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煤矿供电系统毕业设计

来源：筏尚旅游网

矿业工程学院

毕业设计

题目：某C煤矿采区供电设计

专业：采矿工程

作者：袁龙龙

指导老师：曹金燕

摘要

本设计初步设计了煤矿地面35kV变电系统。用需用系数法进行全矿负荷计算，再进行无功率补偿，根据补偿后的负荷结果确定出该站主变压器的台数、容量及型号。对供电系统进行了短路电流计算，选择了电缆型号及长度，制定了矿井变电所的主结线方式、运行方式、继电保护、防雷与接地保护方案。选择了断路器、隔离开关、继电器、变压器等电气设备，绘制了供电系统图。

对矿山企业进行可靠、安全、经济、合理的供电，对提高经济效益及保证安全生产方面都十分重要。

关键字：负荷计算; 负荷统计；变电站;运行方式；经济；安全

Abstract

The design of the coal mine ground 35kV substation design. According to the results of load calculation, the main transformer of the substation is determined by the load statistics of 35KV substation.. The short-circuit current for power supply system is calculated, and the main knot line mode, operation mode and relay protection scheme of the substation are formulated.. Select the circuit breaker, isolated switch, relay, transformer and other electrical equipment.

It is very important for the mine enterprise to carry on the reliable, safe, economical and reasonable power supply, which is very important to improve the economic benefit and guarantee the safety..

Keywords: load calculation; load statistics; substation; operation mode; economy; safety.

摘要 ........................................................................ 2 前言 ........................................................................ 1 1.概论 .................................................................... 2 1.1供电设计目的 ........................................................... 2 1.2 井上供电设计一般步骤 .................................................. 2 1.3供电设计的基本要求 ..................................................... 3 2.全矿负荷统计 .............................................................. 4 2.1 负荷计算的目的 ........................................................ 4 2.2 负荷计算方法 .......................................................... 4 2.3 负荷计算过程 .......................................................... 5 2.4 全矿井上下合计 ....................................................... 11 2.5 无功补偿计算及电容器柜选择 ........................................... 11 3.主变压器的选择 ........................................................... 13 3.1 变压器的选取原则 ..................................................... 13 3.2 变压器选择计算 ....................................................... 13 3.3 变压器损耗计算 ....................................................... 14 3.4 变压器经济运行 ....................................................... 23 4.井上供电系统的接线方案 ................................................... 20 4.1 井上供电系统的拟定原则 ............................................... 21 4.2 井上供电系统图 ....................................................... 22 5.短路电流计算 ............................................................. 23 5.1 短路电流计算的目的 ................................................... 23 5.2 短路电流计算中应计算的数值 ........................................... 23 5.3 三相短路电流计算的步骤 ............................................... 23 5.4 短路电流计算过程 ..................................................... 23 6.10kv供电线路的选择 ....................................................... 29 6.1 电缆选择原则 ......................................................... 29 6.2 电缆长度的确定 ....................................................... 29 6.3 电缆型号的确定 ....................................................... 29 7.35kv供电线路选择 ......................................................... 34 7.1 供电线路选择原则 ..................................................... 34 7.2 选择步骤 ............................................................. 36 8.电气设备的选择 ........................................................... 36 8.1 电气设备的选择原则 ................................................... 36 8.2 5v开关柜的选择 ....................................................... 36 8.3 断路器的选择 ......................................................... 37

8.4 电流互感器的选择 ..................................................... 38 8.5 10kv开关柜的选择 ..................................................... 38 8.6 断路器的校验 ......................................................... 38 8.7 电流互感器的校验 ..................................................... 39 9.继电保护设定 ............................................................. 40 9.1.断路器上保护的设置与配合 ............................................. 40 9.2 各10KV低压馈出线断路器的设置与配合 .................................. 40 9.3 10KV联络开关的保护设置与配合。 ....................................... 40 9.4 变压器的保护设置 ..................................................... 40 9.5 变压器的气体保护 ..................................................... 40 9.6 变压器的差动保护 ..................................................... 40 9.7 变压器过负荷保护 ..................................................... 40 9.8 变压器的过流保护 ..................................................... 42 10.变电所的防雷与接地 ...................................................... 43 10.1变配电所的防雷设计 ................................................... 43 10.2变电所的防雷措施 ..................................................... 44 10.3接地装置的设计及计算 ................................................. 45

10.3.1保护接地方案设计 ................................................. 45 10.3.2保护接地装置计算 ................................................. 45 设计总结 ................................................................... 47 致谢语 ..................................................................... 46 参考文献 ................................................................... 47 文献翻译 ................................................................... 50

前言

由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全，可靠，经济具有举足轻重的作用。

本论文根据煤矿变电所的设计原则，对某C矿井地面35KV变电所设计展开了全面的设计与研究。

首先根据需要系数法进行了负荷计算，并进行无功补偿，选定变压器。根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行设计，高压35kV采用全桥接法,10kV母线采用单母分段接线形式。采用标幺值法进行了短路电流计算。按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并对它们进行动稳定和热稳定校验。为了在供配电系统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的扩大，在论文中对变电所继电保护进行了设计。防雷保护是变电所保护中不可缺少的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在变电所四周装设避雷针.

1、概论

煤矿的供电系统有着很高的要求，这些要求是： 1、供电可靠所谓供电可靠，就是要求供电不间断。一旦煤矿供电中断，将会给煤矿人身及财产安全带来严重威胁。《煤矿安全规程》规定：矿井应有两回路来自不同变电所的电源线路，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。 2、供电安全井下供电容易导致触电或由电火花引起的瓦斯煤尘爆炸等事故，所以，必须采取一系列技术措施，制定严格的管理制度，保证安全供电。 3、供电质量良好对煤矿供电，不但要求电能数量满足生产需要，而且要求供电电能质量良好：即频率波动范围不得超过额定频率的±0.5赫兹，电压波动范围不得超过额定电压的±5%。 4、供电经济煤矿供电设备耗电量很大，如果供电系统设计不合理，电器设备使用不当，会造成功率因数降低，线路损耗加大，使生产成本上升。因此，保证煤矿供电的经济性意义重大。

1.1供电设计目的

为一个企业或用电户电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量的变压器等问题，这就需要进行负荷的统计合计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置、选择电气设备与导线等提供技术参数。

负荷计算的目的是为了解用电情况，合理选择供配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热的危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确的负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

1.2 井上供电设计一般步骤

1. 负荷统计计算 2. 无功功率计算及补偿

3. 全矿变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 4. 全矿变电所主接线设计 5. 高压配电系统设计

6. 全矿供、配电系统短路电流计算

7. 变电所高、低压侧设备选择 8. 电路保护

1.3供电设计的基本要求

1.供电安全

供电安全具有两个方面的意义，即防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、煤尘爆炸事故。

煤矿井下空间狭小、潮湿阴暗，井下电气设备的受潮和机械损伤容易发生人身触电事故；供电线路和用电设备的损伤和故障产生的电气火花，会造成火灾或瓦斯、煤尘爆炸事故。因此，为了避免事故的发生，在煤矿供电工作中，应按照有关规定，采取防爆、防触电、过负荷及过流保护等一系列技术措施和管理制度，消除各种不安全因素，确保供电的安全。

2.保证供电质量

衡量供电质量高低的技术指标是频率的稳定性和电压的偏移。交流电的频率对交流电动机的性能有着直接的影响，频率的变动会影响交流电动机的转速。按照《电力工业技术管理法规》规定，对于额定频率为50Hz的工业用交流电，其频率相对于额定值的偏差不允许超过±0.2-±0.5Hz，即为额定频率的±0.4-±1％。

电压偏移是衡量供电质量的又一重要指标。所谓电压偏移，是指用电设备在运行中，实际的端电压与其额定电压的偏差。用电设备对—定范围内的电压偏移具行适应能力，但随着电压偏移的增大，用电设备的性能将会恶化，严重时会造成设备的损坏。 3.技术经济合理

技术经济合理是指在满足上述三项要求的前提下，使供电系统的投资和运行达到最佳的经济效益。供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

2、全矿负荷统计

2.1 负荷计算的目的

为一个企业或用电户电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量的变压器等问题，这就需要进行负荷的统计合计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置、选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。

2.2 负荷计算方法

供电设计常用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法、和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际。公式简单，计算方便只用一个原始公式计算方法。

本设计采用需要系数法进行负荷计算，步骤如下： 1．用电设备组计算负荷的确定

用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为：

PcaKdPN ，kW

QcaPcatan , kvar

22 ScaPca，kVA QcaPcaKdPN就可以表征普遍的

式中Pca、Qca、Sca——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； PN——该用电设备组的设备总额定容量，kW；

tan——功率因数角的正切值；

Kd——需要系数，由表查得。

2、多组用电设备组的计算负荷

在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数Ks。具体计算如下：

PcaKs(KdiPNi)

i1m 、 QcaKs(KdiPNitani)

i1m22 ScaPcaQca式中Pca、Qca、Sca——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；

