煤矿35KV变电所设计

摘摘 要要 变电所是电力系统的枢纽环节 由变压器 母线和开关设备等电气设 备按一定的结线方式所构成 他从电力系统取得电能 进行电压变换和分配 然后将电能安全 可靠 合理的供给不同的用电场所和电力设备 变电所设 计的主要任务是根据变电所担负的任务及用户负荷情况等 选择所址 对用 户的负荷进行统计 分析计算 确定用户无功功率补偿装置 进行变压器选 择 确定变电站的结线方式 进行短路电流计算 选择变配电开关设备 绘 制变电所平面布置图 本变电所的初步设计包括 总体方案的确定 负荷分 析 短路电流的计算 配电系统设计与系统接线方案选择 变电所高压进线 一次设备和低压出线的选择 防雷与接地保护等内容 关关 键词键词 变电所设计 负荷的计算 变压器选择 开关设备选 择 线路设计 防雷设计 AbstractAbstract The transformer substation is the pivot links of the power system by the voltage transformer electric equipment such as bus bar and switchgear form according to certain knot line way he make electric energy from power system carry on voltage vary and assign electric energy safe reliable reasonable supply different power consuming place and electric apparatus The main task of substation design is based on the tasks and substation loads and other users select the address of the user s load of statistics analysis and calculation to determine the reactive power compensation device users Transformer selection determine the end line substation the short circuit current calculation select the power distribution switchgear substation floor plan drawing The preliminary design of the substation including the determination of the overall program load analysis short circuit current calculation distribution system design and system wiring scheme selection substation high voltage into the line a selection of equipment and low voltage outlet lightning protection and ground protection and so on Keywords substation design load calculation transformer selection switching equipment selection circuit design lightning protection design 目目 录录 第一章 绪论 1 1 1 煤矿变配电所的设计 1 1 1 1 电力系统基础 1 1 1 2 煤矿配电所的设计原则 2 1 2 课题来源及设计背景 2 1 2 1 课题来源 2 1 2 2 设计背景 2 第二章 变电所负荷计算和变压器的选择 4 2 1 变电站的负荷计算 4 2 1 1 全矿负荷统计 4 2 1 2 各低压变压器的选择及其损耗计算 6 2 2主变压器的选择原则 8 2 3 煤矿地面主变电所变压器台数的选择原则 9 2 4 主变压器容量的选择 9 2 5 功率因数补偿的目的和方案 10 2 6 无功补偿的计算及设备选择 10 第三章 主接线方案的确定 13 3 1 主接线的基本要求 13 3 2 电气主接线的设计原则 14 3 3 主接线的方案与分析 15 3 3 1 单母线接线 15 3 3 2 单母线分段主接线 15 3 4 电气主接线的确定 16 第四章 短路电流的计算 18 4 1 短路电流及其计算 18 4 1 1 短路的种类 18 4 1 2 短路的原因 18 4 1 3 短路的危害 18 4 1 4 计算短路电流的目的 18 4 1 5 计算短路电流 19 第五章变 电所电气设备的选择 26 5 1 架空线路和 35kV 母线的选择 26 5 2 电缆进线的选择 26 5 2 1 6kV 电缆线路选择 26 5 2 2 6kV 架空线路选择 288 5 3 母线支柱绝缘子和穿墙套管的选择 28 5 4 变电所一次设备的选择 29 5 4 1 高压断路器的选择 29 5 4 2 高压隔离开关的选择 30 5 4 3 电流互感器的选择 31 5 4 4 电压互感器和高压熔断器的选择 31 5 4 5 高压开关柜的选择 32 5 4 6 35kV 避雷器的选择 33 5 5 低压出线的选择 33 5 5 1 低压母线桥的选择 33 5 5 2 