35KV变电站电气部分设计.doc

本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 1 页 共 60 页 1 1 引言引言 4 1 11 1 概述概述 4 1 21 2 设计主要内容设计主要内容 4 1 2 1 内容 4 1 2 2 设计要求 4 1 2 3 本地区气象条件 5 1 2 4 设计的基本原则 5 2 2 负荷统计及无功补偿负荷统计及无功补偿 5 2 1 负荷分析负荷分析 5 2 2 负荷计算负荷计算 6 2 2 1 负荷情况及计算结果 6 2 2 2 负荷计算 8 2 3 无功补偿无功补偿 12 2 3 1 无功补偿概述 12 2 3 2 无功补偿装置 12 2 3 3 无功补偿的计算 12 2 3 4 并联电容器装置的接线 14 3 3 主变压器的选择主变压器的选择 14 3 1 变电站主变压器选择的规定变电站主变压器选择的规定 14 3 2 变电站主变压器台数的选择变电站主变压器台数的选择 15 3 3 变电站主变压器容量的选择变电站主变压器容量的选择 15 3 3 1 只装一台主变压器的变电站 15 3 3 2 装有两台主变压器的变电站 15 3 3 3 主变压器容量的计算 15 4 4 电气主接线方案的设计电气主接线方案的设计 16 4 1 电气主接线概述电气主接线概述 16 4 2 主接线的设计的基本要求主接线的设计的基本要求 16 4 3 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则 17 4 4 电气主接线的设计电气主接线的设计 17 4 4 1 主接线设计方案 17 4 4 2 电气主接线各设计方案的比较 18 5 5 短路电流计算短路电流计算 22 5 1 概述概述 22 5 1 1 短路发生的原因及种类 22 5 1 2 短路的后果 22 5 1 3 短路电流计算的目的 23 5 2 各系统短路电流的计算各系统短路电流的计算 23 5 2 1 短路电流的计算方法 23 5 2 2 短路电流计算条件 23 5 2 3 短路电流的计 24 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 2 页 共 60 页 6 电气设备的选择电气设备的选择 30 6 1 选择电气一次设备的条件选择电气一次设备的条件 30 6 1 1 按正常工作条件选择 30 6 1 2 按短路条件进行校验 31 6 1 3 主要电气设备的选择和校验项目 32 6 2 断路器的选择断路器的选择 33 6 2 1 35kV侧断路器的选择 33 6 2 2 10kV侧断路器的选择 34 6 3 隔离开关的选择 35 6 3 1 35kV侧隔离开关的选择 35 6 3 2 10kV侧隔离开关的选择 36 6 4 互感器的选择互感器的选择 37 6 5 电流互感器的选择电流互感器的选择 37 6 5 1 35kV侧电流互感器的选择 38 6 5 2 6kV母线侧电流互感器的选择 38 6 5 3 6kV母线出线侧电流互感器的选择 39 6 6 电压互感器的选择电压互感器的选择 41 6 6 1 电压互感器的选择 41 6 7 母线的选择与校验母线的选择与校验 42 6 7 1 母线概述 42 6 7 2 母线的分类及特点 42 6 7 3 母线截面的选择 42 6 7 4 6kV母线的选择 43 6 8 熔断器的选择熔断器的选择 43 6 8 1 35kV侧熔断器的选择 44 6 8 2 10kV侧熔断器的选择 44 6 9 支柱绝缘子支柱绝缘子 44 7 导线的选择与敷设导线的选择与敷设 45 7 1 导线选择的条件导线选择的条件 45 7 1 1 选择导线截面的一般条件 45 7 1 2 导线截面的选择方法 46 7 1 3 电缆的选择 46 7 1 4 电缆的敷设 48 8 继电保护的设置继电保护的设置 48 8 1 电力系统保护的基本任务电力系统保护的基本任务 48 8 2 电力系统保护的基本要求电力系统保护的基本要求 48 8 3 6KV 配出线的继电保护配出线的继电保护 49 8 3 1 电流速断保护 49 8 3 2 电流速断保护的整定计算 49 8 4 电力变压器保护电力变压器保护 52 8 4 1 电力变压器的纵差保护 52 9 变电站的防雷保护变电站的防雷保护 55 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 3 页 共 60 页 9 1 防雷防护的必要防雷防护的必要 