毕业设计(论文)-某煤矿供配电系统的设计

河北理工大学信息学院 摘要 摘要随着国民经济水平的提高，煤矿产业发展壮大，电作为当今煤矿生产的主要能源，随着煤矿产业的不断增加，对煤矿供配电系统的要求也随之增加。35kV变电所是煤矿供电系统的重要组成部分，它给全矿提供了电力保障。因此煤矿供配电系统对经济效益的提高具有十分重要的意义。此毕业设计论文是关于某煤矿供配电系统的设计。设计的内容主要包括负荷计算、变压器的选择及短路计算、电气设备的选择以及防雷接地保护等。用需要系数法对负荷统计的结果进行负荷计算和无功补偿。通过负荷计算来确定此煤矿供配电系统变电所变压器的容量、台数以及型号。利用标幺值法对供配电系统进行短路电流的计算，给电气设备的选择和校验提供有力数据。根据此供配电系统的特点，来制定变电所的主接线方式、运行方式。由于电气设备可能产生漏电现象，变电所受到雷击，因此需要对变电所进行防雷接地的设计。通过对负荷计算、短路电流的计算、变压器的选择以及防雷接地保护的确定，提高了设计的可靠性，组合更加灵活，功能更加完善，降低功率损耗，有效保证矿区供电安全、稳定、高效的运行。关键词：负荷计算；无功补偿；变压器；防雷接地AbstractAbstractAbstractWiththeimprovementofthelevelofthenationaleconomy,coalindustrydevelopmentandgrowth,today'selectricenergyasthemaincoalproduction,withtheincreaseofcoalminingindustry,coalminepowersupplysystemrequirementshaveincreased.35kVsubstationisanimportantpartofcoalminepowersystemthatprovideselectricitytothewholemineprotection.Coalsupplyanddistributionsystemthereforehasgreatsignificanceinimprovingeconomicefficiency.Thisgraduationthesisonthesupplyanddistributionsysteminacoalminedesign.Designedmainlyincludeloadcalculation,selectionandtransformershortcircuitcalculation,selectionofelectricalequipmentandlightningprotectionandgroundingprotection.Withthedesiredloadfactormethodofstatisticalcalculationresultsofloadandreactivepowercompensation.Coalsupplytodeterminethecapacityofthetransformersubstationanddistributionsystem,aswellasthenumberofunitsbytheloadcalculationmodel.Theuseofunitvaluemethodtocalculatethedistributionsystemshort-circuitcurrent,totheselectionandverificationofelectricalequipmenttoprovidestrongdata.Accordingtothissupplytodistributionsystem,todevelopthemainsubstationwiring,operationmode.Sincetheelectricalequipmentmayproduceleakage,substationstruckbylightning,andthereforeneedtoconductminesubstationgroundingdesign.Throughtheloadcalculation,calculationofshort-circuitcurrent,thetransformerandlightningprotectiongroundingdeterminedtoimprovethereliabilityofthedesign,acombinationofmoreflexible,moreperfect,reducepowerconsumption,effectivelyguaranteethesafetyofminesupply,stableandefficientrun.KeywordsLoadCalculation；Reactivepowercompensation；ComputerProtection；Lightningprotectionandgrounding 目录 目录 目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 ②按长时允许电流校验电缆截面本所环境温度为43℃，故环境温度为43满足条件。③稳定性校验最大三相稳态短路电流为，，电缆最小热稳定截面为：不满足条件。故选用MYJV22-6/10-3×120型交联聚乙烯绝缘阻燃铜芯电缆，最高允许工作温度为80℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为满足条件。也满足要求。④按正常工作电压损失校验电缆截面已知电缆长度为1000m，,A=120mm2，故电压损失为：电压损失百分数为：满足要求。（2）材料斜井绞车线路（电缆）①按经济电流密度选择导线截面负荷电流为：取小时，。电缆经济截面为：故选用MYJV22-6/10-3×25型交联聚乙烯绝缘阻燃铜芯电缆，最高允许工作温度为80℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为②按长时允许电流校验导线截面本所环境温度为43℃，故环境温度为43，满足要求。③稳定校验最大三相稳态短路电流为，主保护为速断保护，，电缆最小热稳定截面为：不满足要求。