毕业论文kv地面变电所设计.doc

河北科技大学继续教育学院毕业设计院 站：专 业：学 生：指导老师：评阅老师：完成日期：马莲台煤矿35kv变电所部分设计 总计 毕业设计（论文） 页 表格 页 插图 幅摘要本设计根据马莲台煤矿电力负荷的实际资料，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，完成了满足该区供电要求的35kV变电所一次部分的初步设计。本设计共分为5章，分别为概述、负荷分析及变压器选择、主接线的设计、短路电流的计算、高压电器设备的选择。本设计中，首先对实际的用电负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变压器的型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。关键词： 主接线、负荷计算、变压器选型、短路计算、高压设备选型AbstractThis design under Malian coalmine power load of actual information, to the best run substation, in accordance with the relevant regulations and norms, completed the power requirements will be met by 35 kV substation once part of the initial design. This design is divided into 5 chapters, namely overview, load analysis and transformer selection, main wiring design, short circuit current calculation, selection of high-voltage electrical equipment. This design, the first actual power load for statistics and computing, selected the desired primary transformer model, and then under load properties and power supply reliability requirements drawn up by the main wiring design, considering the short circuit severe impact on the system, the design in the short-circuit evaluation. Also on the main in the design of high-voltage electrical equipment selection and calculation, such as circuit breakers, isolating switch, voltage transformer, current transformers, etc. In addition to the thunder of design and computation, improves the security of the whole substation.Key words: Main wiring， load computation， transformer shaping， short-circuit computation， high pressure unit shaping目 录第1章 概 述1.1矿山供电的基本要求11.2设计原则21.3内容及步骤3第2章 负荷分析和主变压器的选择2.1负荷分析42.2负荷计算62.2 无功功率的补偿82.3主变压器的选择10第3章 电气主接线的设计3.1电气主接线的概述123.2电气主接线的设计原则和要求123.3 电气主接线方案的比较14第4章：短路电流的计算4.1短路电流计算的概述164.2短路电流计算的目的和方法174.3短路电流的计算27第5章：电气设备的选择与校验5.1 高压电器设备选择的一般原则225.2 电气设备的选择和校验245.3电气设备的选择计算29第6章 结论36第7章 答谢37第8章 参考文献38马莲台煤矿地面35变电所部分设计前言马莲台矿井所处位置为宁夏横城矿区，属宁夏灵武市横山堡乡管辖，矿井距银川市约35km，灵武市约20km。矿井所在地区为鄂尔多斯台地的西部边缘，区内属半沙漠的荒原丘陵地带。矿井工业场地所处地带地势较为平缓，但整个区域内地势东南高，西北低，海拔一般在12281250m之间，最高为1300m（东南部低山）。由于马莲台矿井地处戈壁沙漠，风沙较大，为保正矿井供电可靠性，减少风沙灾害对煤矿供电的影响，在工业场地北侧建矿井楼内（二层）35/10KV变电所一座。原始资料矿井采用双回路供电方式，一回路电源引自希望110KV变电所，电源容量为400MVA，线路全长16km；另一回电源引自双庙110KV变电所，电源容量为300MVA，线路全长20km。35kv侧定时限过电流保护装置动作时间为3s，下井电缆长度2.5km。该矿负荷统计如表所示负荷统计表序号名称电机型式需用系数功率因数容量1主井绞车绕线0.880.8212002副井绞车绕线0.820.828003压风机同步0.70.819004主扇绕线0.90.8232005工业广场0.760.7427006工人村0.780.685007主排水泵鼠笼0.80.820008井下低压0.750.74000第1章 概 述1.1矿山供电的基本要求1.1.1 供电可靠由于煤矿供电的特殊性，所以要求供电要可靠，供电可靠就是要求不间断供电。