电气工程变电站毕设完整版.doc

摘摘 要要 煤炭能源是国民经济发展中重要的因素之一。煤炭在我国一次能源生产和消费 结构中占据 70%以上的比例。并且随着国民经济的讯速发展和工业现代化的不断推 进，对电力系统的需求也不断提高。因此对于电力系统的重要组成部分变电站 也要不断更新。本设计对 35kv 四老沟煤矿地面变电站进行了全面的改进和设计。 本设计对四老沟矿包的自然气候地理环境等因素进行详细分析，来确定变电所 位置和供电电源；对电气主接线的选择、高压设备的选择与校验、 负荷计算、短路 电流计算，各种继电保护整定计算和选择皆有详细的说明。特别对主结线的选择，变压器 的选择，还有一些电气设备如断路器、电压互感器、电流互感器等的选择校验作了仔细的分 析和说明。最后进行了变电站的运行维护。 关键词关键词：35kv 变电站、主结线选择、计算负荷、短路电流、运行维护、高压电气设 备选择； ABSTRACT Positive energy is one of the most important factor in the development of national economy. Coal in primary energy production and consumption structure in China has occupied more than 70% of the proportion. And with the rapid development of national economy and the advancement of industrial modernization, to the requirement of power system also continue to improve. So for the power system is an important part of substation will be constantly updating. This design for the silaogou 35 kv transformer substation comprehensive design and improvement. This design to the silaogou package of geographical environment, climate and other natural factors are analyzed, To determine the power supply and substation location; The main connection of choice, the choice of high- voltage equipment, load calculation, short- circuit current basis, the protection of various options and setting calculation there are detai led instructions, in particular the choice of the main cable,choice, there are some electrical equipment such as circuit breakers, current transformers, high voltage transformer, and so t he choice of checking a detailed analysis. Keywords: 35kv substation；the main connection of choice；load calculation, short- circuit current basis；lightning protection grounding；The choice of electrical equipment. 目目 录录 1、供电电源及供电方式的确定、供电电源及供电方式的确定.1 1.1 矿井概述：.1 1.1.1 自然地理环境.2 1.2 变电所位置.2 1.2.1 变电所设置.2 1.3 供电电源确定.3 1.3.1 电源确定.3 2、变电所负荷统计与主变压器的选择、变电所负荷统计与主变压器的选择.7 2.1 矿井电力负荷统计 .7 2.2 无功功率.7 2.2.1 全矿补偿前自然功率因素.7 2.2.2 拟定 Cos 提高到 0.95.7 2.2.3 总补偿功率.7 2.2.4 补偿后的功率因数.7 2.3 主变压器选择.7 2.3.1 容量计算.7 2.3.2 无功补偿后主变压器损耗.9 2.3.3 总计算负荷.9 3、短路电流计算、短路电流计算.9 3.1 计算短路电流的目的和任务.9 3.1.1 研究短路电流的目的.9 3.1.2 研究短路电流的任务.9 3.2 确定基准值.10 3.3 