煤矿35kv变电站供电设计_毕业设计论文

煤矿35KV变电站供电设计_毕业设计论文毕业设计论文煤矿35KV变电站传电设计摘要本文详细介绍了某矿35KV变电所的设计。文中对主接线的选择、高压设备的选择、负荷计算、短路电流计算,各种继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。依据供电规则,着重解决了负荷统计、变电所主结线方案的选择、进出线的选择、变电所所址的选择、主变压器的台数和容量的选择、短路计算及开关设备的选择、防雷保护与接地装置的设计等问题,并结合地区的供电规则和工程实际情况选择出最合适的方案及参数、各种设备型号及容量。其中还对变电所的主接线,平面布置等通过CAD制图直观的展现出来。本次设计的内容紧密结合实际,通过查找大量相关资料,设计出符合当前要求的变电所。设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护外,还采用微机保护,通过电力监控综合自动化系统,可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行情况,直接对设备进行操作,及时了解故障情况,并迅速进行处理,达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以做到与其他自动化系统互换数据,充分发挥整体优势,进行全系统的信息综合管理。在本次设计中,得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助,在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。关键词负荷计算电气主接线设计短路电流计算防雷ABSTRACTTHISPAPERDESCRIBESTHE35KVOFAMINEDOWNTHESUBSTATIONDESIGNINTHEMAINCONNECTIONOFCHOICE,THECHOICEOFHIGHVOLTAGEEQUIPMENT,LOADCALCULATION,SHORTCIRCUITCURRENTBASIS,THEPROTECTIONOFVARIOUSOPTIONSANDSETTINGCALCULATIONTHEREAREDETAILEDINSTRUCTIONSINPARTICULARTHECHOICEOFTHEMAINCABLE,TRANSFORMERSCHOICE,THEREARESOMEELECTRICALEQUIPMENTSUCHASCIRCUITBREAKERS,CURRENTTRANSFORMERS,HIGHVOLTAGETRANSFORMER,ANDSOTHECHOICEOFCHECKINGADETAILEDDESCRIPTIONANDANALYSISRULESBASEDONPOWERSUPPLY,FOCUSONRESOLVINGALOADSTATISTICS,THEMAINLINEFORSELECTION,CHOICE,THECHOICEOFTHESITEBYTHESUBSTATION,THEMAINCAPACITYANDTHENUMBEROFTAIWANSCHOICE,SHORTCIRCUITCALCULATIONANDTHECHOICEOFSWITCHINGEQUIPMENT,RELAYANDTHECHOICEOFSETTING,LIGHTNINGPROTECTIONANDGROUNDINGEQUIPMENTDESIGNANDOTHERISSUES,COMBINEDWITHTHEPOWEROFTHEACTUALSITUATIONOFRULESANDCHOOSETHEMOSTAPPROPRIATESOLUTIONSANDVARIOUSMODELSANDEQUIPMENTCAPACITYITALSOSUBSTATIONONTHEMAINWIRING,LAYOUT,ADJACENTTOTHEHIGHNUMBEROFLOWVOLTAGEPROTECTIONDEVICES,SUCHASTHROUGHTHECADDRAWINGINTUITIVESHOWNTHEDESIGNOFTHECONTENTINCLOSECONNECTIONWITHREALITY,THELARGENUMBEROFRELEVANTINFORMATIONBYLOOKINGDESIGNWITHTHECURRENTREQUIREMENTSOFTHESUBSTATIONINADDITIONTOTHEDESIGNOFANUMBEROFFIXEDFORMOFPROTECTIONANDTHEPROTECTIONOFCONVENTIONAL,BUTALSOAMICROPROCESSORBASEDPROTECTION,POWERMONITORINGTHROUGHINTEGRATEDAUTOMATIONSYSTEMWILLENABLETHESTAFFONDUTYWITHINTHESUBSTATIONORTHEDISPATCHCENTERSTAFFMAKETHEBESTOFTHEOPERATIONOFSUBSTATIONS,DIRECTLYTOTHEEQUIPMENTOPERATE,FAILURETOUNDERSTANDTHESITUATIONTIMELYANDSPEEDYPROCESSING,POWERSUPPLYSYSTEMTOTHEMANAGEMENTOFSCIENTIFIC,STANDARDIZED,ANDALSOCANBEDONEWITHTHEOTHERAUTOMATEDDATAEXCHANGESYSTEM,GIVEFULLPLAYTOTHEADVANTAGEOFASYSTEMWIDEINFORMATIONMANAGEMENTINTHISDESIGN,BYTHESCHOOLTEACHERSANDSTUDENTSFORTHEIRPATIENCEANDGUIDANCETOHELPALOTINTHISFORTHEMTOEXPRESSMYSINCEREGRATITUDEANDHIGHESTRESPECTKEYWORDSLOADCALCULATIONMAINELECTRICWIRINGDESIGNSHORTCIRCUITCURRENTCALCULATIONMINERELAY前言毕业设计主要考察了我们四年来对理论知识的掌握程度,以及对专业技术的实际应用能力。通过作毕业设计,可以很好地衡量我们独立思考、认真分析、理论应用以及现场实际操作能力。本设计是为煤矿35KV供电系统而进行的设计,目的是建立35KV变电所,为煤矿提供可靠的用电。整个设计包括了35KV变电所设计的所有内容。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09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。通过以上的设计,基本构成了煤矿35KV变电所的设计,满足了生产和生活的需要,达到了安全用电的要求,同时兼顾了可行性、经济性的原则。一些具体的数据分析和计算方法,在本设计中也会给出详细的说明,为今后的变电站设计也提供了一定的依据。根据这些数据而选用的电气设备也具有参考的价值。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,恳请各位老师能够批评指正。目录摘要IABSTRACTII前言III1概述111本矿概况112电源113基本地质气象资料114矿井负荷统计表12负荷计算及无功补偿计算321负荷计算的目的和意义322需用系数法3221单一用电设备供电时的计算负荷3222用电设备的计算负荷3223总计算负荷423负荷统计与计算424选择变压器并计算损耗525计算6KV母线总负荷及全矿负荷826主变压器的选择927功率因数的补偿及电容器柜的选择11271功率因数补偿11272无功功率补偿计算12273全矿电耗的计算133短路电流计算1431绘制短路电流计算系统图1432算出井下电缆的根数1533计算各短路点的短路电流1534限流电抗器的选择与校检17341电抗器的选择17342电抗器的校检18343加电抗器后井下中央变电所点短路参数计算194变电所主接线方式的选择及设备选择204135KV主接线系统的确定204235KV系统设备的选择21421断路器的选择21422隔离开关的选择22423电压互感器的选择22424避雷器的选择23425跌落式熔断器选择23436KV系统的确定及配电箱型号的选择23431进线柜的选择23432联络柜的选择2444进出线的选择2744135KV母线的选择274426KV室外母线的选择274436KV室内母线的选择2745高压电缆型号及截面的选择28451主井提升机电缆选择284526KV出线高压电缆的选择及校检表2946母线瓷瓶及穿墙套管的选择3146135KV室外母线瓷瓶314626KV母线支持绝缘子的选择31463穿墙套管的选择314735KV室外构架的选择32471母线构架32472支架325二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定335135KV进出线与联络开关继电保护方案的选择3352变压器保护34521变压器BCH2型差动保护的整定计算34522变压器过流保护36523变压器的过负荷保护37536KV配出线路的继电保护37531主井提升机电缆线路的保护37532副井提升机电缆线路的保护38533压气机电缆线路的保护38534东风井电缆出线的架空线保护39535西风井电缆出线的架空线保护39536洗煤厂电缆线路的保护40537机修厂电缆线路的保护41538铁路煤仓和矸石山电缆线路保护41539坑木加工厂电缆线路的保护425310地面低压动力及照明的继电保护425311下井电缆线路的保护435312电力电容器保护445313联络开关的继电保护446变电所的防雷与接地4561变配电所的防雷设计4562接地装置的设计及计算45621保护接地方案设计45622保护接地装置计算457变电所的室外布置4871间隔的配置4872配电装置的布置形式4873具体布置48731屋外配电装置各元件的布置原则48732屋内配电装置各元件的布置原则48733设置电抗器室和电容器室48734主控制室布置488结论49致谢50参考文献511概述11本矿概况1本矿为年产量120万吨,服务年限75年的矿井2井筒深度为400M,主副两井距离为80M3开拓方式中央竖井,立井开拓4瓦斯等级轻沼气矿12电源1供电电压等级35KV2离矿井地面变电所的距离4KM3系统电抗最大运行方式016最小运行方式0424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。