低压母线的选择 34 第 6 章 变电所防雷与接地方案的设计 35 6 1 变电所的过电压保护 35 6 1 1 线路防雷 35 6 1 2 变电所直击雷防护 35 6 2 避雷针的接地 35 6 3 防雷的接地设计 35 第 7 章 变电所的平面布置 37 7 1 变电所位置选择 37 7 2 配电室建筑要求 37 7 3 控制室布置 38 参考文献 40 致谢 41 附表 42 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 煤矿变配电所的设计煤矿变配电所的设计 1 1 11 1 1 电力系统基础电力系统基础 由发电厂 电力网与电能用户 电力负荷 所组成的整体 叫电力系统 它的任 务是生产 变换 传输 分配与消费电能 当今社会 电能的利用已经远远超出作为 机械动力的范围 电力工业已经成为现代国民经济的基础 世界上按人口平均的用电 量是反映一个国家现代化的主要指标 1 大型电力用户供电系统 大型电力用户的供电系统 采用电源电压等级为 35kV 经主变电所和车间变电所 两级变压 主变电所将 35KV 电压变为 6 10kV 电压 然后经配电线路引至各个车间变 电所 车间变电所再将 6 10KV 电压变为 220 380V 660V 1140V 的低电压供用电设备使 用 某些矿区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓 高压深入负荷中心 的供电方式 即 35kV 的进线电压直接一次降为 220 380V 660V 1140V 的低压配电电压 2 中型电力用户一般采用 10kV 的外部电源进线供电电压 经高压配电所和 10kV 用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所 车间变电所再将电压变换成 220 380V 660V 的低电压供用电设备使用 高压配电所通常与某个车间变电所合建 3 小型电力用户供电系统 一般小型电力用户也用 10kV 外部电源进线电压 通常只设有一个相当于车间变电 所的降压变电所 容量特别小的小型电力用户可不设变电所 采用低压 220 380V 660V 直接进线 随着改革的不断深化 经济的迅速发展 各电力部门对变电所设计水平的要求将 越来越高 现在所设计的常规变电所最突出的问题是设备落后 结构不合理 占地多 投资大 损耗高 效率低 尤其是在一次开关和二次设备造型问题上 基本停留在 2 50 60 年代的水平上 从发展的观点来看 将越来越不适应我国城市和农村发展的要 求 国民经济不断发展 对电力能源需求也不断增大 致使变电所数量增加 电压等 级提高 供电范围扩大及输配电容量增大 采用传统的变电站一次及二次设备已越来 越难以满足变电站安全及经济运行 少人值班或者无人值班的要求 现在已经大多采 用了微机保护 分级保护和常规保护相比 增加了人机对话功能 自控功能 通信功 能和实时时钟等功能 因此如果通过电力监控综合自动化系统 可以使变电站内值班 人员或调度中心的人员及时掌握变电站的运行情况 直接对设备进行操作 及时了解 故障情况 并迅速进行处理 达到供电系统的管理科学化 规范化 并且还可以做到 与其他自动化系统互换数据 充分发挥整体优势 进行全系统的信息综合管理 1 1 21 1 2 煤矿配电所的设计原则煤矿配电所的设计原则 1 必须遵守国家的有关规程和标准 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 应做到保障人身和设备安全 供电可靠 电能质量合格 技术先进和经济合理 应采用效率高 能耗低 性能较先进的电气产品 3 应根据工程特点 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 近期结合 以近期为主 适当考虑扩建的可能性 4 必须从全局出发 统筹兼顾 按照负荷性质 用电容量 工程特点和地区供电 条件等 合理确定设计方案 1 21 2 课题来源及设计背景课题来源及设计背景 1 2 11 2 1 课题来源课题来源 本课题源山西倡源公司 35KV 变电所的新建项目 具有一定的实践性和可行性 1 2 21 2 2 设计背景设计背景 我到山西介休倡源公司进行了为期半年的实习 经过对该矿供电系统的认真的了 解 在老师和现场技术人员的帮助和指导下 把该矿主变电所设计做为本次毕业设计 3 的课题 把原来的不合理之处做些修改 重新进行设计 其原始数据如下 该矿为凯嘉集团的一个井口 规模较小 变电所由距此 3 8KM 的北辛武变电站和 距此 1 9KM 的板欲站通过 35KV 架空线路供电 两回 35KV 电源参数 出线开关过流保 护整定时间为 2 5s 35KV 电源母线上最大运行方式下的系统电抗 Xs min 0 12 Sd 100MVA 35KV 电源母线上最小运行方式下的系统电抗 Xs Min 0 22 Sd 100MVA 井下 6KV 母线上允许短路容量 Sal 100MVA 35KV 母线上补 偿后的平均功率因数 0 9 cos 4 第二章第二章 变电所负荷计算和变压器的选择变电所负荷计算和变压器的选择 2 12 1 变电站的负荷计算变电站的负荷计算 负荷计算的目的是为了掌握用电情况 合理选择配电系统的设备和元件 如导线 电缆 变压器 开关等 负荷计算过小 则依此选用的设备和载流部分有过热危险 轻 者使线路和配电设备寿命降低 重者影响供电系统的安全运行 负荷计算偏大 则造成设 备的浪费和投资的增大 为此 正确进行负荷计算是供电设计的前提 也是实现供电系 统安全 经济运行的必要手段 目前负荷计算常用需要系数法 二项式法 