Ks——同时系数；

m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；

Kdi、tani、PNi——分别对应于某一用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、

总设备容量

2.3 负荷计算过程

1 各用电设备组负荷计算（1）对主提升机

Kd=0.82，cos=0.85，tan=0.62 P=638KW 则;有功功率 PcaKdPN0.82630521.6 kW；

无功功率 QcaPcatan521.60.62318.82 kvar；

22Qca521.62315.822627.6 kVA；视在功率 ScaPca （2）对材料斜井绞车

Kd=0.75，cos=0.80，tan=0.7 P=400KW 则;有功功率 PcaKdPN0.75400320 kW；

无功功率 QcaPcatan3000.7210 kvar；

22Qca32022102386 kVA；视在功率 ScaPca（3）主斜井皮带辅助设备

Kd=0.70，cos=0.70，tan=1.02 P=31KW 则;有功功率 PcaKdPN0.863122.3 kW；

无功功率 QcaPcatan21.51.0221.7 kvar；

22Qca20.3220.71229 kVA；视在功率 ScaPca（4）材料斜井绞车房

Kd=0.7，cos=0.7，tan=1.02 P=56KW 则;有功功率 PcaKdPN560.739.2 kW；

无功功率 QcaPcatan39.21.0240 kvar；

22Qca39.2240256 kVA；视在功率 ScaPca表2—1 主斜井负荷统计表需用序号负荷名称系数 Kx 1 2 3 主斜井提升机材料斜井绞车主斜井皮带辅助设备材料斜井绞车房总计（1）对回风斜井主风机

Kd=0.93，cos=0.85，tan=0.62 P=950KW 则;有功功率 PcaKdPN0.93950876.8 kW；

无功功率 QcaPcatan883.50.62537.7 kvar；

22Qca883.527.821039.4 kVA；视在功率 ScaPca功率因数 cos φ 0.85 0.80 0.7 0.62 0.75 1.02 tg φ 有功无功视在 (KVA) 629.4 384 32 （kW） (kvar) 553.2 320 25.3 337.8 285 20.8 0.86 0.75 0.7 4 0.7 0.7 0.92 1.02 39.2 931.8 40.8 613.9 66.0 1126.9 6

（2）对皇后风井主风机

Kd=0.93，cos=0.85，tan=0.62 P=4、1500KW 则;有功功率 PcaKdPN0.9315001435 kW；

无功功率 QcaPcatan14350.628.9 kvar；

22Qca143528.921673.8 kVA；视在功率 ScaPca （3）对程庄风井压风机

Kd=0.75，cos=0.85，tan=0.62 P=280KW 则;有功功率 PcaKdPN0.75280210 kW；

无功功率 QcaPcatan2180.62158.6 kvar；

22Qca2102130.22251.7 kVA；视在功率 ScaPca （4）皇后风井压风机

Kd=0.75，cos=0.85，tan=0.62 P=280KW 则;有功功率 PcaKdPN0.75280210 kW；

无功功率 QcaPcatan2100.62130.2 kvar；

22Qca130.222102247.1 kVA；视在功率 ScaPca

表2—2 风机配电负荷统计表

需用序号负荷名称系数 Kx 1 2 3 4 回风斜井主扇风机皇后风井主扇风机程庄风井压风机皇后风井压风机总计（1）副井井口及平车场

Kd=0.7，cos=0.7，tan=1.02 P=60KW 则;有功功率 PcaKdPN0.711580.5 kW；

无功功率 QcaPcatan421.0242.4 kvar；

22Qca42242.84263 kVA 视在功率 ScaPca功率因数 cos φ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.91 0.62 0.62 0.62 0.62 tg φ 有功（kW） 878.3 1415.0 210.0 210.1 2698.5 无功 (kvar) 556.8 8.9 130.2 130.2 1673.1 视在 (KVA) 1047.4 11.2 251.7 247.1 3174.8 0.93 0.93 0.75 0.75 （2）主井地面生产系统

Kd=0.7，cos=0.7，tan=1.02 P=128KW 则;有功功率 PcaKdPN0.712888.6 kW；

无功功率 QcaPcatan88.61.02.2 kvar；

22Qca80.5282.112115 kVA 视在功率 ScaPca（3）锅炉房

Kd=0.7，cos=0.75，tan=0.88 P=342KW 则;有功功率 PcaKdPN0.7335234.5 kW；

无功功率 QcaPcatan234.50.88206.36 kvar；

22Qca234.52206.362312.7 kVA 视在功率 ScaPca（4）热风炉及空气加热设备

Kd=0.75，cos=0.75，tan=0.88 P=148KW 则;有功功率 PcaKdPN0.75142106.5 kW；

无功功率 QcaPcatan106.50.8894.3 kvar；

22Qca106.5293.722148.3kVA 视在功率 ScaPca（5）机电修理车间

Kd=0.3，cos=0.65，tan=1.17 P=216KW 则;有功功率 PcaKdPN0.321663.8 kW；

无功功率 QcaPcatan63.81.1772.5 kvar；

22Qca63.8272.8292.46 kVA 视在功率 ScaPca（6）渔场取水泵房

Kd=0.8，cos=0.85，tan=0.62 P=138KW 则;有功功率 PcaKdPN0.8138116.6 kW；

无功功率 QcaPcatan105.60.6265.47 kvar；

22Qca116.6265.472131 kVA 视在功率 ScaPca

表2—3 车间配电负荷统计表需用序号负荷名称系数 Kx 1 2 3 4 5 6 副井井口及平车场 0.7 主井地面生产系统 0.7 锅炉房热风炉及空气加热设备机电修理车间渔场取水泵房总计（1）皇后风井生活泵房

Kd=0.8，cos=0.8，tan=0.75 P=3KW 则;有功功率 PcaKdPN0.832.4 kW；

无功功率 QcaPcatan2.40.751.8 kvar；

22Qca2.421.823 kVA 视在功率 ScaPca功率因数 tg φ cos φ 0.7 0.7 0.75 0.75 0.65 0.85 0.92 1.02 1.02 0.88 0.88 1.17 0.62 有功（kW） 46.0 82.5 224.5 115.5 63.1 111.6 565.4 无功 (kvar) 47.8 87.1 216.4 83.7 73.1 6575 4.3 视在 (KVA) 62.0 121.8 302.7 182.0 103.9 134.8 678.8 0.7 0.75 0.3 0.8 （2）生活污水处理设备

Kd=0.7，cos=0.75，tan=0.88 P=19.7KW 则;有功功率 PcaKdPN0.719.713.79 kW；

无功功率 QcaPcatan13.790.8812 kvar；

22Qca13.79212218.4 kVA 视在功率 ScaPca 则;有功功率 PcaKdPN0.7800560 kW；

无功功率 QcaPcatan5600.88492.8 kvar；

22Qca5602492.82746.7 kVA 视在功率 ScaPca10

表2—4 皇后风井功率负荷统计需用序号负荷名称系数 Kx 1 2 3 4 5 6 7 8 皇后风井生活泵房生活污水处理设备井下水处理车间煤泥泵房空气加热室联建行政福利煤样化验室 0.8 0.7 0.7 0.75 0.75 0.3 0.6 功率因数 tg φ cos φ 0.8 0.75 有功（kW） 3.1 15.8 17.3 3.1 17.8 29.7 7.8 2.4 97.8 无功视在 (kvar) (KVA) 1.9 13.1 18.8 3.9 15.2 22.3 5.9 1.8 84.3 3.7 21.4 26.8 5.5 26.0 39.1 9.2 3.3 137.3 0.75 0.88 0.7 1.02 0.75 0.88 0.75 0.88 0.8 0.8 0.75 0.75 皇后风井生活泵房 0.80 总计 0.80 0.75 0.9 2.4 全矿井上下合计

取系数K=O.9

Pca6Ks(P.95137.7)9314.4KW caPT)0.9(5033Qca6Ks(QcaQT)0.9(4844.73611.9)7833.9kvar

22Sca6Pca91.427610.9211538.3 6Qca6无补偿时功率因数为：

cos6Pca60.73 Sca62.5无功补偿计算及电容器柜选择

(1)无功补偿计算

当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到供用电规则所要求的数值时，就需要增设人工补偿装置。在工矿企业用户中，人工补偿广泛采用静电电

容器作为无功补偿电源。

用电力电容器来提高功率因数时，其电力电容器的补偿容量QC用下式计算：

QCP1tan2) ca(tan 式中——平均负荷系数，

tan1——补偿前功率因数角的正切值；

tan2——补偿后要达到的功率因数角的正切值；

‘本设计要求功率因数达到0.9及以上。假设补偿后10kV侧功率因数cos60.94，

'tan60.484，取0.82，则所需补偿容量由公式计算得：

'QCP6tan6) ca(tan0.829163.44(0.830.484)27.3kvar

(2)电容器柜的选择及实际补偿容量计算

本设计采用高压集中补偿方式。因矿井地面变电所10kV母线为单母分段接线，故所选电容器柜应分别安装在两段母线上，即电容器柜数应取偶数。现选用GJZK-1-03型高压静电电容柜，每柜安装容量360kvar，据此可计算出电容器柜的数量为：

NQC2585.37.34 取偶数 N=10 qC360则实际补偿容量为：QCsNqC360*103600 kvar 折算为计算容量为：QCQCs4390.24 kvar

补偿后10kV母线侧总计算负荷及功率因数校验功率补偿后10kV侧

有功功率 Pca69274.8 kW

'无功功率 QCP6tan6) ca(tan代入数据得

cos6'Pca60.92 大于0.9 满足要求。 'Sca6.9432404419.24 因此s71补偿后的无功功率Q7610.44370.910868.3kva

3、主变压器的选择

3.1 变压器的选取原则

变电所的容量是有其装设的主变压器容量所决定的。从供电的可靠性出发，变压器台数是越多越好。但变压器台数增加，开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大。所以，变压器台数与容量的确定，应全面考虑技术经济指标，合理选择。

当企业绝大多数负荷属三级负荷，其少量负荷或由邻近企业取得备用电源时，可装设一台变压器。如企业的一、二级负荷较多，必须装设两台变压器。两台互为备用，并且当一台出现故障时，另一台能承担全部一、二及负荷。特殊情况下可装设两台以上变压器。例如分期建设大型企业，其变电站个数及变压器台数均可分期投建，从而台数可能加多。

3.2 变压器选择计算

1、用电负荷分析

一级负荷：包括副提升机、主扇风机、井下主排水泵各项，其总负荷为2184kW，占全矿总负荷的33.6%。

二级负荷：包括主提升机、压风机、选煤厂、地面低压（生产负荷占75%）、一采区、二采区、井底车场各项，其总负荷为3171.5kW，占全矿总负荷的48.8%.

