煤矿35kV供电系统而进行的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 本设计是为煤矿 35的是建立 35 整个设计包括了 35电站设计的所有内容。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 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 35电站的设计，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。 关键词： 35电保护装置；保护接地。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目 录 摘 要 . 1 1 概述 . 4 源 . 1 基本地质气象资料 . 2 2 负荷计算及无功补偿计算 . 4 需用系数法统计负荷 . 4 负荷统计与计算 . 5 . 5 . 6 功率补偿 . 8 率因数补偿 . 8 全矿电耗的计算 . 11 主变压器的选择 . 12 3 系统主接线方案的选择 . 13 4 短路电流计算 . 16 下井电缆根数的确定 . 17 短路计算点的确定原则 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 计算短路电流 . 18 限流电抗器的选择 . 24 5 电气设备的选择 . 26 高压设备的选择 . 27 . 27 低压设备的选择 . 30 压断路器的选择及其校验 . 30 . 32 . 32 . 34 负荷电缆的选择 . 37 . 40 . 42 落式熔断器选择 . 42 6. 42 . 43 络柜的选择 . 44 35外构架的选择 . 45 . 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 . 45 . 45 6 继电保护 . 46 35线与联络开关的继电保护整定 . 46 . 46 35线联络开关保护整定 . 48 变压器的继电保护整定 . 48 6. 52 联开关的保护整定 . 52 7 变电所的保护接地与过电压保护 . 63 变电所的保护接地： . 63 外接地网 . 63 屋内接地网 . 63 电所的过电压保护： . 63 变电所进线段的保护： . 63 变电所的防直击雷保护： . 64 8 变电所的室内外布置 . 66 结论 . 68 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 参考文献 . 69 致谢 . 70 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 概述 本设计的矿变电所位于安徽省淮北市濉溪县境内，是一个终端变电所，只供袁店一井煤矿用电，设计的电压等级为 35/635路为双回路进线，其中一线是从 20 公里外的杨柳经过架空线路引接而来的是主要的电源来源，另一线是从五沟镇通过架空线路引接而来。系统最大运行方式阻抗 X*= 统最小运行方式阻抗X*=用电由负荷端引出，经动力变压器提供，采用单母分段原则。 源 1. 供电电压等级： 35 离矿井地面变电所的距离： 4. 系统电抗 最大运行方式： 小运行方式： 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 基本地质气象资料 1 日最高温度 39 2 冻土层厚度 3 主导风向 西北 4 最大风速 4米 /秒 5 地震烈度 7度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 附表一 袁店一井煤矿用电负荷统计表 用电设备名称 UN(PN(Kd ) 1、地面高压 主井提升机 6 2000 800 1116 井提升机 6 1600 280 风机 6 1200 60 、南风井 通风机 6 800 60 00 风机 6 500 50 压设备 6 539 83 、北风井 通风机 6 800 60 00 风机 6 500 50 压设备 6 539 83 、地面低压 地面工业工场 6 井锅炉房 6 914 修厂 6 888 木厂 6 247 煤厂 6 3164 373 源井 6 175 40 105 175 人村 6 735 25 它用电设备 6 682 41 、井下高压 主排水泵高 6 3750 750 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 主排水泵正 6 2500 125 500 、井下低压 井底车场 6 642 11采区 6 912 13采区 6 905 43 24采区 6 899 56采区 6 1617 负荷计算及无功补偿计算 企业生产所需的电能，都是由电力系统供给，企业所需的电能都是通过企业的各级变电站经过电压变换后，分配到各用电设备。因此企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处的位置十分重要。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确地选择企业各级变电站的变压器容量、各种企业电力设备的型号、规格以及供电网所用的导线型号等提供科学依据。 需用系数法统计负荷 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 其计算公式的一般表达式为： ca d P , kW ta , c o , ( 3 )ca I S U , A 式中 用电设备的总额定容量； 功率因数角的正切值； 根据负荷资料 ,求出各类成组设备的设备容量、 、有功功率 P、无功功率 。 需用系数法负荷计算的步骤从负载端开始逐级上推，到电源进线为止。 