毕业设计（论文）-广平矿区35kV电房设计.doc

广平矿区35kv电房设计摘要随着国民经济的快速发展和现代工业建设的不断推进，对电力系统的要求也在不断提高，因此对于电力系统的重要组成部分-电房的设计也要不断推陈出新，因为只有这样才能满足不断增长的用电负荷要求，以及适应复杂多变的用电环境。对于企业而言，进行技术革新，提高产品的利用率，降低产品的能耗，就显得更加尤为重要。本次毕业设计是广平矿区35kv电房设计，主要是针对苏桥煤矿的用电需求，该地区供电电压低，用电管理比较混乱，严重影响了矿井生产建设，因此建设这项工程是根据矿区生产和建设的需要，对地方经济的协调发展具有非常重要的意义。本次毕业设计是从工程的角度出发，依照工厂供电系统设计的原则和方法，同时遵循国家的最新标准和设计规范，在分析任务书上规定的负荷资料同时，并结合实际生产的具体情况，综合考虑各个方面的要素，从而确定电气主接线的设计以及主变压器的容量，台数、接线方式以及中性点运行方式。然后在此基础上对系统进行短路点设置，从而进行短路电流计算，并根据其计算结果对断路器、互感器、熔断器等高压电器以及母线、架空线路进行选型和校验。此外还要对整个系统进行接地装置和防雷规划，从而完成电气一次部分设计。关键词：电房设计，电气主接线，短路电流计算，设备选型43the design of 35kv electricity room in guangping mining areaabstractwith the rapid development of economy and the modern industrial construction, the require of power system is constantly improving. therefore, the design of electric room which is an important part of power system is also need to improve constantly. only in this way can we meet the need of growing electricity loads and adapt to the complex and changing electricity environment. speaking of the enterprise， innovation, improving the utilization rate of production, reducing the energy consumption of production, becomes even more important. this graduation design is the design of 35kv electricity room in guangping mining area which mainly aims at the electricity demand of suqiao coal. the power supply voltage of this area is very low and the power management is chaotic，which seriously impact the production and construction. therefore, the construction of this project is according to the need of production and construction of mine, also it have an important meaning in the coordinated development of local economy.this design start from the perspective of engineering, according to the principle and method of the design of power supply system of factory，while follow the latest national standards and design specification. on the analysis of load material which is ruled on mission book, and combining the actual situation of production，considering various factors， so as to determine the design of main electrical wiring, the capacity and sets of main transformer and the working way of neutral point. then，after this basis, work for short-circuit point setting short-circuit current calculation, and conduct selection and calibration of circuit breaker， transformer， fuse etc high voltage apparatus and generatrix and overhead lines according to the calculation results. in addition, setting the grounding device and the