和利用系数法 前二种方法在国内设计 单位的使用最为普遍 此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法 单位面积功 率法 变值系数法和 ABC 法等 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时 应将性 质相同的用电设备划作一组 并根据该组用电设备的类别 查出相应的需用系数 x K 然后按照上述公式求出该组用电设备的计算负荷 2 1 12 1 1 全矿负荷统全矿负荷统计计 负荷统计请参看末尾附表 2 1 按需要系数法计算各组负荷 有功功率 P Kd Ps 无功功率 Q P tan 视在功率 S 22 QP 上述三个公式中 Ps 每组设备容量之和 单位为 kW Kd 需要用系数 功率因数 cos 5 提升机 有功负荷 PC1 KdPS1 210 x0 94 197 4kW 无功负荷 QC1 PC1 197 4x0 65 128 3kvar tan 视在功率 SC1 235 4kVA 2 1C 2 1C QP 机修厂 有功负荷 PC2 KdPS2 250 x0 6 150kW 无功负荷 QC2 PC2 150 x1 02 153kvar tan 视在功率 SC2 214 3kVA 2 2C 2 2C QP 压风机 有功负荷 PC3 KdPS3 480 x0 88 422 4kW 无功负荷 QC3 PC3 1422 4x0 46 193 4kvar tan 视在功率 SC3 465kVA 2 3C 2 3C QP 抽风机 有功负荷 PC4 KdPS4 1600 x0 9 1440kW 无功负荷 QC4 PC4 1440 x0 51 734 4kvar tan 视在功率 SC4 1617kVA 2 4C 2 4C QP 5 全矿低压 有功负荷 PC5 KdPS5 1260 x0 72 903kW 无功负荷 QC5 PC5 903x0 8 720 5kvar tan 视在功率 SC5 1255 2kVA 2 5 2 5CC QP 煤矸楼 有功负荷 PC6 KdPS6 115x0 75 86 25kW 无功负荷 QC6 PC6 86 25x0 8 69kvar tan 视在功率 SC6 110 5 6kVA 2 6C 2 6C QP 6 锅炉房 有功负荷 PC7 KdPS7 113x0 65 73 5kW 无功负荷 QC7 PC7 73 5x0 22 16 2kvar tan 视在功率 SC7 75 2kVA 2 7C 2 7C QP 8 瓦斯检测房污水处理站 有功负荷 PC8 KdPS8 320 x0 85 272kW 无功负荷 QC8 PC8 272x0 60 163 2kvar tan 视在功率 SC8 317 2kVA 2 8 2 8CC QP 9 井下低压 有功负荷 PC9 KdPS9 905x0 7 685 5kW 无功负荷 QC9 PC9 685 5x0 87 478kvar tan 视在功率 SC9 816kVA 2 9 2 9CC QP 10 后勤公寓 有功负荷 PC10 KdPS10 360 x0 75 270kW 无功负荷 QC10 PC10 270 x0 62 167 4kvar tan 视在功率 SC10 317 7kVA 2 10 2 10CC QP 计算出全矿的各组负荷后 填入上表中计算出有功 无功 视在功率的总量 总计 有功功率 P 4433 5kW 无功功率 Q 2824 6kvar 2 1 22 1 2 各低压变压器的选择及其损耗计算各低压变压器的选择及其损耗计算 表 2 2 低压变压器选定表 名称变压器其型号选择台数 地面低压 S11 1600 6 0 4 变压器 2 台 7 机修厂 S11 315 6 0 4 变压器 1 台 煤矸楼和锅炉房共用 S11 315 6 0 4 变压器 1 台 后勤公寓 S11 400 6 0 4 变压器 1 台 井下低压 S11 1000 6 0 66 变压器 2 台 选择的是 S11 系列卷铁芯配电变压器 其参数均在变压器表中可以查到 对于变压器的损耗有公式 有功功率损耗 PT Po Pk Sca Sn T 2 Po 2 Pk kW 无功功率损耗 Qt Sn T Io 100 Uk 100 2 kvar 式中 Po 变压器空载有功功率损耗 kW Pk 变压器短路电流等于额定电流时的有功功率损耗 kW Sca 计算负荷 kvar Sn T 变压器的额定容量 kVA 变压器的负荷率 Sca Sn T Po Pk Io Uk 可以在变压器的产品目录中查到 地面低压 有功功率损耗 PT 5 29x 1106 5 1600 2 8 0 kW 无功功率损耗 Qt 1600 x 1 6 100 4 5 100 x0 1 40 kvar 机修厂 有功功率损耗 PT 0 48 3 65x 214 1 315 2 2 8 kW 无功功率损耗 Qt 315x 1 1 100 4 5 100 x0 63 12 kvar 煤矸楼 锅炉房 有功功率损耗 PT 0 48 3 65x 195 7 315 2 2 4 kW 无功功率损耗 Qt 315x 1 1 100 4 5 100 x0 53 11 kvar 后勤公寓 有功功率损耗 PT 0 57 4 3x 317 7 400 2 4 0 kW 8 无功功率损耗 Qt 400 x 1 2 100 4 5 100 x0 81 19 5 kvar 井下低压 有功功率损耗 PT 0 68 5 1x 375 8 500 2 4 0 Kw 无功功率损耗 Qt 500 x 1 0 100 4 5 100 x0 64 19 4 kvar 表 2 