山西某煤矿35kv变电所设计

前 言

本设计是为煤矿35kV供电系统而进行的设计。目的是建立35kV变电站，为煤矿提供可靠的用电。

整个设计包括了35kV变电站设计的所有内容。同时考虑到煤矿供电系统的特点，对变电站的负荷进行了分组，达到合理、经济的目的；同时对功率因数进行补偿，使其达到0.9以上。通过短路电流计算，确定了系统主接线及运行方式，同时对校验电气设备、继电保护整定、采取限流措施等提供了依据。在选择电气设备时，考虑了变电站的室内外结构和布置、操作方便等问题。继电保护装置保证了被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障切除。考虑到电器设备可能的漏电现象，对变电站进行了保护接地的设计，满足了接触电压和跨步电压的要求，保证了人身安全。为防止变电所遭到雷击，还进行了防雷保护。采用了避雷器、避雷针、避雷线等保护措施，保证了安全。

由于我自己能力有限，在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处，恳请老师能够批评指正。

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1 概述

本设计的矿变电所位于山西省境内，是一个终端变电所，只供煤矿用电，设计的电压等级为35/6kV。35kV线路为双回路进线，其中一线是从3公里外经过架空线路引接而来的是主要的电源来源，另一线是通过架空线路引接而来。系统最大运行方式阻抗X*=0.4193；系统最小运行方式阻抗X*=0.7389。所用电由负荷端引出，经动力变压器提供，采用单母分段原则。

1.1 电源

1. 供电电压等级：35kV 2． 离矿井地面变电所的距离：4km 3. 系统电抗

 最大运行方式： Xxmin=0.4193

最小运行方式：Xxmax=0.7389 4． 输电方式：架空线双回路 5． 出线过流保护动作时间：3秒

6． 电费收取方法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费，每千瓦6元。

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1.2 基本地质气象资料

1． 日最高温度 39℃ 2． 冻土层厚度 0.8米 3． 主导风向 西北 4． 最大风速 4米/秒 5． 地震烈度 7度

附表一 某煤矿用电负荷统计表

用电设备名称 UN(kV) PN(kW) Kd cos tan Pca(kW) Qca(kvar) Sca(kVA) Ica(A) 1、地面高压 主井提升机 副井提升机 压风机 2、南风井 通风机 压风机 低压设备 3、北风井 通风机 压风机 低压设备 4、地面低压 地面工业工场 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 1116 793.6 -460.8 -420 262.5 283 -420 262.5 283 2000 0.9 0.85 0.62 1800 1600 0.8 0.85 0.62 1280 1200 0.8 0.9 -0.5 800 500 539 960 560 350 2117.6 203.8 1505.9 144.9 1066.7 102.6 700 437.5 471.6 700 437.5 471.6 67.4 42.1 45.4 67.4 42.1 45.4 0.7 0.8 -0.8 0.7 0.8 0.75 0.7 0.8 0.75 377.3 560 350 800 500 539 0.7 0.8 -0.8 0.7 0.8 0.75 0.7 0.8 0.75 377.3 1879.6 0.7 0.77 0.82 1273.5 1044.3 1646.9 158.5 3

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立井锅炉房 机修厂 坑木厂 选煤厂 水源井 工人村 其它用电设备 5、井下高压 主排水泵高 主排水泵正 6、井下低压 井底车场 111采区 113采区 124采区 156采区

6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 914 888 247 0.6 0.7 1.02 548.4 0.4 0.65 1.17 355.2 0.4 0.7 1.02 98.8 559.4 415.2 100.8 783.4 546.5 141.4 2373 175 525 487.1 3750 2500 75.4 52.6 13.6 228.3 16.8 50.5 46.9 360.9 204.6 3164 0.6 0.8 0.75 1898.4 1423.8 175 735 682 0.8 0.8 0.75 140 105 374.9 347.8 0.5 0.7 1.02 367.5 0.5 0.7 1.02 341 3750 0.9 0.85 0.62 3187.5 1976.3 2500 0.9 0.85 0.62 2125 642 912 905 899 1317.5 288.9 558.1 553.9 568.5 481.5 781.5 775.7 796.3 46.3 75.2 74.6 76.6 0.6 0.8 0.75 385.2 0.6 0.7 1.02 547.2 0.6 0.7 1.02 543 0.6 0.7 1.02 557.4 1617 0.8 0.75 0.88 1212.8 1067.3 1617.1 155.6

2 负荷计算及无功补偿计算

进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确地选择企业各级变电站的变压器容量、各种企业电力设备的型号、规格以及供电网所用的导线型号等提供科学依据。

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2.1 需用系数法统计负荷

由于一台设备的额定容量往往大于其实际负荷，成组设备中各负荷的功率因数（cos）不同，一般又不同时工作，最大负荷不同时出现等情况。所以难以精确地计算变电所负荷。故本设计采用了较为精确的需用系数法来进行变电所负荷计算。其计算简便，煤矿系统的供电设计目前主要采用这种方法。

其计算公式的一般表达式为：

PcaKdPN∑

, kW , kvar , kVA , A

QcaPcatanScaPca/cosIcaSca/(3UN)式中Pca、Qca、Sca 用电设备的有功无功视在功率计算负荷；

PN∑ 用电设备的总额定容量； UN 额定电压；

tan 功率因数角的正切值；

Ica 该用电设备的计算负荷电流； Kd 需用系数。

根据负荷资料,求出各类成组设备的设备容量、tan、有功功率P、无功功率Q及视在功率S 。

需用系数法负荷计算的步骤从负载端开始逐级上推，到电源进线为止。

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2.2 负荷统计与计算 2.2.1地面6kV高压

主井提升机

PN=2000kW, Kd=0.9,cos=0.85,tan=0.62 PcaKdPN∑

=0.92000=1800kW,Q

ca

=Pcatan=18000.62=1116kvar

0.85=2117.6kVA,IcaSca/(3UN)=203.8A ScaPca/cos=1800÷

副井提升机

PN=1600kW,Kd=0.8,cos=0.85,tan=0.62 PcaKdPN∑

=0.81600=1280kW,Q

ca

=Pcatan=16000.62=793.6kvar

0.85=1505.9kVA,IcaSca/(3UN)=144.9A ScaPca/cos=1600÷

压风机

PN=1200kW,Kd=0.8,cos=0.9,tan=-0.48 PcaKdPN∑

=0.81200=960kW,Q

ca

=Pcatan=960（-0.48）

=-460.8kvar

0.9=1066.7kVA,IcaSca/(3UN)=102.6A ScaPca/cos=960÷

其它同理，在此不做赘述，最后统计结果见附表一

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2.2.2地面工业广场

地面工业广场的用电设备有一类负荷的辅助设备，负荷计算如下： 主井辅助设备

PN=259.8kW,Kd=0.7,cos=0.7,tan=1.02 PcaKdPN∑

=181.9kW,Q

ca

=Pcatan=1185.5kvar

A,IcaSca/(3UN)=394.7A ScaPca/cos=259.8kV

副井辅助设备

PN=226.8kW,Kd=0.7,cos=0.7,tan=1.02 PcaKdPN∑

=158.8kW,Q

ca

=Pcatan=162kvar

A,IcaSca/(3UN)=344.7A ScaPca/cos=162kV

压风机辅助设备

PN=483kW,Kd=0.7,cos=0.75,tan=0.88 PcaKdPN∑

=338.1kW,Q

ca

=Pcatan=297.5kvar

A,IcaSca/(3UN)=684.9A ScaPca/cos=450.8kV

消防水泵

PN=55kW,Kd=0.24,cos=0.8,tan=0.75 PcaKdPN∑

=13.2kW,Q

ca

=Pcatan=9.9kvar

A,IcaSca/(3UN)=25.1A ScaPca/cos=16.5kV

污水泵

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PN=20kW,Kd=0.75,cos=0.75,tan=0.88 PcaKdPN∑

=15kW,Q

ca

=Pcatan=13.2kvar

A,IcaSca/(3UN)=30.4A ScaPca/cos=20kV

矿灯房

PN=60.5kW,Kd=0.7,cos=0.7,tan=1.02 PcaKdPN∑

=42.4kW,Q

ca

=Pcatan=43.2kvar

A,IcaSca/(3UN)=92.1A ScaPca/cos=60.6kV

3、考虑到工业广场低压负荷有一类负荷的辅助设备，为了保证供电的可靠性，选两台变压器： SN.TSTK0.71589.1tpSca可选S9-1250/10型变压器两台，其技术参数见表2-1

额定损耗型号 S9-1250/10 额定电压 （Kw) 阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸,m 短路 % 2.2 11.8 % 4.5 A111kV2.4高压（kV) 低压（Kv) 空载 6 0.4 1.2 Y,yn0 4.65t 2.31*1.91*2.63 变压器的负荷系数为：Sca2SN.T1589.10.636

