煤矿地面变电所设计毕业设计.doc

煤矿地面变电所设计毕业设计第一章 矿井(区)概况一、概述1、目的与任务变电所是电力配送的重要环节，也是煤矿生产供电的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足煤矿对生产发展的需要，提高供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建35kV变电所。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。此设计任务旨在体现自己对本专业各科知识的掌握程度，培养自己对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业的学习结果,是毕业前的一次综合性训练，是对所学知识的全面检查。通过本次毕业设计，既有助于提高自己综合运用知识的能力，同时也有助于以后在工作岗位能很快的适应工作环境。2、矿井概述：本矿井位于七台河市茄子河区东部, 地跨茄子河区、桃山区，东起铁东-新富附近，西止308省道；南自万宝村断层，北至华楠县边界。东西长40150km，南北宽135km左右，面积约127平方公里。百年最高洪水位0.2米,交通便利,地处山区, 所在海拔高度120M。最高年平均气温8摄氏度，月平均气温16摄氏度。该矿采用综合开拓方式，年产200万吨，服务年限为100年，瓦斯等级为2级，煤尘爆炸指数为0.15%二、拟建变电站概况1、本变电所电源以双回路与 5km外的电厂相连。该电厂为汽轮机发电，带有电压自动调节，电压等级为35KV，电源容量为3000MVA。2、电源出口相对阻抗为：系统最大方式的容量为：2900 MVA，电抗为：0.518；系统最小的方式为2100 MVA，电抗为：0.584；系统最大负荷利用小时数为：TM=5660h3、本矿变电所电源由双回LGJ-240架空导线与电厂相连，线路长度为5.3KM，架线是铁塔与水泥杆结合，跨跃部分用塔式，其它部分用水泥杆。地线采用复合地线，具有避雷、通迅作用。三、变电所的任务和位置1、矿区负荷的分布情况（1）地面高压供配电自35/6KV矿井地面变电所所有馈出线以电缆为主：其中电缆出为：主、副提升井，压风机房、地面低压配电所，选煤厂，锅炉房400V变电所，井下变电所各2回。架空馈出为：风井二回，污水处理厂、居住区各一回。（2）地面低压配电在锅炉房设置6.3/0.4KV变电所，装设SL7-6.3/0.4KV电力变压器两台，选用MCC配电屏一台，担负锅炉房动力及照明电源。（3）、井下供电自主变电所引两回电缆，经副井提升井进入井下变电所，采用矿用防爆变压器两台，矿用低压配电柜12台，分别向水泵，所内变压器，升下照明供电。2、变电所任务变电所任务是从电力系统接受电能、变换电压和分配电能，主要为井下煤碳生产提供电能而设，它负责主、副提升井绞车，地面主扇风机，井下的主排水泵，井底车场的动力及各采区提供电能，同进担负地面选煤厂，生产锅炉，集中供热、宿舍及矿医院照明等，变电所是接受分配控制和保护的枢纽，是分配能源的接力站。3、变电所的位置确定其任务是将中央变电所送的高压电能变为低压电能，并将此电力配送到采掘工作面及附近用电设备。它的位置选择是否合理，对采区供电安全及供电质量有直接影响。采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采煤方法及采区巷道布置方式、采煤设备的容量大小等因素。1 采区变电所位置确定原则(1)变电所处于负荷中心，使低压供电距离合理保证供电质量而又节省电缆。在铠装电缆截面不超过95mm 、橡套电缆截面不超过70mm 的条件下，保证采区内供电电压不低于该设备额定电压的95。(2)附近巷道应有轨道，便于运输采区变电所的大型电气设备。(3)变电所内通风良好。保证变电所硐室温度不超过附近巷道温度5C。(4)变电所硐室围岩稳固，易于维护，防止淋水，顶底板坚固，顶板无滴水现象。(5)根据采区生产的特殊性要求，尽可能由一个变电所向采区全部电气设备供电。在采区内生产期间减少迁移次数。另外，采区变电所硐室不得设在工作面平巷中。根据以上要求，通常采区变电所设置在采区装车站附近，或设置在上(下)山与运输平巷交叉处，或两上(下)山之间的联络巷中。