某煤矿35kV变电所电气设计

毕毕 业业 设设 计计 某煤矿 35kV 变电所电气设计 学生姓名学生姓名 学号学号 系系 部 部 专专 业 业 指导教师 指导教师 二零一四年 六 月 自动化 电气工程及其自动化 诚信声明 本人郑重声明 本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的 在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出 本人签名 年 月 日 太原工业学院毕业设计 I 某煤矿 35kV 变电所电气设计 摘 要 电力是当今世界使用最为广泛 地位最为重要的能源 变电站是供电系统的枢 纽 它直接影响整个电力系统的安全与经济运行 起着变换和分配电能的作用 在 生产和生活中占有特殊重要的地位 本设计根据某煤矿的电力负荷资料 作出了该煤矿地面 35kV 变电所的初步设计 设计中先对负荷进行了统计与计算 选出了所需的主变型号 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 本设计以实际负荷为依据 以变电所的最佳运行为基础 按照有关 规定和规范 完成了满足该煤矿供电要求的 35kV 变电所初步设计 关键词 35kV 变电站 变压器 电压互感器 短路电流计算 防雷保护 太原工业学院毕业设计 II 35kV Substation Electrical Design of a Coal Mine Abstract Electric power is the most widely used energy which accouts for important status in th e word In practical application substation is an essential component of the power system w hich directly affects the safety and economic running of the whole power system The subst ation also plays a role of transferring and distributing the electric energy which is the hinge of the power supply system and has a vital status in production and daily life According to the electricity load information about the coal mine I made a rough desi gn of the 35kV substation of this coal mine First I accomplished the statistics and the calcu lation about the load and select the model of transformer Then according to the nature of lo ad and the demand of the reliability of power supply I made the main connection design As the affect of short circuit current to power system taken into account I figured out the curre nt when short circuit happen Depend on the results I have selected the model of the main high voltage deviceon which includes breakers disconnector voltage transformer current transformer and so on Furthermore I finished the design and calculation of lightning protec tion The design is made on the base of an optimal running according to related rules and regulations and meet the power supply requirement Key words 35kVsubstation transformer potential transformer short circuit calculation lightning protection 太原工业学院毕业设计 III 目目 录录 第 1 章 前 言 1 第 2 章 原始资料及负荷计算 2 2 1 原始资料 2 2 1 1 电源 2 2 1 2 基本地质气象资料 2 2 1 3 全矿负荷统计及相关数据 2 2 2 负荷计算 3 2 2 1 需用系数法统计负荷 4 2 2 2 功率补偿 5 第 3 章 变压器的选择 10 3 1 主变压器的选择 10 3 2 地面低压变压器的选择 11 3 3 机修厂变压器的选择 11 3 4 综采车间变压器的选择 12 3 5 洗煤厂变压器的选择 12 3 6 