负荷统计与计算 面 6压 主井提升机 2000.9,=ca d P =2000=1800kW, 1800 116文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 / c o =1800( 3 )ca I S U =井提升机 1600kW,.8,=ca d P =1600=1280kW, 1600 c o =1600( 3 )ca I S U =风机 1200kW,.8,=0.9,=ca d P =1200=960kW, 960 （ c o =9600. 9=( 3 )ca I S U =它同理，在此不做赘述，最后统计结果见附表一 面工业广场 地面工业广场的用电设备有一类负荷的辅助设备，负荷计算如下： 主井辅助设备 .7,=0.7,=ca d P = c o =( 3 )ca I S U =井辅助设备 .7,=0.7,=ca d P = 162 c o =162( 3 )ca I S U =风机辅助设备 483kW,.7,=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 ca d P = c o =( 3 )ca I S U =防水泵 55kW,=0.8,=ca d P = c o =( 3 )ca I S U =水泵 20kW,=ca d P =15kW, c o =20( 3 )ca I S U =灯房 .7,=0.7,=ca d P = c o =( 3 )ca I S U =、考虑到工业广 场低压负荷有一类负荷的辅助设备，为了保证供电的可靠性，选两台变压器： . 0 . 7 1 5 8 9 . 1 1 1 1 2 . 4N T T t p c K S k V A 可选 0型变压器两台，其技术参数见表 2号 额定电压 额定损耗（ 阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸 ,m 高压（ 低压（ 空载 短路 % % 0 6 ,压器的负荷系数为： 8 9 . 1 0 . 6 3 62 2 1 2 5 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 1、 附表一 全矿负荷计算统计 高压侧负荷总计 1800+1080+ +1116+最大负荷同时系数， ， ，则： P = =sq Q =2S P Q = 221 6 2 6 6 . 2 1 0 5 3 2 . 7 = 6 2 6 6 . 2c o s 0 . 8 3 91 9 3 7 8 . 5N A 功率补偿 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（ 3 c o I ，当 U 不变， ，则 I ，2P I R），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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 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 6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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 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。 v a C K 。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2 2v a c C K 。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。 1、利用电容器补偿所需的容量 企业为了使功率因数达到规定值以上，一般都用并联电容器的方法进行人工补偿。 因全矿自然功率因数 于 以应进行人工补偿，补偿后的 功率因数应达到 全矿所需的补偿容量为： ( t a n t a n )C N A T a =（ =、电容器柜数和型号的确定 电容器采用双星型接线接在变电所的二次母线上，因此选容量为30定电压为 3 电容器，装于电容柜中，每柜装 9 个， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 每柜 容量为 270则电容柜的总数为：2 2. 0 5 . 22 1 . 36 / 3() 2 7 0 ( )6 . 3 / 3 由于电容器柜应分成相等的两组，所以每段母线上每组的电容柜数 2 1 . 3 5 . 344 ，取 N=4n=24 台。 2、 电容器的实际补偿量 2.()C N q N U = 26 / 32 7 0 2 4 ( ) 5 8 7 7 . 6 v a 3 / 3 k 3、 人工补偿后的功率因数 1 0 5 3 2 . 7 5 8 7 7 . 6 4 6 5 5 . 1 v a ra c Q k 2 2 2 2. 1 6 2 6 6 . 2 4 6 5 5 . 1 1 6 9 1 9 . 2a c a Q k V A 2 6 6 . 2c o s 0 . 9 6 11 6 9 1 9 . 2 功率因数符合要求。 全矿电耗的计算 当 = ，取最大负荷利用小时数3500，取变压器年运行时间 t = 8760 小时，查 的关系曲线（钢铁企业电力设备参考资料第 79页） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 查得 = 2100 则变压器电耗为： W = 0dP( = 336481 全矿电耗 = 6千伏总 3500+35千伏变压器电耗 = 3500+336481 = 46044731 得： 全矿吨煤电耗 = 全矿电耗 /矿年产量（吨） = 46044731/1800000 = /吨 主变压器的选择 由于煤矿变电所有一类负荷，并且有两个回路供电，必须选择两台变压器。 经统计全矿一、二类负荷的计算负荷为：有功功率 12705所以总的视在容量为 221 2 7 0 5 7 3 9 4 . 1 1 4 7 0 0 k V A，占全矿计算负荷的比例为 14700 0 1 6 7 5 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 当两台同时工作的时候，每台变压器的容量为： . 