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[摘 要]针对山西星光煤业公司的两大煤矿，实现安全、可靠、灵活的提供电力为目的。以变电所作为电能传输与控制的枢纽，设计满足电力系统和山西星光煤业公司的具体要求，并兼顾安全、可靠和经济的要求。提高了对山西星光煤业公司的供电可靠性和灵活性。
[关键词]变电所 电力系统 断路器 变压器
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0032-02
[Abstract]This paper based on the two coals mine of Shanxi Xingguang company of coal，in order to realize provide power with safely， reliable， sensitive. As the electric power transmission and control of the project， the design must be satisfy the power system and Shanxi Xingguang company of coal requirements， and give the attention to the request of safe ，reliable and economical. Improved the star coal mine of shanxi power supply reliability and flexibility
[Key words]substation； Power system； breaker； Transformer
一、引言
随着山西星光煤业公司经济的快速发展，煤矿的用电量迅速增长，对电能质量，技术经济状况，供电可靠性指标要求也日益提高，因此对供电系统设计也有了更高、更完善的要求。山西星光煤业公司是一家工矿企业，一、二级负荷多、用电量大，对供电系统可靠性、安全性、优质和经济性要求比较高[1]。所以，在山西星光煤业公司建设一座35/10kV专用变电所就显的非常必要
本次设计中，通过负荷计算，变压器容量和型号的选择，电气主接线设计和高低压开关柜的选择，短路电流计算，电气设备校验，继电保护设计及防雷和接地体的设计，设计出一个供电可靠性和灵活性都比较好的方案。
二、变电所设计
（1）负荷计算
计算负荷是供电设计的基本依据[2]。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，甚至燃烧引起火灾，同样会造成很大的损失。由此，可以看出正确确定计算负荷的意义重大。
在工厂中由于有大量的感应电机、电焊机等感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。所以，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。功率因数的提高可以使负荷电流得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，即节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
山西星光煤业公司的计算负荷总体情况见下表1所示：
（2）变压器的选择
对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变器停运时，其余变压器容量应保证用户的一级和二级负荷。综合考虑到本变电所的供电可靠性和长期的发展，这次设计中选用三台额定容量为5000kvA的变压器，型号为S9-5000/35，其中两台是主变压器，负责山西星光煤业公司的正常供电，另一台则作为备用，在主变压器因故障停止供电或检修时投入供电，保证供电的可靠性，和将来山西煤业公司的规模的扩大。
（3）主接线设计和开关柜的选择
主接线图即主电路图，是表示系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一次电路图。在确定电气主接线时，要充分考虑安全可靠性、灵性和经济性三方面。
结合山西煤业公司的实际情况，和对各个不同主接线方案的比较后，为了提高对山西星光煤业公司供电的可靠性，这次设计中高压侧的主接线为全桥式接线，低压侧是单母线分段带旁路母线的接线方式。
结合国内、外开关柜的供应市场，本着经济合适的原则，高压侧的开关柜选择KYN-35铠装移开式交流金属封闭开关设备，低压侧选择XGN2-10箱式固定式交流金属封闭开关柜。
（4）短路电流计算
短路產生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流的计算[3]，以解决以下技术问题。
①电气主接线的比较与选择和主要运行方式。
②作选择电气设备的依据，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。
③继电保护的设计及整定，使之能正确地切除短路故障；
一般情况下，三相短路电流最大，所以在这里只计算三相短路电流。短路电流计算方法主要采用有名制法和标幺制法。
下图所示图1就是本表变电所各侧母线短路计算示意图。
由以上短路计算，可得出总的短路计算情况，如下表2所示。
（5）电气设备选择和校验
对电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠，短时通过短路电流时不至于损坏，因此，电气设备必须按正常条件进行选择，按短路条件进行校验。
在设计中主要针对断路器进行选择和校验。目前高压断路器主要有真空断路器、油断路器和SF6断路器。真空断路器性能好，但是价格较贵；油断路器价格便宜，但是性能不够稳定，而且容易发生火灾；SF6断路器的性能和价格介于真空断路器和油断路器两者之间，所以35kV断路器选用SF6断路器。由于本变电所为户内变电所，故选则LN2-35/1250-16型户内高压六氟化硫断路器。低压侧选择N28A-10型断路器，因为ZN28A-10型户内高压真空断路器具有开断性能优良，绝缘可靠；燃弧时间短，电寿命长，满容量开断30次不检修；结构简单，机械可靠性高等优点。 在选择完电气设备后一定要对其进行热稳定校验和动稳定校验，下面就高压侧的断路器校验为例，进行校验，其结果如下表3所示。从表可看出所选择的断路器完全满足要求。
为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面必须满足下列条件：
①发热条件；②经济电流密度；③机械强度
导体的经济截面为