工人村变压器的选择 12 3 7 井下低压变压器的选择 12 第 4 章 系统主接线方案的选择 14 4 1 内桥式主接线特点 14 4 2 外桥式主接线特点 14 4 3 改进式桥式主接线特点 14 4 4 主接线方案选择 15 4 5 二次侧接线方案选择 16 第 5 章 短路电流计算 17 5 1 短路电流计算涉及计算方法及计算公式 17 5 1 1 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 17 太原工业学院毕业设计 IV 5 1 2 供电系统中各元件电抗标幺值的计算方法 18 5 1 3 短路电流冲击值 18 5 1 4 三相短路容量 19 5 2 短路电流计算 19 5 2 1 35kV 母线 K1点短路 19 5 2 2 6kV 母线短路 20 5 2 3 6kV 母线至各用电设备的短路阻抗及各型号变压器电抗 21 5 2 4 6kV 用电设备短路计算 23 5 2 5 380V 用电设备短路计算 24 5 2 6 井下低压短路计算 26 第 6 章 电气设备的选择 28 6 1 电气设备选择的一般条件 28 6 1 1 按正常工作条件选择电气设备 28 6 1 2 根据短路状态校验 29 6 2 高压设备的选择 30 6 2 1 高压断路器的选择极其校验 30 6 2 2 隔离开关的选择极其校验 31 6 3 低压侧设备的选择 33 6 3 1 低压侧断路器的选择及其校验 33 6 3 2 低压侧隔离开关的选择及其校验 34 6 4 互感器的选择 34 6 4 1 电流互感器的选择 34 6 4 2 电压互感器的选择 36 6 5 母线及各负荷电缆的选择 36 6 5 1 母线的选择及其校验 36 6 5 2 各负荷电缆的选择 40 6 6 绝缘子的选择 41 6 7 避雷器的选择 44 第 7 章 继电保护 45 太原工业学院毕业设计 V 7 1 继电保护整定及灵敏性校验方法 45 7 1 1 电流速断保护 45 7 1 2 限时电流速断保护 45 7 1 3 定时限过电流保护 46 7 2 35KV 进线的继电保护整定 47 7 3 变压器的继电保护整定 48 7 4 6KV 母联开关及各出线开关的保护整定 51 第 8 章 变电所的保护接地与过电压保护 53 8 1 变电所的保护接地 53 8 2 变电所的过电压保护 53 8 2 1 变电所进线段的保护 53 8 2 2 变电所的防直击雷保护 53 结论 55 参考文献 56 致谢 57 附录 58 太原工业学院毕业设计 1 第第 1 章章前前 言言 电力是当今世界使用最为广泛 地位最为重要的能源 变电站是供电系统的枢 纽 它直接影响整个电力系统的安全与经济运行 起着变换和分配电能的作用 在 生产和生活中占有特殊重要的地位 对于煤矿这样的大型用电企业 对其进行合理 的终端变电所电气设计是非常有必要的 本设计是为煤矿 35kV 供电系统而进行的设 计 目的是建立 35kV 变电站 为煤矿提供可靠的用电 本设计是为煤矿 35kV 供电 系统而进行的设计 建立 35kV 变电所 能够为煤矿提供可靠的用电 通过煤矿 35kV 变电所的电气设计 要能够满足生产和生活的需要 达到安全用电的要求 同 时兼顾可行性 经济性的原则 且通过毕业设计能根据具体的原始参数独立设计变 电所电气主接线 会选择和校验电气设备 熟悉运用电气 CAD 进行电气图的绘制 巩固和加强所学的专业知识 培养 提高分析能力 综合能力 整个设计包括了 35kV 变电站设计的所有内容 首先根据原始资料对变电所的负 荷进行负荷计算 并对功率因数进行补偿 使其达到 0 95 以上 根据负荷计算结果 确定了主变压器容量和台数 确定系统主接线及运行方式后 进行了短路电流计算 为校验电气设备 继电保护整定 采取限流措施等提供了依据 在选择电气设备时 考虑了变电所的室内外结构和布置 操作方便等问题 继电保护装置保证了被保护 设备或线路发生故障时 保护装置迅速动作 考虑到电器设备可能的漏电现象 对 变电站进行了保护接地的设计 满足了接触电压和跨步电压的要求 保证了人身安 全 为防止变电所遭到雷击 还进行了防雷保护 采用了避雷器 避雷针 避雷线 等保护措施 保证了安全 通过以上的设计 基本构成了煤矿 35kV 变电所的电气设计 满足了生产和生活 的需要 达到了安全用电的要求 同时兼顾了可行性 经济性的原则 由于我自己能力有限 在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处 恳 请各位老师能够批评指正 太原工业学院毕业设计 2 第第 2 章章原始资料及负荷计算原始资料及负荷计算 2 1 原始资料原始资料 某矿的设计生产能力 入洗能力均达 90 万吨 年 矿井位于煤田东部 井田面积 30 平方公里 井深约在 500 米左右 由于其地下水丰富 该矿总共配有 12 台大型潜 水泵 由于大型潜水泵的使用 其年耗电量大大增加 按其采煤量计算耗电总耗电 时间是 4000h 年 煤矿供电系统由两条 35kV 进线供电 其矿内变配电所占地约 2500 平方米 两 条进线分别到所内室外两个 35 6kV 主变压器 室外部四脚分别设置 3 个 15 米高的 避雷器 2 1 1 电源电源 1 两回 35kV 架空电源线路长度 l1 l2 6km 2 两回上级 35kV 电源出线断路器过流保护动作时间 t1 t2 3s 3 本所 35KV 