0 . 8 8 1 6 9 1 9 . 2 1 4 8 8N T T t p a K S k V A 查资料可确定 16000/35 型变压器，其技术参数如表 2 型号 额定电压（ 额定损耗（ 阻抗电压 空载电流 连接组 重量 外形尺寸 ,m 高压 低压 空载 短路 % % 5 35 9 77 8 n, 系统主接线方案的选择 本变电所是 35/6电源进线的终端变电所，属双回路供电。主变容量 16000拟定选用桥式接线。 桥式接线分为内桥、外桥、全桥三种。下对其可行性作简单比较。 内桥接线：它由两台受电线路的断路器和内桥上的母联断路器组成。主变压器与一次母线的隔离开关联结。它的优点是切换进线方便，设备投资、占地面积相对全 桥少，缺点是倒换变压器不方便，继电保护较复杂，适用于距离较长，变压器切换不很频繁的变电所。 这种接线一次侧可设线路保护，但主变压器和受电线路保护的短路器均由受电断路器承担，互有影响，这是它的主要缺点。 主变压器一次由隔离开关与母线联接，对环形供电的变电所，在操作时常被迫用隔离开关切合空载变压器。当主变压器电压为：电压 35量 7500上时，其空载电流超过了隔离开关的切合能力。此时必须改用由五个断路器组成的全桥接线。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 外桥接线：它由主变压器一次侧两断路器和外桥上的联络短路器组成，进线由隔离开关受电 。 这种接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母线分段的结线，且投资少，占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便。所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所，或变压器采用经济运行需要经常切换的终端变电所。 全桥接线：它由进线的两台断路器、变压器一次侧的两断路器和35 这种接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越时负荷时）。继电保护全面。缺点是设备多，投资大，且变电所占地面积 大。 基于本变电站所主变容量较大以及煤矿对供电可靠性运行的灵活性，操作方便等的严格要求，结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线方式。 变电所主接线应根据负荷容量的大小，负荷性质，电源条件，变压器容量及台数，进出线回路以及经济性安全性，可靠性等综合指标来确定。 主接线力求简单运行可靠，操作方便，设备少和便于维修，需要时还应考虑扩建变电所的可能性。 3 主变压器一次侧的接线 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 主变压器一次侧有隔离开关与母线连接，对环形系统中的电压等级 35500 过了隔离开关切合空载变压器的能力，此时必须采用有五个断路器组成的全桥接线，全桥接线比外桥接线或内桥接线多了二个断路器，在经济上不太合算，但由于矿上用电的安全性是最重要的，而全桥接线具备了外桥和内桥的优特点，故本设计采用全桥接线形式。 3本设计采用单母分段，母线用断路器分段，这不仅便于分段检修母线，而且可减小母线故障影响范围。可以提高可靠性和灵活性。对矿上的重要用户从不同分段上引接，以便在母线上某一段发生故障的时候，能保证重要用户的正常供电，简单清晰，设备少，操 作方便，且有利于扩建。 3则，变电所的电气主接线如下图所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 4 短路电流计算 在供电系统中出现次数较多的严重故障是短路，所谓短路就是指供电系统中一切不正常的相与相或相与地（中性点接地系统）在电气上被短路。发生短路的时候，由于系统中总的阻抗大大减小，因而短路电流可能达到 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 很大的数值，强大的短路电流所产生的热和电动力会使电气设备受到破坏；短路点的电弧可能会烧毁电气设备；短路点的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；也可能干扰通讯，危及 人身和设备的安全。 短路有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路，就短路故障而言，出现单相短路故障是几率最大，三相短路故障的几率最小，但在配电系统中三相短路的后果最为严重，因而以此验算电器设备的能力，故本设计中主要计算三相短路电流。 研究短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围，并且选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；可以选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障；采取限流措施，确定合理的主接线方案和主要运行方式等。 下井电缆根数的确 定 下井电缆根数 22( 1 . 0 2 ) ( 1 . 0 8 )13 6 0 6 . 3 3p d p P Q 式中， 井下主排水泵计算有功，无功负荷 井下低压总的计算有功，无功负荷 “ 360” 150m下井电缆经最高 45“ 1” 规程规定所必须的备用电缆。 计算 22( 2 1 2 5 1 . 0 2 3 2 4 5 . 6 ) ( 1 3 1 7 . 5 1 . 0 8 3 0 3 6 . 7 ) 13 6 0 6 . 3 3 =至少选 3根电缆，又因井下电缆应为偶数，故下井电缆根数应为 4根。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 短路计算点的确定原则 根据设备的选择和继电保护的要求选择短路计算点，一般选 择在线路的始末端，本设计将 356 6线端选为短路计算点。 