故选用MYJV22-6/10-3×120型交联聚乙烯绝缘阻燃铜芯电缆，最高允许工作温度为80℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为，满足要求。也满足要求。④按正常工作电压损失校验电缆截面已知电缆长度为700m，,A=120mm2，故电压损失为：式中——电缆工作电流；rcu——导线导电率；A——导线截面面积。电压损失百分数为：满足要求。其它10kV出线电缆，同样按经济电流密度选取截面，按电压损失和热稳定校验。结果如表7-2所示。表7-2电缆选型结果汇总名称型号下井电缆MYJV22-6/10-3×120260.82177.97100.7512038.060.38材料斜井绞车MYJV22-6/10-3×120260.8221.65102.511203.240.03某A风井压风机MYJV22-6/10-3×120260.8214.26103.501201.680.02皇后风井压风机MYJV22-6/10-3×120260.8214.26103.501202.130.02主斜井皮带MYJV22-6/10-3×120260.8236.82102.511205.510.062.10kV侧各出线架空线的选型与校验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，并进行电压损失校验1#瓦斯抽放泵：①按经济电流密度选择导线截面负荷电流为：取小时，。导线经济截面为：选用LGJ-16型钢芯铝绞线，最高允许工作温度为70℃，在环境温度为25℃时长时允许载流量为②按长时允许电流校验导线截面本所环境温度为43℃，故环境温度为43，满足要求。③电压损失校验导线截面取几何间距为1.5m，LGJ-16型钢芯铝绞线的单位长度电阻r0=1.926Ω/km，电抗为x0=0.412Ω/km。则电压损失为：电压损失百分数为：满足要求。④按机械强度校验由表7-1查得10kV非居民区最小允许截面为16mm2，故所选的LGJ-16型钢芯铝绞线符合规定。其余架空线选型方法与上述过程类似，结果如表7-3所示。表7-3架空线选型结果汇总表名称型号1#瓦斯抽放泵LGJ-1681.3311.8613.181645.840.462#瓦斯抽放泵LGJ-50170.4143.1147.9050166.671.67皇后风井主扇风机LGJ-95259.4994.7782.3995334.753.34回风斜井主扇风机LGJ-50151.3314.2615.845064.120.64第8章变电所的防雷与接地第8章.变电所的防雷与接地8.1变电所防雷在电气线路或电气设备上出线的超过正常工作电压要求的电压，称为过电压。它可分为内部过电压和雷电过电压。根据运行经验表明：内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的3-4倍。因此对电力系统和电气设备绝缘的威胁不是很大。而雷电过电压又称为大气过电压，也叫外部过电压，它是由于电力系统中的设备，线路和建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达一亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统危害极大，必须加以防护。雷电过电压有两种基本形式：直击雷和间接雷击。还有一种就是沿着架空线路或金属管道侵入变电所或其他建筑物。这种雷电过电压称为雷电波侵入。这三种雷电过电压中对供电系统危害最大的是雷电波侵入。8.1.1常用的防雷保护装置接闪器是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，又称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。1.避雷针：它的功能实质上是引雷作用，所以避雷针的实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物等。避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。现行国家标准GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》则规定采用IEC推荐的“滚球法”来确定。2.避雷线：它一般采用不小于25mm23.避雷器：它是防护雷电波侵入对电气设备产生危害的保护装置。避雷器的放电电压低于所有被保护设备的正常耐压值。由于它具有良好的接地，故雷电波侵入时，避雷器首先被击穿并对地放电，从而使其他电气设备受到保护。当过电压消失后，避雷器又能自动恢复到起始状态。避雷器分为火花间隙、管型避雷器和阀型避雷器。8.1.2变电所的防雷措施（1）装设避雷针：室外配电装置应装设避雷针来防护直击雷。如果变配电所处在附近更高的建筑物上的防雷设施的保护范围之内或变电所本身为车间内型，则不再考虑直击雷的防护。独立的避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤地区，其工频接地电阻Re≤10Ω。独立的避雷针及其引下线与变电所装置在空气中的水平间距不得小于5m。独立避雷针的接地装置与变配电所主接地电网分开时，则它们在地中的水平间距不得小于3m。这些规定都是为了防止雷电过电压对变电所电气设备进行反击闪络。（2）装设避雷线:在变电所的进线段杆塔上装设一段1.5km的避雷线，使感应过电压产生在1.5km以外，侵入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和波陡度均下降，使雷电流能限制在5kA，避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置产生危害。（3）装设避雷器：用来防止雷电侵入波对变电所电气装置特别是对主变压器的危害。为了减少变压器所受过电压幅值，阀型避雷器应尽量安装在电气距离靠近主变压器的地方。如果进线是具有一段引入电缆的架空线，则架空线路终端装设的避雷器应与电缆头处的金属外皮相连并且一同埋地。每组高压母线上均应装设阀型避雷器。对于3-10kV配电变压器低压中性点不接地时，应在中性点装设击穿保险器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及金属外壳一同接地。