212501、附表一 全矿负荷计算统计

高压侧负荷总计

PQca·····+1212.8=18073.5kW 1800+1080+·

·····1067.3=11087.1kvar 1116+793.6+·

ca最大负荷同时系数，Ksp0.9，Ksq0.95，则：

P=KspּPca=0.918073.5=16266.2kW 

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QKsqQca=0.9511087.1=10532.7kvar SP2Q2=16266.2210532.72=19378.5Kva P16266.20.839 S19378.5cosNAT2.3 功率补偿 2.3.1 功率因数补偿

在负载有功功率不变的情况下，当功率因数降低后，则发电机和变压器的工作电流增大，使其能够输出的有功功率下降（PScos），使设备容量不能充分利用。电流增大，使电能损耗和导线截面增加（P3UIcos，当U不变，cos，则I，

PI2R），电网的初期投资和运行费用也相应提高；电流的增大，

还造成发电机、变压器和网络中的电压损失增大，电动机的端电压下降，从而减小了感应电动机的起动转矩和过负荷能力

提高功率因数的关键，在于如何减少电力系统中各个部分所需要的无功功率，特别是减少负载从电网中取用的无功功率，使电网在传送一定的有功功率时，尽量少输送或不输送无功功率。

提高功率因数的方法主要有： ⑴ 提高用电设备本身的功率因数。

在生产中，尽量采用鼠笼式异步发电机，避免电动机与变压器的转载运行；对不需调速的大型设备，尽量采用同步机，采用高压

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电动机等。在本设计中，扇风机和压风机就采用了同步电动机，它对该矿供电系统的功率因数具有一定的补偿作用。 ⑵ 人工补偿法。

多采用同步调相机和静电电容器等人工补偿装置。目前矿井变电所多在6KV母线上装设静电电容器来进行集中补偿。

并联移相电容器的简单原理：主要是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功功率相互交换，从而减小负载向电网吸取的无功功率，提高了整个负荷相对电源的功率因数。

并联电容器补偿法有投资少，有功功率损耗小，运行维修方便，故障范围小、无震动与噪声、安装地点灵活等优点。其缺点是只能有级调节，而不能随负荷无功功率需要的变化进行自动平滑的调节。

电容器组一般应采用“”接法。因为：

⑴ “”接线可以防止电容器容量不对称而出现的过电压。电容器电压最为敏感，而容易造成电容器击穿的事故。星形接线则由于中性点位移，产生部分过电压。

⑵ “”接法若发生一相断线，只是使各相的补偿容量有所减小，不致于严重不平衡，而星形接法若发生一相断线，就使该相失去补偿，严重影响供电质量。

⑶ 采用“”接法可以充分发挥电容器的补偿能力。电容器的容量与电压有关。QcUCKvar。在“”接法时，每相电容被加上线电压。而采用星形接法时，每相电容器被加上相电压，所以有

QcU2QCUCC33Kvar。上式表明，具有相同电容器容量

32的三个单相电容器组，采用“”接法时的补偿容量是采用星形接法的3倍，因此在电压相等的情况下，因尽量采用“”接法。

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1、利用电容器补偿所需的容量

企业为了使功率因数达到规定值以上，一般都用并联电容器的方法进行人工补偿。

因全矿自然功率因数cosNAT=0.839，低于0.9，所以应进行人工补偿，补偿后的功率因数应达到0.95，即cosat=0.95，则全矿所需的补偿容量为：

QCP(tanNATtanat)=16266.2（0.649－0.329）=5205.2kvar

2、电容器柜数和型号的确定

电容器采用双星型接线接在变电所的二次母线上，因此选容量为30kvar，额定电压为6.3/3kV的电容器，装于电容柜中，每柜装9个，每柜容量为

N270kvar，则电容柜的总数为：

QC5205.221 .3U26/23qN.C()270()UN.C6.3/3由于电容器柜应分成相等的两组，所以每段母线上每组的电容柜数n应为

nN21.35.3，取N=4n=24台。 442、电容器的实际补偿量

QCqN.CN(U26/32)=27024()5877.6kvar UN.C6.3/33、人工补偿后的功率因数

QacQQC10532.75877.64655.1kvar SacP2Qa.c216266.224655.1216919.2kVA

P16266.2cos0.961

Sa.c16919.2功率因数符合要求。

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2.4 全矿电耗的计算

当cos = 0.903 时，取最大负荷利用小时数Tmax= 3500，取变压

器年运行时间t = 8760小时，查Tmax与最大负荷损耗小时数的关系曲线（《钢铁企业电力设备参考资料》第79页）查得 = 2100 则变压器电耗为： W = P0t+Pd(

Ss2) = 336481 Ssb 全矿电耗 = 6千伏总×3500+35千伏变压器电耗 = 13059.5×3500+336481 = 46044731 得：

全矿吨煤电耗 = 全矿电耗/矿年产量（吨） = 46044731/1800000 = 25.6 度/吨

2.5 主变压器的选择

由于煤矿变电所有一类负荷，并且有两个回路供电，必须选择两台变压器。

经统计全矿一、二类负荷的计算负荷为：有功功率12705kW,无功功率7394.1kvar.

所以总的视在容量为1270527394.1214700kVA，占全矿计算负荷的比

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例为

147000.88

16751.3当两台同时工作的时候，每台变压器的容量为：

SN.TSTKt.pSac0.8816919.21488kVA

查资料可确定S7－16000/35型变压器，其技术参数如表2-3所示：

型号 额定电压（kV) 额定损耗（Kw) 阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸,m 高压 低压 35 空载 短路 6.3 19 % 77 % 8 S7-16000/35 0.7 Yn,d11 26.1t 3.56*3.47*3.58 3 系统主接线方案的选择

本变电所是35/6KV，双电源进线的终端变电所，属双回路供电。主变容量16000KVA，故拟定选用桥式接线。

桥式接线分为内桥、外桥、全桥三种。下对其可行性作简单比较。 内桥接线：它由两台受电线路的断路器和内桥上的母联断路器组成。主变压器与一次母线的隔离开关联结。它的优点是切换进线方便，设备投资、占地面积相对全桥少，缺点是倒换变压器不方便，继电保护较复杂，适用于距离较长，变压器切换不很频繁的变电所。

这种接线一次侧可设线路保护，但主变压器和受电线路保护的短路器均由受电断路器承担，互有影响，这是它的主要缺点。

主变压器一次由隔离开关与母线联接，对环形供电的变电所，在操作时常被迫用隔离开关切合空载变压器。当主变压器电压为：电压35KV，容量7500KV以上时，其空载电流超过了隔离开关的切合能力。此时必须改用由五个断路器组成的全桥接线。

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外桥接线：它由主变压器一次侧两断路器和外桥上的联络短路器组成，进线由隔离开关受电。

这种接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母线分段的结线，且投资少，占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便。所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所，或变压器采用经济运行需要经常切换的终端变电所。

全桥接线：它由进线的两台断路器、变压器一次侧的两断路器和35KV汇流母线上的联络短路器组成。

这种接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越时负荷时）。继电保护全面。缺点是设备多，投资大，且变电所占地面积大。

基于本变电站所主变容量较大以及煤矿对供电可靠性运行的灵活性，操作方便等的严格要求，结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线方式。

变电所主接线应根据负荷容量的大小，负荷性质，电源条件，变压器

容量及台数，进出线回路以及经济性安全性，可靠性等综合指标来确定。

主接线力求简单运行可靠，操作方便，设备少和便于维修，需要时还应考虑扩建变电所的可能性。 3-1 主变压器一次侧的接线

主变压器一次侧有隔离开关与母线连接，对环形系统中的电压等

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级35kV在变压器容量为7500kVA及以上时，超过了隔离开关切合空载变压器的能力，此时必须采用有五个断路器组成的全桥接线，全桥接线比外桥接线或内桥接线多了二个断路器，在经济上不太合算，但由于矿上用电的安全性是最重要的，而全桥接线具备了外桥和内桥的优特点，故本设计采用全桥接线形式。 3-1主变压器二次侧的接线

本设计采用单母分段，母线用断路器分段，这不仅便于分段检修母线，而且可减小母线故障影响范围。可以提高可靠性和灵活性。对矿上的重要用户从不同分段上引接，以便在母线上某一段发生故障的时候，能保证重要用户的正常

供电，简单清晰，设备少，操

作方便，且有利于扩建。 3-2单母分段接线

则，变电所的电气主接线如下图所示：

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4 短路电流计算

在供电系统中出现次数较多的严重故障是短路，所谓短路就是指供电系统中一切不正常的相与相或相与地（中性点接地系统）在电气上被短路。发生短路的时候，由于系统中总的阻抗大大减小，因而短路电流可能达到

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很大的数值，强大的短路电流所产生的热和电动力会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能会烧毁电气设备；短路点的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；也可能干扰通讯，危及人身和设备的安全。

短路有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路，就短路故障而言，出现单相短路故障是几率最大，三相短路故障的几率最小，但在配电系统中三相短路的后果最为严重，因而以此验算电器设备的能力，故本设计中主要计算三相短路电流。