55 9 2 直击雷防护直击雷防护 55 9 3避雷器的选择避雷器的选择 55 9 3 1 阀式避雷器的选择 55 10 致谢致谢 57 11 参考文献参考文献 58 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 4 页 共 60 页 1 1 引言引言 1 11 1 概述概述 电能是最重要的 最方便又很容易转换成其他形式的能源 随着科学技术的发 展 在当代工业和农业生产 在运输和城乡人民生活的许多方面都可以广泛使用电 力 用电作为动力 很好地促进了农业机械化和自动化生产 提高了输出产品质量 和劳动生产率 因此 提高电网规划 电网建设 显得尤为重要 通过动力传动装置生产的电力 分配给电力用户 这个任务只能由输电线路和 变电站进行 它接受来自电力系统的电能 然后进行变更电压 交换分配电能给用 户 变电站的设计是必要的 合理设计的变电站不仅可以满足电力供应的需求 更 可以有效地减少资源投入和浪费 1 21 2 设计主要内容设计主要内容 1 2 1 内容 1 负荷统计 2 主变压器选择 3 主接线选择 4 短路电流计算 5 设备选择和校验 7 继电保护 8 防雷措施 1 2 2 设计要求 1 供电可靠是变电站建设的极为重要的指标 要求电源的供应要连续不间断 如果中途间断将影响原煤矿的产出 严重甚至损坏设备 威胁人身安全 2 供电安全也要着重考虑 3 做到以上要求时 还应使投资和供电系统运行达到最佳的经济效益 供电 系统的投入资本 运转费用都要低 而且务必做到节约电能 减少有色金属消耗数 量 4 最后 在供电工作中 还要合理地考虑当前 以及长远的发展 既要合理 应变当前的发展状况 又能适应将来的发展 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 5 页 共 60 页 1 2 3 本地区气象条件 39 最高温度 最低温度 14 年平均气温 19 土壤电阻率 600 M 污秽 等级 级 1 2 4 设计的基本原则 1 为了保证操作人员的安全以及使用设备的安全 必须严格参照国家的有关 政策 2 根据该计划 如果需要 分期建设 做到远近结合 在短期内 适当考虑 扩建工程 3 站址选择是否合理 是否接近负荷中心 进出线走廊是否宽敞 地质条件 站址标高 地形是否合适 是否有污秽区等 2 2 负荷统计及无功补偿负荷统计及无功补偿 2 12 1 负荷分析负荷分析 对供电可靠性和对中断供电造成的损失将负荷等级分为三级 1 一级负荷 一级负荷指一旦中断供电 造成的后果有人身伤亡 政治和经济损失 主 要设备遭受重创甚至报废 严重阻挠国民经济的重点企业的发展等 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 6 页 共 60 页 一级负荷务必让两组电源供电 这是为了某一个电源因种种原因而不运转 时 另一个电源也不会遭受摧毁 2 二级负荷 二级负荷中断供电将使政治和经济产生较大亏损 如主设备损坏 大量产 品报废 重点企业的生产大量削减 二级负荷应由两个电源电路供电 也不 应中断供电 或中断后迅速恢复 每个电缆应承担所有的负载 这是因为 当 故障发生时 电缆比架空线路难于检修 3 三级负荷 三级负荷为正常电力负荷 指全部不属于上述一 二级负荷者 对 供电电源无特殊要求 2 22 2 负荷计算负荷计算 1 定义 1 计算负荷是一个持续性的假想的负荷 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 2 1 负荷情况及计算结果 设备容量 kW计算容量 序号 设备 名称 电 动 机 型 式 电动 机额 定容 量 kW 安 装 台 数 工 作 台 数 安装 容量 工作容量 需用系 数 Kd cos tan 有功功率 kW 无功功率 kvar 视在功率 kV A 年最 大工 作小 时数 H 一 地面 高压 1 主井 提升 机 绕 线 20001 1200020000 90 850 6218001116 02117 63000 2 副井 提升 绕 线 16001 1160016000 80 850 621280 0793 61505 91500 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 7 页 共 60 页 机 3 压风 机 同 步 6503 2195013000 80 90 481040499 21155 553600 二 南风 井 同 步 