三级负荷：包括矿综合厂、机修厂、地面低压负荷的15%、工人村、支农各项，其总负荷为1142.5kW，占全矿总负荷的17.6%。

2、根据矿井主变压器的选择条件，一般选两台，当一台故障停运时，另一台必须保证一、二级负荷的用电。在上述分析中一、二级负荷占全矿总负荷的82.4%，当两台变压器中一台停止运行时，另一台必须保证82.4%的正常供电，再考虑将来的发展情况，矿井不断延伸，负荷不断增加，故选用两台S7-12500-/35型铜线双绕组无励磁调压变压器，其技术参数如表所示：

表3—1 主变压器技术参数型号容量SNT(kVA) 连接组别电压U1NU2N 阻抗电压Uk% 空载电流I0% 损耗（kW）空载P0 负载PNT S7-12500-/35 12500 Y,d11 38.5 10.5 8 0.7 16.0 63.0 两台主变压器采用分列运行方式，备用方式为暗备用。 3.3 变压器损耗计算

计算主变压器各项损耗

0空载无功损耗：Q0100SNT7528KVAR

I%则有功损耗：

2 PTP0PNT57.9 kW；

无功损耗：

QTQ02QNT9495.6 kvar；

总的有功计算符合P91.4457.49291.3

.67.85175.4 总的无功计算符合Q4370数据代入cosΦ=P/S

得到功率因数cos=0.93 大于0.9 所以所选择的主变压器符合设计要求

3.4 变压器经济运行分析方法

1.无功功率经济当量的概念

电力系统的有功损耗，不仅仅与设备的有功功率损耗有关，而且还与设备的无功功率损耗有关，这是由于设备消耗的无功功率，也是由于电力系统供给得到的。由于无功功率的存在，使系统中的电流增大，从而使得电力系统的有功功率损耗增加。为了计算电气设备的无功功率损耗在电力系统中引起的有功功率损耗，引入一个换算系数K，称为无功功率经济当量。它表示当电力系统输送1kvar的无功功率时，在电力系统中增加的有功功率损耗千瓦数，单位是KW/kvar。

无功功率经济当量Kec的值与输电距离、电压变换次数等因素有关。对于工矿企业变，配电所 Kec=0.02~0.1 对于发电机直配用户 Kec=0.02~0.04 对于经两级变压的用户 Kec=0.05~0.07 对于经三级及以上变压的用户 Kec=0.08~0.1 2.变压器的经济运行

变压器的有功功率损耗是变压器运行时自身的损耗，而变压器的无功功率损耗会引起系统有功功率损耗的增加。因此，应将变压器的无功功率损耗换算成等效的有功功率损耗。然后，计算变压器运行时总的功率损耗。当变压器运行时的功率损耗最小时，运行费用最低，此时变压器的运行方式即为经济运行方式。单台变压器运行时其功率损耗可按下式计算：

22PPKQPPK(QQN,T) 1TecToN,TecoPoKecQo(Sac2)(PN.TKecQN.T) SN.T式中 Kec——无功功率经济当量，KW/kvar；

Sa.c——变电所的负荷容量（此时为变压器的实际负荷容量），KV²A；两台同容量变压器并联运行时，其总运行功率损耗应为此时单台变压器运行损耗的2倍。同理，当n台同容量变压器并联运行时，其总运行功率损耗为此时一台变压器运行损耗的n倍，即

2 Pnn(PTKecQT)n(PN.TKecQN.T)

n(PoKecQo)n(Sac2)(PN.TKecQN.T) nSN.T 由于本设计中要求两台变压器一用一备，所以每台变压器的容量都应大于全矿计算负荷，因此，此处在对变压器经济运行分析时，应按照单台变压器运行时功率损耗计算，其中Kec取0.09可得：

22P1PTKecQTPoPN,TKec(QoQN,T)

PoKecQo(Sac2)(PN.TKecQN.T) SN.T变压器的经济运行：根据负荷的变化情况，调整变压器的运行方式，使其在功率损耗最小的条件下运行，称为变压器的经济运行。

对于单台运行的变压器，要使变压器运行经济，就必须满足变压器单位容量的有功功率损耗换算值ΔP1/S最小。令d(P1/S)/dS0,可求得单台变压器的经济负荷Sec为：

SecSN.TP0KecQ0

PN.TKecQN.Tec

单台变压器运行时的经济负荷率β ec为：

P0KecQ0

PN.TKecQN.T式中 Sec——经济运行临界容量，KVA; SN.T——变压器额定容量，KVA； ΔP0——变压器空载有功损耗，KW； ΔQ0——变压器空载无功损耗，kvar； ΔPNT——变压器满载有功损耗，KW； ΔQNT——变压器满载无功损耗，kvar；

Kec——无功功率经济当量，大型矿井一般取Kec=0.09。

变压器功率损耗ΔP1与变压器负荷S的关系曲线：

ΔP

ΔPⅠ

ΔPⅡ

O Scr S

图3-2 变压器经济运行的临界负荷

图中，ΔPⅠ为一台变压器运行的损耗；ΔPⅡ为两台变压器并联运行时的损耗。由图可见，两条曲线的交点A所对应的负荷Scr就是变压器经济运行的临界负荷。由图3-2可以看出：当SScr时，因ΔPⅠ>ΔPⅡ,两台变压器运行经济。当S=Scr，则ΔPⅠ=ΔPⅡ，即

P0KecQ0(Sa.c2)(PN.TKecQN.T) SN.TSa.c2)(PN.TKecQN.T) SN.T2P0KecQ02(17

由此可求得两台变压器并联经济运行的临界负荷Scr为：

ScrSN.T2P0KecQ0

PN.TKecQN.Tec

当一台变压器运行与两台同容量变压器并联运行损耗相同时，称β行时的临界负荷率，即 ec为一台变压器运

ScrP0KecQ0 2SN.TPN.TKecQN.T 同理，当变电所设置n台容量相同的变压器时，则n台与n-1台经济运行的临界负荷Scr为：

ScrSN.Tn(n1)P0KecQ0

PN.TKecQN.T本矿若采用2台变压器经济运行的临界容量为：

ScrSN.T2P0KecQ0PN.TKecQN.T11.600.0960

50.580.09750 1000025366KVA因此，当实际负荷容量S<5366KVA时，系统采用一台变压器运行经济；当实际负荷容量S>5366KVA时，系统采用两台变压器运行经济。

由于该煤矿供电系统中35kV侧全矿计算负荷为Sca=11882.9KVA,且大于两台变压器经济运行的临界容量Scr=12500KVA，故宜选用2台变压器同时运行的方案，这样变压器自身和电力系统的有功功率损耗最小，从而获得最佳经济效益的运行方式。

4、井供上电系统的接线方案

4.1 井上供电系统的拟定原则

在确定变电所主接线前，应首先明确其基本要求：

（1）安全可靠。应符合国家标准和有关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。此外，还应负荷等级的不同采取相应的接线方式来保证其不同的安全性和可靠性要求，不可片面强调其安全可靠性而造成不应有的浪费。

（2）操作方便，运行灵活。供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时，便于操作和维修，以及运行灵活，倒闸方便。

（3）经济合理。接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单，以减少设备投资和运行费用。

（4）便于发展。接线方式应保证便于将来发展，同时能适应分期建设的要求。原则如下：

（1）保证供电可靠，力求减少使用开关、起动器、使用电缆的数量应最少。（2）原则上一台起动器控制一台设备。

（3）采区变电所动力变压器多于一台时，应合理分配变压器负荷，通常一台变压器担负一个工作面用电设备。（4）变压器最好不并联运行。

（5）采煤机宜采用单独电缆供电，工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电上山及顺槽输送机宜采用干线式供电。

（6）配电点起动器在三台以下，一般不设配电点进线自动馈电开关。

（7）工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接电缆的截面。

（8）供电系统尽量减少回头供电。

（9）低沼气矿井、掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电，局部扇风机实行风电沼气闭锁，沼气喷出区域、高压沼气矿井、煤与沼气突出矿井中，所有掘进工作面的局扇机械装设三专（专用变压器、专用开关、专用线路）二闭锁设施即风、电、沼气闭锁。