3 低压变压器功率损耗计算结果 负荷地面 低压 机修 厂 煤矸楼 锅 炉房 后勤公 寓 井下低 压 Sc KVA 2x160 0 3153154002x1000 PT k W 8 02 82 44 08 0 QT k W 4012 01119 535 8 合计 PT 25 2 kW QT 121 3 kvar 计算出了低压变压器的有功损耗和无功损耗之后 就可以计算出 6KV 母线上 的总的负荷 负荷统计表中的总负荷是 4433 5kW 所以查同时系数表得知所需的同时 系数为 Ksi 0 95 忽略矿内高压线路的功率损耗 35KV 变电所 6KV 母线补偿前的总负 荷为 有功 Pca Ksi P PT 0 95x 4433 5 25 2 4235 5 kW 无功 Qca Ksi Q QT 0 95x 2824 6 121 3 2798 6 kvar 视在 Sca 5076 5 kVA 22 caca QP 补偿前的功率因数 Pca Sca 4235 5 5076 5 0 834 cos 2 22 2 主变压器的选择原则主变压器的选择原则 电力变压器是变电所的关键设备 其主要功能是升压或降压 以利于电能的合理 9 分配 输送和使用 对变电所主结线的方式及其可靠性与经济性有着重要影响 所以 正确合理地选择变压器的类型 台数和容量 是确定变电所主接结线方式的重要前提 选择时遵照国家有关煤矿供电设计规范 规程 标准等 因地制宜 结合实际 合理选择 优先选用技术先进 高效节能 免维护的新产品 2 32 3 煤矿地面主变电所变压器台数的选择煤矿地面主变电所变压器台数的选择原则原则 1 当大多数负荷属于三级负荷 其少量一 二级负荷或由临近企业取得电源时 可以安装一台变压器 2 如企业一 二级负荷较多 必须装设两台变压器 互为备用 当一台出现故 障时 另一台必须能承担全部一 二级负荷 3 特殊情况下可以装设两台以上变压器 例如分期建设的大型企业 其变电所 的个数和变压器台数均可以分期投建 从而台数可能较多 根据该矿的实际情况 本设计选择两台变压器 互为备用 2 42 4 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 煤矿地面 35KV 变电所主变压器一般选择两台 每台变压器的容量为 SN T kgu Sca 35 式中 kgu 事故时的负荷保证系数 根据一 二级负荷所占比例决定 一般 可取为 0 7 1 Sca 变电所 35KV 母线上无功补偿后的总计算视在负荷 kVA 计算出 SN T 数值后查询有关变压器产品样本或者电气设计手册 选用额定容量 大于或等于此数值的标准规格变压器 35KV 电力变压器标准容量规格一般为 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000 25000kVA 等 根据计算 选用两台 S11 8000 35 额定容量为 8000kVA 的有载调压油浸式变压器 采用两台同时分列运行 当一台故障停运时 另一台保证全矿一 二级负荷的供电 表 2 3 主变压器的选择 10 额定容量 SN kV A 联结组别 空载损耗 PO kW 短路损耗 PK kW 空载电流 I O 阻抗电压 U K 8000Dynd1110401 08 变压器的损耗 PT PO PK 2 10 40 x 5076 8000 2 26kW T N C S S Q T SN T 8000 x 1 0 100 8 0 100 x0 4 336kvar 100 I0 100 UK 2 T N C S S 所以 35KV 侧补偿前的总负荷 有功功率 P PT Pca 4261 5 kW 无功功率 Q Q T Qca 3134 6 kvar 视在功率 S 5290 2 KVA 22 QP 电流 I S 1 732x35 87 27 A 功率因数 P S 0 81 cos 2 52 5 功率因数补偿的目的和方案功率因数补偿的目的和方案 功率因数是用电的一项重要电气指标 提高负荷的功率因数可以使发 变电设备和 输电线路的供电能力得到充分发挥 并能降低各级线路和供电变压器的功率损失和电压 损失 因而具有重要意义 目前用电户高压配电网主要采用并联电力电容器组来提高负 荷功率因数 即所谓集中补偿法 部分用户已经采用自动投切电容补偿装置 低压电网 已经推广应用功率因数补偿装置 对于大中型绕线式异步电动机 利用自励式进相机进 行的单机就地补偿来提高功率因数 节电效果显著 2 62 6 无功补偿的计算及设备选择无功补偿的计算及设备选择 我国 供电营业规则 规定 容量在 100kV A 及以上高压供电用户 最大负荷时 的功率因数不得低于 0 9 如达不到上述要求 则必须进行无功功率补偿 11 由于用户大量使用的感应电动机 电焊机 电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷 使得功率因数偏低 因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数 当功率因数提高时 在有功功率不变的情况下 无功功率和视在功率分别减小 从而使负荷电流相应减小 这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低 相应可选用较小容量的电力变压器 开关设备和较小截面的电线电缆 减少投资和节约有色金属 因此 提高功率因数对 整个供电系统大有好处 要使功率因数提高 通常需装设人工补偿装置 最大负荷时的无功补偿容量 QN C 应为 QN C Klo x Pca tan tan 