计算短路中各主要元件的电抗标么值.10 3.3.1 35kV 侧架空线的标么值.10 3.3.2 变压器的电抗标么值.10 3.3.3 电缆线路电抗标么值.10 3.4 各点短路总电抗标么值及三相短路电流.11 3.4.1 35 kV 母线短路电流.12 3.4.2 10 kV 母线短路电流.13 3.4.3 主井电缆短路电流.17 3.4.4 其它短路点的计算结果.17 4、变电所供电系统拟定、变电所供电系统拟定.17 4.1 变电所主结线方案.17 4.1.1 变电所电气主接线的要求：.18 4.1.2 变电所电气主接线的方式：.19 4.2 供电系统的运行方式.19 4.2.1 各种运行方式的概念.20 4.2.2 变电站 35kv 供电系统的运行方式.20 5、电气设备的选择、电气设备的选择.21 5.1 变电所电气设备的选择原则.21 5.2 变电所主要的电气设备.21 5.3 高压断路器的选择.22 5.3.1 高压断路器的作用.22 5.3.2 高压断路器的选择.22 5.3.3 高压断路器的校验.23 5.3 高压隔离开关的选择.23 5.3.1 高压隔离开关运行要求：.23 5.3.2 高压隔离开关选择与校验.24 5.4 电流电压互感器.24 5.4.1 电流互感器.25 5.4.2 电流互感器选择与校验.25 5.4.2 电压互感器.26 5.4.3 电压互感器选择与校验.26 5.5 成套高压开关柜.27 5.6 成套高压开关柜选择与校验.27 5.6.1 35kv 侧开关柜选择.29 5.6.2 10kv 侧开关柜选择.32 5.7 电源线路的选择.32 5.7.1 分类.32 5.7.2 架空线路导线横截面选择计算.32 6、变电所继电保护整定、变电所继电保护整定.36 6.1 主变压器保护类型.36 6.2 变压器的瓦斯保护.36 6.3 变压器电流保护.36 6.3 变压器差动保护.37 6.4 变压器过负荷保护.40 7、变电站运行维护、变电站运行维护.41 7.1 运行维护工作的主要内容.41 7.1.1 一次主设备的运行维护.41 7.1.2 二次设备的运行维护.42 7.1.3 直流系统、站用系统的运行维护.42 7.1.4 防误闭锁装置的运行维护.43 7.1.5 安全工器具及接地线的运行维护.43 参考文献：参考文献：.44 致致 谢谢.45 1 1 供电电源及供电方式的确定供电电源及供电方式的确定 1.1 矿井概述： 1.1.1 自然地理环境自然地理环境 四老沟矿成立于 1951 年 7 月，地理位置位于大同市西南 25 公里处，其地理 坐标位于东径 11256001130332，北纬 39564340 0153。地处口泉沟中 腹，北部相邻同家梁井田，东部相邻白洞煤业公司井田，西北部相邻马脊梁井田及 燕子山井田，西南部相邻雁崖井田，东南以大同组底部煤层露头线为界，井田东西 走向 6.2 公里，南北倾向长 2.6 公里,井田面积 29.8 平方公里，是一座具有 62 多年建 矿历史的国有大型煤炭企业。1952 年开始恢复生产。井田四周边界经过多次划分变 动，由原来面积 10.46km2 逐步扩展至 29.8km2。经过七八十年代数次改扩建，设计 规模已达 3000 万吨/年。 四老沟井田位于大同煤田的北东部。区内为丘陵地貌，地表大部分被黄土覆盖， 仅沟谷和山脊地区有岩层出露。地表被洪水冲刷切割剧烈，沟谷发育。最高点在井 田东南边缘口泉山脉，最高标高 15 550m，最低点位于口泉沟口河床处，标高 111000m，最大相对高差 450m。一般标高在 13000m 左右。区内主要河流有十里河 和口泉河。十里河位于大同市西南，为大同煤田北部的最大河流，发源于左云县曹 家堡，全长 89.3Km。河床宽 506000m，一般流量 0.52m3/s。1954 年测得最大 洪峰量 2224m/s，1952 年测得最小流量 0.0003m/s。泉河位于大同市西南，发源于 左云县水窑乡，全长 57.5km，河床宽 20150m，为间歇性河流河床潜水位很深， 是地表水补给地下水渗透性河谷。日径流量 00.222m3/s。1964 年 5 月 31 日测得 洪峰流量达到 6000m3/s。 本区属黄土高原干旱大陆性气候，冬季严寒，夏季炎热， 气候干燥，风沙严重。气温一般较低，以年温差与日温差大为特点，年平均温度为 6.8 8.8。年极端最高温度为 37.2，极端最低温度为26.5，年最高最低温 差可达 63.7，一般日温差在 20左右。年降水量分布不均匀，降水量多集中在 7、8、9 三个月，占全年降水量的 80%；年最大降水量为 431.5mm，年最小降水量 为 280.8mmm，最大日降水量 79.9mmm。年蒸发量为 1885.1-2386.3mmm 之间，平 均为 1847.7mmm；5-7 月间蒸发量最大，约占全年蒸发量的 50-60%mmm。历年平 均相对湿度为 46-52%。历年冻土月份为 11 月至翌年 4 月，最大冻土深度 179cm。 