4.2 井上供电系统图

为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用由两回电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式接线分为外桥、内桥全桥三种。因上一级变电站距本矿变电所输电线路不远，可以选内侨，且一次侧采用内桥接线，二次侧采用单母线分段接线，35kV架空线路由两条线路送到本矿变电所，正常时两台变压器分列运行。

一级负荷由于涉及到人身安全和重要经济部门，所以对于一级负荷的供电必须采用双回路，此处先从10kv线路的俩段母线分别向负荷供电，来保障一级负荷不会断电。

设计采用内桥式接线的总降变电所主接线，这种主接线，其一次侧的高压断路器QF3跨接在俩路电源进线之间，犹如一架桥梁，而且处在线路断路器QF1和QF2的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。

这种主接线的运行灵活性好，供电可靠性较高，适用一，二级负荷的工厂。如果某路电源例如wl1线路停电检修或发生故障时，则断开QF1，投入QF3，即可由wl2恢复对变压器的供电。

这种内桥接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多，变压器不需要经常切换的总降压变电所。

单母线分段接线提高了供电的可靠性和灵活性。母线分段后，对于重要用户可由分别接于俩段母线上的俩条出线同时供电，当任一祖母线发生故障或者检修时，重要用户仍可以通过正常段母线继续供电。

图4—1 供电系统拟定图

根据井上变电所供电系统拟定原则，如上图（供电系统拟定图）所示

5、短路电流计算

5.1 短路电流计算的目的

计算各种情况下的短路电流，对供电系统的拟定、运行方式的比较、电气设备的选择及继电保护整定都有重要意义。短路产生的后果极为严重，为了短路的危害和缩小故障影响范围，在供电设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决些列技术问题。

(1) 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。 (2) 设置和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。

(3) 确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时，可采取短路电流的措施。

(4) 确定合理的主接线方案和主要运行方式等。

5.2 短路电流计算中应计算的数值

1、短路电流I'',即三相短路电流周期分量第一周期的有效值。它可供计算继电保护装置的整定值和计算短路冲击电流ish及短路全电流最大有效值Ish之用。

2、三相短路容量S''，用来判断母线短路容量是否超过规定值、作为选择限流电抗器的依据，并可供下一级变电所计算短路电流之用；

3、短路电流稳态有效值I,可用来校验设备、母线及电缆的热稳定性；

I''II*Ij

4、短路冲击电流ish及短路全电流最大有效值Ish，可用来校验电器设备、载流导体及母线的动稳定性。

5.3 三相短路电流计算的步骤

1、根据供电系统绘制等值网络

（1）选取基准容量Sj和基准电压Uj，并根据公式决定基准电流值Ij。（2）求出系统各元件的标么基准电抗，将计算结果标注在等值网络图上。

*（3）按等值网络各元件的联接情况，求出由电源到短路点的总阻抗X。

（4）按欧姆定律求短路电流标么值：对于电源是无限大容量的系统，其短路电流标么值I*可求出：

I*1* S*X且短路后各种时间的短路电流标么值与短路容量标么值都相等，即

*I*''IS*''

（5）求短路电流和短路容量；为了向供电设计提供所需的资料，应下列短路电流和短路容量：

① 求出次暂态短路电流I''和短路容量S''；； ② 求出短路冲击电流ish和短路全电流最大有效值Ish

I''II*Ij kA

S''SI*Sj MVA ish2.55I'' kA Ish1.52I'' kA

5.4短路电流计算过程

在三相电路中，标幺值相量等于线量，三相功率和单相功率的标幺值相同，当电网的电源电压为额定值时，功率标幺值与电流标幺值相等，且等于电抗标幺值的倒数。俩个标幺值相加或相乘，仍得到统一基准下的标幺值。

由于以上优点，用标幺值法计算短路电流可使计算简便，且结果明显，便于迅速判断计算结果的准确性。

短路各元件阻抗参数计算 (1)苇泊变电站变压器:

*XT1Uk%Sj121000.3 100ST1N10040(2)燕龛变电站变压器；

* XT2Uk%Sj121000.3 100ST1N10040（3）SF7-12500/35型变压器:

* XT3Uk%Sj81000.71 100ST1N10012.5 （4）A变电站9.5KM线路

Xx01L*L1SjU2j20.49.51000.36 235 （5）B变电站变压器2.77KM线路

* XL2x01LSjU2j20.42.271000.09 235 （6）主提升机、副提升机(电缆):

X*L3x01LSjU2j20.411000.42 210（7）风机配电线路（架空线）：

*XL4x02LSjU2j20.421000.80 100（8）车间配电（电缆）：

X*L5x01LSjU2j20.080.51000.44 210（7）生活配电（架空线）：

*XL6x02LSjU2j20.080.71000.053 210（8）办公配电线路（电缆）：

X*L7x01LSjU2j20.080.61000.051 210（9）井下线路（电缆）：

*XL8x01LSjU2j20.0811000.083 210（10）地面照明线路

*XL3x01LSjU2j20.080.51000.047 21024

5.5 最大运行方式

通过各短路阻抗元件参数可得，上级电源取自燕龛变电站的电源使电源处阻抗最小，35kv变电站俩台变压器同时工作时阻抗最小，10kv母线各符合均采用双回路同时工作时阻抗最小，所以确定最大运行方式。如图所示

图5—1 最大运行方式图

当K1点发生短路

***XkX/2X1T2L20.3/20.110.26

S*I*1/Xk11/0.264.21 Id1sd/3Uav1100/3351.72KA

3）*I（IId14.211.656.92 k1SK1S*Sd4.17100417

(3)ish12.55IK12.556.8717.87KA 3Ish11.51Ik11.516.8712.17KA

当k2点发生短路

Xk2XT2/2XL2XT3/20.3/20.090./20.56

***S*I*1/Xk21/0.561.83

Id2sd/3Uav2100/3105.67KA

3）*I（IId21.785.7711.28 k2SK2S*Sd1.83100183

(3)ish22.55IK22.5510.2720.23KA

3Ish21.51Ik21.5110.2716.30KA

5.6最小运行方式

通过各短路阻抗元件参数可得，上级电源取自B变电站的电源使电源处阻抗最大，35kv变电站俩台变压器只有一台工作时阻抗最大，10kv母线各负荷均采用单回路工作时阻抗最大，所以确定最小运行方式。当k1点发生短路时：基准电流： Id1sd/3Uav1100/3351.72KA

总电抗：Xk1XT1XL10.30.320.62 短路电流次暂态值：

IId1/XK11.72/0.622.69

26

表5—2 两相短路电流统计表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 短路点名称 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 I/KA 3）I（k/KA

2.83 4.95 3.47 3.12 3.14 2.76 4.11 3.86 3.88 3.94 2.85 3.37 2.49 2.83 2.38 2.84 3.59 3.38 3.78 3.46

表5—3 最大短路电流表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

短路点名称 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 3）I（k/KA Ish/KA ish/KA SK/MVA 6.88 10.47 8. 8.37 8.80 5.81 9.37 9.23 9.65 9.55 10.18 15.58 12.37 12.17 12.49 8.71 14.29 13.74 14.23 13.84 17.37 26.47 2084 20.7 20.7 14.95 24.58 23.93 24.38 23.84 421 179 136 137 137 120 172 153 166 183 27

6、10kv 供电线路的选择

6.1 电缆选择原则

供电电缆是根据机械设备配置图拟定，应符合安全、经济、操作灵活、系统简单、保护完善、便于检修等项要求。原则如下：

1. 保证供电可靠，力求减少使用开关、起动器、使用电缆的数量应最少。

原则上一台起动器控制一台设备。

2. 采区变电所动力变压器多于一台时，应合理分配变压器负荷，通常一台变压器担负

一个工作面用电设备。 3. 变压器最好不并联运行。

4. 采煤机宜采用单独电缆供电，工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电上山及

顺槽输送机宜采用干线式供电。

5. 配电点起动器在三台以下，一般不设配电点进线自动馈电开关。

6. 工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线，以减少起动器间连接

电缆的截面。

7. 供电系统尽量减少回头供电。

6.2 电缆长度的确定

为了便于安装维护，便于设备移动，确定电缆长度时还应考虑以下几点：（1）移动设备的电缆，须增加机头部分活动长度3～5m。（2）当电缆有中间接头时，应在电缆两端头各增加3m。

（3）对半固定设备的电动机至就地控制开关的电缆长度，一般取5～10m。（4）掘进配电点的电源电缆长度，一般按设计矿井投产时标准再加100m配备。（5）掘进配电点至掘进设备的电缆长度，按配电点移动距离考虑，但电缆长度以不超过100m为宜。