研究短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围，并且选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；可以选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障；采取限流措施，确定合理的主接线方案和主要运行方式等。

4.1 下井电缆根数的确定

下井电缆根数Cn可按下式来确定：

Cn(Pp1.02Pd)2(Qp1.08Qd)23606.331

式中，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

“360”—150m㎡下井电缆经最高45ºC修正后的安全载流量 “1”—规程规定所必须的备用电缆。 计算Cn(21251.023245.6)2(1317.51.083036.7)23606.331=2.8

则至少选3根电缆，又因井下电缆应为偶数，故下井电缆根数应为4根。

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4.2 短路计算点的确定原则

根据设备的选择和继电保护的要求选择短路计算点，一般选择在线路的始末端，本设计将35kV母线、6kV母线、各6kV出线端选为短路计算点。

4.3 计算短路电流

1、35kV母线K1点短路

设Ex=1，Sj=100MVA,Uj1=6.3kV, 短路参数Ij1Sj3Uj11001.56kA, 337xL10.43100=0.088. 372⑴在最大运行方式下：

xmin=0.4193

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111短路标幺值：Ik11/x1.97

x.minxLx1x20.41930.088三相短路电流：Ik1(3)I0.2IIK1Ij11.971.563.07kA 短路电流冲击值：ich12.55IK1(3)2.553.077.83kA 短路容量：SK1S0.2SIK1Sj1.97100197MVA ⑵最小运行方式下：

xmin0.7389

短路电流的标幺值：IK11111.17

xmaxxLx3x40.73890.088三相短路电流：IK1(3)I0.2IIK1Ij11.171.561.83kA 两相短路电流：IK1min(2)2、6kV母线K2点短路：

令Sj=100MVA,Uj=6.3kV,则Ij2⑴在最大运行方式下：

3(3)IK10.8661.831.58kA 2Sj3Uj21009.16kA 36.3 19

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xmin=0.4193，xL10.43100=0.088. 372xTUk%SjSNT7.5%1000.469 16xK=0.4193+0.088+0.469=0.9763

IK211.024 xKIK2(3)IK2Ij21.0249.169.38kA ich22.55IK2(3)2.559.3823.92kA

SK3IK3Sj0.12910012.9MVA ⑵最小运行方式下：

xK=0.7389+0.088+0.469=1.296

IK210.772 xKIK2(3)IK2Ij20.7729.167.072kA

IK3min(2)

3(3)IK30.8661.1360.934kA 220

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3、6kV母线至各用点设备的短路阻抗：

至地面广场的输电线路阻抗：x150.40.05地面广场变压器阻抗：xTUk%100=2.27 6.32SjSNT4.5%1003.6 1.25至地面广场总阻抗：x32.273.66.32 至立井锅炉房阻抗：x40.41至机修厂阻抗：x50.40.35至坑木厂阻抗：x60.40.5100=1.01 26.3100=0.353 6.32100=0.504 26.3100=0.242 6.32100=0.151 26.3至选煤厂阻抗：x70.081.2至水源井阻抗：x80.080.75至工人村阻抗：x90.42.7100=0.524 6.32100=0.121 26.3100=0.403 6.32至通风机阻抗：x100.080.6至主提升机阻抗：x110.40.4至压风机阻抗：x120.080.6100=0.121 26.3100=0.403 6.32至副提升机阻抗：x130.40.41100至下井阻抗：x140.90.082=0.091

26.3

21

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至低压设备阻抗：x150.40.054、地面工业广场短路计算： ⑴在最大运行方式下： 短路电流的标幺值：IK3100=0.05 6.3210.129 xminxLxTx3三相短路电流IK3(3)IK3Ij20.1299.161.18kA 三相短路电流的冲击值ich2.55IK3(3)2.551.183.01kA 短路容量：SK3IK3Sj0.12910012.9MVA ⑵在最小运行方式下：

IK3110.124 xKxxmaxxLxTx3IK3(3)IK3Ij20.1249.161.136kA IK3min(2)3(3)IK30.8661.1360.934kA 25、其余同理，在此不做赘述。短路计算统计结果见表4-1

表4-1

最大运行方式 最小运行方式 用电设备短三相短路短路电流冲短路容量两相短路电流 路点 35kV母线 6kV母线 主井提升机 副井提升机 通风机 压风机 井下主变电

电流kA 击值kA 3.07 9.38 4.956 4.956 4.653 5.84 1.28 7.83 23.92 12.64 12.64 11.87 14.89 3.26 22

MVA 197 102.4 54.1 54.1 50.8 63.8 65.1 kA 1.58 6.21 3.74 3.74 3.55 4.2 0.91 山东科技大学课程设计（论文）说明书

所（修正前） 低压动力变压器 地面工业广场 立井锅炉房 机修厂 坑木厂 选煤厂 工人村 水源井 井下主变电所（修正后） 4.5 11.47 47.2 0.85 1.18 3.75 1.09 1 1.16 1.23 0.47 3.01 9.56 2.78 2.55 2.96 3.31 0.92 12.9 40.9 55.6 51.3 59.3 62.6 24 0.934 2.86 0.8 0.74 0.85 0.89 0.38 1.31 3.34 66.9 0.93

4.4 限流电抗器的选择

出线电抗器装设的主要目的是为了使短路电流限制到能在出线上安装轻型断路器。

井下中央变电所6kV母线在总负荷为4000kVA，cos=0.8，为了限制短路电流，地面变电所6kV母线分列运行，用两条电缆向井下供电，中央变电所母线的短路容量为80MVA，矿用PB2-6型高压配电箱短流容量为50MVA，下井回路短路电流假想作用时间t1=1.2s。

则：井下总负荷电流为：

IcaS4000385A 3UN36根据《煤矿安全规程》规定向井下中央变电所供电的线路，当一回路

23

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停止供电时，其余回路应能担负全部负荷的供电，所以本例中的任一电缆的最大长时工作电流应为井下的总负荷电流。因此，电抗器的最大长时工作电流也应为385A。

（1）取基准容量为100MVA，系统固有相对基准电抗值为

S100xda1.25 Sb80（2）限流所需的基准电抗为

xdaSda1002 Smax50（3）限流所需的电抗器的相对基准电抗为

xrdaxdaxda21.250.75

（4）电抗器的百分电抗值为：

3INrUda2 xr%100xrdaUNrSda30.46.321000.756100

=3.44

则选择标准百分电抗值xr%=4，那么选择电抗器的型号为 NKL-6-400-4。 参数如表4-2所示：

表4-2 NKL-6-400-4型号电抗器的参数

型号规格 电压 电流 电抗值 通过容量 动稳定性 1s热稳定性 每相重量 4% 3*1385 25.6kA 19.5kA 0.64t NKL-6-400-4 6kV 0.4kA （5）电抗器的实际相对基准电抗值为

xrdaxr%UNRSda2 1003INrUda 24

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461002 100346.3=0.87

串入电抗器后短路回路的总相对基准电抗值为

x*dax*daxr*da1.25+0.87=2.12 串入电抗器后井下中央变电所6kV母线的短路容量为：

SsSda10047.2MVA x*da2.12（6）电抗器的校验 动稳定性校验

ica25.6kAich11.47kA，满足要求 热稳定性校验

itep4.51.98kAs1/26.33kAs1/2Itt19.5kAs1/2

满足要求。

电压损失校验

U(%)XR(%)Iwmax0.385sin40.6=2.31〈5% INR0.4母线残压校验

I8.53=85.3〉（60%~70%） Urem(%)XR(%)4INR0.4满足要求

5 电气设备的选择

电气设备的选择是根据环境条件和供电要求确定其形式和参数，保证电能正常运行时安全可靠，故障的时候不至于损坏，并在技术合理的条件下注意节约，还应根据产品生产情况和供应能力力求统筹兼顾，条件允许

25

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的时候优先选用先进设备。

变电所用的高压设备一般有断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器等，它们各有特点，根据安装地点的环境不同，电器分室内型和室外型，在选择电气设备的时候，应注意安全可靠和留有适当发展裕度，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，具体选择方法也不尽相同，但对它们的基本要求却是相同的，即现在电气设备应遵循以下几项共同的原则： l、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工作电压(1．1~1.15UN)不小于所在电网的最高电压。

即imaxich(3)UNU 2、根据额定电流选择

电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时工作电流。 即INI

3、根据短路情况来校验电气设备的动稳定性和热稳定性：

动稳定性满足下式：

imaxich(3)