电源母线最大运行方式下的系统电抗 0 28 100MVA min X j S 4 本所 35KV 电源母线最小运行方式下的系统电抗 0 37 100MVA max X j S 5 井下 6KV 母线上允许短路容量 50MVA S 6 电费收取办法 两部电价制 固定部分按最高负荷收费 7 井下 6KV 电缆 不含下井电缆 总长度 20km ca L 8 本所 6KV 母线上补偿后功率因数要求值 0 95 at cos 2 1 2 基本地质气象资料基本地质气象资料 1 最热月室外最高气温月平均值 m 42 C 2 最热月室内最高气温月平均值 m 30 C 3 最热月土壤最高气温月平均值 26 C 4 矿区冻土带厚度 0 3km 5 变电所土质 粘土 2 1 3 全矿负荷统计及相关数据全矿负荷统计及相关数据 太原工业学院毕业设计 3 全矿各用电设备的负荷等级 额定电压 线路类型 单机容量 安装及工作台 数 需用系数 功率因数 距变电所的距离均已给出 其详细数据见表 2 1 表 2 1 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 单机容 量 kV 安装 工作 台数 工作设备 总容量 kW 需用 系数 d K 功率因 数cos 距 35kv 变电所 的距离 km 主井提升16000电缆14002 114000 870 840 4 副井提升16000电缆10002 110000 850 820 4 扇风机 116000架空线8002 18000 870 822 4 扇风机 216000架空线8002 18000 870 822 2 压风机16000架空线3005 39000 860 860 2 地面低压1380电缆125012500 760 820 05 机修厂3380电缆4504500 600 750 3 综采车间3380电缆4804800 700 780 6 洗煤厂2380架空线12000 760 840 5 工人村3380架空线4500 800 802 5 排水泵16000电缆68012 427200 860 860 8 井下低压2660电缆26000 720 782 0 2 2 负荷计算负荷计算 企业生产所需的电能 都是由电力系统供给 企业所需的电能都是通过企业的 各级变电站经过电压变换后 分配到各用电设备 因此企业变电站可以说是企业电 力供应的枢纽 所处的位置十分重要 进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了 正确地选择企业各级变电站的变压器容量 各种企业电力设备的型号 规格以及供 电网所用的导线型号等提供科学依据 故根据原始资料进行负荷计算是很有必要的 本电气设计中采用需用系数法进行负荷计算 太原工业学院毕业设计 4 2 2 1 需用系数法统计负荷需用系数法统计负荷 由于一台设备的额定容量往往大于其实际负荷 成组设备中各负荷的功率因数 不同 一般又不同时工作 最大负荷不同时出现等情况 所以难以精确地cos 计算变电所负荷 故本设计采用了较为精确的需用系数法来进行变电所负荷计算 其计算简便 煤矿系统的供电设计目前主要采用这种方法 其计算公式的一般表达 式为 kW 2 1 cdN PKP kvar 2 2 cc QPtan kVA 2 3 cc SP cos A 2 4 ccN IS 3U 式中 用电设备的有功功率计算负荷 c P 用电设备的无功功率计算负荷 c Q 用电设备的视在功率计算负荷 c S 用电设备的总额定容量 N P 额定电压 N U 功率因数角的正切值tan 该用电设备的计算负荷电流 c I 需用系数 d K 根据负荷资料 计算出各类设备的 设备容量 有功功率 无功功率及视tan 在功率 用需用系数法进行负荷计算的步骤是由负载端开始逐级上推 直到电源进线为 止 1 主井提升机负荷计算 由原始资料知 1400kW 0 87 0 84 0 64 N P d Kcos tan 那么由上式可得以下结果 0 87 1400 1218kW cdN PKP 1218 0 64 779 52kvar cc QPtan 1218c0 84 1450kVA cc SP cos 太原工业学院毕业设计 5 1450 1 732 6 139 5 A ccN IS 3U 2 副井提升机负荷计算 由原始资料知 1000kW 0 85 0 82 0 70 N P d Kcos tan 那么由上式可得以下结果 0 85 1000 850kW cdN PKP 850 0 70 595kvar cc QPtan 850 0 82 1036 6kVA cc SP cos 1036 6 1 732 6 99 7 A ccN IS 3U 其他以此类推 结果见表 2 2 表 2 2 全矿计算负荷统计及相关数据 设备 名称 电压 V 工作 设备 总容 量 kW 需用 系数 d K 功率 因数 cos 有功功 率计算 负荷 kW c P tan 无功功 率计算 负荷 kvar c Q 视在功 率计算 负荷 kVA c S 用电设备 的计算负 荷电流 A c I 主井提升600014000 870 8412180 64779 51450139 5 副井提升600010000 850 828500 705951036 699 7 扇风机 160008000 870 826960 70487 2848 7881 68 扇风机 260008000 870 826960 70487 2848 