1.2 变电所位置 1.2.1 变电所设置变电所设置 变电站选址需要考虑的若干因素： (1)接近负荷中心，降低配电系统的电能损耗和金属消耗； (2)进出线方便，便于架空进出线； (3)设备运输方便，地质条件好； (4)布置紧凑，占地面积小，节约土地和建筑费用； (5)应使变电所位置位于主导风向的上风头； (6)应考虑企业的发展，留有扩建的余地； (7)应考虑到装置的运行、检修及维护方便； (8)具有生产生活用水的可靠水源； 设计在煤矿地面工业场地设置 35/10kv 变电站，位于副斜井井口房东约 80m 处， 西南为河床，便于 35kv 线路引进敷设。 本设计变电所总体布置方式为室内安装方式，以节约土地和建筑费用。 1.3 供电电源确定 1.3.1 电源确定电源确定 四老沟 110kv 变电站位于口泉沟四老沟矿附近，本设计矿井电源采用大同市供 电分公司西万庄 220kv 变电站，架空线型号规格为 LGJ-240mm2/11.086km，电压等 级 110kv，双回路供电；另一备用电源采用燕子山 110kv 变电站，电压等级 110kv， 架空线型号规格为 LGJ-240mm2/11.085km，站内设三台主变压器。 根据矿井附近河流及丘陵等自然环境以及电源状况、矿井用电负荷、供电距离， 经过技术经济比较，确定本矿井电源电压等级为 35kV。 2 变电所负荷统计与主变压器的选择变电所负荷统计与主变压器的选择 2.1 矿井电力负荷统计 （如表 2-1）： 设计在矿井地面工业场地设一座 35kV 变电站，电压为 35/10kV。工业场地布置 有地面负荷、主斜井、副斜井、锅炉房、空压机、风井场、水源井、选煤厂、通风 机房以及井下负荷。 最大负荷 设 备 数 量 设备容量 kW 序 号 负 荷 名 称 电压 kV 全 部 工 作 全部工作 需用系数 costg 有功 kW 无功 kvar 视在 kVA 最大 负荷 利用 小时 年耗电量 kWh 备 注 I地面负荷 一工业场地地面负荷 1主斜井井口房配电室1312946942.70.740.760.67549.1469.5722.54000 2副斜井提升机房配电室10116156150.700.750.56461.3405.9614.4 3 空压机房配电室 104310007500.780.770.48585485.6760.3 4锅炉房 10/0.4kV 变电所79678177200.760.800.39547.2410.5684 5工业场地 10/0.4kV 变电所127116141312340.610.690.35752.7790.41091 6食堂 10/0.4kV 箱式变电站5956157415400.680.770.4110471047869.2 71#水源井 10/0.4kV 箱式变电站111001000.800.800.758060100 84#水源井 10/0.4kV 箱式变电站111001000.800.800.758060100 工业场地地面负荷合计285257656460020.730.770.834102 3555 1 5425 二风井场地 1 黄泥灌浆站 10/0.4kV 变电所830.830.67278186.3334.7 2 通风机房配电室 7512926620.750.800.75496.5372.4620.6 风井场地地面负荷合计241618799970.790.820.70774.6558.7995 矿井地面负荷合计30927384436999487741106378 三选煤厂负荷147143226522450.670.611.3150419552467 含选煤厂矿井地面负荷合计456416 1070 9 92440.730.710.99560655067858 最大负荷 设 备 数 量 设备容量 kW 序 号 负 荷 名 称 电压 kV 全 部 工 作 全部工作 需用系数 costg 有功 kW 无 功 kvar 视在 kVA 最大 负荷 利用 小时 年耗电量 kWh 备 注 II井下负荷 1回采工作面 2725353332230.530.701.021708 174 2 24404000 2综掘工作面 1 1918108010060.500.701.02503513719 3综掘工作面 2 161510669920.500.701.02496505708 4普掘工作面 16156736130.450.601.33276367459 5南翼大巷带式输送机 441291140.850.701.029799138 6井下中央泵房 5413302200.800.850.62176109207 7井底车场低压负荷 542822270.700.701.02158162226 井下负荷合计 9285809363950.710.993415 349 8 4889 不含选煤厂矿井负荷合计 40135816536133940.770.648292 760 8 11253 含选煤厂矿井负荷合计 