式中imax为设备极限通过电流的峰值，ich(3)为按三相短路计算所设的短路冲击值。

热稳定性满足下式：

Itjxti≤It 44式中It为电气设备在时间t秒内的热稳定电流；

I、tjx为短路稳态电流及假想时间。

4、按安装地点，工作环境，使用需求及供货条件来选择电气设备的适当形式。

26

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5.1 高压设备的选择

5.1.1高压断路器的选择极其校验

高压断路器是电力系统中最重要的开关电器，它不仅能完全地切合负载电流，而且，更重要的是可靠地切除短路电流。 1.选35kV侧的断路器。

按设备工作环境条件及电压，电流选择短路器型号，然后按所选断路器的参数进行校验。

1、当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，35kV侧的电流为：

I1N(1.21.5)Ica=264A

故35kV母线侧断路器选：SW3-35/600型断路器，

技术参数

35kV母线侧断路器

型号规格：SW3-35/600； 额定电压：35kV； 额定电流：600A； 断流容量：400MVA； 极限通过电流峰值：17kA； 4S热稳定电流：6.6kA; 固有分闸时间：≤0.06S； 固有合闸时间：≤0.12S；

重量：700kg;

外形尺寸（m）：1.9×1.65×2.2； 电动操作机构：液压型；

配电流互感器LR-35/100~1000装入式。

27

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2、动稳定校验

根据短路计算参数可知：35kV侧断路器的最大冲击电流

imax=17kA>ich=7.83kA 动稳定性符合要求。

3、热稳定性校验

35kA侧断路器的热稳定校验：

由于变压器的容量为16000kVA，变压器设有差动保护，因此在差动保护范围内短路的时候，由于其为瞬间动作，继电器保护动作时限为0，此时假想时间ti=0.2s，当短路发生在6kV母线上时，差动保护不动作，（因不在其保护范围内），此时假想时间t1=2.2S，故35kV母线短路时，35kV侧断路器相当于4S的热稳定电流为：

ItsQIti0.27.831.751kA<6.6kA 446kV母线短路时，35kV侧断路器相当于4S的热稳定电流为：

ItsQIti2.2623.923.04kA〈40kA 44354、断流容量校验 400MVA>S=197MVA 满足要求。

2.选隔离开关

隔离开关是高压开关的一种，它设有专门的灭弧结构，不能用来切断负荷电流和断路电流；使用时通常与断路器配合，只有在断路器断开后才能进行操作，使线路呈现明显断口，便于检修。

隔离开关的主要用途是隔离电源，保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口，选择时应满足的条件如上，隔离开关应按其额定电压、额定电流及使用的环境条件选择出合适的规格和型号，然后按短路电流的动、热稳定性进行校验。按环境条件选择隔离开关时，可根据安装地点和环境条件选择户内式、户外式、普通型。

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计算隔离开关的长时最大工作电流Iarm。当一条线路故障时，全部负荷电流都通过35kV高压侧的隔离开关，故长时最大工作电流为：

IarmS16000kVA264A 3UN1335kV故初步选择35kV侧的隔离开关为GW5-35G/600，采用的是室外布置， 技术参数如下：

设备型号：GW5-35G/600 额定电压：35kV 额定电流：600A 极限通过电流峰值：72kA 4S热稳定电流：16kA 重量：3T

外型尺寸（m）：2.7×0.9×0.9 配用操作机构：CS17型（手动） 1、动稳定校验

35kV母线上的最大冲击电流7.83kA〈72kA； 动稳定符合要求 2、热稳定校验

对35kV侧隔离开关来说，最严重的情况是线路不并联运行，此时差动保护不起作用，当短路发生在隔离开关后，并在断路器之前时事故切除靠上一级的变电所的过流保护，继电器动作时限应比35kV进线的继电保护动作时限2.5S大一个时限级差，故tse=2.5+0.5=3S，此时短路电流经过隔离开关的总时间为ttitbctse0.2+3=3.2S 相当于4S的热稳定电流为ItsQI热稳定满足条件

ti3.23.072.75kA16kA 44 29

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5.2 低压设备的选择

按设备工作环境条件及电压，电流选择短路器型号，然后按所选断路器的参数进行校验。

5.2.1 低压断路器的选择及其校验

1、当一台变压器故障或断路器检修的时候，6kV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，6kV侧的断路器的长时最大工作电流为：

Im2SNT3UN216001540A 36故6kV侧的断路器选SN10-10/2000。

6kV侧的断路器

型号规格：SN10-10/2000； 额定电压：10kV； 额定电流：2000A； 极限通过电流峰值：140kA； 4S热稳定电流：40kA; 固有分闸时间：≤0.07S； 固有合闸时间：≤0.2S；

配用操作机构：CD10型（电动）； 2、动稳定校验

根据短路计算参数可知：

6kV侧的断路器的最大冲击电流为：imax130kAich23.92kA

动稳定满足要求

3、6kA侧断路器的热稳定校验

因35kA侧断路器的过流保护时间限为2S，ti=2.2S，在6kA母线侧短

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路时相当于4S的热稳定电流为：

ItsQIti2.223.9217.74kA40kA 446kV侧断路器的热稳定符合要求。

5.2.2低压隔离开关的选择和校验

1、计算隔离开关的长时最大工作电流Iarm。当一条线路故障时，全部负荷电流都通过6kV低压侧的隔离开关，

通过6kV侧的隔离开关的长时最大工作电流为：

IarmS16000kVA1540A 3UN236kV故初步选择6kV侧的隔离开关为GN25-10Q/2000。 6kV侧隔离开关的技术参数：

型号规格 GN25-10Q/2000 电压 10kV 电流 动稳定电流 2kA 100kA 4s热稳定电流 40kA 3、动稳定性校验：

6V母线上的最大冲击电流23.92kA〈100kA，满足要求。 4、热稳定性校验： 6kV侧隔离开关ItsQIti3.69.388.9kA40kA，满足要求。 445.2.3互感器的选择及其校验

互感器是一次电路与二次电路之间的联络元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈和电流线圈供电。

1、电流互感器的选择

31

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电流互感器按使用地点电网电压与长期最大负荷电流来选择，并按短路条件校验动热稳定性。 35kV母线侧电流互感器的选择：

因母联断路器不用于测量，只设保护，故选用LCWDL-35-3-600/5型电流互感器装入，其互感比为600/5，二次负荷额定阻抗为2Ω，1s热稳定倍数为75，动稳定倍数为135。

6kV母线侧电流互感器的选择： 6kV母线侧的最大长时工作电流IcaSNT3UN116000923.6A 310则初步选择LZD1-10型电流互感器，其技术参数如下：

型号：LDZ1-10 工作电压：10kV 额定电流比：1000/5 1S热稳定倍数：50 动稳定倍数：90 热稳定校验：

ish2>(Itep)2(93801.7)215107,故满足热稳定。

因为2IN1KF20.314059.4>ish2=23.9，故满足动稳定。 2、电压互感器的选择：

本35kV变电所为终端变电所，35kV进线不需要进行绝缘监测，只需要测量

线路电压，故按前面计算，选JDJ-35型电压互感器两台：其技术参数如下所示

型号规格：JDJ-35型； 原边电压：35kV； 副边电压：0.1kV；

额定容量及精确度：150VA-0.5级； 极限容量：1200VA；

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由于系统电压为35kV，短路容量为197MVA，所以可以看出此电压互感器器完全符合系统要求，并能够通过校验。 3、所用变压器的设计及配套用高压熔断器的选择：

由于所用电负荷较小，故所用变压器的容量一般为50—315kVA； 在本设计中选用型号为S7-50/35型电力变压器，其技术数据为：

额定电压型号 S7-50/35 （kV） 额定损耗（W) 阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸,mm % 高压 低压 空载 短路 % 35 0.4 265 1350 6.5 3.5 Y,yn0 800kg 1145*935*1800 变电所用的熔断器选用RW935/2型跌落式熔断器，其技术数据为：额定电压35kV容管电流为2A，最大断流容量为600MVA。

所用变长时工作电流为：Igi=

S3Ud=

50353=0.82A

容管电流为2A，大于0.82A，故所选熔断器符合要求。

5.2.4母线的选择

变电所中各种电压配电装置的母线，以及电器间的连接大都采用铜、铝，或钢的矩形，圆形，管形裸导线和多芯绞线。母线在电力系统中起着汇总与分配电能的作用，由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二之间采取母线连接，即有利于电能交换，还可使接线简单明了和运行方便，也便于扩建；配电装置的母线主要用铜和铝作成，铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料。但是，由于铜在工业中有很重要的用途，价格较贵，故考虑经济问题，采用“以铝代铜”的方针，母线的主要材料使用铝。本设计中采用铜芯铝绞线（LQJ）作母线，在选择中按正常情况下长时最大负荷运行。 一、35kV母线的选择

35kV输电线和母线选用同型号的导线

33

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1、按经济电流密度选择截面积

当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV侧母线的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，35kV侧母线的电流为：