7881 68 压风机60009000 860 867740 59456 6690028 87 地面低压38012500 760 829500 706651158 51760 16 机修厂3804500 600 752700 88237 6360546 96 综采车间3804800 700 783360 80268 8430 8654 53 洗煤厂38012000 760 849120 64583 681085 71801 48 工人村3804500 800 803600 75270450683 70 排水泵600027200 860 862339 20 591380 1272065 43 井下低压66026000 720 7818720 801497 624002099 46 总1405011273 27708 3413689 16 太原工业学院毕业设计 6 2 2 2 功率补偿功率补偿 1 功率因数补偿 在负载有功功率不变的情况下 当功率因数降低后 则发电机和变压器的工作 电流增大 使其能够输出的有功功率下降 使设备容量不能充分利用 电流增大 使电能损耗和导线截面增加 电网的初期投资和运行费用也相应提高 电流的增大 还造成发电机 变压器和网络中的电压损失增大 电动机的端电压下降 从而减小 了感应电动机的起动转矩和过负荷能力 提高功率因数的关键 在于如何减少电力系统中各个部分所需要的无功功率 特别是减少负载从电网中取用的无功功率 使电网在传送一定的有功功率时 尽量 少输送或不输送无功功率 提高功率因数的方法主要有 提高用电设备本身的功率因数 在生产中 尽量采用鼠笼式异步发电机 避免电动机与变压器的转载运行 对 不需调速的大型设备 尽量采用同步机 采用高压电动机等 在本设计中 扇风机 和压 风机就采用了同步电动机 提高用电设备本身的功率因数 它对该矿供电系统的功 率因数具有一定的补偿作用 人工补偿法 多采用同步调相机和静电电容器等人工补偿装置 本变电所采用在 6kV 母线上 装设并联电容补偿成套装置来进行集中补偿 2 并联电容补偿成套装置 简介 并联电容补偿成套装置 简称并联补偿成套装置 适用于工频电力系统 以提高功 率因数 降低线损 调整电压 稳定系统 从而提高供电质量 充分发挥供发电设 备潜力 该装置主要连接在 6 10kV 母线上 与负荷并联使用 型式结构 并联电容补偿成套装置的型式结构有柱式和构架式两种 结构层数有单层 二 层 三层 四层之分 它主要由电容器组 高压开关柜 串联电抗器 氧化锌避雷 太原工业学院毕业设计 7 器 放电线圈 接地刀闸 电容器单台保护熔断器 继电保护 测量指示等组成 电容器组由角铁 槽钢等焊接而成的构架 保护网门 电容器 熔断器 放电 线圈 氧化锌避雷器 母线支持绝缘子等组成 高压开关柜为电容器的投切设备 一般配用不重燃的真空开关 但当装置容量 不太大且不频繁操作时 亦可配用少油断路器 串联电抗器串联在电容器组回路中 用于抑制高次谐波 限制合闸涌流 串联 电抗器的电抗值对抑制 5 次及以上谐波时 选择 0 05 0 06 L X C X 对抑制 3 次及以上谐波时 选择 0 12 0 13 L X C X 对于限制涌流时 选择 0 005 0 02 L X C X 氧化锌避雷器并接在线路上 以限制投切电容器组所引起的操作过电压 放电 线圈并接于电容器组 当电容器组断开电源时 能将电容器端子剩余电压在 5 20s 内自倍额定电压降至 0 1 倍额定电压或 50V 以下 2 熔断器与电容器串联连接 当电容器内部 50 70 元件击穿时 熔断器熔断 将该台故障电容器迅速从电容器组切出 能有效地防止故障扩大 控制原理 高压成套装置额定频率为 50Hz 接线方式有单星形 双星形 每相三串单星形 等 各种接线方式都采用过流 速断 失压 过压和单台熔断器保护 还采用电容 器内部故障保护 如单星形用开口三角形零序电压保护 双星形用中性线电流或电 压不平衡保护 每相三串单星形用横差电流保护 另外 还可装氧化锌避雷器作操 作过电压保护 3 利用并联电容补偿成套装置补偿所需的容量及型号的确定 全矿自然功率因数计算公式 2 5 NAT cos c c P S c 22 cc P PQ 式中 补偿前功率因数角的余弦值 NAT cos 变电所负荷的总有功 无功 视在功率计算值 c P c Q c S 太原工业学院毕业设计 8 将数据代入式 2 5 得 NAT cos 11273 211273 2 13656 622 11273 27708 34 结果低于 0 95 所以应进行人工补偿 补偿后的功率因数应达到 0 95 即 0 95 则全矿所需的补偿容量计算公式为 at cos BavNATat QPtan tan 2 6 式中 补偿后应达到的功率因数角的余弦值 at cos 需补偿的无功容量 B Q 补偿装置安装点负荷的平均有功功率 av P 补偿前功率因数角的正切值 NAT tan 补偿后应达到的功率因数角的正切值 at tan 将数据代入式 2 6 得 11273 2 0 685 0 329 4013 3kvar B Q 根据计算结果查 电力工程电气设备手册 可选择 TBB36 4200 100 型号并联电 容补偿成套装置 其技术数据见表 2 3 表 2 3 TBB36 4200 100 技术数据 型号 额定电 压 kV 总标称容 量 kvar 单台标称容 量 kvar 接线 方式 外形尺寸 宽深高 LB H mm 生产厂 TBB36 4200 100 