planning of lightning protection to the whole system, thus the electrical design of primary side is substantially completed.keywords: electrical systems design , main electrical wiringshort-circuit current calculation, equipment selection目 录摘要iabstractii第一章 绪论11.1 本课题的背景与意义11.2 本课题的目的与任务11.3 本课题的现状与发展11.4 本课题的主要内容2第二章 主接线的设计32.1 引言32.2 电气主接线的设计原则32.3 电气主接线的设计要求32.4 方案的拟订及比较42.4.1 方案一 单母线接线42.4.2 方案二 单母线分段接线52.4.3 方案三 单母线分段带旁路母线接线62.4.4 方案四 桥形接线62.5 电气主接线选择72.5.1 负荷等级划分72.5.2 方案分析72.6 小结8第三章 变压器的设计93.1 引言93.2 主变压器台数的选择93.3 主变压器容量的确定93.3.1 主变压器容量的选择93.3.2 主变压器容量的校验103.4 主变压器型式的选择113.4.1 相数选择113.4.2 绕组数选择113.4.3 绕组连接方式选择113.4.4 调压方式选择113.4.5 冷却方式选择123.5 站用变压器的设计123.6 小结13第四章 短路电流的计算144.1 引言144.2 短路电流计算的基本假设144.3 短路电流计算过程144.3.1 短路点的设置144.3.2 求各元件的电抗标么值154.4 小结22第五章 电气设备的选择与校验235.1 引言235.2 电气设备选型的原则235.3 断路器的选择与校验235.3.1断路器的选择235.3.2断路器的校验255.4 隔离开关选择与校验265.4.1 隔离开关的选择265.4.2 隔离开关的校验265.5 高压熔断器的选择和校验275.6 电压互感器的选择和校验285.7 电流互感器的选择和校验285.7.1电流互感器的选择285.7.2 电流互感器的校验295.8 母线及架空线的选择和校验305.8.1 母线的选择与校验305.8.1.1 母线的选择（按长期发热允许电流选择）305.8.1.2 母线的校验315.8.2 35kv架空线路的选择与校验325.8.2.1 35kv架空线路的选择（按经济电流密度选择）325.8.2.2 35kv架空线路的校验（按最大长期工作电流校验）335.9 电气设备选型汇总345.10 小结34第六章 接地装置与防雷设计366.1 引言366.2 接地概述366.2.1 接地的要求366.2.2 接地的种类366.3 防雷设计376.3.1 避雷器的选择376.3.2 直击雷保护386.3.2.1 保护对象386.3.2.2 防雷措施386.3.3 感应雷保护386.4 小结39结论40致谢42参考文献43附录144广平矿区35kv电房设计第一章 绪论1.1 本课题的背景与意义电力工业是国民经济发展的基础工业和先行工业，为国民经济快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平可以说是反映国家经济发展水平的重要标志之一。电房是电力系统的一个重要组成部分，是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的电力设施，是电力系统中电能传输必不可少的环节。本次毕业设计中电房位于福建省永安煤业公司苏桥煤矿后山，建设此工程是根据矿区生产和建设的需要，结合矿区所在地的实际情况并充分考虑社会化、市场化，对地方经济的协调发展具有重要意义。对于一座煤矿工程而言，供电设计质量， 会直接影响到日后矿区的生产与发展。若能建设一个高质量的供电系统，则有利于工业的快速发展，可以大大增加产量，提高劳动生产率，改善工人的劳动条件，加强保护措施，有利于实现生产过程自动化。因此，本课题的设计对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。1.2 本课题的目的与任务本课题的目的与任务是对广平矿区35kv电房进行一次系统设计，根据大学的理论知识与相关参考文献的查阅，并对实际工程资料的分析，树立工程观念，了解现代新型变电所发电、变电和输电的电气部分特点，新理论、新技术和新设备在变电所电气系统中的应用，从而掌握电房一次系统设计的内容和方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到锻炼，为将来从事电气设计工作积累经验。1.3 本课题的现状与发展电房的研究，国外一些发达国家进行得比中国要早的多，因此其技术也领先于中国。对于这一领域，电力系统变电所综合自动化，是当今社会发展的趋势。变电所综合自动化系统就是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式的二次设备，用不同的模块化软件实现机电式二次设备的各种功能，用计算机局部网络通信替代大量信号电缆的连接，通过人机接口设备实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等所有功能，以实现功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化。国外变电站综合自动化系统的研究工作始于70年代，在1975年日本就开始研究用于配电变电站的数字控制，并于1980年开始商品化。