16002 1320016000 930 950 331488491 041566 328760 三 北风 井 同 步 16102 1322016100 930 950 331497 3494 1091576 118760 四 地面 低压 1 机修 厂 8880 40 651 17355 2415 58546 462000 2 家属 区 7450 50 71 02372 5379 95532 142000 3 工业 广场 1879 60 6780 7730 821274 391044 981648 63 4 排矸 系统 1277 10 650 7270 94830 12780 311141 845435 5 洗煤 厂 0 31640 60 80 751898 41423 82373 04000 6 水源 井 1750 80 80 75140 0105 0175 05000 五 井下 高压 主排 水泵 最 大涌 水量 12555 3627537650 850 850 623200 251984 1637652000 主排 水泵 最 小涌 水量 12555 2627525100 850 850 622133 51322 7725105000 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 8 页 共 60 页 六 井下 低压 1 350 变电 站 9320 60 71 02559 2570 38798 864200 2 430 变电 站 9050 60 71 02543 0553 86775 714200 3 520 变电 站 8990 620 71 02557 38568 53796 264200 4 井底 车场 6660 60 80 75399 6299 7499 54200 七 统计 计算 结果 1 全矿 厂合 计 23351 719368 8412842 97923484 2 2 全矿 计算 负荷 0 8217431 9612200 8321277 53 3 电容 器补 偿容 量 6530 6 4 补偿 后负 荷 0 9515670 2318330 97 5 主变 压器 损耗 100 531482 49 6全矿17532 497152 7218935 41 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 9 页 共 60 页 总负 荷 2 2 2 负荷计算 1 负荷计算 根据站给原始资料计算过程如下 地面高压 主井提升机 有功计算负荷 P30 1 KdPe 0 9 2000 1800kW 无功计算负荷 Q30 1 P30 1 tan 1800 0 62 1116kvar 视在计算负荷 S30 1 P30 1 cos 1800 0 85 2117 6k VA 副井提升机 P30 2 KdPe 0 8 1600 1280 kW Q30 2 P30 2 tan 1280 0 62 793 6 kvar S30 2 P30 2 cos 1280 0 85 1505 9 k VA 压风机 P30 3 KdPe 650 2 0 8 1040 kW Q30 3 P30 3 tan 1040 0 48 499 2 kvar S30 3 P30 3 cos 1040 0 9 1155 55 k VA 南风井 P30 4 KdPe 1600 0 93 1488 kW Q30 4 P30 4 tan 1488 0 33 491 04 kvar S30 4 P30 4 cos 1566 32 k VA 北风井 P30 5 KdPe 1610 0 93 1497 3 kW Q30 5 P30 5 tan 1497 3 0 33 494 109 kvar S30 5 P30 5 cos 1497 3 0 95 1576 11 k VA 地面低压 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 10 页 共 60 页 机修厂 P30 6 KdPe 888 0 4 355 2kW Q30 6 P30 6 tan 355 2 1 17 415 58 kvar S30 6 P30 6 cos 355 2 0 65 546 46 k VA 家属区 P30 7 KdPe 745 0 5 372 5 kW Q30 7 P30 7 tan 372 5 1 02 379 95 kvar S30 7 P30 7 cos 372 5 0 7 532 14 k VA 工业广场 P30 8 