6.3 电缆型号的确定

1、10kV电缆的选择

按长时允许电流初选导线截面，并按短路条件校验其动稳定和热稳定。（1）按正常持续工作电流选择，考虑最大长时工作电流时

IemaxS7008.8378.1A A 3UN6310按长时允许电流校验导线截面

本所环境温度为60℃，故环境温度为36℃时，导线的温度修正系数：

KtIalm0'60360.73 A

m06015查表。土壤修正系数Ktr=1.5，并排修正系数Kp=0.93

故差表可知交联聚乙烯系绝缘聚氯乙烯护套3*12mm铜芯电缆允许截流量I=386A 电缆允许电流

Ial=KtKpKtrIal=392.1A 满足要求查表可知，R0=0.18Ω/km X=0.095Ω/km 线路损耗

ΔPL1S2R0103/U284.7 ΔQL1S2R0103/U246.67KVAR 井下线路的总功率

Pca5033.988.425072.3kw Qca4844.746.6741.37

221/2 SCa（P.6kVA caQca）7212允许电压损失校验

2 ΔU％=(PR+QX)/10UN

=(5122.32³1.0³0.18+5080.57³1.0³0.095) 1.4％<5％满足电压损失要求经济电流密度校验

JecIca/Sec3.1/1203.24A/mm2

查表得知铜芯电缆在年最大负荷利用小时数为5000小时以上时，是比较经济的。（2）热稳定校验

按热稳定选择最小截面为

AminICKfti

式中C—热稳定系数，铝母线取95；

Kf—集肤效应系数，Kf取1； I—稳态短路电流，I=9.12kA；

ti—假想时间，ti=1+0.2=1.2 s（继电保护1S，断路器固有动作时间0.2S）

则最小热稳定截面为

AminICKfti9.1211.246.5mm2 230AminA120mm2 ，满足要求

所选电缆型号见表序号 1 符合名称井下负荷电缆型号交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3³120mm2 2 车间配电交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3³16mm2 3 生活配电交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3³18mm2 4 办公配电交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3³18mm2 6.4 10kV架空线的选择

按经济电流密度选择导线截面，按长时允许电流校验导线截面，并进行热稳定和电压损失校验（1）瓦斯抽泵站

①按经济电流密度选择导线截面负荷电流为IemaxS75243.4 A 3UN631030

本所环境温度为70℃，故环境温度为36℃时，导线的长时允许载流量为

m0'7036K0.87

m07025查表选择LGJ-35型钢芯铝绞线，40度时,允许截流量I=137A, I=137*0.87=119.2A 满足要求查表得 R00./KM X00.43/KM 线路损耗

ΔPL1S2R0103/U25.11kw

ΔQL1S2R0103/U22.37KVAR 瓦斯抽放泵站线路的总功率 Pca714.05.03721.63kw Qca628.32.43637.83kvar

221/2 SCa（PcaQca）956.44kVA

允许电压损失校验

2ΔU％=(PR+QX)/10UN

=(721.63³1.0³0.+637.83³1.0³0.43) 0.91％<5％满足允许电压损失要求。机械强度校验

查表得钢芯铝绞线最小截面为16mm2.所以LGJ-35满足机械强度要求。

主斜井配电，风机配电，瓦斯抽放泵站，地面照明均选择架空线，选择方法同上，经过校验允许电压损失，机械强度，均符合设计要求。所选架空线型号见表

表6—1 架空线型号表

序号 1 2 3 4

符合名称主斜井配电风机配电瓦斯抽放泵站地面照明架空线型号 LGJ-35 LGJ-35 LGJ-35 LGJ-35 32

7、35kv供电线路选择

7.1 供电线路选择原则

1、按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用的小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。

2、按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。

3、按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的铝芯电缆时，应该不小于50mm2 。

4、按正常负荷及有一条井下电缆发生故障时，分别校验电缆的电缆的电压损失。 5、固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定：

1）在立井井筒或倾角45°及其以上的井筒内，应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆，钢丝铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢丝铠装铅包纸绝缘电缆。

2）在水平巷道或倾角45°以下的井巷内，采用钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢带铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆。

3）在进风斜井，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铅芯电缆，其它地点必须采用铜芯电缆。 6、移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。

7.2 选择步骤：

1、按经济电流密度选择电缆截面:

A1 =In/nJ

=7.2/1³1.73

=4.2mm2

式中： A——电缆的计算截面, mm2；

In——电缆中正常负荷时持续电流，In=SB1/(3³Ue) =74.13/( 3³6) =7.2A；

n——同时工作的电缆根数，n=1；

J——经济电流密度，A/mm2,见《设指》表2-18，取J=1.73Amm2； A2 =In/nJ

=13.84/1³1.73

=7.92 mm2

式中： In——电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(3³Ue) =143.8/( 3³6) =13.84A；

查取电缆型号为：L1：ZLQP20-6000 3³50；

L2：ZLQP20-6000 3³70。

2、校验方法：

（1）、按持续允许电流校验电缆截面： KIP=(55.875へ167.5)³10A＞Ia=7.2A

式中： IP——环境温度为25度时电缆允许载流量,A由《设指》表查取IP=125；

K——环境温度不同时载流量的校正系数,由《设指》表查取：

0.447≤K≤1.34；

Ia——持续工作电流, Ia= SB1/(3³Ue) =74.13/(3³6) =7.2A ； KIP=(55.875へ167.5)＞Ia,符合要求。

（2）电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端,取井下主变电所容量为50MVA,则

Id（3） = Sd/(3³Up)

=(50³103)/(3 ³6.3) =4582.4A

Amin = (Id（3）³tj )/C =(4582.4³0.25 )/90 =25.46mm234

式中： Amin——电缆最小截面, mm2；

Id（3）——主变电所母线最大运行方式时的短路电流,A； tj——短路电流作用假想时间,S；对井下开关取0.25S； C ——热稳定系数, 由《设指》表查取C=90；符合要求。

(3)、按电压损失校验电缆截面：

△U% =KPL/1000

=2.498³111.2³0.3/1000

=0.08%<7%

式中： △U%——电缆电缆中电压损失的百分数；

K——兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数, 由《设指》表查取10KV铝芯电

缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=2.498； PL——电缆输送的有功功率； 7%——允许电压损失百分数；故满足要求。

因此所选ZLQP20-6000 3³50 的高压电缆符合要求。

8、电气设备的选择

8.1电气设备的选择原则

变电所主要的电气设备有：高压断路器；隔离开关；熔断器；电压互感器；电流互感器；避雷器；母线和绝缘子；成套配电装置（包括高压开关柜和低压配电屏）。 1.电气设备选择的原则

对各种电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠，短路通过短路电流时不致损坏，因此，电气设备必须按正常工作条件进行选择，按短路条件进行校验。

a. 按正常条件选择 ① 环境条件

电气设备在制造上分户内、户外两大类。此外，选择电气设备，还应根据实际环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔区或湿热地区等方面的要求。

② 按电网额定电压选择电气设备的额定电压

在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即：UNUNS

③安最大长时负荷电流选择电气设备的额定电流

电气设备的额定电流IN应不小于通过它的最大长时负荷电流Imax，即：INImax (2)按短路情况校验

①按短路情况来校验电气设备的动稳定和热稳定。

② 按装置地点的三相短路容量来校验开关电器的断流能力。

8.2 35v开关柜的选择

根据设计要求与据算，我们选择KYN61-40.5铠装移开式交流金属封闭开关柜。作为发电厂、变电站及工矿企业接受和分配电能的之用，对电路起到控制、保护和检测等功能，还可以用于控制频繁操作的场所。KYN61-40.5(Z)型铠装移开式交流金属封闭开关柜系三相交流50Hz、额定电压40.5kV的户内成套配电装置。作为发电厂、变电站及工矿企业接受和分配电能的之用，对电路起到控制、保护和检测等功能，还可以用于控制频繁操作的场所。 ■ 使用环境条件：

环境温度：上限+40℃，下限-10℃；

相对湿度：日平均值不大于95%，月平均值不大于90%；海拔高度：不超过1000m；饱和蒸汽压：日平均值不大于2.2³10-3Mpa,月平均值不大于1.8³10-3Mpa；地震烈度：不超过8度；水蒸气压力：日平均不超过2.2Pa,月平均不超过1.8Pa；无火灾、爆炸危险、严重污染、化学腐蚀及剧烈震动的场所。

8.3 断路器的选择

高压断路器是供电系统中最重要的电气设备之一。它具有完善的灭弧装置，是一种专门用于切断和接通电路的开关设备。正常运行时把设备或线路接入或退出运行，起着控制作用。当设备或线路发生故障是，能快速切出故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。

高压断路器除按电气设备的一般原则选择外，还必须按断路器的功能校验其额定断流容量（或开断电流）、额定关合电流等各项指标

根据数据以及设计要求，与开关柜配套的断路器为ZN-40.5，额定电压35kv与设计相符，符合要求。

查表可知所选ZN-40.5型断路器额定工作电流为1250A。显然有 IcaS10144.41.1A 3UN335 显然Ica该断路器使用温度-5到40度，海拔不高于1000，湿度不大于90，使用条件与上述条件符合，故满足环境需求。查表可知It40ka

所以It(tt/t0)1/273.03大于5. 即所选断路器满足热稳定需要。

查表可知imax80kA>ish17.51kA,所以隔离开关满足动稳定要求。 Ioff40kA>I=10.37KA,所以断路器满足开断能力要求。综上所述，ZN-40.5满足设计要求。

由于所选开关柜的不同结线方案中的型号相同，同理，校验方法相同，所以，所选方案

的断路器均符合要求。

8.4 电流互感器的选择

本设计中所选所选的KYN1-61-40.5型开关柜中的电流互感器型号为Lcz-35，查表得该电流互感器额定短时热电流为18kA>5.KA.所以该电流互感器满足热稳定性要求。