之后世界各国越来越重视这方面的研究工作，参与的国家和公司越来越多，如德国西门子公司、abb公司、aeg公司，美国的ge公司、西屋公司，法国的阿尔斯通公司等。其中德国西门子公司于1985年研制成功第一套综合自动化lsa678系统，此后在德国和欧洲陆续投运了300多套该系统。在我国，随着经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，因而要求更多地采用远方集中控制，即采用自动化控制模式，以提高劳动生产率和运行可靠性，这样也直接促进了我国对变电站综合自动化的研究。根据国家电力公司对农村电网建设与改造技术原则的总体要求，电网建设与改造要同调度自动化、配电自动化、变电所无人值班、无功优化结合起来，以逐步实现电网自动化。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术迅猛发展，16位、32位单片机及pentium微处理器问世，网络技术，现场总线等的出现，使得变电站综合自动化系统的功能不断完善1。1.4 本课题的主要内容本课题是广平矿区35kv电房设计。论文共分为六章，分别对电房一次设计的各个方面进行阐述。 第一章主要介绍了课题的背景与意义，阐述了电房设计对电力系统的重要意义。还介绍了本课题在国内外的历史与发展概况，了解到电房的发展历程，也从中看出了电房的巨大潜力和发展空间。此外，还介绍了本课题的主要内容、目的与任务。第二章先讲述了主接线在电房设计中具有重要意义，并概述了四种常见的主接线形式，对此分别列举了其优缺点，然后根据实际工程，从可靠性、灵活性和经济性出发，对四种接线形式进行综合比较，最终确定本设计的主接线型式为单母线分段接线。第三章根据文献规范要求与对实际工程的负荷资料分析，并考虑到未来510年远期的规划，从而确定主变压器的台数为两台，容量为8000kva。确定主变压器的型式之后，再对主变压器的相数、绕组数、绕组连接方式、调压方式、冷却方式等进行选择并确定。此外，对站用变的台数、容量和型式进行选择。第四章概述了短路电流计算的必要性和其基本假设。另外分析与确定短路点的位置，并分别从最大运行方式和最小运行方式下进行计算。本课题短路电流的计算方法是用标幺值法，计算出总电抗值，并推导出短路电流值与冲击电流值等。第五章是电房设计的重要内容，也是难点所在。本章所涉及到的电气设备包括断路器、隔离开关、高压熔断器、互感器、母线及架空线。先通过额定电压、电流等参数初定设备的型号，并根据第四章短路电流的计算结果对设备进行校验，并考虑到是否符合实际工程情况，才最终确定下来。第六章大致介绍了接地装置的概念、要求与种类，以及防雷设计的意义，避雷器的选择和直击雷、感应雷的保护措施。本章中着重讲到接地装置与防雷设计并非绝对的，不能一概而论，需要因地制宜。第二章 主接线的设计2.1 引言电气主接线是由高压电器通过连接线按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，主接线是一个综合性的问题，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。2.2 电气主接线的设计原则在选择电气主接线型式时，应以下列各点作为设计依据：（1）发电厂、变电所在电力系统的地位和作用；（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模；（3）负荷大小和重要性；（4）系统备用容量大小；（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料2。2.3 电气主接线的设计要求对于电气主接线的要求，大致有以下几点：（1）可靠性：主接线的接线形式必须保证供电可靠，这是其最基本的要求。在分析可靠性时要考虑到发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用，用户的负荷性质和类别，设备制造水平等等。可靠性要求有以下几方面： 断路器检修时，不影响对系统的供电； 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停电回路数和停电时间，并对一级负荷和大部分二级负荷保持不间断供电； 尽量避免发电厂、变电所全部停电的可能性； 大型机组突然停运时，尽可能保持对电力系统的稳定运行。（2） 灵活性：电气主接线要能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。对于灵活性的要求有： 调度时，可灵活的投入和切除发电机、变压器及线路，调配电源和负荷，满足系统在各种运行方式的调度； 检修时，可方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，不致影响电力网的运行； 扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线，改造工作量较少，尽可能不影响连续供电或停电时间较短。（3）经济性：电气主接线应该在满足可靠性和灵活性的基础上，再考虑其经济性。经济性的要求如下： 投资省，电气主接线应简单清晰，尽量节省一次、二次设备和控制电缆投资，尽量限制短路电流，选择价格合理的电气设备； 占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减小； 电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式（如双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量和台数，避免因两次变压而增加电能损失。2.4 方案的拟订及比较2.4.1 方案一 单母线接线图2-1 单母线接线g电源进线；qf断路器； w母线；qs隔离开关；qe接地开关；wl出线只有一组母线的接线称为单母线接线。