13基本地质气象资料1日最高温度372冻土层厚度08M3主导风向西北4最大风速4M/S5地震烈度6度14矿井负荷统计表表11电力负荷统计及计算编号设备名称电动机型安装台数/工作台数设备容量KW需用系数KX功率因数COSTAN计算容量安装容量工作容量有功功率KW无功功率KVAR视在功率KVA一地面高压1主井提升机绕1/114801480084085062124327708146262副井提升机绕1/1985985084085062827451397343压气机同5/32250135005709503312825594141344东风井同2/1160080004909204267843368535西风井同2/1200010000480950339604301052二地面低压1洗煤厂1050105007908406468295535998752机修厂450450056075088225222233363铁路煤仓6006000750760855450384859214矸石山150150085082069612758915555坑木加工厂250250080830672001342416工人村5605600750820698420293251227支农4504500820840646369238443938地面低压及照明12501250086083067210757224129529东西风井低压侧7575082085062615381724三井下负荷1主排水泵鼠7/45600320005308705672968168334122东翼一采区850850062063123527648283653东翼二采区9809800630651176174722494984西翼一采区100010000630641263075698445西翼二采区80080006406511751259978776井底车场290290084085062243615128662负荷计算及无功补偿计算21负荷计算的目的和意义负荷计算是指矿区总体供电规划中对矿区各种企业用户总负荷的概略计算。通过计算得到的变电所负荷容量或电流是确定供电系统、选择变压器容量、选择电气设备、导线截面和依表量程的依据,也是继电保护整定的重要数据。22需用系数法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。221单一用电设备供电时的计算负荷21其中负荷系数用电设备的实际负荷用电设备的额定负荷用电设备实际负荷时的效率线路的效率,一般取0909S单一负荷的需用系数22用电设备的功率因数角。222用电设备的计算负荷23其中成组负荷的需用系数该组设备的同时系数该组设备的负荷系数该组设备的加权平均效率该组设备的加权平均功率因数。223总计算负荷因各用电设备组的最大负荷常常不是在同一时刻需要,所以,计算总的计算负荷时,应该将各用电设备组计算负荷之和再乘以组间的最大负荷同时系数。一般地,组数越多,越小。2423负荷统计与计算1用电设备分组,由表11确定各组用电设备的总额定容量。2由表11查出各用电设备组的需要系数和功率因数,根据公式21计算出各用电设备组的计算负荷。3对主提升机084,085,062则有功功率P148008412432KW无功功率QPTAN124320627708KVAR视在功率SP/COS12432/08514626KVA4压气机其电机为同步电机对于同步电机,Q的数值应为同步电动机的补偿能力估算值。同步电动机的补偿能力百分数可查到查曲线。P225005712825KW压风机的负荷率需用系数/同时系数057/06095查表044KVARS14134KVA同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷,结果记入表11全矿电力负荷计算负荷表中。注主扇风机、压风机等功率因数超前,表示其无功电流为容性,即提供无功功率,起无功补偿作用,它们的计算无功功率为负值。24选择变压器并计算损耗选出地面低压及井底车场各负荷的变压器,并计算变压器的有功及无功损耗并折算到6KV侧容量。1有功损耗23无功损耗式中变压器的负荷率,变压器计算负荷,KVA变压器额定容量,KVA变压器空载有功损耗,KW变压器满载有功损耗,KW变压器空载无功损耗,KVAR,变压器空载电流占额定电流的百分数变压器满载无功损耗,KVAR,变压器阻抗电压占额定电压的百分数、均可由变压器产品样本中查的。2洗煤厂9875KVA二类负荷选两台S1000/10型电力变压器,采用分裂运行方式。本设计中,凡是二类负荷所选的两台低压变压器均采用分裂运行方式,而不是采用一台运行、一台备用方式。因为单台运行则存在功耗增加、效率大大降低等缺点,故本设计中均不采用后一种运行方式。额定容量1000KVA空载损耗18KW短路损耗116KW空载电流25阻抗电压45有功损耗222182116365793KW25100025KVAR45100045KVAR无功损耗22225245719KVAR折算到6KV侧P8295938388KWQ53597196078KVARS10359KVA同样方法可计算其他变压器折算到6KV侧容量并填入表21中,电动机型号填入表22。