8.5 10kv开关柜的选择

根据设计要求与据算，我们选择KYN1-10型开关柜。

KYN1-10型开关柜系三相交流50Hz、额定电压3-10kV的户内成套配电装置。作为发电厂、变电站及工矿企业接受和分配电能的之用，对电路起到控制、保护和检测等功能，还可以用于控制频繁操作的场所。 ■ 使用环境条件：

环境温度：上限+40℃，下限-10℃；

8.6 断路器的校验

根据数据以及设计要求，与开关柜配套的断路器为ZN10-10，额定电压10kv与设计相符，符合要求。

可知所选ZN10-10型断路器额定工作电流为1250A。有 IcaS7008.8413.6A 3UN310 显然Ica该断路器使用温度-5到40度，海拔不高于1000，湿度不大于90，使用条件与上述条件符合，故满足环境需求。查表可知It40ka

所以It(tt/t0)1/273.03大于9.02

即所选断路器满足热稳定需要。

查表可知imax80kA>ish23.26kA,所以隔离开关满足动稳定要求。 Ioff40kA>I=13.77KA,所以断路器满足开断能力要求。综上所述，ZN-40.5满足设计要求。

8.7 电流互感器的校验

本设计中所选所选的KYN1-10型开关柜中的电流互感器型号为LFSQ-10，查表得该电流互感器额定短时热电流为63kA....8.02kA.所以该电流互感器满足热稳定性要求。

综上所述，通过校验，所选方案中的KYN61-40.5型开关柜和KYN1-10型开关柜均符合设计要求。

9、继电保护设定

9.1. 断路器上保护的设置与配合

这是两台主变压器侧的控制开关，变压器主保护采用差动保护和气体保护，但为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流，并作为差动保护和气体保护的后备，还必须设置定时过流和过负荷保护。对于单侧电源的双绕组变压器，定时过流保护和过负荷保护装设在电源侧，保护动作时同时变压器两侧的开关跳闸其中定时电流的动作应比QF1、QF2短一个限极差。为了避免重叠和增加时限配合的困难，QF６、QF７可仅设差动保护。

9.2各10KV低压馈出线断路器的设置与配合

用于控制保护10KV馈出线的各断路器，供电于终端负荷，故可按规定设置瞬时速断和定时过流两段式保护。但瞬时速断的动作电流若安常规方法整定，对于10KV线路保护范围就很短，有些情况下几乎为零，故可用瞬时速断作为主保护（保护全长），而定时过流为近后备保护。

9.3 10KV联络开关的保护设置与配合。

QF8 用作10KV母线分段开关，它的过流保护设置，主要考虑故障运行情况。如主变压器T2因故停运，有T1单独供电， QF8 合闸运行情况。此时若 QF8 不设保护，则当6KV的母线右端发生短路时，将使QF4跳闸而使全企业停电，如设有保护，则此时QF8跳闸，切除右端母线，左端母线仍可继续供电，因此提高了供电系统的可靠性。为了与6KV出线的瞬时速断保护配合，QF8上可设置限时速断保护。

9.4 变压器的保护设置

变压器是电力系统的主要设备之一，他的正常运行对供电系统的可靠性意义重大，电力变压器的常用保护装置有气体保护、差动保护、过电流保护和过负荷保护等。

9.5变压器的气体保护

气体保护主要用于变压器油箱内部故障的主要保护以及油面过低保护。气体保护是利用安装于油箱和油枕间管道中的机械式气体继电器来实现的。气体保护的主要优点是动作快，灵敏度高，稳定可靠，接线简单，能反应变压器油箱内部的各种类型的故障，特别是短路匝数很少的匝间短路，其他保护可能不动作，对这种故障气体保护具有特别重要的意义，所以气体保护式变压器内部故障的主要保护之一。

9.6 变压器的差动保护

差动保护用于变压器内部绕组、绝缘套管及出线相间短路的主保护。

9.7 变压器过负荷保护

变压器过负荷大都是三相对称的。所以负荷保护可采用单电流继电器接线方式，经过一定延时作用于信号，在无人值班的变电所内，也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。

9.8 变压器的过流保护

为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流，并作为差动和气体保护的后备，变压器还必须装设过电流保护。

对于单侧电源的变压器，过流保护安装在电源侧，过流保护动作时切断变压器各侧开关。过流保护安躲过最大工作电流整定，启动值比较大，不能满足灵敏要求可设电压闭锁的过电流保护以提高灵敏度。

10、变电所的防雷与接地

10.1 变配电所的防雷设计

变电所是供电系统的枢纽，一旦遭到雷击造成停电故障，将会对社会生产生活造成很大的影响，故必须装设可靠的防雷设备，对直击雷和线路侵入的雷电波进行防护。故本设计在35kV线路上各装设一组FZ-35型避雷器，并在10kV侧的两段母线上装设两组FZ-6型阀型避雷器，置于互感器内，为了入侵波的幅值及陡度，保证阀型避雷器的应有工作条件，变电所进线段设置保护，在变电所四周设置四根避雷针。

10.2变电所的防雷措施

1、35kV进线段保护

在进入变电所前两公里的线段上设置GJ-35型避雷线，并在进入变电所时在35kV进线处装设管型避雷器，据35kV母线的最大短路电流为2.kA，最小短路电流为1.79kA的条件选用GXS135/0.5～4型管型避雷器,其断流量下限为0.5kA,上限为4kA，满足要求。

2、装设避雷针（1）避雷针的布置

布置如图所示，在变电所四周装设四支避雷针，每支针距构件在5米以上，接地体在地下应与设备接地线相距3米以上。

（2）避雷针有效高度ha的计算避雷针的高度hhxha

图中四支避雷针所形成的长方形可将其分为两个三角形，每个三角形外侧按双支避

雷针的方法计算，当三角形相邻各对避雷针的bx0时，则全部面积被保护。由双支避雷针保护范围计算可知，当bx0时，其条件为D7ha,hx7.3m 针1、2的距离等于针3、4的距离，即D12D3428m

haD12/728/74m

针1、3的距离等针2、4的距离，即D13D2433m

haD13/733/74.71m

针1、4的距离等针2、3的距离，即

D14D2328233243.3m

haD14/743.3/76.18m

由以上计算可知，针1、2的高度为7.3+4=11.3m，针3、4的高度为为7.3+6.18=13.48m，考虑留有一定富裕度取19m，两针间距与针高之比不宜大于5，故选用19m高避雷针。

量取各D/2作相应的两针间连接的中垂线，量取各相应的bx值，由bx端点作对应针的保护圆的切线，即得全部保护范围。若变电所的所有被保护物均被包括在内，即达到保护要求。

从上述计算可知，bx均大于零，即变电所全部被保护在其保护范围。（3）避雷针的接地

避雷针的接地采用的接地般，与所内接地网应保持5米间距，采用5根直径50mm，2.5m长的镀锌钢管构成多边形， 40ⅹ4的镀锌扁钢引至墙外，埋入0.35米深的冻土层。

3、高压侧装设阀式避雷器

主要用来保护主变压器，以免雷电流冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近变压器安装，其接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地，

10.3接地装置的设计及计算

10.3.1保护接地方案设计

本所地质为砂质粘土，冻土层厚0.35米，土壤电阻率0100m，拟采用水平

接地长网，埋于0.8米深的冻土之下，和变电所共用一个接地装置，查得扁钢接地电阻为1Ω时，40ⅹ4扁钢约为200米长，，在室内外均铺设人工接地网，采用长孔网布置，且将边角作成圆弧状，以减弱该处场强。 10.3.2保护接地装置计算 (1)10kV接地电流Ijd

本所10kV电缆长度l1=16.1km，6kV架空线网l1=6km，则

IjdU(35l1l2)6(3516.16)9.76A

350350允许接地电阻为：

Rjds12012012.29 Ijd9.7635kV、6kV均为中性点不接地的小电流系统，高低压共用接地网，规定接地电阻≤10Ω，而计算允许值为≤12.29Ω，故所选择接地体应使其接地电阻≤10Ω。

（2）接地电阻计算 ①土壤电阻率

0 地网总面积为

S(282)(402)(384)(104)1671218m2

接地网总长度

L6382362(4214)27413m

选用40ⅹ4的镀锌扁钢作为接地体，

②接地体的实际接地电阻

2L2 Rjdln44S2Lhd1015015024062  ln4424060.80.04101688210 ,满足要求。

设计总结

本论文对某C矿井地面35KV变电所设计这一课题展开设计，主要完成以下方面的设计任务：

（1）针对矿井的用电需求情况，用需要系数法进行了负荷计算，进行无功功率补偿，据此全矿总负荷对主变压器进行选择。

（2）根据变电所主接线设计原则，对变电所的主接线进行了设计：高压35kV侧采用全桥接法,10kV的母线采用单母分段接线形式。

（3）用标幺值法对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供了依据。

（4）按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行了选择，并对它们进行动稳定和热稳定等方面的校验。

（5）防雷与接地保护是变电所保护中不可或缺的一项重要保护措施，在论文中也对其进行了介绍。采用了在线路上安装阀型避雷器进行防雷保护，并在变电所四周安装了避雷针进行保护。