54850118802156390.710.999796 956 3 13690 最大负荷 设备数量 设备容量 (kW) 序 号 负 荷 名 称 电 压 (kV) 设备 功率 (kW) 全部工作全部工作 需用系数 costg 有功 (kW) 无功 (kvar) 视在 (kVA ) 最大 负荷 利用 小时 年耗 电量 (x104 kW-h) 备 注 一矿井工业场地 (一)主斜井井口房配电室 1带式输送机10355227107100.700.800.75497372.86074000 2 主斜井井口房低压辅助设 备 0.385533330.700.701.0223.123.633 3空压机房低压辅助设备0.3874740.800.701.0259.260.484.6 4主斜井空气加热室0.385429260.700.800.7518.213.622.7 55#水源井0.38111001000.800.800.758060100 低压小计1110236233180.5157.6239.6 变压器型号及台数1 x SCB10-400/10 10/0.4kV 400kVA，负荷率 61.9% 高低压合计1413976973677.5530.3860.4 (二)副斜井提升机房配电室 1提升机10515115155150.850.70.8360.5270.4450.6 2低压辅助设备0.381001000.700.701.027071.4100 高低压小计11615615430.5341.8549.7 (三)空压机房配电室 1空气压缩机102504310007500.850.80.75637.5478.1796.9 2空压机房低压辅助设备0.3874740.70.80.7559.252.178.9 3主斜井井口房低压辅助设 备 0.385533330.750.701.0219.517.328.9 2.2 无功功率无功功率 2.2.1 全矿补偿前自然功率因素全矿补偿前自然功率因素 ac 2222 acac 9419.5 cos=0. 72 9419.52647.17 P PQ 2.2.2 拟定拟定 Cos 提高到提高到 0.95 拟定功率因数补偿 12 Qp (t ant an)9234. 810. 960. 325945. 9 kvar 补 1 C os0. 72 2 C os0. 95 1=49. 45 2=18. 19 选用 BWF10.5-150-1N 型单相电容器，电容器个数 N =65 台。10kV 母线用单母 线分段每相电容器个数=65(23)=10.8 个。取 11 个 2.2.3 总补偿功率总补偿功率 Q =10011326600 kvar 补偿后总补偿功率QQ Q9006. 566002406. 57 kvar 2.2.4 补偿后的功率因数补偿后的功率因数 2222 9419.5 cos=0. 97 9419.52406.57 P PQ 2.3 主变压器选择 2.3.1 容量计算容量计算 由表 2-1 可知，负荷分为 4 大组，取组间系数 k=0.9 有功功率(4441. 57971585. 23437. 2)0. 99234. 81kWP 无功功率(3642797. 12060. 83513. 4)0. 99006. 57kvarQ 2.3.2 无功补偿后主变压器损耗无功补偿后主变压器损耗 有功功率 t=0.02 0. 029234. 81184. 7kWPP 无功功率 t=0. 1 =2406. 570. 1240. 6kvarQQ 2.3.3 总计算负荷总计算负荷 act =9234.81184. 79419. 51kWPPP act =2406.57+240.6=2647.17k varQQQ 22 acacac =+=9784.41kV AS（P（Q（ 本设计选用 2 台变压器一台工作，一台备用，到矿井生产后期(扩建)2 台主变压 器同时工作(此处用有载调压变压器)。 根据实际需要及经济运算比较选用 SZ11-1000/35,3532.5/10.5kV 2 台 nac S10000S9784. 41 kV A 型号 额定电 压 （kV） 总标称 容量 (kvar) 单台标称 容量 （kvar） 频率 （Hz ） 接线 方式 外形尺寸宽深 高 重量 （kg） TBB10.5-4000/33.510.5400033.550双 Y6.01.473.05200 3 短路电流计算短路电流计算 3.1 计算短路电流的目的和任务 3.1.1 研究短路电流的目的研究短路电流的目的 为了限制短路电流的危害和缩小故障影响范围，在变电所和供电系统的设计和 运行中，必须进行短路电流的计算，以解决下列技术问题。 （1）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； （2）选择和整定机械保护装置，使之能正确的切除短路故障； （3）当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采用限制短路电流 的措施； （4）确定合理的主结线方案和主要运行方式。 