KdPe 1879 6 0 678 1274 39 kW Q30 8 P30 8 tan 1274 39 0 82 1044 98 kvar S30 8 P30 8 cos 1274 39 0 773 1648 63 k VA 排矸系统 P30 9 KdPe 1277 1 0 65 830 12 kW Q30 9 P30 9 tan 830 12 0 94 780 31 kvar S30 9 P30 9 cos 830 12 0 727 1141 84 k VA 洗煤厂 P30 10 KdPe 3164 0 6 1898 4 kW Q30 10 P30 10 tan 1898 4 0 75 1423 8 kvar S30 10 P30 10 cos 1898 4 0 8 2373 k VA 水源井 P30 11 KdPe 175 0 8 140 kW Q30 11 P30 11 tan 140 0 75 105 kvar S30 11 P30 11 cos 140 0 8 175 k VA 井下高压 主排水泵 最大涌水量 P30 12 KdPe 1255 3 0 85 3200 25 kW Q30 12 P30 12 tan 3200 25 0 62 1984 16 kvar S30 12 P30 12 cos 3200 25 0 85 3765 k VA 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 11 页 共 60 页 主排水泵 最小涌水量 P30 13 KdPe 1255 2 0 85 2133 5 kW Q30 13 P30 13 tan 2133 5 0 62 1322 77 kvar S30 13 P30 13 cos 2133 5 0 85 2510 k VA 井下低压 350 变电站 P30 14 KdPe 932 0 6 559 2 kW Q30 14 P30 14 tan 559 2 1 02 570 38 kvar S30 14 P30 14 cos 559 2 0 7 798 86 k VA 430 变电站 P30 15 KdPe 905 0 6 543 kW Q30 15 P30 15 tan 543 1 02 553 86 kvar S30 15 P30 15 cos 543 0 7 775 71 k VA 520 变电站 P30 16 KdPe 899 0 62 557 38 kW Q30 16 P30 16 tan 557 38 1 02 568 53 kvar S30 16 P30 16 cos 557 38 0 7 796 26 k VA 井底车场 P30 17 KdPe 666 0 6 399 6 kW Q30 17 P30 17 tan 399 6 0 75 299 71 kvar S30 17 P30 17 cos 399 6 0 8 499 5 k VA 2 全矿负荷统计合计 1 全矿高压负荷总计 即全矿各组计算负荷之和 P30 1800 1280 1040 1488 1497 3 355 2 372 5 1274 39 830 12 1898 4 140 32 00 25 2133 5 559 2 543 557 38 399 6 19368 84 Kw Q30 1116 793 6 499 2 491 04 494 109 415 58 379 95 1044 98 780 31 1423 8 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 12 页 共 60 页 105 1984 16 1322 77 570 38 553 86 568 53 299 71 12842 979 kvar S30 2117 6 1505 9 1155 55 1566 32 1576 11 546 46 532 14 1648 63 1141 84 2373 0 175 3765 2510 798 86 775 71 796 26 499 5 23484 2 k VA 2 全矿计算负荷 如需计算全矿 6KV 侧总的计算负荷 则应考虑各组之间最大负荷 的同时系数值 取值 K p 0 9 K q 0 95 那么 总有功计算负荷 P30 K p P30 0 9 19368 84 17431 96kW 总无功计算负荷 Q30 K q Q30 0 95 12842 979 12200 83 kvar 总的视在计算负荷 S30 P302 Q302 1 2 17431 962 