在变电所中，其供电电源是变压器或高压进线回路。单母线接线中母线既可以保证电源并列工作，也可以保证任何一条出线都可以从电源g1或g2中获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关，可以开断或接通电路。各回路输送功率不一定会相等，应尽量使负荷均衡地分配到母线上，以减少功率在母线上的传输。优点：接线简单清晰，设备较少，经济性好，操作比较方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：可靠性和灵活性较差，当主要电气元件出现故障或进行检修时，必须断开它所接的电源，所有回路均要停止运行，这样会使整个配电装置停电。此外，单母线接线调度不方便，电源只能并列运行，而不能分列运行，若线路侧发生短路时，有较大的短路电流产生。2.4.2 方案二 单母线分段接线图2-2 单母线接线单母线分段接线对重要用户来说可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。单母线是用分段断路器qfd进行分段的，为了防止因电源断开而引起的停电，可以在分段断路器qfd上安装备用电源自动投入装置，这样在任一分段的电源断开时，会将qfd自动接通。优点：供电可靠性较高，单母线分段有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，而正常段母线则继续供电，这样保证不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线内停止供电。若出线为双回路时，常使架空出线呈交叉跨越，使整个母线系统可靠性受到限制。此外占地面地大，投资较多。2.4.3 方案三 单母线分段带旁路母线接线图2-3 单母线分段带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线。两段母线均可带旁路母线，正常运行时旁路母线w2不带电，以单母线分段方式进行。当qf1作为旁路断路器运行时，1、2段母线可分别按单母线方式运行，也可以通过隔离开关qs5合并为单母线运行。优点：供电可靠性和灵活性高。增设旁路母线可以在检修出线断路器时不会中断该回路供电。缺点：增设旁路母线，即多装了价格高的断路器和隔离开关，增加了投资，占地面积大，操作也相对复杂。2.4.4 方案四 桥形接线图2-4 桥形接线（1）内桥线路的特点： 线路操作方便； 正常运行时变压器操作复杂； 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系。内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长，故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。（2）外桥接线的特点： 变压器操作方便； 线路投入与切除时，操作复杂； 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短，故障可能性较小和变压器需要经常切换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。2.5 电气主接线选择2.5.1 负荷等级划分根据用电设备在工业生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：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；二级负荷：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；三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷3-6。 2.5.2 方案分析本设计的变电所位于福建省永安煤业公司苏桥煤矿后山，主要负责向煤矿供电，煤矿大部分是井下作业，比如煤矿工人从矿井中的进出等等，煤矿变一旦停电就可能造成人身死亡等重大事故，所以应该属于一级负荷。对于方案一，单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线均要全部停电，因此不能满足一级负荷供电的要求，故不采纳；对于方案四，桥形接线只适合二进二出的情况，而本工程是四条进线三回出线，因此也并不适合；对于方案二和方案三来说，都可以保证供电的可靠性，方案二适合3560kv主接线时，出线回路小于8回；方案三适合进出线不多，容量不大的中小型发电厂和电压为35110kv的变电所，均符合主接线设计的要求，相比之下，方案三的供电可靠性要比方案二高，但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响，即方案三灵活性要低于方案二。从经济性来讲，方案三多了旁路母线，即多装了断路器和隔离开关，其投资大大超过了方案二，且根据参考文献7可知：当635kv配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路母线。因此综合考虑，本设计的主接线为单母线分段形式。其主接线图见附图。2.6 小结本章主要介绍四种常用的电气主接线基本形式，分别列举其优缺点，并从可靠性、灵活性、经济性三个方面进行综合比较，最终确定了单母线分段接线形式。而电气主接线的确定将对主要电气设备的选择、配电装置布置等的拟定起着决定性的关系，为下面章节奠定了基础。第三章 变压器的设计3.1 引言在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。