变电站电气部分设计设计

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0 前言

随着当前社会的发展，电，几乎已经成为我们生活中不可缺少的一部分，在人们的生产生活中有着重要的作用，因此，我们国家对电的投入给予了很高的重视，现今，我国的电网虽然是日趋完善，但是，在矿井的供电部分却依然存在很多问题，在变电站的设计部分也仍然有很多急需解决的问题，此次设计主要就是针对矿井的供电特殊性，根据所学知识进行一次全面系统的设计。

变电所就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护，通过变换、分配、输送与保护将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的场所。

变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。

本设计以漳村煤矿地面变电所设计为例，结合已知数据进行负荷计算并选择补偿装置-电容器的容量，以及短路电流计算、电气设备选择等，通过本次设计将所学的知识进行系统的、合理的、灵活的运用，真正做到学以致用。

1 概述

1.1 自然情况

漳村煤矿是潞安矿业（集团）公司下属的一座国有特大型矿井，位于山西省沁水煤田中段。

变电站所在地区年最高温度为38C，年平均气温为18C，年最低气温为零下12C，

年最热月平均最高温度为26C，年最热月地下0.8m处平均温度19.6C，当地主导风向为西北风，年雷暴日数为28.3日/年。地区平均海拔1200m，底层以砂质黄土为主，土壤允许承载能力为20吨/米2，中等含水量时，实得土壤电阻率为0.8×104Ω/㎝。每月基本电费按变压器容量计为35月/kVA，动力电费为0.55元/kWh，照明电费为0.6元/kWh，要求变电所负荷功率因数不低于0.92。

漳村煤矿井田位于沁水煤田东缘中段,东起3号煤层露头线,西部与常村矿井田相接,北以文王山南断层为界,南与王庄、石圪节井田相接,走向长3 5km,倾斜长7 9km,面积27 66km2。现开采的3号煤层平均厚度6 45m,走向近似南北,倾向西,倾角37°,一般为5°,属缓

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倾斜煤层,局部地区受构造影响,倾角增加到15°左右。煤层埋藏深度一水平为120260m,二水平平均为350m。煤层赋存稳定,构造简单。1996年,煤炭部把漳村矿确定为五个部特级高产高效矿井之一,漳村矿人以此为契机,积极按照矿务局建设经济强局的决策思路和战略部署,深化企业改革,强化内部管理,提高经济运行质量,部特级高产高效矿井建设9大指标全面完成,创造了“六个”历史最好水平。

1.2 变电所位置的确定

企业中变电所是工矿企业供电的枢纽。正确确定变电所的位置，对工矿企业供电系统的合理布局既提高供电可靠性，经济技术和供电质量都有重要的关系，因此变电所位置应根据工矿负荷的大小分布的特点及内部环境特点等因素进行综合分析，经技术确定后一般在确定变电所位置时应遵循以下几项原则；

1、变电所位置应尽量靠近负荷中心，以减少配电线路长度，降低电能损耗和电压损失。

2、不占或少占农田；

3、交通运输要方便，以利于变压器等大型设备的运输和消防车量进出；

4、进出线要方便，尽量避免线路相互交叉和跨越，架空线路走廊与所址同时确定；

5、具有适宜的地质条件，有利于防止地下水，雨水和洪水浸淹措施；

6、应考虑与临近设施的相互影响，远离震动的设备和易燃易爆的场所，应尽量避开污染源，否则应采取防污设施；

7、应与其他工艺建筑物保持足够的防火距离；

8、应留有扩展的余地，不妨碍工厂或车间的发展。

根据以上选址原则，漳村变电所的选址如下图1-1：

图1-1 漳村变电所选址图

Fig.1-1 Zhang Village substation site map

1.3 设计目的及要求

本次设计的目的是把从电力系统接受的电能，合理的分配到各用电地点，基本原则是在保证供电可靠，安全，质量好的前提下，以最简单的方式合理得分配并充分利用电能。本次设计符合国家各项技术经济和有关规程，规范和规定。

本次设计的内容和步骤大致如下：

⑴根据变电所取得电源情况和用电负荷情况，并适当考虑周围负荷的发展情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所的台数与容量、类型；

⑵选择变压器主接线方案及高低压设备的进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置；

⑶按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。

2 变电所负荷统计、主变压器选择

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2.1 变电所的主结线

变电所的接线方式也是一重要环节，起接线从安全、可靠、灵活、经济等方面出发。安全：就是要按照国家的标准和规范，正确选取电气设备及正常情况下监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身保障的技术措施。

2.1.1 变电所主变压器一次侧接线方式

变电所的主结线是由各种电器设备及其连接线组成的。担负着接受、变换、分配电能任务，它是工矿业供电枢纽。主接线与供电的可靠性，操作运作的灵活性，安全性和经济性有着密切的关系。它与电源电路、电压、负荷的大小、级别以及变压器的台数，容量等因数有关。根据煤矿地面高压供电设计技术规定；有两回进线的终端变电所且单台主变压器不超2000KVA时，宜采用桥式结线。因此本次设计采用桥式结线。

桥式结线可分为：全桥、外桥、内桥三种。其各自特征如下：

⑴全桥结线：其特点是线路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，故其操作运行灵活，适应性强不论是切换变压器还是切换线路都可方便进行，并易发展成单母线分段结线。但所用设备多，投资大，占地面积大(见图2-1)。

⑵内桥结线：其特点是在变压器和母线之间只设隔离开关，不设断路器，因而投资和占地面积少应保持切换线路方便的优点，但由于变压器侧没有断路器，因而切换变压器不方便，适用于电源进线长线路故障可能性大，变压器负荷较平稳切换次数少的变电所（见图2-2）。

⑶外桥结线：其特点是电源进线端不设断路器只设隔离开关，这种接线比外侨还少两隔离开关，因而投资和占地面积更少切换变压器方便，且易过渡到全桥结线，但切换线路线不方便因此适用于电源线路短，故障与检修机会很少，变压器负荷大且需经常切换的变电所（见图2-3）。