按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量 当负荷减小时 补偿容量 也应相应减小 以免造成过补偿 因此 无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控 制器 针对预先设定的功率因数目标值 根据负荷的变化相应投切电容器组数 使瞬 时功率因数满足要求 提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备 前 者主要有同步补偿机和并联电容器 动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷 低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装 根据负荷变化相应循环 投切的电容器组数一般有 4 6 8 10 12 组等 用上式确定了总的补偿容量后 就 可根据选定的单相并联电容器容量 qN C来确定电容器组数 C N C N q Q n 在用户供电系统中 无功补偿装置一般有三种安装方式 1 高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式 但初期投资较少 便于集中运 行维护 而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿 以满足企业总功率因数的要 求 所以在一些大中型企业中应用 2 低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好 特别是它能减少变压器的视 在功率 从而可使主变压器的容量选的较小 因而在实际工程中应用相当普遍 12 3 低压分散补偿 补偿效果最好 应优先采用 但这种补偿方式总的投资较大 且电容器组在被补偿的设备停止运用时 它也将一并被切除 因此其利用率较低 本次设计采用高压集中补偿方式 QN Ca KloxPCa x 0 8x4261 5x tan arccos0 81 tan arccos0 9 tan tan 818 2 kvar 选择 GR 1C 08 型电容器 qN C 270kvar C N C N q Q n 3 03 取 4 台 实际补偿容量 QN Ca f 4 x 270 1080 kvar 折算到计算补偿容量 QN Ca QN Ca f Klo 1350 kvar 补偿后 6KV 侧的计算负荷和功率因数 Q ca Qca QN Ca 2798 6 1350 1448 6 kvar 补偿后的视在计算负荷 SCa 4476kV A 22 caQ Pca 0 95 0 9 符合 cos aSc Pca 35KV 侧补偿后主变压器最大的损耗计算 PT PO PK 2 10 40 x 4476 8000 2 22 kW T N C S S Q T SN T 8000 x 1 0 100 8 0 100 x0 313 280 100 I0 100 UK 2 T N C S S kvar 补偿后 35KV 侧计算负荷与功率因数校验 Pca 22 4235 5 4257 kW 13 Qca 280 1448 6 1729 kvar Sca 4595 kVAcaQcaP 22 Pca Sca 0 93 0 9 符合要求 cos 第第 3 3 章章 主接线方案的确定主接线方案的确定 3 13 1 主接线的基本要求主接线的基本要求 变电所主接线 一次接线 表示变电所接受 变换和分配电能的路径 它由各种电 力设备 隔离开关 避雷器 断路器 互感器 变压器等 及其连接线组成 通常用单 线图表示 主接线是否合理 对变电所设备选择和布置 运行的灵活性 安全性 可靠性和经 济性 以及继电保护和控制方式都有密切关系 它是供电设计中的重要环节 在图上所 有电器均以新的国家标准图形符号表示 按它们的正常状态画出 所谓正常状态 就 是电器所处的电路中既无电压 也无外力作用的状态 对于图中的断路器和隔离开关 是画出它们的断开位置 在图上高压设备均以标准图形符号代表 一般在主接线路图 上只标出设备的图形符号 在主接线的施工图上 除画出代表设备的图形符号外 还 应在图形符号旁边写明设备的型号与规范 从主接线图上我们可了解变电所设备的电 压 电流的流向 设备的型号和数量 变电所的规模及设备间的连接方式等 因此 主接线图是变电所的最主要的图纸之一 1 安全性 安全包括设备安全及人身安全 一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求 14 正确选择电气设备及其监视 保护系统 考虑各种安全技术措施 2 可靠性 不仅和一次接线的形式有关 还和电气设备的技术性能 运行管理的自动化程度 因素有关 3 灵活性 用最少的切换来适应各种不同的运行方式 适应负荷发展 4 经济性 在满足上述技术要求的前提下 主接线方案应力求接线简化 投资省 占地少 运行费用低 采用的设备少 总之 变电所通过合理的接线 紧凑的布置 简化所内附属设备 从而达到减少 变电所占地面积 优化变电所设计 节约材料 减少人力物力的投入 并能可靠安全 的运行 避免不必要的定期检修 达到降低投资的目的 3 23 2 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则 1 考虑变电所在电力系统的地位和作用 变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素 变电所不管是枢纽变 电所 地区变电所 终端变电所 企业变电所还是分支变电所 由于它们在电力系统 中的地位和作用不同 对主接线的可靠性 