35kv煤矿变电站毕业设计论文.doc

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1、山东科技大学信电学院毕业设计(论文)1 绪 论 . 12 负荷计算与变压器选择 . 32.1负荷分级与负荷曲线 . 32.1.1 供电负荷分级及其对供电的要求 . 32.1.2 负荷曲线 . 32.2 矿井用电负荷计算 . 42.2.1 设备容量确定 . 42.2.2 需用系数的含义 . 52.2.3 需用系数法计算电力负荷 . 52.3 功率因数的改变 . 92.4 主变压器的选择 . 102.4.1 变电站主变压器容量确实定 . 102.4.2 主变压器台数确实定 . 102.4.3 主变压器损失计算 . 112.4.4 主变压器选型 . 112.5 全矿年电耗与吨煤电耗 . 123 供电

2、系统确实定与短路计算 . 133.1 短路电流的分类与计算目的 . 133.1.1 短路的原因 . 153.1.2 短路的种类 . 153.1.3 短路的危害 . 153.1.4 短路电流计算的目的 . 153.1.5 短路电流计算的标幺值法 . 153.2 短路电流计算 . 163.2.1 计算各元件的电抗标幺值 . 163.2.2 短路电流计算 . 173.2.3 短路电流的限制及限流电抗器的选择 . 213.2.4 电抗器的选择 . 213.3 井花沟矿供电系统简图 . 223.3.1 主接线形式 . 223.3.2 单元接线 . 223.3.3 桥形接线 . 233.3.4 单母线分段

3、式接线 . 244 设备选型 . 264.1 35kv设备选型 . 264.1.1 35kv架空线、母线的选择 . 264.1.2 电压互感器、熔断器的选择 . 274.1.3 电流互感器的选择 . 284.1.4 35kv避雷器选择 . 284.1.5 带接地刀闸的隔离开关选型 . 284.1.6 隔离开关的选择 . 294.1.7 35kv断路器的选择 . 294.2 6kv电气设备的选择 . 314.2.1 母线的选择 . 31 I山东科技大学信电学院毕业设计(论文)4.2.2 母线瓷瓶及穿墙套管 . 324.3.3 断路器选择 . 334.2.4 隔离开关选择 . 334.2.5 电流

4、互感器的选择 . 344.2.6 下井电缆型号及截面的选择 . 344.2.7 电压互感器的选择 . 354.2.8 配电柜的选择 . 355 继电保护方案及调整 . 385.1 概述 . 385.2 继电保护的优化配置及整定原那么 . 395.3 供电系统继电保护配置情况 . 395.4 35kv进线保护 . 395.4.1 限时速断保护的整定计算 . 395.4.2 过流保护的整定计算 . 405.4.3 35kv母线开关保护 . 415.5主变器保护 . 415.5.1 主变差动保护 . 415.5.2 主变过流保护 . 435.5.3 主变过负荷保护 . 445.6 6kv母联保护 .

5、 445.7 各6kv出线保护 . 446 变电所室 防雷保护及措施 . 497.1 变电所的防雷 . 497.1.1 变电所的防雷设计原那么 . 497.1.2 变电所主要防雷设备 . 497.1.3 防雷设计根本经验 . 497.1.4 变电所的防雷设计 . 507.2 变电所的接地设计 . 527.2.1 设计原那么 . 537.2.2 简单接地设计 . 53致 谢 . 54参考文献 . 55 II山东科技大学信电学院毕业设计(论文) 1 绪 论井花沟矿是淮北矿业集团下属一个子矿，位于安徽省淮北市。其设计生产能力、入洗能力均达90万吨/年。矿井位于煤田东部，井田面积22.3平方公里，现在

6、局部设备正处于更新中，其属于厚砾石层覆盖区，比拟突出的采煤技术是单体支柱放顶煤开采，井深约在400米左右，由于其地下水丰富，该矿总共配有12台大型潜水泵，由于大型潜水泵的使用，其年耗电量大大增加。按其采煤量计算耗电总耗电时间是4000h/年。井花沟矿供电系统由三条35kv进线供电。其矿全矿负荷统计及相关数据1 山东科技大学信电学院毕业设计(论文)矿井年产量：110万吨 井筒深度： 0.4km，服 务 年 限：100年 该矿井为地下水丰富矿井。 矿区冻土带厚度为0.3km，变电所土质为粘土; 两回35kV架空电源线路长度： l1=l2=6km;两回上级35kV电源出线断路器过流保护动作时间：t1