64200100单 Y463516003374 西安电力电容 器厂 4 人工补偿后的功率因数 由于电容器的实际补偿量 4200kvar 故人工补偿后变电所负荷的总无功功率 c Q 为 7708 34 4200 3508 34 kvar 2 7 a cc QQ Q 补偿后变电所的负荷总容量为 11806 5kVA 2 8 a c S 22 ca c PQ 22 11273 23508 34 补偿后实际功率因数为 0 955 2 9 c a c a c P cos S 11273 2 11806 5 太原工业学院毕业设计 9 式中 补偿后变电所负荷的总无功功率 负荷总容量 a c Q a c S 补偿后变电所负荷的功率因数 a c cos 要求功率因数提高至 0 95 以上 故功率因数符合要求 采用并联电容补偿成套 装置进行功率因数补偿有效减少了负载从电网中取用的无功功率 满足使电网在传 送一定的有功功率时 尽量少输送或不输送无功功率的原则 同时减少了功率因数 较低带来的诸多不利因素 使变电所的运行更加经济合理 符合电力系统的运行要 求 减小了电网的初期投资和运行费用 太原工业学院毕业设计 10 第第 3 章章变压器的选择变压器的选择 3 1 主变压器的选择主变压器的选择 1 主变压器台数的确定 由于煤矿变电所有一类负荷 并且有两个回路供电 因此选择两台变压器 2 主变压器容量的确定 变压器的容量首先要满足在计算负荷下变压器能够长期可靠的运行 对于重要 变电站 需考虑当一台主变压器停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力允许时 间内 应满足 类及 类负荷的供电 对于两台并列运行的变压器 应满足下式 3 1 NT1NT2c SSS 3 2 NT1cc SSS 3 3 NT2cc SSS 式中 并列运行的两台变压器的额定容量 NT1NT2 SS 计算负荷中一级和二级负荷的容量 cc SS c S 变压器容量的选择除必须满足上述基本要求外 还应考虑 为适应工厂发展和 调整的需要 变压器容量应留有 15 25 的裕量 满足变压器经济运行条件 经统计全矿 类及 类负荷的计算负荷为 有功功率 7523 2kW 无功功率P 4850 62kvar 所以全矿 类及 类负荷总的视在容量为 Q 12421 3kVA 3 3 S 2 2 PQ 22 10307 26931 9 占全矿计算负荷的比例为 91 3 4 S12421 3 100 S13656 6 因此当两台同时工作的时候 每台变压器的容量选定为 16000kVA 且 16000 9559 6S70 13656 6 70 即满足当一台主变压器停运时 其余变压器容量应能满足全部负荷的 70 3 主变压器相数的确定 对于容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330kV 及以下电力系统 中 一般都选用三相变压器 故此处选择三相变压器 4 主变压器绕组联结组号的确定 太原工业学院毕业设计 11 在变电站中 一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的 影响等因素主变压器联结组号一般都选用 YNd11 常规接线 5 主变压器调压方式的确定 有载调压结构较复杂 价格较贵 只有在以下情况才予以选用 接于输出功率变化大的发电厂的主变压器 特别是潮流方向不固定 且要求 变压器二次电压维持在一定水平时 接于时而为送端 时而为受端 具有可逆工作特点的联络变压器 为保证供 电质量 要求母线电压恒定时 此处主变压器以上两种情况均不符 故选用无激磁调压 6 主变压器型号的确定 查 电工手册 可确定 S9 系列三相油浸自冷式无激磁调压铜线电力变压器 S9 12500 35 型变压器 其技术参数如表 3 1 所示 表 3 1 S9 12500 35 无励磁调压电力变压器技术数据 额定电压 kV额定损耗 kW 型号连接组 高压低压 阻抗电压 空载负载 空载电流 S9 12500 35YNd11356 3812 856 700 70 3 2 地面低压变压器的选择地面低压变压器的选择 考虑到地面低压为 类负荷 为保证供电可靠性选两台变压器 由之前计算结 果知地面低压视在功率计算负荷为 1158 5kVA 故查 电工手册 可确定 S9 系列三 相油浸自冷式无激磁调压铜线电力变压器 S9 1250 6 型变压器 其技术参数如表 3 2 所示 表 3 2 S9 1250 6 无励磁调压电力变压器技术数据 额定电压 kV额定损耗 W 型号 高压低压 阻抗 电压 连接组 标号 空载负载 空载 电流 油重 kg 器身重 kg 总重 kg 外形尺寸 长 宽 高 mm S9 1250 6 60 44 5Y yn02000118001 198526154525 2310 1215 2662 3 3 机修厂变压器的选择机修厂变压器的选择 太原工业学院毕业设计 12 考虑到机修厂为 类负荷 选一台变压器即可 由之前计算结果知机修厂视在 功率计算负荷为 360kVA 故查 电工手册 可确定 S9 系列三相油浸自冷式无激磁 调压铜线电力变压器 S9 400 6 型变压器 其技术参数如表 3 3 所示 表 3 3 S9 400 6 无励磁调压电力变压器技术数据 额定电压 kV额定损耗 W 型号 高压低压 阻抗 电压 连接组 标号 空载负载 空载 电流 油重 kg 器身 重 kg 总重 kg 