Ig1=

S'ca.353Ud1

==14700=242.5A考虑通常情况下过负荷5%，则其最大335长时负荷电流为Ig1=242.51.05=254.6A。

由于两台主变分裂运行，正常情况下线路也分裂运行，故每一回路的工作电流为：

Igmax＝

11Iemax＝254.6=127.3A 22铝绞线的经济电流密度为Ji＝0.9(AA=

mm2)，导线的经济截面为：

IgJi=

127.3=141.4mm2 0.9可初选LGJ-150型钢芯铝绞线； 2、按长期允许电流校验：

查表得LGJ—150型导线长期允许电流为445A大于长时负荷电流127.3A故符合要求。

3、按电压损失校验导线截面：

取几何间距为3.5m，线路长为4000m，查资料知：线路电阻r0=0.21km；感抗x0=0.398km，考虑导线为多股相扭绞，按比实际增长5%则：

架空线的总电阻：r=1.05r0L=1.050.214=0.882 架空线的总电抗：x=1.05x0L=1.050.3984=1.67 所以电压损失为：U=

PrQx

Ue34

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=

16266.20.88210532.71.67

35=912.5V

则：U%=

U100%=2.61%〈6%故电压损失满足校验要求，所33510选用LGJ-150型钢芯铝绞线满足要求。 二、6kV母线的选择

1、按正常持续工作电流选择，并考虑最大长时工作时变压器可能过载5%，

Ig.max=1.05Se3UN2=1.0513086.7=1322.3A，选用LJ185型矩形铝母线，在250C

36时其载流量为9.38kA，考虑温度修正系数，在环境温度为400时，修正系数为：KaIm7040==0.82则修正后的长时载流量为，

7025aIm25Ig'.max=0.829.38103=7691.6A〉Ig.max=1322.3A；满足系统要求； 2、热稳定性校验：

最小需用截面：AminICkfteq式中：

C——热稳定系数，工作在40度时，取C=99；

kf——肌肤效应系数，取1.1；

teq——短路发热的等值时间（限时速断的时间2.0秒，加上故有时间0.2s）

则：Amin足要求。 3、动稳定校验：

按短路条件校验母线动稳定性：

由于三相母线位于同一平面布置，其产生的最大机械应力为：

IC9.38103kfteq=1.12.2=147.4mm2〈1000mm2；满

99 35

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l221.76ish103（kg/cm2）

aWl---跨距，厘米；

W---母线抗弯距； a----母线相间距离；

180l2223.922=419.36kg/cm2 ish103=1.7则：1.762516.7aW所以〈700kg/cm2，满足要求； 又系

Lmax〉L

'kLmax=aish；

k‘——计算系数，对应取2570 L——最大允许值125cm； 于是：Lmax =257025=537.2cm〉125cm； 23.92由以上校验知LGJ-150型母线满足系统要求；

5.2.5 各负荷电缆的选择

一、主井提升机电缆的选择： 最大长时负荷电流：Ica=

Sca3U=2117.6=203.8A； 361、按经济电流密度选择电缆截面：

查表得铝芯电缆得经济密度为Jj=1.54则其经济截面

Sca=

Ica203.8==132.3mm2 Jj1.54查表可选ZLQ22-6-395型铝芯纸绝缘铅包粗钢丝铠装电缆单根三芯

36

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土壤中敷设，其长时负荷电流为260A， 2、按长时允许电流校验所选电缆截面：

由于使用环境温度得地面最高温度为400C，

KaIm7040==0.82，

aIm257025则温度修正后其容许的最大长时负荷电流为

IL=IacK=2600.82=231.2A〉Ica=203.8A，满足要求。 3、按电压损失校验电缆截面：

高压系统中要求不得超过7%--10%，对煤矿来说要求不得超过5%，得

Uac=60000.05=300V，线路实际电压损失为：

U=3Ica(RcosXsin)

=

3IcaLcos

S0.85=27.4V

28.895=3203.8250S为所选电缆得截面

为导线电导率

故电压损失U〈Uac=300V 满足要求。

4、热稳定校验：

由前面短路计算知道主井提升机处三相最大稳态短路电流为

12.64kA

短路电流作用的假想时间为：titiptia

由于主保护为速断保护，所以断路器动作时间为0.2s即：ti=0.2s 电缆最小热稳定截面为

SminItiC=126400.2=44.63mm2

95C为热稳定系数，查资料 为95；

37

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所以，Smin=59.5mm2〈95mm2，故满足要求。

二、副井提升机电缆的选择： 最大长时负荷电流：Ica=

Sca3U=

1505.9=144.9A； 361、按经济电流密度选择电缆截面：

由矿井为三班工作制，查表铝芯电缆得经济密度为Jj=1.54则其经济截面Sca=

Ica144.9= =94.1mm2 1.54Jj查表可选ZLQ22-6-395型铝芯纸绝缘铅包粗钢丝铠装电缆单根三芯土壤中敷设，其长时负荷电流为260A， 2、按长时允许电流校验所选电缆截面：

由于使用环境温度得地面最高温度为400C，

K

aIm7040==0.82， 7025aIm25则温度修正后其容许的最大长时负荷电流为

IL =IacK=2600.82=213.2 IL A〉Ica=144.9A，满足要求。 3、按电压损失校验电缆截面：

高压系统中要求不得超过7%--10%，对煤矿来说要求不得超过5%，得

Uac=60000.05=300V，线路实际电压损失为：

U=3Ica(RcosXsin)

=

3IcaLcos

S0.8

28.835=3144.9450=89.6V

38

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S——所选电缆得截面。

 ——导线电导率。

电压损失U〈Uac=300V满足要求。

4、按热稳定条件校验：

由前面短路计算知道副井提升机处三相最大稳态短路电流为12.64kA 短路电流作用的假想时间为：titiptia

由于主保护为速断保护，所以断路器动作时间为0.2s即：ti=0.2s 电缆最小热稳定截面为 SminItiC=

126400.2=59.5mm2

95C——热稳定系数，查资料得C=95；

所以，Smin=59.5mm2〈95mm2， 由于时间关系，其它电缆不再一一赘述。

5.2.6绝缘子的选择

支柱绝缘子对母线起着支持、固定与绝缘等作用。母线穿过建筑物或其它物体时，用套管绝缘子绝缘。绝缘子按使用地点分户内式和户外式两种。

1、35kV室外母线绝缘子的选择：

35kV室外母线瓷瓶，选用悬式绝缘子组成绝缘子串，作为母线绝缘子瓷瓶，查表可选ZS-35型悬式绝缘子串，每串4片绝缘子；绝缘高度为400mm,机械破坏负荷400kg。 2、6kV母线支柱绝缘子选择：

因所选用的母线为单一矩形母线，且面积不大，故可选ZC-10型支柱绝缘子，其机械破坏负荷为1250kg，要求Fal.m=0.6Pb>P，所以，

Fal.m=0.6125509.8=7350N； 动稳定校验：

39

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在短路时作用在绝缘子上的力P=1.76L——支柱绝缘子间距，取1.5m； 则：P=1.76L2ish102 a15023.9221029.8=592.12N〈Fal.m=7350N，所以此25支柱绝缘子合格。 3、高压穿墙套管的选择 ：

由于6kV母线的短路电流为1322.3A， 电压为6kV，查表可选CWLB-10型户外式铝导体穿墙套管，其额定电压为6kV、电流1500A、机械破坏负荷750kg、5s热稳定电流30kA。

① 长时允许电流校验：由于环境温度为400C，其长时允许电流为：

IyIey4015008040=1500A 40长时允许电流大于系统电流1322.3A，所以，电流满足

要求

② 动稳定校验：

由 P=1.76L21ish102 ；其中L=（L1L2）；

2aL1——穿 墙套管至最近支柱绝缘子间的最小距离，150cm； L2——穿墙套管的身长，60cm； a——母线间距，取40cm； 于是，P=1.765023.922102=71.5kg〈750kg，满足要求。 40③ 热稳定性校验：IRWI要求。

ti=23.9252.7=17.58kA〈30kA满足5故所选穿墙套管完全满足系统要求。

40

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5.2.7避雷器的选择

35KV母线上的避雷器选用FZ-35型电站用阀式避雷器，其技

术参数为： Ue=35 KV 、 灭弧电压41 KV、 工频放电电压有效值82-92 KV、 冲击放电电压﹤134KV、 电导电流400-600A 。

5.2.8 跌落式熔断器选择

选用RW5-35/100-400型跌落式熔断器，其技术参数为：Ue=35

KV、 Ie=0.5 A、断流容量Se上限为400MVA、下限为10MVA。

5.3 6kV系统的确定及配电箱型号的选择

6KV母线采用由断路器联接的单母线分段式接线。

这种接线方式在某回路受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证对两段母线上的重要负荷供电。母线分段使用断路器比用隔离开关操作时方便，运行灵活。可实现自动切换提高供电的可靠性和连续性。

这种接线主要缺点是当其中任一母线检修或故障时，接于该母线上的进线全部停止运行。为此，一、二级负荷必须由接在两段母线上的环形系统或双回路供电，以便互为备用。

6KV侧最大长时负荷电流为： Ig =

S3U =

1600036= 1202.8 A

41

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5.3.1进线柜的选择

GG-1A型高压开关柜与其它柜相比体积小、重量轻，故6KV室内电气设备均选用此柜。GG-1A型高压开关柜系开启式，基本骨架结构采用角钢焊接而成，柜后无保护板，主母线的中心间距为250mm。 进线采用架空进线。最大长时负荷电流超过1000A，故选用GG-1A-25D（1250A）两台作为进线柜。内有SN10-10型断路器一个、