7、=t2=3s; 本所35KV电源母线最大运行方式下的系统电抗:Xxmin=0.28 (Sj=100MVA);本所35KV电源母线最小行方式下的系统电抗:Xxmax=0.37 (Sj=100MVA);井下6KV母线上允许短路容量: Sdy=50MVA;电费收取方法：两部电价制，固定局部按最高负荷收费； 井下6KV电缆不含下井电缆总长度: Lca =20km 本所6KV母线上补偿后功率因数要求值：cosf6y=0.95q=42C m最热月室外最高气温月平均值：q=30C m最热月室内最高气温月平均值:最热月土壤最高气温月平均值: q=26C 2山东科技大学信电学院毕业设计(论文)2 负荷计算与变压

8、器选择2.1负荷分级与负荷曲线2.1.1 供电负荷分级及其对供电的要求根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备平安的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电。井花沟矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时如遥远地区允许由一回架空线路供电。三级负荷：不属于一级和二级负

9、荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。井花沟矿属于比拟重要的工业部门，其供配电采用三条进线，下设三个35kv的电力变压器，平常用一台主变，当地下水丰富的春夏季一般采用两台运行，一台备用。2.1.2 负荷曲线年最大负荷：就是指一年中典型日负荷曲线全年至少出现3次的最大工作班负荷曲线中的最大负荷，即30min， h 2-1式中Ap全年消耗的有功电能，kw.h 。而一般计算矿用最大负荷利用小时可以用公式近似计算：Tmax= 2-23山东科技大学信电学院毕业设计(论文)其中W既为矿井年产煤量万吨/年，井花沟矿年产量设计为90万吨，实际年产量106万吨。为两班制企

10、业，按公式2-2计算其年耗电量为4000小时左右。 2.2 矿井用电负荷计算2.2.1 设备容量确定将不同工作制的铭牌功率换算为统一的功率。电动机1长期工作制连续运转时间在2小时以上者的电动机，按电动机的额定容量。2短时工作制连续运转时间在10分钟至2小时范围 (2-3)e254山东科技大学信电学院毕业设计(论文)式中 Pn换算的额定容量，千瓦；Pe与某一暂载率相应的电动机铭牌功率，千瓦；ee与Pe相对应的暂载率；e25换算的暂载率，既25%。2.2.2 需用系数的含义以一组用电设备来分析需用系数Kd值的含义。设该组用电设备有n台电动机，其额定总容量为PNekw。那么当此用电设备组满载运行时需

11、从电网接用容量PPNe=Ne ； KW 2-4 式中 PNe用电设备从电网吸收容量，KW；h n台电动机的加权平均效率，h=PN1h1+PN2h2+.+PNnhnPi=1n 2-5 ni然而n台电动机同时运行的可能性很小。我们可以定义同时运行系数Ksi Ksi=在最大负荷期间投入运行的电动机的额定容量的总和全部电动机的总额定容量本次设计所需用席数按照参考质料均已记入表中2.2.3 需用系数法计算电力负荷在确定了容量后可以按需用系数法计算负荷1用电设备组计算负荷确实定用电设备组是由工艺性质相同、需用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，可以根据具体情况将用电设备分为假设干组，再分

12、别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为：Pca=KdPnS KWQca=PnStanf KVA5山东科技大学信电学院毕业设计(论文)22+Qca Sca=Pca KVAIca=Sca(Un)式中 A 26Pca、Qca、Sca该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；PnS该用电设备组的设备总额定容量，KWUn额定电压，Vtanf功率因数角的正切值Ica该用电设备组的计算负荷电流，AKd需用系数2多个用电设备组的计算负荷在配电干线上或矿井变电所低压母线上，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矿井变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同