12200 832 1 2 21277 53 k VA 功率因数 cos P30 S30 17431 96 21277 53 0 82 2 32 3 无功补偿无功补偿 2 3 1 无功补偿概述 无功补偿 就是无功功率人工补偿 以提高供配电系统的功率因数 我国 电力系统中 有极大多数是感性负载的用电设备 这些设备在从电力系统吸收有功 功率的同时 不可避免的汲取了无功功率最终产生出正常工作要用到的的交变磁场 事实上 在输送用功功率一定的状态下 输送无功功率的增大 功率因数降低时会 造成很多不良后果 所以要设法削减传输无功功率带来的不利影响 对此我们可以安装无功补 偿设备 2 3 2 无功补偿装置 1 并联电容器和并联电抗器是无功补偿的主要常用设备 应予优先使用 2 在远距离超高压送电线路上可选用串联补偿电容器 以削减电抗 其补偿 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 13 页 共 60 页 度 容性无功补偿容量与最大有功负荷之比 一般大于等于 50 3 为了防止系统电压崩溃 提高系统的电压稳定性 通过技术经济比较 在 线路中点附近或多地点安装静止无功补偿器 对于冲击性负荷 波动性负荷 严重 不平衡负荷 应该使用静态补偿器 以减少系统和其他用户的影响 根据 全国供用电规则 的规定 工业用户使用高压供电时功率因数要大 于 0 90 若低于 0 9 则要进行人工补偿措施 最终补偿后要不低于 0 95 现在 35kV 变电站的集中补偿并联电容器安装在 6kV 母线上的这种方法应用广泛 是以提高功 率因数 2 3 3 无功补偿的计算 功率因素的提高 1 电容器补偿容量的计算 电容器的无功补偿容量为 Qc P30 tan tan 式中 tan 补偿前角度的正切值 tan 补偿后要达到的正切值 2 电容器 柜 台数的确定 无功补偿站需电容器总台数 N 为 2 C W NC NC Q N U q U 式中 qNC 单电容柜的额定容量 千乏 Uw 电容器的实际工作电压 伏 UNC 电容器的额定电压 伏 3 补偿后的实际功率因数 由于电容器的数目的选择和计算值是不同的 所以要计算补偿后的实际的功率 因数 电容器的实际补偿容量为 2 W Cnc NC U Qq N U 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 14 页 共 60 页 式中 Qc 电容器补偿的实际容量 千乏 N 站选电容器的实际台数 补偿后变电站负荷的总无功功率为 Qac Q30 Qc 补偿后变电站的负荷总容量 Sac 22 30ac PQ 补偿后的功率因数 cos P30 Sac 式中 Qac Sac cos 补偿后变电站负荷的总无功功率 总容量和功率因数 千 乏 千伏安 P30 Q30 补偿前变电站负荷的有功功率 无功功率计算值 千瓦 千乏 1 电容器补偿 由于煤矿自然功率因数 因为 cos 0 82 小于 0 9 因此应人 工补偿 功率因数补偿应在 0 95 以上 所以必须装设无功补偿容量 Qc P30 tan tan P30 tan arccos0 82 tan arccos0 95 17431 96 0 698 0 329 6432 39 kvar 2 电容器柜数及型号的确定 选标称容量为 30kvar 额定电压为kv 33 6 的电容器 装于每柜装 15 个的电容器柜中 每个机柜容量 450kvar 总电容柜 2 2 6432 39 16 6 3 450 6 3 3 C W NC NC Q N U q U 3 电容器的实际补偿容量为 22 6 3 450 16 6530 6 6 3 3 W Cnc NC U Qq N U 4 人工补偿后的功率因数 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 15 页 共 60 页 Qac Q30 Qc 12200 83 6530 6 5670 23kvar Sac 18330 97kvar 22 3030 PQ 22 17431 965670 23 补偿后 cos 0 951 0 95 达到要求 17431 96 18330 98 2 3 4 并联电容器装置的接线 星形和三角形是并联电容器装置的主要接线形式 另外也有星形衍生的双 星形和三角形推导出的双三角 3 3 主变压器的选择主变压器的选择 3 13 1 变电站主变压器选择的规定变电站主变压器选择的规定 1 满足负荷的供电可靠性要求 有变电站是大批一 二级负荷的采纳两台 变压器 