CD3型电磁操动机构一个、LA-10型电流互感器三个、GN2-10型隔离开关一个。

SN10-10/1250-43.3型少油断路器的技术参数为：Ue=10 KV 、

Ie=1250 A 、断流容量Se=750MVA，极限通过电流峰值130KA，2s热稳定电流43.3KA。

校检油断路器：Ue=10 KV ﹥6 KV， 电压符合要求。

Ie =1250 A﹥1202.8 A ， 电流符合要求。 动稳定： 130 KA﹥ 25.5 KA (ich) ， 合格。 热稳定：tj = 2+0.2 = 2.2s IRW=ItjtRW = 9.98×

2.2= 10.5KA﹤43.3KA ， 合格。 2 断流容量：Se= 750 MVA﹥109 MVA ， 合格 故所选SN10-10/1250油断路器完全合格。

42

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5.3.2 联络柜的选择

长时负荷电流：Ig = 0.8×1202.8 = 962.2 A 选11和95号柜各一台（1000A）联合组成联络柜。

11号柜由SN10-10型油断路器一个、CD10型电磁操动机构一个、

GN8-10

隔离开关一个、CS6-1型手力操动机构二个、LA-10型电流互感器二个组成。95号柜由GN6-10型隔离开关一个、CS6-1型手力操动机构一个组成。

SN10-10/1000-16型少油断路器的技术参数为：Ue=10 KV 、

Ie=1000 A 、断流容量Se=300MVA，极限通过电流峰值40KA，2s热稳定电流16KA。 断路器校检：

Ue=10 KV ﹥6 KV， 电压符合要求。

Ie =1000 A﹥962.2 A ， 电流符合要求。 动稳定： 40 KA﹥ 25.5 KA(ich) ， 合格。 热稳定：tj =0.5+0.2 = 0.7s IRW=ItjtRW = 9.98×

0.7= 5.9KA﹤16KA ， 合格。 2 断流容量：Se= 300 MVA﹥109 MVA ， 合格

故所选SN10-10/1000-16油断路器完全合格。

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5.4 35kV室外构架的选择 5.4.1母线构架：

选用门型构架，高度为5.2米，宽5米。

其环形柱为QZ28-5.2-1612（两根），钢梁QGL-4（一根）。

5.4.2进出线构架：

选用门型构架，高度为7米，宽5米。

其环形柱为QZ-25.7-7-1614（两根），钢梁QGL-4（一根）。

5.4.3支架：

⑴ 隔离开关支架：高度为3米，宽2.6米。

⑵ FZ- 35型避雷器、JDJ-35型电压互感器与RW10-35型限流熔断器共用一个支架，高4.5米。避雷器和电压互感器在下层，高2.5米。

⑶ RW5-35/100-400型熔断器支架高4米。

6 继电保护

在工矿企业的供电系统中，可能出现各种故障和不正常的运行状态，

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常见的主要故障是相间短路和接地短路，以及变压器、电动机一相绕组的匝间短路，不正常运行状态主要是经过负荷、一相断线、小接地电流系统中的单相接地等不正常工作情况。

继电保护装置的基本任务是当发生故障时，自动地、迅速地借助断路器降故障部分从供电系统中切除，以减轻故障危害，防止事故蔓延；当设备出现不正常运行状态时，根据运行维护条件，确定保护是作用于信号还是作用于跳闸。

6.1 35kV进线与联络开关的继电保护整定 6.1.1进线开关的保护整定

1、35kV进线的定时限过流保护的整定计算

（1） 动作电流：按躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自启

动电流下继电器能可靠返回进行整定。 最大工作电流If.max=1.05S14700=1.05=254.6A 3U335I'''dz.j=

K''KKzqKjxIf.maxKfKi=

1.051.21.51254.6=4.7A

6000.855Kf——返回系数，取0.85；

K''K——可靠系数，取1.2；

Kzq——自启动系数，取1.5； Ki——电流互感器的变比；

Kjx——接线系数为1。

查资料可选DL-34型电流继电器，其动作电流的整定范围为2.5～10A，

线圈串联时动作电流为2.5～5A动作时间为0.03s，动作

时限与上级变电所的出线定时限过电流保护相配合，查资料可知选用DS-122型时间继电器，时间整定范围为：0.25～3.5s，系统要求整定到

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2.5s。

灵敏度校验：要求对本条线路及下一条线路或设备相间故障都有反应能力KlmI(2)d.min1.58103==2.8>1.5,满足要求. ''600Idz.jKi4.752、限时电流速断保护整定计算

(1)动作电流：按躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定，本设计中按6kV母线上的I(2)d.max来整定:

)由短路计算知I(2d.max=6.12kA，折算到35kV侧为

I(2)d1.man=

6.36.121.1016kA则，动作电流为： 35I''dz.jK''KI(2)d1.min1.21.1016103==12.96A 600KfKi0.855查表可选DL-34型电流继电器，其动作整定范围为：12.5～50A，动作时间不大于0.03s，选用DS-121型时间继电器，时间整定范围为0.1～1.3s，在本设计中系统要求整定到0.5s。

(2)灵敏度校验：用保护末端35kV母线上最小两相短路电流来校验。Klm2.51103I''d.min==1.61>1.2;满足系统要求。 ''Idz.jKi12.9660056.1.2 35kV母线联络开关保护整定

只设瞬时速断保护

（1）动作电流：按躲开6kV母线上的最小两相短路电流来整定。

I'dz.jK'KI(2)d1.min1.31.10161000=23.87A =300Ki5''（2）灵敏度校验：可按保护装置安装处的两相短路电流校验即：

2.51103Id1.min==1.753>1.5，符合要求 Klm'Idz.jKi23.873005

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查表可以选DL-34型电流继电器，整定范围为：12.5～50A

6.2 变压器的继电保护整定

变压器的采用差动保护，选用三个BCH-2型差动继电器作差动继

电保护，接线原理图见图6-1。

1、变压器原、副边两侧的额定电流，电压互感器的变比，各侧二次回路的额定电流，列表如下

参数名称 额定电压（kV） 35kV侧 变压器额定电流（A） 互感器接线方式

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各侧数值 6kV侧 I1N=16000=249.7 337I2N=16000=923.8 310 Y 山东科技大学课程设计（论文）说明书

电流互感器变比： 二次回路额定500=100 51000=200 51466.3=4.89 300249.72.497 100工作电流（A）

从以上计算可以看出，I6KI35K，可以选6kV为基准侧。

2、（1）计算6kV侧的一次动作电流

(3)IdzKK(KfzKtxKiUf)Idmin

=1.3×（1×1×0.1+0.05+0.05）×6.12×103 =1594.2A

式中：KK为可靠系数，1.3

Kfz为非周期分量引起的误差，1

Ktx为互感器的同时系数，不同型号取1，同型号取0.5， Ki为互感器引起的最大误差，0.1

U为变压器改变分接头调压引起的相对误差，0.05

f为继电器整定匝数不等产生的相对误差，取0.05

（2）按躲过励磁涌流

IdzKKIeb1.31466.3=1906.2A

（3）按躲过电流互感器二次断线，因为最大工作电流770A，

Igmax770132A 356IdzjKKIgmax1.3132=172A

因此，取1906.2A作为一次动作电流计算值，确定差动线圈匝数 3、确定差动线圈和平衡线圈的匝数 ①计算基本侧的二次动作电流

Idz.2KjxIdz.111906.2==9.531A 200Ki 48

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②计算差动线圈的匝数：W'dAWa60=6.3，取Wsd=6匝。 Idz.29.531依BCH-2内部接线选择实际整定匝数为6匝，其中取差动线圈匝数5匝，平衡线圈匝数1匝。 ③确定35kV侧的平衡线圈的匝数

p2scsIcz1/Icezc64.851.3 4.6④计算由实际匝数与计算匝数不等而产生的相对误差

f(p2sp2)/(p2sc)1.310.48 1.35因为f<0.05，故不核算动作电流。 ⑤计算最小灵敏系数

按最小运行方式下，6kV侧两相短路校验，因为基本侧互感器，二次额定电流最大，故非基本侧灵敏系数最小，

35kV侧通过继电器的电流为

Ij3I(2)dmin31.58103/Kn27.4A

1006010A 51继电器的整定电流为：IdzjA0/(c2)则：最小灵敏系数为：KLminIj/Idzj故满足要求。 （5）过流保护 ①动作电流

IdzjKcKKKDLIe/(KfKn)1227.4=2.74>2 101.2132=3.73A

0.85100式中：Kc为接线系数，1

Kk为可靠系数，2

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KDL为过负荷系数，1.2

Igmax为单台变压器最大负荷电流 选用DL-11/10型 ②灵敏系数校验

(2)IdKnmin/Idzj612010.94>1.5

3.73150KL44502.59>1.2

3100动作时限定为1S，选用DS-23型，时间继电器动作时限

(2)KLIdKnmin/Idzj61205.591.5

10.94100t1tt30.52.5S

6.3 6kV母联开关及各出线开关的保护整定 6.3.1 6kV母联开关的保护整定

6kV母联开关设置时限电流速断 ①动作电流

(2)IdzjIdmin/KL4.42.9kA 1.5继电器动作电流

IdzKjxIdz/Kn1290029A 100②灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj61202.111