外形尺寸 长 宽 高 mm S9 400 660 44Y yn084042001 432010101640 1440 1230 1580 3 4 综采车间变压器的选择综采车间变压器的选择 考虑到综采车间为 类负荷 选一台变压器即可 由之前计算结果知综采车间 视在功率计算负荷为 1085 7kVA 故查 电工手册 可确定 S9 系列三相油浸自冷式 无激磁调压铜线电力变压器 S9 500 6 型变压器 其技术参数如表 3 4 所示 表 3 5 S9 500 6 无励磁调压电力变压器技术数据 额定电压 kV额定损耗 W 型号 高压低压 阻抗 电压 连接组 标号 空载负载 空载 电流 油重 kg 器身 重 kg 总重 kg 外形尺寸 长 宽 高 mm S9 500 660 44Y yn0100050001 436011551880 1570 1250 1610 3 5 洗煤厂变压器的选择洗煤厂变压器的选择 考虑到洗煤厂为 类负荷 为保证供电可靠性选两台变压器 由之前计算结果 知洗煤厂视在功率计算负荷为 1085 7kVA 故查 电工手册 可确定 S9 系列三相油 浸自冷式无激磁调压铜线电力变压器 S9 1250 6 型变压器 其技术参数如表 3 2 所 示 3 6 工人村变压器的选择工人村变压器的选择 考虑到工人村为 类负荷 选一台变压器即可 由之前计算结果知工人村视在 功率计算负荷为 450kVA 故查 电工手册 可确定 S9 系列三相油浸自冷式无激磁 调压铜线电力变压器 S9 500 6 型变压器 其技术参数如表 3 5 所示 太原工业学院毕业设计 13 3 7 井下低压变压器的选择井下低压变压器的选择 由之前计算结果知井下低压视在功率计算负荷为 2400kVA 考虑矿井的特殊环 境确定选用 SC 系列树脂绝缘干式变压器 故查 供电工程师技术手册 可确定 SC 1250 6 型变压器两台 其技术参数如表 3 6 所示 表 3 6 SC 1250 6 树脂绝缘干式变压器技术数据 额定电压 kV额定损耗 W 型号 高压低压 阻抗 电压 连接组 标号 空载负载 空载 电流 总重 kg 外形尺寸 长 宽 高 mm SC 1250 660 696Y yn02400113001 33580 1640 1070 1980 太原工业学院毕业设计 14 第第 4 章章系统主接线方案的选择系统主接线方案的选择 本变电所是 35 6kV 双电源进线的终端变电所 属双回路供电 主变容量 12500K VA 故拟定选用桥式接线 传统的桥式主接线分为内桥式主接线 图 4 1 和外桥式主接线 图 4 2 后来 又出现一种更为完整的改进式桥式主接线 图 4 3 下对其可行性作简单比较 4 1 内桥式主接线特点内桥式主接线特点 1 电源进线检修或处理故障比较方便 例如 在两路电源进线分列运行 且电 力部门允许两路电源并路的条件下 拟检修 L1线路 则可以先合母线联络断路器 145 再拉开断路器 111 及其两侧隔离开关 电源进线 L2带两台变压器继续运行 并且在转换操作过程中 负荷用电不受任何影响 2 变压器发生事故时 会使电源侧断路器跳闸 于是停掉一路电源 在变压器 检修时 也需要暂时停掉一路电源 因此操作比较麻烦 3 综上所述 内桥式主接线适用于 35kV 及以上且故障几率较高的长线路和主 变压器不需要经常操作的变电所 4 2 外桥式主接线特点外桥式主接线特点 1 主变压器电源侧直接由断路器控制和保护 因此 主变压器的投入 切除操 作比较方便 主变压器发生事故时 断路器跳闸 限制了事故造成的影响 2 当主变压器电源侧断路器的外侧发生事故时 可能造成该路电源大面积停电 3 当主变压器需倒换电源而进行操作的过程中 需要变压器短时停电 4 综上所述 外桥式主接线适用于 35kV 及以上且故障几率较低的短线路和主 变压器经常操作的变电所 4 3 改进式桥式主接线特点改进式桥式主接线特点 1 改进式桥式主接线的电源进线侧 主变压器电源侧都有断路器控制和保护 因此 线路和变压器检修或处理故障比较灵活 变压器倒换电源也不需要停电 2 高压电器用量多 主接线及保护回路复杂 维修 试验工作量大 建设投资 太原工业学院毕业设计 15 高 这是改进式桥式主接线的缺点 3 改进式桥式主接线适用于 35kV 及以上 供一二级负荷的大型总降压变电站 4 4 主接线方案选择主接线方案选择 基于本变电站所主变容量较大以及一二类负荷占总容量的 90 以上和煤矿对供 电可靠性 运行的灵活性 操作方便等的严格要求 结合以上分析 决定采用全桥 接线作为本变电所的主接线方式 变电所主接线应根据负荷容量的大小 负荷性质 电源条件 变压器容量及台 数 进出线回路以及经济性安全性 可靠性等综合指标来确定 主接线力求简单运行可靠 操作方便 设备少和便于维修 需要时还应考虑扩 建变电所的可能性 太原工业学院毕业设计 16 图 4 1 内桥式主接线 图 4 2 外桥式主接线 图 4 3 改进式桥式主接线 4 5 二次侧接线方案选择二次侧接线方案选择 变压器二次侧采用单母分段接线 母线用断路器分段 这不仅便于分段检修母 线 而且可减小母线故障影响范围 可以提高可靠性和灵活性 对矿上的重要用户 从不同分段上引接 以便在母线上某一段发生故障的时候 能保证重要用户的正常 供电 简单清晰 设备少 操作方便 且有利于扩建 太原工业学院毕业设计 17 第第 5 章章短路电流计算短路电流计算 在供电系统中出现次数较多的严重故障是短路 所谓短路就是指供电系统中一 