本设计的矿山变电所，地面工业广场已统一考虑了压煤问题以及运输、通讯、水暖等设施，所以变电所的所址一般选择在靠近井口的工业广场边缘地带。确定变电所的位置时，应在保证变电所安全的基础上，对几种可行方案，根据变电所所址的各项要求进行技术和经济比较，最后确定最佳方案。第二章 变压器的选择一、用电负荷计算1、负荷资料的来源本设计用的负荷统计表是由矿山机电科和变电所提供，经指导教师审核而确定。2、负荷计算的方法计算用的所有参数如：功率因数，需用系数，不同时系数等其它参数，均由电工手册和教材查得，计算的方法是采用需用系数法。负荷统计表如下：全矿负荷统计及相关数据设备名称负荷等级电压V线路类型电机型式单机容量kv安装/工作台数工作设备总容量kw需用系数功率因数离35kv变电所的距离km主 井提 升16000CY14002/1140008708404副 井提 升16000CY10002/1100008508204扇 风机 116000KT8002/180008708224扇 风机 216000KT8002/180008708222压风机16000KT3005/390008608602地 面低 压16000C13501250076082005机修厂36000C45045006007503综 采车 间36000C48048007007806洗煤厂26000K120007608405大汪村36000K45008008025排水泵16000CX68012/4272008608608井 下低 压26000CX2600072078三、无功功率补偿电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。1、变电所自然功率因数由用电负荷的计算知变电所的自然功率因数为cos0.760.95.补偿前功率因数低，需人工补偿。2、功率因数低的影响（1）、降低电力系统的供电能力。（2）、增加电网的功率损耗。（3）、增大电网中的电压损失，降低供电质量。（4）、增加电能成本。3、提高功率因数的措施1)提高自然功率因数：未装设人工补偿装置时的功率因数称为自然功率因数。一般从设备选择和运行上采取减少无功功率需求量，如合理选择感应电动机，使其额定功率与拖动的负载相匹配；调整变压器负荷分配使其在最佳负荷状态下运行；合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的工况；控制机床、电焊机等用电设备空载运行的时间；在生产条件允许的情况下，采用同步电动机代替感应电动机。(2)人工补偿：装用无功功率补偿设备进行人工补偿。电力用户常用的无功补偿设备是电力电容器，又称并联电容器、静电电容器。4、功率因数的改变经计算全矿功率因数9194/11743=0.78350MVA，因此需选择限流电抗器。第五章 变电所一次设备的选择校验一、高压断路器选择1、选择高压断路器类型6-10kv一般选用少油断路器，110-330kv当少油断路器不满足要求时，可选压缩空气断路器和SF6断路器，500kv一般采用SF6断路器。2、根据安装地点选户外式或户内式。3、断路器额定电压不小于装设电路所在电网额定电压。4、断路器额定电流不小于通过断路器的最大持续电流。5、校核断路器断流能力 IekdIzk Iekd-断路器额定开断电流 Izk-断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值为简化计算，也可用次暂态短路电流进行选择当断路器开断时间tk0.1s时，由于电力系统中大容量机组出现，快速保护和高速断路器的使用，故在靠近电源外短路点，短路电流中非周期分量所占比例较大，因此在校核断流能力，计算被开断的短路电流时，应计及非周期分量影响。6、按短路关合电流选择，应满足断路器额定关合电流不小于短路冲击电流iegich 一般等于电动稳定电流。7、动稳定校验 短路冲击电流应不大于断路器极限通过电流iewich.8、热稳定校验短路热效应不大于断路器在ts时间内允许热效应 Ir2tQd Ir-断路器ts内的允许热稳定电流。9、根据对断路器操作控制要求，选择与断路器配用的操动机构。