线路选用LGJ型钢芯铝绞线，母线选择铝母线。通过计算，高低压侧的导线都选择型号为LGJ-120钢芯铝绞线，高压侧母线选择型号为LMY-40×5，低压侧选择型号为LMY-50×5，并按发热条件进行校验，均满足要求。
（6）继电保护设计
继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行情况，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。继电保护装置必须满足选择性、迅速性、灵敏性和可靠性四个基本要求[5]。
為了实现对变压器内部故障有效保护，例如变压器匝间和层间短路这次设计装设瓦斯保护。由于瓦斯保护不能反映油箱外部电路情况，例如引出线上的故障，因此不能作为变压器的唯一保护，再装设一套差动保护与瓦斯保护共同构成变压器的主保护。对于大型变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护这里采用过流保护作为变压器相间短路的后备保护。
（7）防雷和接地系统
运行中的电气设备，可能受到来自外部的雷电过电压的作用。必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。在这次设计中对防雷主要措施有以下几点：
①为防止配电装置遭受直击雷破坏，在变电所内设置两支30m高的独立避雷针保护配电装置。本变电所电气室高度为5m，根据避雷针防护面积计算公式在5m高的防护半径为28.5m，画出防雷图可以看出完全可以将本变电所防护起来。
②为防止由输电线路侵入变电所的大气过电压对电气设备的损坏，在距变电所2km架设单避雷线为进线段保护。
③为了防止感应雷对母线和电气设备造成损害，在35kV母线上、10kV出线上分别装设避雷器。
查阅相关资料可得此变电所公共接地装置的接地电阻应满足
通过计算和查阅资料可得实际需要的钢管数为15根，考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用40×4mm2的扁钢焊接相连，均匀分布。
三、结束语
山西星光煤业公司变电所所涉及的方面较多，考虑的问题也较多，尤其是一、二负荷较多，对供电的安全可靠、经济灵活和利于长期发展的要求较高，所以，在设计中进行了一些设备的备用和双回路供电系统，大大提高了对山西星光煤业公司的供电可靠性和灵活性。通过以上的设计完全可以满足山西星光公司的供电需求。
参考文献
[1] 刘介才.工厂供电[M]（第4版）.北京：机械工业出版社，2004.5
[2] 邹有明.现代供电技术[M].北京：中国电力出版社，2008.1
[3] 余建华.供配电一次系统[M].北京：中国电力出版社，2006.8
[4] 陈生贵.电力系统继电保护[M].重庆：重庆大学出版社，2003.5
[5] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M]（第2版），北京：水利电力出版社，1994
作者简介
宋莉莉：女，汉族，硕士，昌吉学院；新疆昌吉市北京北路77号昌吉学院物理系831100734388126@qq.com。
曾庆松：男，汉族，学士，国家电网新疆电力公司检修公司；新疆乌鲁木齐建设路123号，830000，421832402@qq.com。
朱超：男，汉族，硕士，昌吉学院；新疆昌吉市北京北路77号昌吉学院物理系831100277502286@qq.com。
项目基金
研究生启动基金项目（2014SSQD003）——粒子群算法研究及应用。
[关键词]变电所 电力系统 断路器 变压器
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0032-02
[Abstract]This paper based on the two coals mine of Shanxi Xingguang company of coal，in order to realize provide power with safely， reliable， sensitive. As the electric power transmission and control of the project， the design must be satisfy the power system and Shanxi Xingguang company of coal requirements， and give the attention to the request of safe ，reliable and economical. Improved the star coal mine of shanxi power supply reliability and flexibility
[Key words]substation； Power system； breaker； Transformer
一、引言
随着山西星光煤业公司经济的快速发展，煤矿的用电量迅速增长，对电能质量，技术经济状况，供电可靠性指标要求也日益提高，因此对供电系统设计也有了更高、更完善的要求。山西星光煤业公司是一家工矿企业，一、二级负荷多、用电量大，对供电系统可靠性、安全性、优质和经济性要求比较高[1]。所以，在山西星光煤业公司建设一座35/10kV专用变电所就显的非常必要
本次设计中，通过负荷计算，变压器容量和型号的选择，电气主接线设计和高低压开关柜的选择，短路电流计算，电气设备校验，继电保护设计及防雷和接地体的设计，设计出一个供电可靠性和灵活性都比较好的方案。
二、变电所设计
（1）负荷计算
计算负荷是供电设计的基本依据[2]。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，甚至燃烧引起火灾，同样会造成很大的损失。由此，可以看出正确确定计算负荷的意义重大。
在工厂中由于有大量的感应电机、电焊机等感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。所以，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。功率因数的提高可以使负荷电流得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，即节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
山西星光煤业公司的计算负荷总体情况见下表1所示：
（2）变压器的选择