切不正常的相与相或相与地 中性点接地系统 在电气上被短路 发生短路的时候 由于系统中总的阻抗大大减小 因而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会使电气设备受到破坏 短路点的电弧可能会烧毁电气设备 短路点的电压显著降低 使供电受到严重影响或被迫中断 也可能干扰通讯 危及 人身和设备的安全 短路有三相短路 两相短路 两相接地短路和单相接地短路 就短路故障而言 出现单相短路故障是几率最大 三相短路故障的几率最小 但在配电系统中三相短 路的后果最为严重 因而以此验算电器设备的能力 故本设计中主要计算三相短路 电流 研究短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围 并且选择 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 可以选择和整 定继电保护装置 使之能正确的切除短路故障 采取限流措施 确定合理的主接线 方案和主要运行方式等 5 1 短路电流计算涉及计算方法及计算公式短路电流计算涉及计算方法及计算公式 5 1 1 无限大容量电源条件下短路电流的计算方法无限大容量电源条件下短路电流的计算方法 由于本变电所 35kV 进线可看做无限大容量电源 直接从在无限大容量电源供电 系统中发生三相短路时 短路电流的周期分量的幅值是不变的 因此它的有效值也 是不变的 该有效值可用下式计算 5 1 3 k I av 22 kk U 3 RX 式中 短路点所在网段的平均额定电压 计算中取 1 05 av U av U N U 电源至短路点的总电阻和总电抗 且已归算至短路点所在段的 k R k X 平均额定电压等级下 三相短路电流周期分量有效值 3 k I 对于高压供电系统 为简化计算 可忽略 因此上式可写为 k R k X k R 太原工业学院毕业设计 18 5 2 3 k I av Xk U 3 在短路计算中 通常选定容量和电压 而和可依下式确定 j S j U j I j X 5 3 j I j j S 3U 5 4 j j j U X 3I 2 j j U S 式中 基准功率容量 j S 基准电压 j U 基准电流 j I 基准电抗 j X 其中基准电压一般都是选取短路点所在网路段的平均电压值 故有下式 5 5 av 3 kk j j j U I3X U I 3X 因为选 且 故有 j U av U k X j X X 5 6 3 k I 1 X 式中 三相短路电流周期分量有效值的标幺值 3 k I 短路点至电源的总电抗标幺值 X 5 1 2 供电系统中各元件电抗标幺值的计算方法供电系统中各元件电抗标幺值的计算方法 1 输电线路电抗标幺值计算 5 7 X j 0 2 j S x l U 式中 每公里电抗值 架空线取 0 4 电缆取 0 08 0 x l 输电线路长度 2 变压器电抗标幺值计算 5 8 j Tk T jNT S Xu X X100 S 5 1 3 短路电流冲击值短路电流冲击值 太原工业学院毕业设计 19 5 9 shsh k i2k I 本变电所为高压供电系统 取冲击系数 1 8 因此冲击电流 sh k 2 55 shsh k i2k I k I 5 1 4 三相短路容量三相短路容量 对式 5 6 两端同时乘以 有 avj 3U I j 3U j I av 3U j I 3 k I 1 X j 3U j I 那么 3 k S 1 X j S 3 k I j S 5 10 3 k S 1 X 式中 三相短路容量 3 k S 三相短路容量标幺值 3 k S 5 2 短路电流计算短路电流计算 短路计算简化图如图 5 1 所示 图 5 1 短路计算简化图 5 2 1 35kV 母线母线 K1点短路点短路 太原工业学院毕业设计 20 100MVA 37kV 电流基准值 1 56kA j S j1 U j j1 j1 S 100 I 3U3 37 6km 架空线路电抗标幺值 0 4 6 0 175 L X j 0 2 j S x l U 2 100 37 1 最大运行方式下 最大运行方式下 35kV 母线 K1点短路简化图如图 5 2 所示 图 5 2 最大运行方式下 35kV 母线 K1点短路简化图 0 28 min X 三相短路标幺值 2 198 3 k1 I 1 X minL 1 XX 1 0 280 175 三相短路电流 2 198 1 56 3 429kA 3 k1 I 3 k1j1 II 三相短路电流冲击值 2 55 2 55 3 429 8 744kA sh1 i 3 k1 I 三相短路容量 2 198 100 219 8MVA 3 k1 S 3 k1 I j S 2 最小运行方式下 最小运行方式下 35kV 母线 K1点短路简化图如图 5 3 所示 图 5 3 最小运行方式下 35kV 母线 K1点短路简化图 0 37 max X 三相短路标幺值 1 835 3 k1 I 1 X maxL 1 XX 1 0 370 175 三相短路电流 1 835 1 56 2 863kA 3 k1 I 3 k1j1 II 两相短路电流 0 866 2 863 2 479kA 2 k1 I 3 k1 3 I 2 5 2 2 6kV 母线短路母线短路 太原工业学院毕业设计 21 100MVA 6 3kV 电流基准值 9 16kA j S j2 U j j2 j2 S 100 I 3U36 3 1 