表216KV母线统计负荷计算表编号设备名称电动机型安装台数/工作台数设备容量KW需用系数KX功率因数计算容量安装容量工作容量有功功率KW无功功率KVAR视在功率KVA一地面高压1主井提升机绕1/114801480084085062124327708146262副井提升机绕1/1985985084085062827451397343压气机同5/32250135005709503312825594141344东风井同2/1160080004909204267843368535西风井同2/1200010000480950339604301052二地面低压1洗煤厂10501050079084064683886078103592机修厂450450056075088225726443563铁路煤仓60060007507608554562435163044矸石山1501500850820696130610061655坑木加工厂250250080830672044151325436工人村56056007508206984389330954977支农45045008208406463754269846238地面低压及照明125012500860830672108688151135859东西风井低压侧7575082085062615381724三井下负荷1主排水泵鼠7/45600320005308705672968168334122东翼一采区850850062063123527648283653东翼二采区9809800630651176174722494984西翼一采区100010000630641263075698445西翼二采区80080006406511751259978776井底车场29029008408506224819723168全矿高压负荷统计2274517645067208871451067563163633全矿计算负荷227451764506208871305956806714724主变压器损耗756901904235KV母线总计算负荷086205871313517707715230表226KV电动机型号汇总表编号设备电动机型号台数安装容量KVA空载损耗KW短路损耗KW空载电流阻抗电压备注1洗煤厂S1000/1021050181162545二类分裂2机修厂S400/10140009258324三类3铁路煤仓S630/1026308181345二类4矸石山S160/101160046285354二类5坑木加工厂S250/1012500644324三类6工人村S630/1016301381345三类7支农S500/10150010869324三类8地面低压及照明S1250/1021250221382545二类9东西风井低压侧忽略不计10井底车场KSGB23151723654二类隔爆干式25计算6KV母线总负荷及全矿负荷16KV母线总负荷由公式24得有功负荷P1243282741282578496083882574562130620444389375410868261529685276174630512248145106KW无功负荷Q770851359433643060782464435110061513330926988151238116836482722475659919727563KVAR视在功率163633KVA2全矿计算负荷各乘以组间最大负荷同时系数总有功功率14510609130595KW总无功功率75630968067KVAR总视在功率14727KVA全矿自然功率因数COS/130595变压器的选择全矿自然功率因数为0887,达不到09,先按功率因数为09初选主变压器如按功率因数为09计,总容量应为P/09130595/09145106KVA全矿非生产用电三类负荷为P257204443893754615213987KW以上数据均为表21中机修厂坑木加工厂工人村支农东西风井低压侧数据P/0913987/0915541KVA由以上计算数据可看出若选容量为12500KVA的主变压器,单独供电可基本满足原煤生产用电。故选两台S12500/35型变压器12500KVA135KW70KW175,按分裂方式运行。S系列1035千伏级电力变压器具有耗损低体积小重量轻节约能量节省运行费用等优点,它是目前我国中小型电力变压器较先进的产品,故本设计均选用S系列变压器。变压器的有功电力损耗为22756KW112500125KVAR75125009375KVAR变压器的无功电力损耗为212529375901KVAR我们知道,变压器当负荷在5070时效率最高,当两台同时运行时,负荷率为变压器的最高效率为根据所选的变压器/135/700192904392压器运行在0522时效率较高,如选用一台运行一台备用如选容量过大,则损耗增加效率降低。我国实行两部电价收费,按设计任务书给出的条件,其固定部分按最高负荷收费每千瓦6元。既使按最高负荷的额定最高负荷计,则收130595678357元,如固定部分按变压器容量收费,则同时运行时按每KVA收4元计,则收1250024100000元。可见实行固定部分按最高负荷收费办法,则两台同时运行比较合理。变电所35KV母线总计算负荷为有功负荷130595756131351KW无功负荷6806790177077KVAR视在功率15230KVA35KV母线自然功率因数为COS/131351/152300862TAN058727功率因数的补偿及电容器柜的选择271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,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,当不变,则,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。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,本变电所也采用了该方法。