二、隔离开关的选择1、根据配电装置布置的特点，选择隔离开关类型2、根据安装地点选择户内式或户外式3、隔离开关额定电压大于装设电路所在电网的额定电压4、隔离开关额定电流大于装设电路最大持续工作电流5、动稳定校验满足 ichidw6、热稳定校验满足 QdIr2t7、根据隔离开关操作控制要求，选择配用的操动机构，一般采用手动操作，户内800A以上，户外220kv高位布置的隔离开关和330kv隔离开关，宜采用电动操作机构，当有压缩空气系统时，可采用气动操作机构。三、电流互感器选择1、根据安装地点和安装使用条件选择电流互感器型式,620kv屋内配电装置可选瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构，35kv及以上配电装置一般选用油浸瓷箱式绝缘结构，有条件可选套管式电流互感器2、 按一定电路的电压和电流选择电流互感器的一次额定电压和额定电流时，必须满足为保证供给测量仪表的准确度，电流互感器的一次正常工作电流值，应尽量接近其一次额定电流。电流互感器的二次额定电流，一般选用5A，在弱化系统中选用1A3、根据二次负荷要求，选择电流互感器的准确度级。电流互感器的准确度级不得低于所供测量仪表的准确度级，也包括测量的准确度，当仪表只供估计电气参数时，电流互感器可用3级，当用于继电保护时，宜根据继电保护的要求选用“D”或“B”和“J” 级4、根据选定的准确度级，校验电流互感器的二次负荷，并选择二次连接导线截面。为保证电流互感器能在选定的准确度级下工作，二次侧所接的负荷，必须小于或等于选定准确度级下的额定二次负荷，即发电厂和变电所中应采用铜芯控制电缆，连接导线截面不应小于1.5mm5、动稳定校验动稳定倍数Kd等于内部允许通过极限电流峰值与一次额定电流之比，对于瓷绝缘结构电流互感器，应校验互感器绝缘瓷套端部受到相间电动力，则以满足.35kV侧断路器和隔离开关：计算数据LW6B-126GW14-126UN35kVUe40.5kV40.5kVImax629.86AIe3150A630AI1.938kAIckd40kA-ich4.943kAie100kA-6.3kV侧断路器：计算数据ZN12-35UN35kVUe35kVImax989.77AIe1250AI5.0227kAIckd25kAich12.8079kAie63kA0.4kV侧断路器：计算数据ZN28A-10UN6.3kVUe6.3kVImax470.59AIe1250AI15.8693kAIckd20kAich40.4667kAie50kA第六节 配电装置的规划发电厂和变电所电气主接线中，所装开关电器、载流导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建造而成的电工建筑物，称为配电装置。它的作用是接受和分配电能。一、配电装置分类及特点屋内配电装置是将电气设备安装在屋内。特点是占地面积小，运行维护和操作条件较好，电气设备受污秽和气候条件影响较小；但须建造房屋，投资较大。35kV及以下采用此配置。屋外配电装置是将电气设备装置在屋外。特点是土建工程量小，投资少，建造工期短，易扩建；但占地面积大，运行维护条件差，易受污秽和气候条件影响。110kV及以上多采用此配置。二、配电装置的基本要求1.配电装置的设计和建造，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别应注意节约用地，争取不占或少占良田。2.保证运行安全和工作可靠。设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清晰。在运行中必须满足对设备和人身的安全距离，并应有防火、防爆措施。3.便于检修、操作和巡视。4.在保证上述条件要求下，应节约材料，减少投资。5.便于扩建和安装。三、35kV侧配电装置规划母线和隔离开关：用管形硬母线，并应支柱绝缘子安装在支架上，与隔离开关配合，以节省占地面积。变压器：变压器基础为双梁形，上面铺以铁轨。轨距为。变压器下面设置贮油池，尺寸为。贮油池内铺设厚度为0.40m的卵石层。断路器：采用高位布置方式。安装在约2m高的混凝土基础上。四、6.3kV侧配电装置配置6.3kV电压等级侧，采用单层屋内配电装置。