只供本所用的照明、保护、微机、试验和其他日常及应急的变压器，称为站用变压器。所谓的主变压器是整个电房一次设计中最重要的设备之一。合理选择主变压器不仅可以减少投资，减少运行电能的损耗，而且可以提高供电可靠性，改善电网稳定性能，此外还影响到以后的扩建。因此主变压器的选择需要进行全方位考虑，既要满足近期负荷的需求，也要考虑到未来的扩建方案。3.2 主变压器台数的选择由参考文献7可知：在有一、二级负荷的变电所中，宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。若变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变为宜；（2）一般情况下220kv及以下的变电所装设2台主变压器。本工程的负荷为一级负荷，而且不止一条进线，为了保证对矿区的供电可靠性，确定本设计选用两台主变压器。3.3 主变压器容量的确定3.3.1 主变压器容量的选择根据工程上煤矿区对本变电所供电负荷的资料，最大负荷可达6300kw，此外还要考虑到主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择。 因此可预估10年后满足最大负荷的主变压器容量为： （3-1）式中：kt负荷同时率（35kv取0.9、10kv取0.85、35kv各负荷与10kv各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85），本设计取0.9；%负荷年增长率，本设计取6%； n年限，本设计取10；%电压等级电网的线损率，一般取5%；p各用户的最大负荷； cos功率因数。由参考文献7可知： 在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器。如能从变电所外引入一个可靠的低压备用所用电源时，亦可装设一台所用变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并保证用户的一、二级负荷。因此本设计中：0.611846.46kva=7107.876 kva考虑到本矿区的发展情况，矿井不断延伸，负荷不断增加，因此选择变压器的型号为sz10-8000/35，即额定容量为8000kva。3.3.2 主变压器容量的校验根据工程资料：本工程位于福建省永安煤业公司苏桥煤矿后山，空气污染轻微，海拔800米，最高气温40，最低气温5，平均气温34，土壤温度25。则：0.611846.46/0.975=7290.13kva1s，故不计非周期分量热效应，短路电流引起的热效应断路器： 因此，即符合要求。（2）断路器的动稳定校验动稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力。断路器额定峰值耐受电流：=80ka，而冲击电流：=27.203ka。因此，即符合要求。5.4 隔离开关选择与校验隔离开关是高压开关的一种，主要用于隔离电源、起着安全保护的作用。因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。5.4.1 隔离开关的选择表5-3 隔离开关的型式型号额定电压（kv）额定电流（a）极限通过电流峰值（ka）热稳定电流（ka）操动机构型号gw4-40.5（d）40.512505020（4s）cs17g5.4.2 隔离开关的校验（1）隔离开关短路热稳定校验由断路器选型可知短路电流引起的热效应： 隔离开关：因此 ，即符合要求。（2）隔离开关的动稳定校验隔离开关额定峰值耐受电流：=50ka，而冲击电流：=27.203ka因此，即符合要求。5.5 高压熔断器的选择和校验熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。（1）额定电压选择：（2）额定电流的选择：式中：熔断器的额定电流；熔体的额定电流。根据上述条件，高压熔断器初选结果见下表：表5-4 高压熔断器的型式型号额定电压(kv)额定电流(a)断流容量(mva)备注rw10-35/0.5350.52000保护电压互感器（3）开断电流校验 对于没有限流作用的熔断器选择时用冲击电流有效值校验，对于有限流作用的熔断器选择时，因为在电流过最大值之前已截断，故可不计非周期分量的影响，而采用校验。 （5-5）故符合要求。5.6 电压互感器的选择和校验电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造型式、准确度以及按副边负载选择。而副边负荷是在确定二次回路方案以后方可计算。故互感器初选型式如下表所示：表5-5 电压互感器的型式型号额定电压（kv）副绕组1额定容量（va）最大容量（va）备注原绕组副绕组辅助绕组0.513jdn6-35350.11502505001000进线用jdxf-3535/0.1/0.1/31502505001000母线用由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，因此不需要进行动稳定和热稳定的校验。5.7 电流互感器的选择和校验5.7.1 电流互感器的选择（1）结构类型选择根据配电装置的类型相应选择户内或户外式的电流互感器，一般情况下，35kv以下为户内式，而35kv及以上电压等级为户外式或装入式（装入到变压器或断路器的套管内）。（2）额定电压和额定电流的选择 额定电压选择： ：电流互感器的额定电压； ：电网的额定电压等级。 额定电流选择： ：电流互感器的一次额定电流； ：回路的最大工作电流。（3）电流互感器准确级和额定容量的选择为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量