致谢语

在本论文设计过程中曹老师给予了悉心的指导。在毕业设计期间，她给予了我极大的指导和帮助，她那认真负责的工作作风、诲人不倦的精神风范、严谨求实的治学态度给了我很大的鼓舞和激励。她在指导中所讲的知识使我受益匪浅，她的教诲我将铭记在心，这将对我以后的工作和生活产生重大的影响，并将终生受益。在本论文完成之际，特向曹老师表示我最衷心的感谢和祝福。

我还要感谢大学四年里所有的老师们，感谢他们在大学四年中诲人不倦的教导，他们在课堂上说传授的知识将使我受益终身，他们那认真负责的态度，和优秀的职业道德是我学习的楷模，在以后的工作中我将以他们我标杆端正自己的工作态度和职业道德。正是得益于他们的辛勤培养，我才有能力完成此次毕业设计，在此特向所有恩师表示我最崇高的敬意和最诚挚的谢意！

参考文献

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Faults on Power

First, introduction an ideal electrical power system is by the sole constant frequency and the stipulation peak-to-peak value regulated voltage power supply. But in fact, as a result of the recent years along with science's and technology's unceasing development, the high efficiency traded the class equipment and the modulator use, high in the electrical power system presses the nonlinear element which the direct current transmission the application, the massive misalignment load's appearance as well as the power supply system itself existed and so on to cause in the system's voltage waveform distortion to be getting more and more serious, has caused the very big harm to the electrical power system, for example: Causes in the power supply system the part to lose increases, reduces current collector's service life, to disturb the communication system and so on. Serious when even can also cause equipment the damage, automatic control malfunction, relay protection misoperation, thus creates the power cut accident and so on and other questions. So-called \" the friend knows other, is undefeated in many battles \comprehensive program of public order, must make clear the overtone origin and the electrical network in under the each different movement way the overtone tidal current distributed situation, adopts the corresponding measure limit and the harmonic cancellation, thus changes the friendly power supply system power supply quality and guarantees system's security economy movement.

Each year new design of power equipment bring about increased reliability of operation. Nevertheless, equipment failures and interference by outside sources occasionally result in faults on electric power systems. On the occurrence of a fault , current an voltage conditions become abnormal, the delivery of power from the generating station to the loads may be unsatisfactory over a considerable area, and if the faulted equipment is not promptly disconnected from the remainder of the system, damage may result to other pieces of operating equipment.

A faulty is the unintentional or intentional connecting together of two or more conductors which ordinarily operate with a difference of potential between them. The connection between the conductors may be by physical metallic contact or it may be through an arc. At the fault, the voltage between the two parts is reduced to zero in the case of metal-to-metal contacts, or to a very low value in case the connection is through an arc.

Currents of abnormally high magnitude flow through the network to the point of fault. These short-circuit currents will usually be much greater than the designed thermal ability of the condition in the lines or machines feeding the fault . The resultant rise in temperature may cause damage by the annealing of conductors and by the charring of insulation. In the period during which the fault is permitted to exist, the voltage on the system in the near vicinity of the fault will be so low that utilization equipment will be inoperative. It is apparent that the late conditions that exist during a fault, and provide equipment properly adjusted to open the switches necessary to disconnect the faulted equipment from the remanding of the system. Ordinarily it is desirable that no other switches on the system are opened, as such behavior would result in unnecessary modification the system circuits.

A distinction must be made between and an overload. An overload implies only that loads greater than the designed values have been imposed on system. Under such a circumstance the voltage at the overload point may be low, but not zero. This undervoltage condition may extend for some distance beyond the overload point into the remainder of the system. The current in the overload equipment are high and may exceed the thermal design limits. Nevertheless, such currents are substantially lower than in the case of a fault. Service frequently may be maintained, but at below-standard voltage.

Overloads are rather common occurrences in homes. For example, a housewife might plug five waffle irons into the kitchen circuit during a neighborhood part. Such an overload, if permitted to continue, would cause heating of the wires from the power center and might eventually start a fire. To prevent such trouble, residential circuits are protected by fuses or circuit breakers which open quickly when currents above specified values persist. Distribution transformers are sometimes overloads as customers install more and more appliances. The continuous monitoring of distribution circuits is necessary to be certain that transformers sizes are increased as load grows.

Faults of many types and causes may appear on electric power systems. Many of us in our homes have seen frayed lamp cords which permitted the two conductors of the cord to come in contact with each other. When this occurs, there is a resulting flash, and if breaker or fuse equipment functions properly, the circuit is opened.

Overhead lines, for the most part, are constructed of bare conductors. There are sometimes accidentally brought together by action of wind, sleets, trees, cranes, airplanes, or damage to supporting structures. Overvoltages due to lighting or switching nay cause

flashover of supporting or from conductor to conductor. Contamination on insulators sometimes results in flashover even during normal voltage conditions.

The conductors of underground cables are separated from each and from ground by solid insulation, which nay be oil-impregnated paper or a plastic such polyethylene. These materials undergo some deterioration with age, particularly if overloads on the cables have resulted in their operation at elevated temperature. Any small void present in the body of the insulating material will results in ionization of the gas contained therein, the products of which react unfavorably with the insulation. Deterioration of the insulation may result in failure of the material to retain its insulating properties, and short circuits will develop between the cable conductors. The possibility of cable failure is increased if lightening or switching produces transient voltage of abnormally high values between the conductors.

Transformer failures may be the result of insulation deterioration combined with overvoltage due to lightning or switching transients. Short circuit due to insulation failure between adjacent turns of the same winding may result from suddenly applied overvoltage. Major insulation may fail, permitting arcs to be established between primary and secondary windings or between winding and grounded metal parts such as the core or tank.

Generators may fail due to breakdown of the insulation between adjacent turns in the same slot, resulting in a short circuit in a single turn of the generator. Insulation breakdown may also occur between one of the winding and the grounded steel structure in which the coils are embedded. Breakdown between different windings lying in the same slot results in short-circuiting extensive section of machine.

Balanced three-phase faults, like balanced three-phase loads, may be handled on a lineto-neutral basis or on an equivalent single-phase basis. Problems may be solved either in terms of volts, amperes, and ohms. The handing of faults on single-phase lines is of course identical to the method of handing three-phase faults on an equivalent single-phase basis.

Faults may be classified as permanent or temporary. Permanent faults are those in which insulation failure or structure failure produces damage that makes operation of the equipment impossible and requires repairs to be made. Temporary faults are those which may be removed by deenergizing the equipment for a short period of time, short circuits on overhead lines frequently are of this nature. High winds may cause two or more conductions to swing together momentarily. During the short period of contact. An arc is formed which may continue as long as line remains energized. However, if automatic equipment can be brought

into operation to service as soon as the are is extinguished. Arcs across insulators due to overvoltages from lighting or switching transients usually can be cleared by automatic circuit-breaker operation before significant structure damage occurs.

Electrical power system overtone's origin in the electrical power system the overtone source is many and varied. Mainly has the following several kinds:in

1, system's each kind of misalignment current collector for example: Trades the class equipment, the modulator, the electrification railroad, the arc furnace, fluorescence the lamp, the domestic electric appliances as well as each kind of electronic energy conservation control device and so on is the electrical power system overtone important source. Even if these equipment supplies its ideal sine wave voltage, it uses the electric current is also non-linear, namely has the harmonic current existence. And these the equipment produces the harmonic current will also pour into the electrical power system, will cause system each place voltage to have the harmonic component. These equipment's harmony the wave content decided that in its characteristic and the working condition, basically has nothing to do with the electrical power system parameter, may regard as overtone constant flow the source.

2, the power supply system itself exists the nonlinear element is overtone another origin. These nonlinear element mainly has the transformer to stir up the capacitor which, the reactor group the magnetism leg, the alternating and direct convertor station's

silicon-controlled rectifier controlling element, the silicon-controlled rectifier control and so on.

3rd, like the fluorescent lamp, the domestic electric appliances and so on single capacity is not big, but quantity and spreads very greatly in each place, electric power department with difficulty management current collector. If these equipment's current harmonics content is oversized, will then have the serious influence to the electrical power system, to this kind of equipment's current harmonics content, when manufacture namely should limit in certain quantity scope.

4, the generator send out overtone electric potential. The generator will send out the overtone electric potential at the same time also to have the overtone electric potential production, its overtone electricity the potential will be decided by generator's structure and the working condition, basically will have nothing to do with the external connection impedance.

Therefore may regard as overtone constant pressure source , but its value is very small. the three, electrical power system overtone tidal current calculates the so-called electrical power system overtone tidal current computation, is through solution network equation In=YnUn (n=3,5,7 ...... n: Agrees wave number the number. In is the overtone source load pours into electrical network's n subharmonic electric current row vector. Yn is electrical network's n subharmonic conductance. Un is in the electrical network a various nodes bus bar n subharmonic voltage row vector). Obtains in the electrical network various nodes (bus bar) the harmonic voltage, enters to obtain in various legs' harmonic current.

When in the electrical power system the existence has the overtone source, this time in the system the contact voltage and the branch current will have the higher harmonic. For the determination harmonic voltage and harmonic current's in power supply system distribution, needed to carry on to the overtone impedance constitution equivalent circuit the tidal current computation, when simultaneously in the rectifier unit power supply system possessed forbearance the part existed, but must act according to various legs overtone impedance the nature and the size, whether there is examined the resonant situation. carries on the overtone tidal current computation, must first determine the electrical network part's overtone impedance. (3.1), electrical network each kind of part's overtone impedance: (1),

synchronous generator's overtone impedance the qualified generator's electric potential is the pure sine, does not include the higher harmonic, its generator electric potential only exists in the fundamental wave network. in higher harmonic network, because the generator overtone electric potential is very small, this time the visible generator overtone electric potential is zero. Therefore its and so on the value electric circuit is the junctor end and neutral point overtone reactance .