计算短路电流 1、 351点短路 设 ， 00短路参数111003 3 3 7 13210037 =在最大运行方式下： 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 短路标幺值：1 . m i n 1 21 1 11 / 1 . 9 70 . 4 1 9 3 0 . 0 8 8k x x x x 三相短路电流： ( 3 )1 0 . 2 1 1 1 . 9 7 1 . 5 6 3 . 0 7k K I I I 路电流冲击值： ( 3 )112 . 5 5 2 . 5 5 3 . 0 7 7 . 8 3c h k A 短路容量：1 0 . 2 1 1 . 9 7 1 0 0 1 9 7K K S I S M V A 最小运行方式下： m 8 9x 短路电流的标幺值：1 m a x 3 41 1 1 1 . 1 70 . 7 3 8 9 0 . 0 8 8K LI x x x x 三相短路电流： ( 3 )1 0 . 2 1 1 1 . 1 7 1 . 5 6 1 . 8 3K K I I I k A 两相短路电流： ( 2 ) ( 3 )1 m i n 13 0 . 8 6 6 1 . 8 3 1 . 5 82 k A 2、 62点短路： 令 00j=221003 3 6 . 3 在最大运行方式下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 3210037 =100% 7 . 5 % 0 . 4 6 916 1 1 . 0 2 4K KI x ( 3 )2 2 2 1 . 0 2 4 9 . 1 6 9 . 3 8K K I k A ( 3 )222 . 5 5 2 . 5 5 9 . 3 8 2 3 . 9 2c h k A 33 0 . 1 2 9 1 0 0 1 2 . 9K K S M V A 最小运行方式下： 1 0 . 7 7 2K KI x ( 3 )2 2 2 0 . 7 7 2 9 . 1 6 7 . 0 7 2K K I k A 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 ( 2 ) ( 3 )3 m i n 33 0 . 8 6 6 1 . 1 3 6 0 . 9 3 42 k A 3、 6 至地面广场的输电线路阻抗：15 21000 . 4 0 . 0 5 6 . 3x =面广场变压器阻抗： 100% 4 . 5 % 3 . 61 . 2 5 至地面广场总阻抗：3 2 . 2 7 3 . 6 6 . 3 2x 至立井锅炉房阻抗：4 21000 6 =机修厂阻抗：5 21000 . 4 0 . 3 5 6 . 3x =坑木厂阻抗：6 21000 . 4 0 . 5 6 . 3x =选煤厂阻抗：7 21000 . 0 8 1 . 2 6 . 3x =水源井阻抗：8 21000 . 0 8 0 . 7 5 6 . 3x =工人村阻抗：9 21000 . 4 2 . 7 6 . 3x =通风机阻抗：10 21000 . 0 8 0 . 6 6 . 3x =主提升机阻抗：11 21000 . 4 0 . 4 6 . 3x =压风机阻抗：12 21000 . 0 8 0 . 6 6 . 3x =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 至副提升机阻抗：13 21000 . 4 0 . 4 6 . 3x =下井阻抗：14 21 1 0 00 . 9 0 . 0 82 6 . 3x =低压设备阻抗：15 21000 . 4 0 . 0 5 6 . 3x =、 地面工业广场短路计算： 在最大运行方式下： 短路电流的标幺值：3 m i n 31 0 . 1 2 9K x x x x 三相短路电流 ( 3 )3 3 2 0 . 1 2 9 9 . 1 6 1 . 1 8K K I k A 三相短路电流的冲击值 ( 3 )32 . 5 5 2 . 5 5 1 . 1 8 3 . 0 1c h k A 短路容量：33 0 . 1 2 9 1 0 0 1 2 . 9K K S M V A 在最小运行方式下： 3 m a x 311 0 . 1 2 4K K x L TI x x x x x ( 3 )3 3 2 0 . 1 2 4 9 . 1 6 1 . 1 3 6K K I k A ( 2 ) ( 3 )3 m i n 33 0 . 8 6 6 1 . 1 3 6 0 . 9 3 42 k A 5、 其余同理，在此不做赘述。短路计算统计结果见表 4文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 表 4电设备短路点 最大运行方式 最小运行方式 三相短路电流 路电流冲击值 路容量 相短路电流 5线 97 井提升机 井提升机 风机 风机 下主变电所（修正前） 压动力变压器 面工业广场 井锅炉房 修厂 木厂 1 煤厂 人村 源井 4 下主变电所（修正后） 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 限流电抗器的选择 出线电抗 器装设的主要目的是为了使短路电流限制到能在出线上安装轻型断路器。 井下中央变电所 6000=了限制短路电流，地面变电所 6两条电缆向井下供电，中央变电所母线的短路容量为 80用 井回路短路电流假想作用时间 则：井下总负荷电流为： 4000 3853 3 6 根据煤矿安全规程规定向井下中央变电所供电的线路 ，当一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷的供电，所以本例中的任一电缆的最大长时工作电流应为井下的总负荷电流。因此，电抗器的最大长时工作电流也应为 385A。 （ 1）取基准容量为 100统固有相对基准电抗值为 100 1 . 2 580 （ 2）限流所需的基准电抗为 m a 50 （ 3）限流所需的电抗器的相对基准电抗