供电中断时不仅会影响矿井的原煤产量，而且可能损坏设备，甚至发生人身事故和造成矿井的破坏。例如煤矿井下的空气中含有瓦斯气体，并且有水不断涌出，突然停电，将会使排水和通风设备停止运转，可能造成水淹矿井，工作人员窒息死亡或引起瓦斯、煤尘爆炸，危及矿井和人身安全。因此，对煤矿中的重要用电设备，要求采用两个独立电源的双回路或环式供电方式，两路电源线路互为备用，当一路电源线路故障或停电检修时，则由另一路电源线路继续供电，以保证供电的可靠性。1.1.2 供电安全供电安全具有两个方面的意义，即防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、煤尘爆炸事故。煤矿井下空间狭小、潮湿阴暗，井下电气设备的受潮和机械损伤容易发生人身触电事故；供电线路和用电设备的损伤和故障产生的电气火花，会造成火灾或瓦斯、煤尘爆炸事故。因此，为了避免事故的发生，在煤矿供电工作中，应按照有关规定，采取防爆、防触电、过负荷及过流保护等一系列技术措施和管理制度，消除各种不安全因素，确保供电的安全。1.1.3 保证供电质量衡量供电质量高低的技术指标是频率的稳定性和电压的偏移。交流电的频率对交流电动机的性能有着直接的影响，频率的变动会影响交流电动机的转速。按照电力工业技术管理法规规定，对于额定频率为50Hz的工业用交流电，其频率相对于额定值的偏差不允许超过0.2-0.5Hz，即为额定频率的0.4-1。电压偏移是衡量供电质量的又一重要指标。所谓电压偏移，是指用电设备在运行中，实际的端电压与其额定电压的偏差。用电设备对定范围内的电压偏移具行适应能力，但随着电压偏移的增大，用电设备的性能将会恶化，严重时会造成设备的损坏。例如，白炽灯在超过额定电压5的电压下工作时其工作寿命将缩短一半；因此我国对用电设备电压偏移的允许值做了具体的规定，例如电动机的电压偏移不允许超过其额定电压的5，白炽灯的电压偏移不允许越过其额定值的+3和-2.5。1.1.4 技术经济合理技术经济合理是指在满足上述三项要求的前提下，使供电系统的投资和运行达到最佳的经济效益。供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2设计原则按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB 50059-9235110kV变电所设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行矿山供电设计必须遵循以下原则：1、遵守规程、执行政策必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。2、安全可靠、先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。3、近期为主、考虑发展应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。4、全局出发、统筹兼顾按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。矿山供电设计是整个煤矿设计中的重要组成部分。矿山供电设计的质量直接影响到煤矿的生产及发展。作为从事矿山供电工作的人员，有必要了解和掌握矿山供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3内容及步骤 全矿总降压变电所及配电系统设计，是根据各个部门负荷数量和性质及其对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电 能问题。其基本内容有以下几方面。1、负荷计算 全矿总降压变电所的负荷计算，是在各部门负荷计算的基础上进行的。考虑变电所变压器的功率损耗，从而求出全矿总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计 算表、显示计算结果。2、一次系统图跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。3、电容补偿 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。4、变压器选择及变电所布置 根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全矿计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号及全矿供电平面图。5、短路电流计算 矿山用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。6、高、低压设备选择及校验参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验，并列表表示。7、导线、电缆的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面选择时必须满足发热条件：导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。8、整定及二次保护 为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，皆需设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置，并对保护装置做出整定计算。第2章 负荷分析和主变压器的选择2.1 负荷分析2.1.1 负荷分类及定义1一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2. 