13、时系数Ksi。具体计算公式如下：Pca=Ksi(KdiPnSi) i=1，2，3.mi=1mQca=Ksi(Ki=1mdiPnSitanfi)22+Qca Sca=PcaIca=Sca(Un) (2-7)式中Pca、Qca、Sca为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率计算负荷；Ksi同时系数m 为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数;Un该干线或低压母线上的额定电压，VIca该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，AKd需用系数Kd、tanfi、PnSi分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切值、总设备容量。根据要求及需用系数负荷计算公式，分别计算矿用负荷6山东科技大学

14、信电学院毕业设计(论文)1主井提升机(公式<2-6>)Pe=1400kw Kd=0.87 cos=0.84tan=tan(artcos)=0.64P10=KdPe=0.871400=1218kwQ10=P10tan=12180.64=779.52kva22+Q10S10=P10cos=P10 =1176/0.84=1450kvaI10=S10/3UN=1450kva/1.7326000=139.5a2) 副井提升机Pe=1000kw Kd=0.85 cos=0.82tan=tan(artcos)=0.6980P20=KdPe=0.851000=850kwQ20=P20tan=850

15、0.698=593kva22+Q20S20=P20cos=P20 =850/0.82=1036kvaI20=S20/UN=1036/1.7326000=99a3) 扇风机1Pe=800kw Kd=0.87 cos=0.82tan=tan(artcos)=0.6980P30=KdPe=0.87800=696kwQ30=P30tan=6960.698=485kva22+Q30S30=P30cos=P30 =696/0.82=848kvaI30=S30/UN=848/1.7326000=81a4) 扇风机2Pe=800kw Kd=0.87 cos=0.82tan=tan(artcos)=0.6980

16、P40=KdPe=0.87800=696kwQ40=P40tan=6960.698=485kva22+Q40S40=P40cos=P40 =696/0.82=848kvaI20=S20/UN=1060/1.7326000=81a7山东科技大学信电学院毕业设计(论文)5)压风机Pe=300kw Kd=0.86 cos=0.82 n=3SPe=3300=900kwtan=tan(artcos)=0.6980P50=KdPe=0.86900=774kwQ50=P50tan=7740.698=540kva22+Q50S50=P50cos=P50 =774/0.82=943kvaI50=S50/3UN=

17、943/1.7326000=90a6排水泵Pe=680kw Kd=0.86 cos=0.86 n=4SPe=4680=2720kwtan=tan(artcos)=0.5933P60=KdPe=0.862720=2339kwQ50=P60tan=23390.5933=1388kva22+Q60S60=P60cos=P60 =2399/0.86=2789kvaI60=S60/3UN=2789/1.7326000=268a这样井下6kv低压母线上不包括排水泵低压母线有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流如下：Pca=Ksi(KdiPnSi)1176850696696774=3538kwi=1mQca

18、=Ksi(KdiPnSitanfi)=779.52+593+485+485+540=2882kvai=122Sca=Pca+Qca=4563kva mIca=Sca(3Un)=4563/1.7326000439a同理可得380v线上各负荷的有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流以及表21380v线上的有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流： 8山东科技大学信电学院毕业设计(论文)mPca=Ksi(KdiPnSi)1026270336360912=2904kwi=1mQca=Ksi(KdiPnSitanfi)=716+243+270+270+731=2230kvai=122Sca=Pca+Qca

19、=3661kva这样可求得变电所变电所总的有功功率为11493KW，无功功率为8118KVar。考虑同时需用系数Ks，有功功率取0.8，无功功率取0.9，得：总的有功功率为9194KW，总的无功功率为7306 KVar。计算可得功率因数约为0.79，需用电容器补偿。2.3 功率因数的改变经计算全矿功率因数cos9194/11743=0.783<0.95假设功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。 需要电容器的容