Because of this characteristic of faults on lines, many companies operate following a procedure known as high-speed reclosing. On the occurrence of a fault, the line is promptly deenergized by opening the circuit breakers at each end of the line. The breakers remain open long enough for the arc to clear, and then reclose automatically. In many instances service is restored in a fraction of a second. Of course, if structure damage has occurred and the fault persists, it is necessary for the breakers to reopen and lock open.

供电故障

一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。但实际上，由于近年来随着科学技术的不断发展，在电力系统中大功率换流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害，如：使供电系统中的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿命、干扰通讯系统等。严重时甚至还能使设备损坏，自动控制失灵，继电保护误动作，因而造成停电事故等及其它问题。所谓\"知己知彼，百战不殆\"，因此,要实现对电网谐波的综合治理,就必须搞清楚谐波的来源及电网在各种不同运行方式下谐波潮流的分布情况，以采取相应的措施和消除谐波，从而改善供电系统供电质量和确保系统的安全经济运行.

每年新设计的电力设备都使系统的可靠性不断提高，然而，设备的使用不当以及一些偶然遇到的外在因素均会导致系统故障的发生。发生故障时，电流、电压变化得不正常，从电厂到用户的送点在相当大得内不令人满意。此时若故障设备不立即从系统中切除的话，则会造成其他运行设备的损坏。

故障是由于有意或无意地使两个或更多的导体接触造成的。导体间本来是有电位存在的，而这种接触可能是金属性接触，也可能是电弧引起的。如果是前者造成的故障，则两部分导体之间电压下降为零；若为后者，则电压变得很低，超常的大电流经过网络流至故障处。此短路电流通常会大大超出导线以及供电发电机的热承受能力，其结果，温度的升高会导致导体烧毁或绝缘焦化。在允许的期限内，最靠近故障处的电压会变得很低，致使用电设备无法正常运行。显然，系统设计者必须事先考虑到故障可能发生在什么地方，能够推测出故障期间的各种情况，提供调节好的设备，以便驱动为将故障设备切除所必须断开的开关能够跳闸。通常希望此时系统无其他开关打开，否则会导致系统线路不必要的修改。

过负荷与故障是两个概念。过负荷仅指施加于系统的负荷超过了设计值。发生这种情况时，过负荷处的电压可能很低，但并不等于零。这种电压不足的情形可能会超过过负荷处蔓延一定距离，进而影响系统其它部分。过负荷设备的电流变大而超过预定的热极限，但是这种情况比发生故障时的电流要小。此时，供电虽然往往能维持，但电压较

低。

过负荷的情况在家里发生，例如请街坊邻居聚会时，女主人可能将五个化夫饼干烘烤器的插头同时插入厨房的插座，诸如次类的过负荷倘若不能迅速处理的话，就会造成电力线发热甚至酿成火灾。为了避免这种情况的发生，须采用保险丝或短路器来保护住宅区电路免受损坏。断路器会在电流超出预定值时迅速切断电路。当用户安装的用电器增加时，也会超过变压器负荷能力，因此有必要不时地监视配电线路以确保在负荷增加时变压器的容量也相应增加。

电力系统会发生各种类型，由各种原因引起的故障。我们在家里看到过破损的照明灯电线，使得其两根导线相触，并会发出弧光。如果此时断路器或保险丝能够正常工作，则电路能被自动切断。

大部分架空明线是用裸导体假设的，又是由于风、雨、雷、或大树、起重机，飞机及支撑物的损坏等因素会使导线偶然碰到一起。由雷电或开关瞬变过程中引起的过电压会在支撑物或导体之间产生电弧，即使在电压正常的情况下，绝缘材料的污染也会引起电弧。

通常采用油浸电缆纸或聚乙烯一类固体塑料绝缘材料将埋地电缆中的导线与导线和导线与地隔开。这些绝缘会随着时间的流逝而老化，尤其是在过负荷引起高温下运行时候更是如此。绝缘材料内的空隙会造成气体的电离，其生成物对绝缘不利。绝缘材料老化会引起绝缘性能下降而导致导线短路。电缆故障的可能性会因雷电或开关瞬间引起的导线的电压骤然变高而增加。

变压器故障可能是由绝缘老化、加上雷电、开关瞬变过程导致的过高压造成的。同一绕组相邻线圈之间由于绝缘问题造成的短路可能是由于突然遇到外加高压电所致。绝缘失败会在一次绕组与二次绕组之间或绕组与接地金属部件如铁芯或变压器外壳之间产生电弧。

发电机故障可能是由于同一槽中相邻线圈之间绝缘被破坏而造成的，其结果会导致发电机匝内短路。绝缘损坏也可能发生在某一绕组与定子铁芯的接地钢架构之间。同一槽内不同绕组之间的绝缘损坏会导致电机大范围短路。

像处理平衡三相负荷一样，处理平衡三相故障也是依照基于由火线到零线的电路或

等效单相电路的原则进行。可以通过电压、电流和电阻的规律求解问题。当然，单相线路上故障的处理方法也可以用于在单相等效电路下三相故障的处理中。

故障有永久性故障及暂时性故障之分。永久性故障指绝缘或结构上的损坏，致使设备不能维修则无法运行。暂时性故障指通过给设备临时断电即可排出的故障，架空线路往往就有这个特点。大风可能会使两根导线瞬时间碰在一起，并产生电弧。只要线路通电，此电弧会一直存在。然而如果能借助自动化设备使导线迅速断电的话，就不会造成任何损失了，一旦电弧熄灭，线路即可自行恢复。有雷电及开关切换产生的过电压引起的绝缘材料飞狐则可通过自动化开关设备动作，在严重的结构损坏发生之前便得到排除。

电力系统中谐波源是多种多样的。主要有以下几种：

1、系统中的各种非线性用电设备如：换流设备、调压装置、电气化铁道、电弧炉、荧光灯、家用电器以及各种电子节能控制设备等是电力系统谐波的主要来源。这些设备即使供给它理想的正弦波电压，它取用的电流也是非线性的，即有谐波电流存在。并且这些设备产生的谐波电流也会注入电力系统，使系统各处电压产生谐波分量。这些设备的谐波含量决定于它本身的特性和工作状况，基本上与电力系统参数无关，可视为谐波恒流源。

2、供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。这些非线性元件主要有变压器激磁支路、交直流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、电抗器组等。 3、如荧光灯、家用电器等的单个容量不大，但数量很大且散布于各处，电力部门又难以管理的用电设备。如果这些设备的电流谐波含量过大，则会对电力系统造成严重影响，对该类设备的电流谐波含量，在制造时即应在一定的数量范围之内。

4、发电机发出的谐波电势。发电机发出谐波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势取决于发电机本身的结构和工作状况，基本上与外接阻抗无关。故可视为谐波恒压源，但其值很小。

所谓电力系统谐波潮流计算，就是通过求解网络方程In=YnUn

(n=3,5,7…...n：谐波次数。In为谐波源负荷注入电网的n次谐波电流列向量。Yn为电网的n次谐波导纳阵。Un为电网中各节点母线的n次谐波电压列向量)。求得电网中

各节点（母线）得谐波电压，进而求得各支路中的谐波电流。当电力系统中存在有谐波源时，此时系统中个接点电压和支路电流均会有高次谐波。为

了确定谐波电压和谐波电流在供电系统中的分布，需要对谐波阻抗构成的等效电路进行潮流计算，同时当整流装置供电系统中有容性元件存在时，还要根据各支路谐波阻抗的性质和大小，来检验有无谐振的情况。进行谐波潮流计算，首先必须确定电网元件的谐波阻抗。

同步发电机的谐波阻抗合格的发电机的电势是纯正弦的，不含有高次谐波，其发电机电势只存在于基波网络。在高次谐波网络里，由于发电机谐波电势很小，此时可视发电机谐波电势为零。故其等值电路为连接机端与中性点的谐波电抗

如果需要计及网络损耗，对于发电机，可将其阻抗角按85度估计，对于输电线，变压器和负荷等元件的等值发电机，可将其阻抗角按75度估计。

电力系统谐波的幅值常是随着频率的升高而衰减，故在基波潮流计算尤其是高压电网中，常忽略变压器的激磁支路和匝间电容。在计算谐波电流时，只考虑变压器的漏抗，且认为与谐波次数所认定的频率成正比。在一般情况下，变压器的等值电路就简化为一连接原副边节点的谐波电在高次谐波的作用下，绕组内部的集肤效应和临近效应增大，这时变压器的电阻大致与谐波次数的平方成正比

鉴于线路故障的这些特征，许多公司都使用一种叫做高速重合器的装置。故障发生时，线路两端的断路器跳闸，电流即被切断，经过一定的时间间隔，待电弧熄灭后，断路器又自动进行再次合闸，大多数情况下，不到一秒种即可恢复正常供电。当然，如果因结构损坏，故障不能很快排除的话，则断路器必须再次跳闸且保持这种跳闸状态。

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