灵活性 经济性的要求也不同 2 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行 应根据负荷的大小及 分布负荷增长速度和潮流分布 并分析各种可能的运行方式 来确定主接线的形式以 及所连接电源数和出线回数 3 考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级用电负荷 必须有两个独立电源供电 且当一个电源失去后 应保证全部 15 一级用电负荷不间断供电 对二级用电负荷 一般要有两个电源供电 且当一个电源 失去后 能保证大部分二级用电负荷供电 三级用电负荷一般只需一个电源供电 4 考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数 对变电所主接线的选择将会产生直接的影响 通常对 大型变电所 由于其传输容量大 对供电可靠性要求高 因此 其对主接线的可靠性 灵活性的要求也高 而容量小的变电所 其传输容量小 对主接线的可靠性 灵活性 的要求低 5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发 送 变的备用容量是为了保证可靠的供电 适应负荷突增 设备检修 故障 停运情况下的应急要求 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同 例如 当断路器或母线检修时 是否允许线路 变压器停运 当线路故障时否允切除线路 变压器的数量等 都直接影响主接线的形式 3 33 3 主接线的方案与分析主接线的方案与分析 主接线的基本形式有单母线接线 双母线接线 桥式接线等多种 3 3 13 3 1 单母线接线 单母线接线 这种接线的优点是接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电 装置 缺点 不够灵活可靠 任一元件 母线及母线隔离开关等 故障检修 均需要使整个 配电装置停电 单母线可用隔离开关分段 但当一段母线故障时 全部回路仍需短时 停电 在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电 适用范围 适应于容量较小 对供电可靠性要求不高的场合 出线回路少的小型变配 电所 一般供三级负荷 两路电源进线的单母线可供二级负荷 16 图 3 1 单母线不分段主接线 3 3 23 3 2 单母线分段主接线 单母线分段主接线 当出线回路数增多且有两路电源进线时 可用断路器将母线分段 成为单母线分 段接线 母线分段后 可提高供电的可靠性和灵活性 在正常工作时 分段断路器可 接通也可断开运行 两路电源进线一用一备时 分段断路器接同运行 此时 任一段 母线出现故障 分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装置作用下自动断开 将故障段母线切除后 非故障段母线便可继续工作 而当两路电源同时工作互为备用 时 分段断路器则断开运行 此时若任一电源出现故障 电源进线断路器自动断开 分段断路器可自动投入 保证给全部出线或重要负荷继续供电 图 3 2 17 单母线分段主接线 单母线分段接线保留了单母线接线的优点 又在一定程度上克服了它的缺点 如 缩小了母线故障的影响范围 分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷的供 电等 3 43 4 电气主接线的确定电气主接线的确定 煤矿为了保证对一 二级的负荷进行可靠供电 在 35KV 变电站中经常采用的 是双回路电源受电和安装两台主变压器桥式接线 桥式分为 内桥 外桥和全桥 位 村矿变电所的 35KV 侧受电是双回路电源进线 主变压器选择了两台 所以在 35KV 侧 选择桥式接线 全桥接线适应性强 对线路 变压器的操作都方便 运行灵活 易于扩展成单 母线分段式中间变电所 但是设备多 投资大 变电站占地面积大 外桥接线对变压器切换方便 比内桥少两组隔离开关 继电保护简单 容易 过渡到全桥或单母线分段的接线 投资少 占地面积小 但是倒换线路时候操作不便 变电站一侧没有线路保护 内桥接线一次侧可以设线路保护 倒换线路时候操作方便 设备投资与占地面 积都比全桥少 但是操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外侨方便 综合考虑 对于本矿 35KV 侧选用全桥接线 在煤矿 35KV 变电站中 两台主变压器都正常运行时候 采用并列运行 在两 台主变中当一台出现故障 另一台必须可以保证一 二级负荷正常运行 另外对煤矿 一 二级负荷供电线路应采用双回路或环式供电方式 要求有两个或两个以上的独立 电源 所以 在 6KV 侧的主接线应采用断路器分段的单母线接线方式 在断路器的两 端装设隔离开关 总结的最佳运行方式是全分列运行 35KV 电源线路 主变 6KV 母线都应用分 列运行 18 第第 4 4 章章 短路电流的计算短路电流的计算 4 14 1 短路电流及其计算短路电流及其计算 4 1 14 1 1 短路的种类短路的种类 在供电系统中 可能发生的主要短路种类有四种 三相回路 两相回路 两相接 地短路和单相接地短路 三相短路是指供电系统中三相导体间的短路 用 K 3 表示 两 相短路是指供电系统中任意两导体间的短路 用 K 2 表示 单相接地短路是指供电系 统中任意一相导体经大地与中性点或中性线发生的短路 用 K 1 表示 两相接地短路 是指中性点直接接地系统中 任意两相在不同地点发生单相接地而产生的短路 K 1 1 表示 在供电系统中 