主要是由于一台变压器由于某某原因而不运转时 整个变电站会因另外一 台变压器的正常运行使一 二级负荷源源不断得到供电 且该主变压器的容量应保 证 70 的全部负荷或重要用户的重要生产负荷的需求 2 季节性负荷或昼夜负荷变动较大且要求采用经济运行方式的变电站 可 以考虑使用两个变压器 3 除以上 一般变电站应采纳一个变压器 4 在肯定变电站主变台数时 应适当酌量负荷的发展并留出一定的余地 3 23 2 变电站主变压器台数的选择变电站主变压器台数的选择 满足负荷的供电可靠性要求 在变电站最好配备两台主变压器 因为我的变电站的变电站 所有的负荷是一个负载 电源要求高 变电站 为矿山变电站 以一类负荷为主 针对较高的供电要求 因此 一个变压器工作 另 一个变压器备份 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 16 页 共 60 页 3 33 3 变电站主变压器容量的选择变电站主变压器容量的选择 3 3 1 只装一台主变压器的变电站 主变压器容量 SN T要满足总计算负荷 S30的需求 即 SN T S30 3 3 2 装有两台主变压器的变电站 1 任一个单独的变压器的运行 总计算负荷 S30的 60 70 的需求要被满足 即 SN T 60 70 S30 2 任一个单独的变压器的运行 必须满足全部一 二级负荷 S30 的 需求 即 SN T S30 主变压器容量 一般应在 5 10 年计划 电网性质等综合进行考虑 根据以上原则 本设计选择了 SFL1 20000 35 主变压器两台 3 3 3 主变压器容量的计算 变压器的负荷率为 Sac SN 18330 978 20000 0 916 变压器损耗 PT PFe Pcu Sac SN 2 P0 Pk 2 22 115 0 9162 118 49kW QT Q0 QN Sac SN 2 SN I0 100 Uk 100 Sac SN 2 20000 1 100 8 100 0 9162 1542 49kvar 全矿总负荷 P30 P30 PT 17431 96 118 49 17550 45kW Q30 Qac QT 5670 23 1542 49 7212 72kvar 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 17 页 共 60 页 S30 P30 Q30 1 2 18974 76kVA 显然 S30 20000 因此符合检验 实际功率因数为 cos P30 S30 17532 49 18974 76 0 924 表 3 1 SFL1 20000 35 变压器的技术数据 型号 SFL1 20000 35 额定容量 kVA 20000 高压38 5 35 额定电压 kV 低压11 10 5 6 6 6 3 3 3 3 15 联结组别 Y d11 有功 22 损耗 kW 短路 115 空载电流 1 0 短路电压 8 4 4 电气主接线方案的设计电气主接线方案的设计 4 14 1 电气主接线概述电气主接线概述 由电气设备的图形标记和连接线构成的表现电能生产流程的电路图 称作 电气主接线图 电气主接线是变电站电气部分的主体 它对变电站起着重要作用 是让变电站平安 可靠 经济运转的前提 4 24 2 主接线的设计的基本要求主接线的设计的基本要求 电气主接线有很多种不同的运行方式 设计人员及电气运行职员务必熟识和驾 驭主接线的种种运行方式 对变电站的主接线方案有以下基本要求 1 安全性 应符合国家标准和有关技术规范的要求 能充分保证人身和设备 安全 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 18 页 共 60 页 2 可靠性 满足负荷的供电可靠性要求 也就是变电站主接线 充分适应电 力负荷的级别 3 灵活性 迎合供电系统不断变化的运转方式 随着负荷的发展而自我调整 利于扩充和改建 4 经济性 上述要求的前提下 应尽量接线简单清晰 投资适宜 成本低 充分节约电能和有效控制有色金属消耗量 4 34 3 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则 电气主接线的设计让设计任务书为依据 以国家法律 法规 相关标准 结合 项目的具体特点 全面综合的分析 计划出可靠性高 运转方便灵动而又经济合理 的最好方案 具体设计中还应注意以下几个问题 1 变压器的容量和台数的考虑 a 合理定位变电站在系统中的角色而正确抉择主变压器容量 b 为便于管理 