2.910050

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选用DL-11/50型电流继电器。

③动作时限定为0.5S，选用DS-112型时间继电器 （1） 电容器柜保护

①电流整定

IdzjKKKCIdz/KnKKKCQC/3UnKn2.5116203.71236.3100

灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj612019.32

3.17100选用DL-11/5型电流继电器2台。 （2） 主井提升机

①电流速断保护 动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.2182.549.3A

0.8550灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj37402.011.5

9.3200选用DL-11/10型电流继电器 ②过流保护 动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.22.582.51.46A

0.85200取2A 灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj37409.351.5

220051

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电流继电器选用DL-11/10型。 （3） 副井提升机

①电流速断保护 动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.22.560.644.28A

0.85200灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj37404.371.2

4.28200选用DL-11/10型电流继电器 ②过流保护 动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.22.560.644.3A

0.85200灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj37404.351.5

4.3200电流继电器选用DL-11/5型。

（4） 主扇风机

①电流速断保护 动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.2188.642.5A

0.85200灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj35507.11.5

2.5200选用DL-11/10型电流继电器 ②过流保护

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动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.2188.642.5A

0.85200取3A。 灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj37406.231.5

3200电流继电器选用DL-11/5型。 （5） 压风机

①电流速断保护 动作电流：

Ig.max=

S3U=638=61.4A 361.2161.441.47A

0.85200IdzjKKKCIgmax/KfKn灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj420014.31.5

1.47200选用DL-11/5型电流继电器 ②过流保护 动作电流

IdzjKKKCIgmax/KfKn1.2161.441.47A

0.85200取2A。 灵敏系数校验

(2)KLIdKnmin/Idzj420010.51.5

2200电流继电器选用DL-11/5型。

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（7）地面低压

瞬时速断做主保护 ①速断保护

(2)IdzIdmin/Kl93006.2kA 1.5动作电流

IdzjKiIdz/Kn1620031A 200选用DL-11/50型电流继电器 变压器最大负荷电流

IgmaxKiqIbe216000294Idz 36.3②过流保护

躲过变压器的最大负荷电流

IdzIbgmax/Kf294346A 0.85继电器动作电流

IdzjKiIdz/Kn13461.73A 200选用DL-11/5型电流继电器 ③灵敏性校验

(2)KLIdmin/Idz930026.91.5 346动作时间t=2-0.5=1.5S 选用DS-112型时间继电器

tdz=0.25S-3S （8）地面工业广场

地面工业广场变压器在所内，应按低压变压器来保护。

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1、瞬时电流速断保护的整定计算

I(2)d.min9340动作电流：Idz===6226.7A

1.5Klm继电器动作电流：Idz.j=

Idz6226.7==31.1A 200Ki可选DL-25C/50型电流继电器，其动作电流的整定范围为12.5～50A。 变压器最大负荷电流为电流：If.max=2、过负荷保护:

1250=114.55A<1106.67A 36.3If.max114.55==134.76A Idz.j=

0.85Kf继电器动作电流：Idz.j=灵敏度校验：KlmIdz134.76==0.67A 200KiI(2)d.min0.934103==6.93>1.5 134.76Idz选用DL-13/6型电流继电器,配用DS-122型时间继电器,时间继电器时间整定范围0.25～3.5s,要求配合使用,整定到1.5s. （9）立井锅炉房

①瞬时电流速断保护的整定计算

动作电流：

Ig.max=

S3U=409=39.4A 361.2139.441.112A

0.85200IdzjKKKCIgmax/KfKn可选DL-11/5型电流继电器，选用DS-122型时间继电器， ②灵敏度校验：

I(2)d.min2.86103==11.56>1.5,满足要求. KlmIdzKn1.112200

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（10）机修厂

①瞬时速断保护

(2)IdzIdmin/Kl800533.4A 1.5动作电流

IdzjKiIdz/Kn1533.12.67A 200选用DL-11/5型电流继电器 变压器最大负荷电流

IgmaxKiqIbe546.550.08AIdz 36.3②过流保护

躲过变压器的最大负荷电流

IdzjKjxIgmax/Kn150.080.25A 200③灵敏性校验

(2)KLIdmin/Idzj80028.21.5 28.4动作时限t2t1t=2-0.5=1.5S

选用DL-11/5型电流继电器,DS-112型时间继电器 (10)坑木厂

1、定时限过电流保护的整定计算 动作电流：

Ig.max=

S3U=141.4=13.61A 361.2113.6140.384A

0.85200IdzjKKKCIgmax/KfKn可选DL-13/0.6型电流继电器，

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选用DS-122型时间继电器，时间整定范围为：0.25～3.5s，系统要求整定到1.5s。

①灵敏度校验：要求对本条线路或设备相间故障都有反应能力

I(2)d.min0.74103==9.64>1.5,满足要求. KlmIdzjKi0.3842002、无时限电流速断保护整定计算

动作电流：

由短路计算知I(3)d.max=2.55kA

Idz.jKKKjxI(3)d.min1.22.55103==15.3A 200Ki选用DL-25C/50型电流继电器，其动作电流的整定范围为12.5～50A。

I(2)d.min0.74103②灵敏度校验：Klm==48.4>2;满足系统要求。

15.3Idz.j（11）选煤厂

1、定时限过电流保护的整定计算

动作电流：

Ig.max=Idz.j=

S3U=2373=228.3A 36KKKjxIg.maxKfKi=

2.5228.3=3.36A

0.85200可选DL-13/6型电流继电器，其动作电流的整定范围为1.5～6A， 选用DS-122型时间继电器，时间整定范围为：0.25～3.5s，系统要求整定到1.5s。

①灵敏度校验：

I(2)d.min0.85103==253>2,满足要求. Klm3.36Idz.j2、无时限电流速断保护整定计算

①动作电流：

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由短路计算知I(3)d.max=2.96kA

Idz.jKKKjxI(3)d1.minKi1.22.96103==17.76A

200可选DL-13/50型电流继电器，

②灵敏度校验：

I(2)d.min0.85103==47.9>2;满足系统要求。 Klm'17.76Idz.j(12)水源井

1、无时限电流速断保护整定计算

动作电流：

Ig.max=

S3U=175=16.84A 361.2116.8440.472A

0.85200IdzjKKKCIgmax/KfKn可选DL-11/50型电流继电器， 灵敏度校验：

I(2)d.min0.89103==94.3>2,满足要求. KlmIdzKn0.4722002、过流保护

躲过变压器的最大负荷电流

IdzjKjxIgmax/Kn137.60.24A 150灵敏性校验

(2)KLIdmin/Idzj277075.51.5 36.7动作时限t2t1t=2-0.5=1.5S

选用DL-11/5型电流继电器,DS-112型时间继电器 （13）工人村

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①瞬时速断保护

(2)IdzIdmin/Kl24001.6kA 1.5动作电流

IdzjKiIdz/Kn1160010.7A 150选用DL-11/5型电流继电器 变压器最大负荷电流

IgmaxKiqIbe40036.7Idz 36.3②过流保护

躲过变压器的最大负荷电流

IdzjKjxIgmax/Kn137.60.24A 150③灵敏性校验

(2)KLIdmin/Idzj277075.51.5 36.7动作时限t2t1t=2-0.5=1.5S

选用DL-11/5型电流继电器,DS-112型时间继电器 保护装置与整定汇总见表6-5

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6-5保护装置与整定汇总

项目 电流速断保护 过流保护 动作电电流继电器整定时时间继电动作电电流继电器整定时时间继电 35kv进线 35kv母联 6kv联络开关 主变压器 电容器柜 主井提升机 副井提升机 主扇风机 压风机 地面低压 流（A） 13 24 29 型号 DL-34 DL-34 DL-11/50 限（S） 0.5 瞬动 0.5 瞬动 瞬动 瞬动 瞬动 瞬动 瞬动 瞬动 瞬动 瞬动 1.5 1.5 瞬动 瞬动 器 DS-121 DS-112 DS-122 DS-122 流（A） 4.7 3.73 3.71 2 4.3 3 2 2 1 2 1 型号 DL-34 DL-11/10 DL-11/5 DL-11/10 DL-11/5 DL-11/5 DL-11/5 DL-11/5 DL-13/6 DL-11/5 DL-11/5 限（S） 2.5 2.5 瞬动 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 1.5 器 DS-112 DS-23 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 DS-112 BCH-2差动保护 4 9.3 5 3 2 31 DL-11/5 DL-11/10 DL-11/10 DL-11/10 DL-11/5 DL-11/50 DL-25C/50 DL-11/5 DL-11/5 DL-13/0.6 DL-13/6 DL-11/5 DL-11/50 地面工业广场 31.1 立井锅炉房 机修厂 坑木厂 选煤厂 水源井 工人村 2 3 0.4 4 0.5 11 15.3 DL-25C/50 瞬动 18 1 1 DL-13/50 DL-11/5 DL-11/5 2.5 1.5 1.5