出现单相短路故障的机率最大 但是由于三相短路所产生的短路 电流最大 危害最严重 因而短路电流计算的重点是三相短路电流的计算 4 1 24 1 2 短路的原因短路的原因 19 产生短路故障的主要原因是电气设备的载流部分绝缘损坏所致 绝缘损坏是由于 绝缘老化 过电压或机械损伤等原因造成的 其他如运行人员带负荷拉 合隔离开关 或者检修后未拆除接地线就送点等误操作而引起的短路 此外 鸟兽在裸露的导体上 跨越以及风雪等自然现象也能引起短路 4 1 34 1 3 短路的危害短路的危害 发生短路时候 因短路回路的总阻抗很小 所以短路电流可能达到很大的数值 强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏 短路点的电弧可能 烧毁电气设备 短路点附近的电压显著降低 使供电受到严重影响或被迫中断 如是 发生在电厂附近的短路 还可能导致全电力系统运行解列 引起严重的后果 此外 接地短路故障所造成的零序电流会在邻近的通信线路内产生感应电动势 干扰通信 也会危及人身和设备的安全 4 1 4 计算短路电流的目的 短路产生的后果很严重 为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围 在供电系 统的设计和运行中 必须进行短路电流计算 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 设置和整定继电保护装置 使之能正确地切除短路故障 3 确定限流措施 当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时候 可以采取限制短 路电流的措施 4 确定合理的主接线方案和主要运行方式等 4 1 54 1 5 计算短路电流计算短路电流 5 计算方法采用标幺值法计算 进行计算的物理量 不是用具体单位的值 而是用其 相对值表示 这种计算方法叫做标幺值法 标幺值的概念是 20 6 标幺值 物理量的基准值 物理量的有名值 7 所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度 用标幺值表示的物理量是没有单位的 供电系统中的元件包括电源 输电线路 变压器 电抗器和用户电力线路 为了求出 电源至短路点电抗标幺值 需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值 8 选取短路计算点并绘制等效计算图 9 一般选取各线路始 末端为短路计算点 线路时段的最大三相短路电流常用来校验 电气设备的动 热稳定性 并作为上一级继电保护的整定参数之一 线路末端的最小 两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度 在接下来的计算中可选 35KV 母线 6KV 母线和各 6KV 母线末端为短路计算点 10 由于 35 6kV 变电所正常运行方式分为全分列方式 故任意点的短路电流由系统电 源通过本回路提供 且个短路点的最大 最小短路电流仅与系统的运行方式有关 所 以可以画出等效短路计算图 如下图示 S X s X 1 35kV k1 X T1 6kV k12 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10 k11 等于 k12 C K2k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 电 21 容 器 组 下 压 提 机 抽 煤 瓦 全 后 井 风 升 修 风 矸 斯 矿 勤 电 机 机 厂 机 楼 检 低 公 缆 锅 测 压 寓 炉 房 房 图 4 1 等效短路电流计算图 1 选择各计算基准值 选基准容量取 Sd 100MV A Ud1 37kV Ud2 6 3kV Ud3 0 4kV 则可以求 出各级的基准电流为 Id1 100 x 37kV 1 5605 kA 1d 3U Sd 3 Id2 100 x6 3kV 9 1646 kA 2d 3U Sd 3 Id3 100 x0 4kV 144 3367 kA 2d 3U Sd 3 2 计算各元件的标幺电抗 3 电源点抗 X s max 0 22 X s min 0 12 4 变压器电抗 5 主变压器电抗 X T1 Uk Sd SN T1 0 08x100 8 1 6 地面低压变压器电抗 X T2 Uk Sd SN T2 0 045x100 1 6 2 8 22 7 线路电抗 8 35KV 架空线路电抗 X L LXoSd U2d1 3 8x0 4x100 372 3 8x0 02922 0 111 9 下井电缆线路电抗 X 2 0 5x0 08x100 6 32 0 5x0 20156 0 1 10 压风机馈电线路电抗 X 3 0 2x0 4x100 6 32 0 2x1 0078 0 2 11 提升机馈电线路电抗 X 4 0 2x0 20156 0 04 12 机修厂馈电线里电抗 X 5 0 4x0 20156 0 08 13 抽风机馈电线路电抗 X 6 0 5x1 0078 0 504 14 煤矸楼 锅炉房馈电线路电抗 X 7 0 5x1 0078 0 504 15 瓦斯检测房馈电线路电抗 X 8 0 4x0 20156 0 08 16 全矿低压馈电线路电抗 X 9 0 1x0 20156 0 02 17 后勤公寓的有馈电线路电抗 X 10 1 8x1 0078 1 814 18 计算各短路点的短路参数 19 1 k1 点短路电流的计算 20 最大运行方式下的三相短路电流 21 X 1 m X s min X L 0 12 0 