8.2变电所接地变电所的接地装置直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。若接地装置设计考虑不全面、测试不准确，将会导致多起事故，不仅烧毁一次设备，甚至还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，因此接地装置对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。电气设备的某部分与大地之间作良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。电气设备接地部分与接地体相连接的金属导体称为接地线。接地体与接地线的组合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体称为接地网。8.2.1接地的要求（1）所有的电气设备，应装设接地装置，且电气设备外壳接地，来保障人身安全。（2）设置一个总的接地装置，来将各种电气设备接地。（3）当接地装置有困难时，允许用绝缘台来维护电气设备，但应防止同时和电气设备的不接地部分及地有连接的建筑物相接触。（4）电气设备的人工接地体应尽可能的使电气设备所在地点附近对地电压分配均匀。（5）设计接地装置时，应考虑到一年四季中，均能保证接地电阻的要求值。8.2.2接地的种类（1）工作接地：为了保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地称为工作接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。当配电网单相故障接地时，工作接地也有抑制电压升高的作用。如没有工作接地，发生单相接地故障时，中性点对地电压可上升到接近相电压，另两相对地电压可上升到接近线电压。（2）保护接地：将在故障情况下可能呈现危险的对地电压的设备外露可导电部分进行接地称为保护接地。接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。（3）重复接地：将零线上的一处或多处通过接地装置与大地再次连接，称重复接地。零线重复接地能够缩短故障持续时间，降低零线上的压降损耗，减轻相、零线反接的危险性。在保护零线发生断路后，当电器设备的绝缘损坏或相线碰壳时，零线重复接地还能降低故障电器设备的对地电压，减小发生触电事故的危险性。因此零线重复接地在供电网络中具有相当重要的作用，而这一作用却往往被人们忽视了。8.2.3回路式接地装置变电所中通常用扁钢将若干接地体连接成一个整体构成接地网。接地网的布置形式有外引式和回路式。外引式将接地体引出户外某处集中埋于地下，该方式安装方便，且较经济，但接地体附近地面电位分布不均，跨步电压较大，变电所内接触电压较大；另外，接地网的连线可靠性也较差。因此，变电所中常采用回路式接地装置，回路式是将接地体围绕设备或建筑物四周打入地中，它使地面电位分布均匀，减小跨步电压，同时抬高了地面电位，减小了接触电压，安全性好，连接可靠。本设计中变电所保护接地采用回路式接地装置，回路式接地装置的布置见图8-1。图8-1回路式接地装置的布置结论结论本设计根据变电所的设计原则，围绕煤矿供配电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工作：（1）针对矿井负荷的用电需求情况，用需要系数法进行了负荷计算。据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。最终无功补偿后的功率因数是0.96，主变压器选择的型号为S11-12500/35。（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：35kV侧采用全桥接线的主接线方式,10kV侧的母线采用单母分段的主接线方式。（3）用标幺值法对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择和校验提供了数据。（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选择，并按短路条件对它们进行动稳定和热稳定等方面的校验。最终35kV侧选用JYN2-40.5（F）型金属封闭型移开式高压开关柜，10kV侧选用JYN2-12型间隔移开式交流金属封闭型高压开关柜。（5）为了保障在供电系统发生故障时，能够迅速、可靠、有选择地将故障设备从系统中切除，对变电所进行了继电保护设计。最终变电所35kV电源进线侧选用时限电流速断和定时限过流保护，10kV侧各主要馈电线路的继电保护均选用三段式电流保护，主变压器采用瓦斯保护、过流保护和差动保护相配合的方式。（6）防雷和接地保护是变电所保护中的重要保护。本设计采用了在35kV电源进线路上装设1.5km的避雷线，在35kV母线上安装阀型避雷器进行防雷保护，并在变电所安装回路式接地装置进行接地保护。……参考文献参考文献[1]袁河津.煤矿安全规程2011版[M].北京：煤炭工业出版，2011.[2]李虎伟.矿山供电[M].徐州：中国矿业大学出版社.2011.[3]王春学.电力设备选型手册[M].北京：中国水利水电出版社,2007.[4]王彦文.煤矿供电技术[M].北京：中国矿业大学出版社,2013.[5]王彦文.煤矿供电技术.北京：中国矿业大学出版社，2012.[6]梁南丁.煤矿供电.徐州：中国矿业大学出版社，2009.[7]王崇林.煤矿供电与电气控制.徐州：中国矿业大学出版社，2008.[8]张荣立.采矿工程设计手册[M].徐州:中国矿业大学出版社.2003[9]MorsiWG,El-HawaryME.Powerqualityevaluationinsmartgridsconsideringmoderndistortioninelectricpowersystems[J].ElectrPowerSystRes.2011,81(11):17–23.[10].JiaY,HeZY,ZangTL.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