20、量： QcPztg1tg2 (2-8) 式中 Qc补偿电容器的容量，单位：千乏Pz总有功功率， 单位：千瓦 tg1补偿前的功率因数， tg2补偿后的功率因数,cosj1=0.789cosj2=0.959山东科技大学信电学院毕业设计(论文)计算可知，tg10.776, tg2=0.329Qc9194(0.776-0.329)=4109选择GR-1C-08型电容柜，容量为270千法。需用电容柜的数量：N=4109270=15.2 取16个柜利用电力电容补偿容量为Qc270164320千法补偿后变电所总无功功率：Qz7306-4320=2986千法补偿后的功率因数：cos0.951 满足要求。由于煤

21、矿变电所6千伏供电采用单母线分段，电容器分别安装在一 、二，三段母线上。故每段补偿电容器容量1440千乏。分别安装5个电容柜。共计十六个电容柜。满足无功功率的补偿要求。2.4 主变压器的选择2.4.1 变电站主变压器容量确实定主变压器容量确实定1主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷开展。对于城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。2根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电站，当一台主变压器

22、停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。3同级电网的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。2.4.2 主变压器台数确实定(1)对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。(2)对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。(3)对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器根底宜按大于变压器容量的 10山东科技大学信电学院毕业设计(论文)12级设计，以便负荷开展时，更换变压器的容量。(4)针对井花沟矿地下水丰富的特殊原因，本矿采用三台主变，一般启用一台，两台备用，当地下

23、水丰富季节采用两台主变一台备用。2.4.3 主变压器损失计算补偿后的6千伏母线计算负荷即主变压器应输出的电力负荷，此时计算主变压器损失，在未选型之前可用2.2 负荷计算中的公式计算负荷按下式近似计算如下：DPT=0.02SSca=0.0211407=228kwDQT=0.08QZ=0.087281=582kvar变电所35千伏母线总负荷：PZ=PSca+DPT=9160+228=9388kWQZ=Qz+DQT=7281+582=7863kvar SZ=PZ+QZ=12245kVA 222.4.4 主变压器选型为了保证煤矿供电，主变压器应选用一主一备，在一台主变压器故障或者检修时，另一台变压器必

24、须保证煤矿的平安生产用电的原那么。根据?煤矿电工手册?取事故负荷保证系数Ksb=0.85那么每台变压器为：STKsbPZcosj=0.859388=8399kVA 0.95考虑到本矿区的开展情况，矿井不断延伸，负荷不断增加，选用SF710000/35型电力变压器两台，作为主变压器。SF-10000/35型电力变压器技术数据如下：表2.2 SF-10000/35型电力变压器技术数据 b=ST=2Sn8399=0.419 210000有功损耗：11山东科技大学信电学院毕业设计(论文) DPT=2P0+2b2DPk=213.6+253=133.2kW 无功损耗：DQT=2DQ0+2b2Qk I0%b

25、2Uk% =2100+100Sn=292.23kvar由以上计算，那么35千伏母线总负荷为： PZj=PSca+DPT=9160+133=9293kW QZj=Qz+DQT=7863+292.23=8155kvar SZj=PZ+QZ=12363kVA 222.5 全矿年电耗与吨煤电耗取最大有功负荷年利用小时数Tmax=4000小时，那么年电耗An为： An=PZjTmax=92934000=37172000度 那么吨煤电耗At为：At= An37172000=37.172 t100000012山东科技大学信电学院毕业设计(论文)3 供电系统确实定与短路计算3.1 短路电流的分类与计算目的短路

26、点的设置见图3.1，等值电路图见图3.2。图3.1 短路点的设置 13山东科技大学信电学院毕业设计(论文) 图3.2 等值电路图 14山东科技大学信电学院毕业设计(论文)3.1.1 短路的原因主要原因是电气设备载流局部绝缘所致。其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后未撤除地线就送电等误操作；鸟兽在裸露的载流局部上跨越以及风雪等现象也能引起短路。3.1.2 短路的种类在三相供电系统中可能发生的短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。第一种是对称短路，后两种是不对称短路。一切不对称短路在采用对称分量法后，都可以归纳为对称短路的计算。3.1.3 短路的危害发生短路时，由于系统中总阻抗