111 0 231 22 I 1 m 1 X 1 m 1 0 231 4 329 23 I 3 1 m I 1 m x Idl 4 329x1 5605 6 75 kA 23 24 ish 35 2 55xI 3 1 m 2 55x6 75 17 21 kA 25 Ish 35 1 52xI 3 1 m 1 52x6 75 10 26 kA 26 S35 I 3 1 m x Sd 4 329x100 432 9 MVA 27 最小运行方式的两相短路电流 28 X 1 n X s max X L 0 22 0 111 0 331 29 I 1 n 1 X 1 n 1 0 331 3 02 30 I 3 1 n I 1 n Id1 3 02x1 5605 1 70 kA 31 I 2 1 n 0 866xI 3 1 n 0 866x1 70 1 47 kA 32 k12 点短路电流计算 33 最大运行方式下的三相短路电流 34 X 12 m X 1 m X T1 0 231 1 1 231 35 I 12 m 1 X 12 m 1 1 231 0 8123 36 I 3 12 m I 12 mxId2 0 8123x9 1646 7 45 kA 37 ish 12 2 55xI 3 12 m 2 55x7 45 19 kA 38 Ish 12 1 52xI 3 12 m 1 52x7 45 11 32 kA 39 S12 I 12 mSd 0 8123x100 81 23 MVA 40 最小运行方式下的短路电流 24 41 X 12 n X 1 n X T1 0 331 1 1 331 42 I 12 n 1 X 12 n 1 1 331 0 75 43 I 3 12 n I 12 nxId2 0 75x9 1646 6 87 kA 44 I 2 12 n 0 866xI 3 12 n 0 866x6 87 5 95 kA 45 全矿低压 K9 点短路电流计算 折算到 6kv 侧 46 最大运行方式下的三相短路电流 47 X 9 m X 12 m X 9 X T2 1 231 0 02 2 8 4 051 48 I 9 m 1 X 9 n 1 4 051 0 247 49 6kV 侧的短路电流参数 50 I 3 9 m I 9 mxId2 0 247x9 1646 2 26 kA 51 ish 9 2 55xI 3 9 m 2 55x2 26 5 76 kA 52 Ish 9 1 52xI 3 9 m 1 52x2 26 3 44 kA 53 S9 I 9 MxSd 0 247x100 24 7 MVA 54 最小运行方式下的两相短路电流 55 X 9 n X 12 n X 9 X T2 1 331 0 02 2 8 4 151 56 I 9 n 1 X 9 n 1 4 151 0 24 57 6kV 侧的最小两相短路电流为 25 58 I 3 9 n I 9 nxId2 0 24x9 1646 2 2 kA 59 I 2 9 n 0 866xI 3 9 n 0 866x2 2 1 9 kA 60 井下母线 K2 短路容量计算 61 井下 6kV 母线距井上 35kV 变电所的最小距离是 井离 35kV 变电所的距离 井 深 距离井下中央变电所的距离 L2 0 2 0 4 0 1 0 7 km 计算其电抗标幺值 62 X L2 L2XOSd U2d2 0 7x0 08x100 6 32 0 141 63 最大运行方式下井下母线短路的标幺电抗为 64 X k2 X s min X L X T1 X L2 0 12 0 111 1 0 141 1 372 65 井下母线最大短路容量 Sk2 1xSd X k2 72 89 MVA 小于井下 6kV 母线上允 许短路容量 100MVA 不需要在地面安装限流电抗器 其他的短路点的计算与上面各点 同理 66 绘制短路点的短路电流计算统计表参见附表 2 26 第五章第五章 变电所电气设备的选择变电所电气设备的选择 5 15 1 架空线路和架空线路和 35kV35kV 母线的选择母线的选择 对于 35kV 架空线路 应选铝导线 线杆档距在 100m 以上 导线受力较大 可以 选择 LGJ 型钢芯铝绞线 线间距 2m 本设计的原始资料有架空线路的型号 分别为李 位南线 3 8kmLGJ 120 型号线 冯位线 1 9kmLGJ 185 型号线 故这里就不做设计和校 验 高低压配电电路最普遍的两种户外结构是架空线和电缆 架空线的主要优点是 设备简单 造价低 有故障易于检修和维护 利用空气绝缘 建造比较容易 电力电 27 缆的建设费用高于架空线路 具有美观 占地少 传输性能稳定 可靠性高等特点 对于高压开关柜 从柜下进线时一般需通过电缆引入 因此 采用架空线长距离传输 再由电缆线引入的接线方式 对给变压器供电的高压进线以及变电所用电电源线路 因短路容量较大而负荷电流较小 一般先按短路热稳定条件选择导体截面 然后再校 验发热条件 35kV 母线 在室外一般选用钢芯铝绞线 母线截面俺按经济电流密度选 按常时 负荷电流校验 此设计的供电系统是采用的分列运行 当一台变压器故障时候另一台 变压器应承担全部负荷 位村矿的总负荷电流为 I总 1 05x8000 1 732x37 131A 查 表得知经济电流密度 J 1 15 因此截面 S I总 J 114 mm2 所以选取 LGJ 120 型钢芯铝 绞线 载流量 410A 45 C 时候的载流量是 I45 C 305A 131A 校验合格 5 25 2 电缆进线的选择电缆进线的选择 5 2 15 2 1 6kV6kV 电缆线路选择电缆线路选择 高压电缆的型号 应该根据敷设