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,从而减小负载向电圈吸取的无功功率,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“”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。“”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。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。KVAR。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KVAR。上式表明,具有相同电容器容量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。272无功功率补偿计算KVAR211其中平均负荷系数,一般取0708全矿有功功率计算负荷补偿前功率因数角补偿后功率因数角在此是按全矿年均负荷计算补偿电容量。过去也有采用全矿最大负荷进行计计算的。如果时,将出现过补偿现象。所以为了节约投资,避免所选电容器过多,并取得较好的补偿效果,按平均负荷计算是合适的。补偿前TAN0587补偿后COS09,TAN0484用公式计算所需补偿的无功功率075131351058704841015KVAR选用GR1Y01型电容器柜四台单台电容器容量为270KVARGR1Y09型电容柜二台为测量及放电柜GR1Y01型电容器柜内装有BW63181型电容器15个熔断器15个。GR1Y型电容器柜为抑制高次谐波电抗器型,即带有串联电抗器的电容器柜,它的主要性能是当线路中同时存在各种不同频率的高次谐波电流时能有效抑制这些谐波的电流总值,使其不超过电容器的允许值,避免电容器因过流而产生“鼓肚现象”。当电容器组合闸时,可限制合闸冲击涌流不超过电容器组额定电流的5倍。由于串联电抗器的阻抗值与电容器组的阻抗值之比为6,因此,当网络存在5次以上谐波时,可使网络的总组抗始终保持感性,这样就能有效地防止网络产生并联谐振。另外,GR1Y01型电容器柜由于电抗器装在测量柜内,因此必须增选09或10号方案柜。这样,电容器柜补偿的总无功功率为1080KVAR,经过电容器补偿后,全矿的总无功功率为770771080/07562677KVAR视在功率145539KVA功率因数为COS131351/1455390903273全矿电耗的计算当COS0903时,取最大负荷利用小时数3500,取变压器年运行时间T8760小时,查与最大负荷损耗小时数的关系曲线,查得2100则变压器电耗为WT336481全矿电耗6千伏总350035千伏变压器电耗130595350033648146044731得全矿吨煤电耗全矿电耗/矿年产量吨46044731/1800000256度/吨3短路电流计算31绘制短路电流计算系统图短路电流计算系统图如图31所示图31短路电流计算系统图32算出井下电缆的根数井下负荷P55024KWQ46058KVARS71756KVACOS0767井下总负荷电流S/U7175/6690A轻沼气矿井下电缆根数井下电流/400127若选3根,则正常情况下,两段母线6KV上负荷分配不均匀,影响供电质量,增加损耗,故选4根,2根备用33计算各短路点的短路电流35KV母线,6KV母线,变电所短路电流计算,电路图如图32图32变电所电路图设100MVA37KV63KV63KV得156KA916KA916KA已知016,042架空线电抗044100/0117变压器电抗8100/125064电缆电抗L008054100/0109最大运行方式下35KV母线处点的短路电流为361156563KA2555631436KA361100361MVA6KV母线处点短路电流为1/0160117064109109916998KA255998255KA109100109MVA井下中央变电所处知短路容量为1/0109/20160117064103100103103MVA超过50MVA在最小运行方式下35KV母线处点的短路电流为1/042011718618615629KA086629251KA6KV母线处点短路电流为1/0420117064085085916778KA0866778674KA其余均按上述方法计算后列入表31中表31各短路点的短路参数及各回路最大长时工作电流最大运行方式最小运行方式最大长时工作电流AKAKAMVAKAKA563143636129251251299825510977867412028433110447238533469094724151034747647140730276932927824155990923299268589764164421791571369978822259637066113433027693292782410129239837176224520351722119216612039712481067665893790923299272262513634限流电抗器的选择与校检341电抗器的选择因未加电抗器前井下中央变电所母线短路容量最大运行方式为103MVA,大于50MVA,故需安装限流电抗器。系统电抗值为016011706401091026将短路容量限制在50MVA时系统电抗值为/100/502因两条井下电缆为并联运行,故应串入的电抗值为22210261948井下总负荷电流为690A,两根电缆同时工作,每根负荷34