3.1.2 研究短路电流的任务研究短路电流的任务 熟悉短路的类型，掌握供电系统各种运行方式的含义，了解短路的各种危害， 掌握无穷大电源和非无穷大电源的含义，了解短路电流暂态过程的分析方法，了解 短路电流瞬时值和出现最大值时的条件，熟练掌握冲击电流及冲击电流有效值的计 算方法，掌握冲击系数的定义，掌握短路容量的定义及计算，掌握标幺值的定义、 基准值的选取，能熟练计算各元件的标幺阻抗，能熟练利用标幺值法计算一般供电 系统发生短路时的三相、两相短路电流等。 3.2 确定基准值 取基准容量 d S100M V A 基准电压 d U37kV 2d U10. 5kV 基准电流 1d 100 =1.56kA 3337 N N S I U 2 2 100 5. 499kA 3310. 5 N d d S I U 3.3 计算短路中各主要元件的电抗标么值 短路点的设置见（附图 3.1）,其等值电路图如（附图 3.2） (图中是按照矿井工作后期两台主变同时工作时计算) 本设计采用标幺值法进行短路电流的计算。 3.3.1 35kV 侧架空线的标么值侧架空线的标么值 每公里电抗，西万庄线长 L1=15.6Km，所以 1#线路相对基准 o X0. 4/ km * 01 1 1 0.415.6100 =0.458 372 d d d XLS X U 3.3.2 变压器的电抗标么值变压器的电抗标么值 由表工厂供电附录 5 查得 U=7.5 ,因此变压器的标么值为 * 2 %0.75100 =0.75 100 dd d N US X S 3.3.3 电缆线路电抗标么值电缆线路电抗标么值（见附图 3.1） 04 4 2 0.080.4100 =0.029 10.52 d d XLS X U 05 5 2 0.080.45100 =0.0327 10.52 d d XLS X U 06 6 2 0.080.35100 =0.0254 10.52 d d XLS X U 07 7 2 0.080.35100 =0.0254 10.52 d d XLS X U 08 8 2 0.080. 4100 =0.029 10.52 d d XLS X U 09 9 2 0.080. 4100 =0.029 10.52 d d XLS X U 010 10 2 0.080.3100 =0.0218 10.52 d d XLS X U 3.4 各点短路总电抗标么值及三相短路电流 3.4.1 35 kV 母线短路电流母线短路电流 35kV 侧 k1 点短路的等值电路图（如图 3.1）所示 图 3.1 35kV 侧 k1 点短路的等值电路图 K1 点的相对基准短路电流: ( 3)* 1 * 1 111 =2.194 0.4558 d S d I XX 所以 k1 点的三相短路电流的周期分量有效值： * k11d1d =2.1941.56=3423AIII （3（3（ 三相短路次暂态电流和稳定电流： ( 3)( 3) (3) 1 3423AIII 三相短路冲击电流及第一个周期短路电流有效值： ( 3)( 3) sh i2.552.553422.74=8728AI ( 3)( 3) sh 1.521.523422.36=5202AII 三相短路容量 ( 3)* * 1 1 100 =219.4M V A 0.4558 d d S S X 3.4.2 10 kV 母线短路电流母线短路电流 图 3.2 K2 点等值电路图 10 kV 母线等值电路图见（图 3.2）. K2 点的相对基准短路电流: ( 3)* 2 2 * 111 =1.204 0.75 .+ 2 d S d I XX （04558（ 所以 k2 点的三相短路电流的周期分量有效值： * k22d2d =1. 2045499=6618.9AIII （3（3（ 三相短路次暂态电流和稳定电流： ( 3)( 3) (3) 2 6618.9AIII 三相短路冲击电流及第一个周期短路电流有效值： ( 3)( 3) sh2 i2.552.556618.9=16878.2AI ( 3)( 3) sh2 1.521.526618.8=10060.7AII 三相短路容量 ( 3)* * 2 2 100 =120.4M V A 0.75 0.4558+ 2 d d S S X （ 3.4.3 主井电缆短路电流主井电缆短路电流 K3 点等值电路图见（图 3.3） 图 3.3 K3 点等值电路图 * 03 3 3 0.080.5100 =0.04 10.52 d S d d XLS X U 33 X0. 08L0.080. 5=0. 04 K3 点的相对基准短路电流: ( 3)* 3 3* 111 =1. 03 0. 75 0. 45580. 04 2 S d d I XX 所以 k3 点的三相短路电流的周期分量有效值： * k33d3d =1. 035499=5664AIII （3（3（ 三相短路次暂态电流和稳定电流： ( 3)( 3) (3