对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变器停运时，其余变压器容量应保证用户的一级和二级负荷。综合考虑到本变电所的供电可靠性和长期的发展，这次设计中选用三台额定容量为5000kvA的变压器，型号为S9-5000/35，其中两台是主变压器，负责山西星光煤业公司的正常供电，另一台则作为备用，在主变压器因故障停止供电或检修时投入供电，保证供电的可靠性，和将来山西煤业公司的规模的扩大。
（3）主接线设计和开关柜的选择
主接线图即主电路图，是表示系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一次电路图。在确定电气主接线时，要充分考虑安全可靠性、灵性和经济性三方面。
结合山西煤业公司的实际情况，和对各个不同主接线方案的比较后，为了提高对山西星光煤业公司供电的可靠性，这次设计中高压侧的主接线为全桥式接线，低压侧是单母线分段带旁路母线的接线方式。
结合国内、外开关柜的供应市场，本着经济合适的原则，高压侧的开关柜选择KYN-35铠装移开式交流金属封闭开关设备，低压侧选择XGN2-10箱式固定式交流金属封闭开关柜。
（4）短路电流计算
短路產生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流的计算[3]，以解决以下技术问题。
①电气主接线的比较与选择和主要运行方式。
②作选择电气设备的依据，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度。
③继电保护的设计及整定，使之能正确地切除短路故障；
一般情况下，三相短路电流最大，所以在这里只计算三相短路电流。短路电流计算方法主要采用有名制法和标幺制法。
下图所示图1就是本表变电所各侧母线短路计算示意图。
由以上短路计算，可得出总的短路计算情况，如下表2所示。
（5）电气设备选择和校验
对电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠，短时通过短路电流时不至于损坏，因此，电气设备必须按正常条件进行选择，按短路条件进行校验。
在设计中主要针对断路器进行选择和校验。目前高压断路器主要有真空断路器、油断路器和SF6断路器。真空断路器性能好，但是价格较贵；油断路器价格便宜，但是性能不够稳定，而且容易发生火灾；SF6断路器的性能和价格介于真空断路器和油断路器两者之间，所以35kV断路器选用SF6断路器。由于本变电所为户内变电所，故选则LN2-35/1250-16型户内高压六氟化硫断路器。低压侧选择N28A-10型断路器，因为ZN28A-10型户内高压真空断路器具有开断性能优良，绝缘可靠；燃弧时间短，电寿命长，满容量开断30次不检修；结构简单，机械可靠性高等优点。 在选择完电气设备后一定要对其进行热稳定校验和动稳定校验，下面就高压侧的断路器校验为例，进行校验，其结果如下表3所示。从表可看出所选择的断路器完全满足要求。
为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面必须满足下列条件：
①发热条件；②经济电流密度；③机械强度
导体的经济截面为
线路选用LGJ型钢芯铝绞线，母线选择铝母线。通过计算，高低压侧的导线都选择型号为LGJ-120钢芯铝绞线，高压侧母线选择型号为LMY-40×5，低压侧选择型号为LMY-50×5，并按发热条件进行校验，均满足要求。
（6）继电保护设计
继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行情况，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。继电保护装置必须满足选择性、迅速性、灵敏性和可靠性四个基本要求[5]。
為了实现对变压器内部故障有效保护，例如变压器匝间和层间短路这次设计装设瓦斯保护。由于瓦斯保护不能反映油箱外部电路情况，例如引出线上的故障，因此不能作为变压器的唯一保护，再装设一套差动保护与瓦斯保护共同构成变压器的主保护。对于大型变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护这里采用过流保护作为变压器相间短路的后备保护。
（7）防雷和接地系统
运行中的电气设备，可能受到来自外部的雷电过电压的作用。必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。在这次设计中对防雷主要措施有以下几点：
①为防止配电装置遭受直击雷破坏，在变电所内设置两支30m高的独立避雷针保护配电装置。本变电所电气室高度为5m，根据避雷针防护面积计算公式在5m高的防护半径为28.5m，画出防雷图可以看出完全可以将本变电所防护起来。
②为防止由输电线路侵入变电所的大气过电压对电气设备的损坏，在距变电所2km架设单避雷线为进线段保护。
③为了防止感应雷对母线和电气设备造成损害，在35kV母线上、10kV出线上分别装设避雷器。
查阅相关资料可得此变电所公共接地装置的接地电阻应满足
通过计算和查阅资料可得实际需要的钢管数为15根，考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用40×4mm2的扁钢焊接相连，均匀分布。
三、结束语
山西星光煤业公司变电所所涉及的方面较多，考虑的问题也较多，尤其是一、二负荷较多，对供电的安全可靠、经济灵活和利于长期发展的要求较高，所以，在设计中进行了一些设备的备用和双回路供电系统，大大提高了对山西星光煤业公司的供电可靠性和灵活性。通过以上的设计完全可以满足山西星光公司的供电需求。
参考文献
[1] 刘介才.工厂供电[M]（第4版）.北京：机械工业出版社，2004.5
[2] 邹有明.现代供电技术[M].北京：中国电力出版社，2008.1
[3] 余建华.供配电一次系统[M].北京：中国电力出版社，2006.8
[4] 陈生贵.电力系统继电保护[M].重庆：重庆大学出版社，2003.5
[5] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M]（第2版），北京：水利电力出版社，1994
作者简介
宋莉莉：女，汉族，硕士，昌吉学院；新疆昌吉市北京北路77号昌吉学院物理系831100734388126@qq.com。
曾庆松：男，汉族，学士，国家电网新疆电力公司检修公司；新疆乌鲁木齐建设路123号，830000，421832402@qq.com。
朱超：男，汉族，硕士，昌吉学院；新疆昌吉市北京北路77号昌吉学院物理系831100277502286@qq.com。
项目基金
研究生启动基金项目（2014SSQD003）——粒子群算法研究及应用。