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。3. 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。煤矿变电所负责向整个矿区供电，在煤矿上除了家属区及一些辅助设备以外，大部分是井下用电，例如：主提升机、主排水泵等等，如果煤矿变电所一旦停电就可能造成人身死亡，所以应属一级负荷，应采用两个独立回路供电.2.1.2 本系统的负荷计算1. 定义（1）、计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（2）、平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2. 负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计将采用需要系数法予以确定。所用公式有：(1)、单组用电设备的计算负荷单组用电设备的计算负荷应按下式计算:式中 Pca、Qca、Sca-该组用电设备的有功、无功、视在功率计算值，kw、kvar、KVA-该组用电设备额定容量之和，kw，-该组用电设备的需用系数和加权平均功率因数-与相对应的正切值该组用电设备的负荷电流按下式计算:式中 Ica-该组用电设备的总负荷电流，A UN-电网的额定电压，kv(2)、变电所总计算负荷将变电所各组用电设备的计算负荷相加，再乘以组间最大负荷的同时系数，即可求出变电所的总计算负荷.式中 -变电所负荷的总有功、无功、视在功率计算值，kw、kvar、kVA-变电所各组用电设备的有功、无功功率计算值之和， kw、kvar-各组用电设备最大负荷不可能同时出现的组间最大负荷同时系数，组数越多其值越小，本设计取Ksp=0.9，Ksq=0.95变电所的功率因数为 2.2负荷计算根据所给原始资料计算过程如下：2.2.1地面高压1、主井绞车： kwkvarKVA2、副井绞车： KWkvarKVA3、压风机： kwkvarKVA4、主扇： kwkvarKVA2.2.2地面低压: 1、工人村：kwkvarKVA2、工业广场： kwkvarKVA3、低压计算负荷：计算矿地面低压计算负荷，应考虑各组间最大负荷的同时系数,取Ksp=0.9,Ksq=0.95，则kwkvarkwkvarKVA2.2.3井下高压:1、主排水泵： kwkvarKVA2.2.4井下低压kwkvarKVA2.2.5 全矿负荷统计1、全矿高压负荷总计：将全矿各组高压计算负荷相加，即kwkvar2、全矿计算负荷。计算全矿10KV侧总的计算负荷，应考虑各组间最大负荷的同时系数,取Ksp=0.9,Ksq=0.95，则kwkvar2.3 无功功率的补偿根据全国供用电规则的规定：高压供电的工业用户功率因数应该在0.90以上.，所以当变电所的功率因数低于0.9时，应采取人工补偿措施，补偿后的功率因数应不低于0.95。目前35kv变电所一般是采用在10kv母线上装设并联电容器的进行集中补偿的方法，来提高变电所的功率因数。2.3.1电容器补偿容量的计算电容器的无功补偿容量为：式中 -补偿前功率因数角的正切值-补偿后应达到的功率因数角的正切值1、 电容器（柜）台数的确定无功补偿所需电容器总台数N为式中 -单台电容器柜的额定容量，kvar -电容器的实际工作电压，kV-电容器的额定电压，kV确定电容器的总台数时，应选取不小于计算值N的整数。2、 补偿后的实际功率因数因为电容器的台数选择与计算值不同，所以应计算补偿后的实际功率因数。电容器的实际补偿容量为：式中 Qca-电容器的实际补偿容量，kvar N-所选电容器的实际台数补偿后变电所负荷的总无功功率为补偿后变电所的负荷总容量补偿后的功率因数式中 、 、-补偿后变电所负荷的总无功功率、总容量和功率因数，kvar、kVA、-补偿前变电所负荷的用功功率、无功功率的计算值，kW、kvar2.3.2电容器所需补偿容量因全矿的自然功率因数：，低于0.9，所以应该进行人工补偿,补偿后的功率因数应该达到0.9以上，即5以上，则全矿所需补偿容量为：kvar2.3.4电容器柜数及型号的确定电容器拟采用双星形接线接在变电所的二次母线上，因此选用TBB高压并联电容柜，单台电容器柜容量为1800kvar，每则电容器柜总数为：2.3.4电容器的实际补偿容量为：kvar2.3.5人工补偿后的功率因数kvarkvar0.9 符合要求2.4主变压器的选择2.4.1主变压器台数的确定由于本变电所为矿山变电所，所有负荷基本都为一类负荷，对供电要求比较高,所以选择两台主变压器，其中一台工作，另一台备用。根据,考虑到以后的设备增容，所以容本设计选择SF11-20000/35/10KV型主变压器两台，变压器的负荷率为: 2.4.2全矿总负荷： 1、变压器损耗：kw2、变压器无功损耗：kvar3、全矿总负荷kvar(1.21.5)Ica(3)确定准确等级电流互感器的准确度级别有0.2，0.5,1.0，3.0，10等级。测量和计量仪表使用的电流互感器为0.2级，只为电流、电压测量用的电流互感器允许使用1.0级，对非重要的测量允许使用3.0级。（4）动稳定校验电流互感器满足动稳定的条件是式中 Kes-动稳定倍数，由产品目录查出； iim-三相短路冲击电流，Ka（5）热稳定校验电流互感器满足热稳定的条件是式中 Kts-对应于t的热稳定倍数，由产品目录查出； t-给定的热稳定时间，一般为1s； Iss-三项稳态短路电流有效值，A； tf-短路电流的家乡作用时间，s。5.2.4母线（1）母线材料及形状的选择母线材料一般采用铝导体，对于35kv及以上的户外母线常采用钢芯铝导线，而6kv及以下的母线一般采用矩形母线。（2）母线截面的选择1）按最大长时工作电流选择母线的长时允许电流应大于或等于通过母线的最大长时工作电流，即式中 Ip母线的长时允许电流，A Ica-通