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7 变电所的保护接地与过电压保护

7.1 变电所的保护接地： 7.1.1 屋外接地网

屋外接地网采用长孔网（土壤电阻率不高）。长孔网用40×4扁

铁，埋入地下800 mm .高压所用变压器及低压动力变压器分别单独接地（不公用），故其电阻为10。为降低接触电压及跨步电压，使其电压分布均压，在长孔网内加设均压带（其间距为4～5 m ），接地网外缘各角为圆弧形。如跨步电压过高，则可在接地网边缘经常有人出入的走道处铺设砾石、沥青路面。

7.1.2 屋内接地网

屋内接地网为干线式联接，且有两处与屋外接地网相连。

7.2 变电所的过电压保护： 7.2.1 变电所进线段的保护：

为限制入浸波的辐值与陡度，保证阀形避雷器的工作条件，应按下图（图五）接地。在进入变电所前的2 km 处设置架空地线，并在进入变电所时设置GXSI

3535型管形避雷器。GXSI型管形避雷210210器的技术参数如下：3 KV ，工频放电电压干100 KV 、湿80 KV ，Ue=

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额定断流能力上限10 KA ，下限2 KA 。

管形避雷器校检：

电压： 35 KV

(3) 断流能力：上限 10 KA ﹥ 5.63 KA (Id1max) (3) 下限 2 KA ﹥ 2.51 KA (Id1min)

故所选管形避雷器合格。

7.2.2 变电所的防直击雷保护：

变电所的防直击雷保护采用避雷针。本设计选用三根避雷针，将变电所进线杆及所有室外电气设备均置于避雷针的保护范围内。独立的避雷针与被保护物之间的距离均大于5米（以免在避雷针上落雷

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时，造成向被保护物发生反击的情况）。 被保护高度：hx= 7.5 米 避雷针高度：h = 16米 避雷针高度影响系数：p = 1

保护半径： rx=（1.5h-2hx）=1.5×18-2×7.5=12 米 最低高度：h01=h-D/7p=18-41.5/7=12.1 米 h02= 18-50.9/7=10.7 米

保护宽度：bx1= 1.5(h01-hx)=1.5(12.1-7.5)=6.9 米 bx2=1.5(h02-hx)=1.5(10.7-7.5)=4.8 米 实际上，室内部分高度只有5米。按被保护物高度为5米计算时：

保护半径： rx=（1.5h-2hx）=1.5×18-2×5=17 米

保护宽度： bx2=1.5(h02-hx)=1.5(10.7-5)=8.55 米 避雷针保护范围见下图（图六）

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图六

8 变电所的室内外布置

变电所的室内外布置选择考虑以下的条件和要求，应接近负荷中心，运行安全和操作巡视方便，布置紧凑合理，尽量减少占用农田，不被积水淹侵，变电所占地面积2000m2.

本所的布置是35kV线路经终端引入，6kV线路由变电所另一侧引出，即母线和电气布置在不同的水平上，母线在上，所用变隔离开关、电压互感器、避雷器在中，断路器在最下面；少油断路器、地面低压、变压器采用落地式布置，安装在各自的混凝土基础上，隔离开关、电压互感器均采用高式布置，安装在5.5米高的门型支架上。

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两路6kV母线电源由主变压器经穿墙套管进入高压配电室，分别接于两段母线上，高压配电箱共有GG-1A型八面、两面备用柜，预留两面位置，离墙0.8米安装以便维修和散热，分两列布置，高压配电室后面设电容室和电抗室，电容室分两室单列摆放，每室三面电容器柜，一面互感器柜，为了加强通风，室内上下装有百叶窗，电抗器室共五间，每个电抗器采用三相垂直布置，下井柜与电抗器柜由电缆连接，高压配电室右边为主控制室，室内共有两台控制屏。

为了维护检修的需要和值班人员的休息，还设有工具维修室和休息室。

本设计的变电所结构紧凑，运输方便，且占地面积小。

结论

本设计基本满足了矿区的生产和生活的要求。在设计的过程中，力求对数据的计算达到精确和合理。从中得到了许多具有参考价值的数据。例如对负荷分组的确定、功率因数的提高、短路电流的计算，电气设备的选择等。对电气设备的选择力求达到合理和经济的原则。

设计中的原始数据来源于实地的调查，对数据的整理和分析难免存在着错误，这对电气设备的选择以及运行造成了影响。由于缺乏对实际生产的深入了解和认识，在电气设备的选择方面可能存在着不合理之处，这都是需要解决的。

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参考文献

[1] 蓝之达，主编。《供用电工程》。中国电力出版社，1996年3月 [2] 顾永辉，等。《煤矿电工手册（第二分册）》。矿井供电（上）

煤炭工业出版社，1999年2月第1版

[3] 胡本臣，容观海等，主编。朱家琪，刘广田等编。 《煤矿电工手册（第四分册）》。1999年11月第1版 [4] 中国电力出版社。《工厂常用电气设备手册》。

1998年1月1日

[5] 刘延绪，主编。《煤矿供电》。1999年5月第一版

[6] 电力工业部电力规划设计总院，编。《电力系统设计手册》。

1998年6月第二版。

[7] 王崇林，主编。《供电技术》。1997年5月第一版。 [8] 刘宝林，主编。《电气设备选择 施工安装 设计应用手册》

中国水利水电出版社。

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致谢

本文是在老师的精心指导和严格要求下完成的。老师严谨治学的态度和诲人不倦的品格，使我不仅在学术上，而且在学风及品行上，都得到学到许多宝贵的东西。相信这都将是我一生受用不尽的宝贵财富。

为此，特向辛勤指导我的老师表示衷心的感谢！

同时，在设计过程中也得到其他同学的帮助，在此也表示感谢。

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目 录

前 言 ....................................................... 1 1 概述 ...................................................... 2 1.1 电源 .................................................... 2 1.2 基本地质气象资料 ....................................... 3 2 负荷计算及无功补偿计算 ................................... 4 2.1 需用系数法统计负荷 ..................................... 5 2.2 负荷统计与计算 ......................................... 6 2.2.1地面6kV高压 ........................................ 6 2.2.2地面工业广场 ........................................ 7 2.3 功率补偿 ............................................... 9 2.3.1 功率因数补偿 ........................................ 9 2.4 全矿电耗的计算 ........................................ 12 2.5 主变压器的选择 ........................................ 12 3 系统主接线方案的选择 ..................................... 13 4 短路电流计算 ............................................ 16 4.1 下井电缆根数的确定 .................................... 17 4.2 短路计算点的确定原则 .................................. 18 4.3 计算短路电流 .......................................... 18

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4.4 限流电抗器的选择 ...................................... 23 5 电气设备的选择 .......................................... 25 5.1 高压设备的选择 ........................................ 27 5.1.1高压断路器的选择极其校验 ........................... 27 5.2 低压设备的选择 ........................................ 30 5.2.1 低压断路器的选择及其校验 ........................... 30 5.2.2低压隔离开关的选择和校验 ........................... 31 5.2.3互感器的选择及其校验 ............................... 31 5.2.4母线的选择 ......................................... 33 5.2.5 各负荷电缆的选择 ................................... 36 5.2.6绝缘子的选择 ....................................... 39 5.2.7避雷器的选择 ....................................... 41 5.2.8 跌落式熔断器选择 ................................... 41 5.3 6KV系统的确定及配电箱型号的选择 ....................... 41 5.3.1进线柜的选择 ....................................... 42 5.3.2 联络柜的选择 ....................................... 43 5.4 35KV室外构架的选择 .................................... 44 5.4.1母线构架： ......................................... 44 5.4.2进出线构架： ....................................... 44 5.4.3支架： ............................................. 44

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6 继电保护 ................................................ 44 6.1 35KV进线与联络开关的继电保护整定 ...................... 45 6.1.1进线开关的保护整定 ................................. 45 6.1.2 35kV母线联络开关保护整定 ......................... 46 6.2 变压器的继电保护整定 .................................. 47 6.3 6KV母联开关及各出线开关的保护整定 ..................... 50 6.3.1 6kV母联开关的保护整定 ............................. 50 7 变电所的保护接地与过电压保护 ............................ 61 7.1 变电所的保护接地： .................................... 61 7.1.1 屋外接地网 ......................................... 61 7.1.2 屋内接地网 ........................................ 61 7.2 变电所的过电压保护： ................................... 61 7.2.1 变电所进线段的保护： .............................. 61 7.2.2 变电所的防直击雷保护： ............................ 62 8 变电所的室内外布置 ...................................... 64 结论 ....................................................... 65 参考文献 ................................................... 66 致谢 ....................................................... 67