最大运行方式下 0 28 min X 6km 架空线路电抗标幺值 0 4 6 0 175 L X 2 100 37 主变压器电抗标幺值 0 64 j Tk T jNT S Xu X X100 S 8 100 100 12 5 三相短路标幺值 0 913 3 k1 I 1 X minLT 1 XXX 1 0 280 1750 64 三相短路电流 0 913 9 16 8 363kA 3 k2 I 3 k2j2 II 三相短路电流冲击值 2 55 2 55 8 363 21 326kA sh2 i 3 k2 I 三相短路容量 0 913 100 91 3MVA 3 k2 S 3 k1 I j S 2 最小运行方式下 0 37 max X 三相短路标幺值 0 844 3 k2 I 1 X maxLT 1 XXX 1 0 370 1750 64 三相短路电流 0 844 9 16 7 731 kA 3 k2 I 3 k2j2 II 两相短路电流 0 866 7 731 6 965kA 2 k2 I 3 k2 3 I 2 5 2 3 6kV 母线至各用电设备的短路阻抗及各型号变压器电抗母线至各用电设备的短路阻抗及各型号变压器电抗 1 6kV 母线至主井提升的短路阻抗 0 08 0 4 0 081 1 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 2 6kV 母线至副井提升的短路阻抗 0 08 0 4 0 081 2 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 3 6kV 母线至扇风机 1 的短路阻抗 0 4 2 4 2 419 3 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 4 6kV 母线至扇风机 2 的短路阻抗 太原工业学院毕业设计 22 0 4 2 2 2 217 4 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 5 6kV 母线至压风机的短路阻抗 0 4 0 2 0 202 5 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 6 6kV 母线至地面低压的短路阻抗 0 08 0 05 0 010 6 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 7 6kV 母线至机修厂的短路阻抗 0 08 0 3 0 060 7 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 8 6kV 母线至综采车间的短路阻抗 0 08 0 6 0 121 8 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 9 6kV 母线至洗煤厂的短路阻抗 0 4 0 5 0 504 9 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 10 6kV 母线至 XX 村的短路阻抗 0 4 2 5 2 520 10 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 11 6kV 母线至排水泵的短路阻抗 0 08 0 8 0 161 11 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 12 6kV 母线至井下低压的短路阻抗 0 08 2 0 0 403 12 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 13 地面低压变压器电抗标幺值 S9 1250 6 3 6 j Tk T1 jNT S Xu X X100 S 4 5 100 100 1 25 14 机修厂变压器电抗标幺值 S9 400 6 10 j Tk T2 jNT S Xu X X100 S 4 100 100 0 4 太原工业学院毕业设计 23 15 综采车间变压器电抗标幺值 S9 500 6 8 j Tk T3 jNT S Xu X X100 S 4 100 100 0 5 16 洗煤厂变压器电抗标幺值 S9 1250 6 同地面低压变压器电抗标幺值 T1 X 17 工人村变压器电抗标幺值 S9 500 6 同综采车间变压器电抗标幺值 T3 X 18 井下低压变压器电抗标幺值 4 8 j Tk T4 jNT S Xu X X100 S 6 100 100 1 25 5 2 4 6kV 用电设备短路计算用电设备短路计算 100MVA 6 3kV 电流基准值 9 16kA j S j2 U j j2 j2 S 100 I 3U36 3 1 主井提升处短路计算 最大运行方式下 0 28 min X 6km 架空线路电抗标幺值 0 4 6 0 175 L X 2 100 37 主变压器电抗标幺值 0 64 j Tk T jNT S Xu X X100 S 8 100 100 12 5 6kV 母线至主井提升的短路阻抗 0 08 0 4 0 081 1 X j 0 2 j S x l U 2 100 6 3 三相短路标幺值 0 850 3 k3 I 1 X minLT1 1 XXXX 1 0 280 1750 640 081 三相短路电流 0