高压开关柜采用GBC型开关柜，单列独立式布置。高压开关柜的前面是操作通道，开关柜出线侧为维护通道。开关柜的后面用金属网门与维护通道隔开，防止工作人员误入隔间造成事故。母线装设在配电装置上部，三相母线水平布置，两段母线用垂直隔板隔开。断路器装在一个单独间隔内。五、0.4kV侧配电装置配置该侧采用单层屋内配电装置。选用成套配电装置。高压开关柜GG-1A(F)型开关柜。采用单列独立式布置。高压开关柜的前面是操作通道，开关柜出线侧为维护通道。开关柜的后面用金属网门与维护通道隔开，防止工作人员误入隔间造成事故。母线装设在配电装置上部，三相母线水平布置，两段母线用垂直隔板隔开。电流互感器与断路器装在同一间隔内。第六章 继电保护的配置一、电力系统中继电保护的作用（1） 自动、迅速、有选择性地将故障元件切除，使故障元件迅速切除，避免元件遭到破坏，保证其它无故障元件迅速恢复正常运行。（2） 反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信号、减负荷或者跳闸，此时一般不需要保护迅速动作，而且根据电力系统及其元件的危害程度有一定延时，以免不必要的动作或者由于干扰引起的误动作。二、对继电保护的基本要求(1)选择性(2)速动性(3)灵敏性(4)可靠性三、主设备继电保护原则随着电力系统的增大，大容量的发电机组不断增多，在电力设备上装设完善的继电保护装置，不仅对重要而昂贵的设备减少在各种短路和异常运行时造成的损坏，在经济效益上也有显著效果。因此，在主设备的保护设计中，应要求保护在配置、原理接线和设备选型等方面，根据主设备的运行工况及结构特点，达到可靠、灵敏、快速且有选择性的要求。四、保护电源主设备保护装置的电源主要有三种类型：（1） 有发电厂或变电所的直流电源供电的方式。一般电磁型和整流型保护装置都采用此种方式。（2） 由逆变电流装置单独供电的方式。因逆变电源也由蓄电池直流电源供电，又经逆变整流稳压等回路转换，抗干扰性能好，故一般晶体管和集成电路型保护装置采用此方式。（3） 电阻降压稳压或单独由蓄电池供电方式。为分散供电或集中供电，此方式只用于消耗功率较少的继电器。电源装置应满足如下要求：（1） 保证供电可靠，因整流型或晶体管型保护多为成套装置，消耗功率较大，一般多由直流母线单独供电，对供电回路应设电源监视装置。（2） 电源应有较好的抗干扰性能。五、线路保护及配置1、35kV线路保护配置 反映接地短路保护的装置：对于35kV线路，如不需要装设全线速动保护，则宜装设反时限零序电流保护作为接地短路的主保护及后备保护。 反映相间短路的保护配置：对于35kV线路，要考虑是否装设全线速动保护，如装设全线速动保护，则除此之外，还要装设相间短路后备保护和辅助保护。2、6.3kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置 相间短路的电流、电压的配置根据有关规程，相间短路保护应按下列原则配置：1）、保护的电流回路的电流互感器采用不完全星形接地，各线路保护用电流互感器均装设在A、C两相上，以保证在大多数两点接地情况下只切除一个接地故障点。2）、采用远后备保护方式。3）、线路上发生短路时，应快速切除故障，以保证非故障部分的电动机能继续运行。 单相接地零序电流保护的配置 中性点非直接接地系统发生单相接地时，由于接地电流小，一般只在发电厂和变电所的母线上装设单相接地监视装置。监视装置反映零序电压，动作于信号。规程规定，对于条件安装零序电流互感器的线路，当单相接地电流能满足保护的选择性和灵敏性要求时，应装设动作于信号的单相接地保护，对不能安装零序电流互感器的线路，而单相接地保护能够躲过电流回路中不平衡电流的影响。六、主变保护的选择1、电力变压器继电保护装置的配置原则（1） 应装设反映于内部短路和油面降低的瓦斯保护。（2） 应装设反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵差动保护或电流速断保护。（3） 应装设作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电压保护。（4） 为防止中性点直接接地系统中外部接地短路故障的变压器零序保护。（5） 防止大