27、大大减小，因此短路电流可能到达很大的数值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能烧坏电气设备；短路点的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；假设在发电厂附近发生短路，还可能使全电力系统运行破裂，引起严重后果。不对称短路所造成的零序电流，会在邻近的通讯线路15山东科技大学信电学院毕业设计(论文)在短路计算中所遇到的电气量有功率、电压、电流和电抗等四个量。某一电气量的标么值就是它的实际值有名值与一个预先选定的同单位的基准值的比值。下面我们就要标么值法进行短路电流的计算。3.2 短路电流计算本矿井主井提升机，副井提升机、压风机及扇风机总容量超过定值800kW

28、及以上，且距6kV母线距离很近，计算K2点6.3kV短路参数时考虑附加电源，计算K4点短路参数时考虑主提升机的影响，其它短路点不考虑附加电源。3.2.1 计算各元件的电抗标幺值选取基准容量：Sd100MVA选取短路点所在母线的平均电压为基准电压，即：计算K1点，选取Ud37kV，Id1=10037=1.56kA1006.3计算K2点及其其它短路点时，选取Ud6.3kV，Id2=9.16kA37kV母线最大运行方式时系统阻抗xsmin0.28，小运行方式时系统阻抗为ssmax0.37。 主变压器：x2=x3=电缆线路： x5=xLLUk%Sd7.43100=0.92875 100ST(N)100

29、8Sd100=0.080.25=0.0504 22Ud6.3Sd100=0.082.2=0.443 2Ud6.32Sd100=0.080.4=0.084 22Ud6.3x6=xLL x7=xLLx8=xLLSd100=0.080.4=0.084 2Ud6.3216山东科技大学信电学院毕业设计(论文) x9=xLLSd100=0.080.30=0.0606 22Ud6.3Sd100=0.082.4=0.483 22Ud6.3Sd100=0.080.5=0.1007 22Ud6.3Sd100=0.080.2=0.0464 22Ud6.3Sd100=0.080.5=0.1008 22Ud6.3Sd1

30、00=0.080.8=0.1612 2Ud6.32 x10=xLL x11=xLL x12=xLL x13=xLL x14=xLL架空线路： x4=xLLSd100=0.042.5=0.251 22Ud6.3Sd100=0.44.00=4.0312 22Ud6.3x15=xLL3.2.2 短路电流计算K1点短路：1最大运行方式：x*min=0.28 *1=I0.2=I=IKId1= IK11x*Id1 min=11.56=5.571kA 0.281=S0.2=S= SK1x*Sd min=1100=357MVA 0.2817山东科技大学信电学院毕业设计(论文)1=2.555.571=14.2k

31、A ish1=2.55IK1=1.525.571=8.46kA Ish1=1.52IK2最小运行方式：x*max=0.37 1= IK1x*maxId1=11.56=4.21kA 0.37(2)1=0.8664.21=3.65kA IK=0.866IK1K2点短路1最大运行方式：x*min=X1+X3=0.27+0.92875=1.1985 2=I0.2=I= IK1x*Id2 min=19.16=7.64kA 1.19852=S0.2=S=SK1x*Sd min1100=83.43MVA 1.19852最小运行方式： =x*max=X1+X3=0.37+0.92875=1.298 2=IK1

32、x*maxId2=19.16=7.05kA 1.298(2)2=0.8667.05=6.11kA IK=0.866IK2K15点短路：1最大运行方式：x*min=X1+X3=0.28+0.92875=1.208 15=I0.2=I= IK1x*Id2min18山东科技大学信电学院毕业设计(论文) =19.16=7.58kA 1.20815=S0.2=S= SK1x*Sd min=.208100=82.78MVA15=2.557.58=19.32kA ish15=2.55IK15=1.527.58=11.52kA Ish15=1.52IK2最小运行方式：x*max=0.37+0.92875=1.298 2= IK1x*maxId2=19.16=7.05 kA 1.298(2)2=0.8667.05=6.1kA IK=0.866IK2K3点短路：1最大运行方式：(下井电缆两并行运行) x*min=X1+X3+X42 =0.37+0.92875+0.2=1.4245 3=I0.2=I= IK1x*minId2 =19.16=6.43kA 1