兩針間距與針高之比不應該超過5，所以才會選擇19

m高的避雷針。3)在被防護物體的高度hx水平線上，在防護半徑rx的計算4)九水平面內每根針頭之間的防護區域內，每根針頭之間的防護區域內，最小防護寬度bx的計算針1,2保護區域與兩針固定地面之間的最小高度針1與3等于針2與4針1與4等于針2與3對各個D/2做相應的兩針間連接的中垂線，量取各個相應的bx值，由bx端點作對應針的保護圓的切線，就可以得到完全的保護范圍。當變電站的全部防護設施都包含在防護范圍內時，才能滿足防護條件。由上面的計算可以看出，bx都比0大，也就是說，所有的變電站都在它的保護區域內。5)避雷針的接地避雷針的接地使用了一種單獨的接地方式，它與所內的接地網之間應該有5米的間隔，使用5根直徑50

mm,2.5

m長的鍍鋅鋼管組成一個多邊形，40x4的鍍鋅扁鋼將它引到墻外，并將它埋入0.35米深的凍土層中。GB/T14070-1993地面接地電阻的確定為了保護工作頻率電阻器、保護工作電壓不受直接雷擊、保護工作電壓不受高電壓影響