变电站内一个厂房的机组不宜超过 6 台 c 变电站组容量不宜过多 最好只有 1 2 相同容量的机组应尽量使用 同一类型的 为了方便管理 操作和维护 2 电压等级及接入系统方式的考虑 a 大中型变电站电压等级应小于 3 级 b 35KV 及以上高压线最好用架空线 10KV 线路可架空可用电缆 3 其他方面的综合考虑 其他因素也很多 如主要设备供应商 工厂 运输 环境 地质 地震 气象 和高度 将影响电气主接线的设计 必须考虑 4 44 4 电气主接线的设计电气主接线的设计 4 4 1 主接线设计方案 1 原始资料分析 系统电压等级为 110 35 6kv 由任务知本设计仔细酌量 35 6kV 侧的变电情形 采纳两个主变压器 6kv 侧出线本期 6 回 远期 8 回 系统可以当做一个无限大的系 统 与枢纽变电站的距离是 50 公里 建议使用双 lgj 185 线 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 19 页 共 60 页 4 4 2 电气主接线各设计方案的比较 35kV 侧内桥 方案二 表 4 2 35KV 主接线比较 方案 比较 一 内桥二 双母接线 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 20 页 共 60 页 优点 1 接线简单清晰 2 使用电器少 使用 简单的布局 成本 低 容易发展为单 母线分段或双母线 接线 1 供电可靠 2 运行灵活 3 扩建方便 缺点 主变压器故障 需要停 止相应的路线 可靠性 不高 切换操作比较费 事 设施和投资都相应的增 加了 同时 需要在运 行时把隔离开关作为操 作电器 当母线故障或 维护 隔离开关容易误 操作 6kv 主接线方案比较 方案一 方案二 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 21 页 共 60 页 表 4 3 6 3KV 主接线比较 方案 比较 一 单母线分段接线二 单母分段兼带旁路 接线 优点 1 故障时停电范围小 2 接线简单 经济 方便 1 故障时停电范围小 2 有足够的的可靠性 和灵活性 缺点 1 发生故障或检修一 段母线或任一母线隔离 开关时 所有与母线相 关联的设备都不得不长 期停运检修 2 任何断路器检修 它所在回路将不得不停 电 断路器的维修时 分段 断路器作为旁路断路器 不再分段 关于出线回 路较多的 负荷较重的 情形可采用设置专用旁 路断路器 但会增添了 一组断路器的投资 比较初步设计的电气主接线方案的优势和劣势 以获得最佳的解决方案为方案 二 即 35kV 侧内桥 6kV 侧单母线分段接线 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 22 页 共 60 页 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 23 页 共 60 页 5 5 短路电流计算短路电流计算 5 15 1 概述概述 短路是指一般运行情况外的电力系统的相与相 相与地之间的导线直接连接 电力系统的运行破坏 短路故障是其最主要的原因 系统中出现短路电流是正常运 行电流很多倍 数值甚至达到惊人的几万至几十万安 因此必须综合研究考虑短路 故障在变电站设计中的各类影响 变电站中的种种电气设备要能经受短路电流的巨 大冲力 防止因过热或电动力的影响而损坏 5 1 1 短路发生的原因及种类 1 电气绝缘损坏 可能是由于电气设备的长期运行致电气绝缘损坏和老化 2 误操作 如操作人员或系统误拉高压隔离开关 就极有可能出现三相弧光 短路 3 鸟兽害 如鸟类或种种好动小动物在不同的电位的导体之间跨越形成通路 或绝缘设备被小型动物咬坏了 这些都会诱发短路故障 5 1 2 短路的后果 电路短路后 其阻抗比正常负荷时电路的阻抗值小得多 因此短路电流往 往比正常负荷电流大许多倍 电力系统就不可避免的受到极大的伤害 1 电动效应和热效应 短路电流将产生难以想象的力量和温度 摧毁电路和 设备损坏 严重时会出现火灾 2 电压骤降 越挨近短路点电压越低 这将严重影响电气设备的正常运转 3 造成停电事故 短路时电力系统发出信号是保护装置动作 如熔断器熔丝 熔断 开关跳闸 都将出现大规模的停电 4 影响系统稳定 严重的短路可以使发电机组失去同步不在并列运行 电力 系统将不在稳定 因而可知 短路的后果是不堪设想的 所以有供配电系统在计划 安设和运转 都应致力于设法消弭可能引发短路故障的一切要素 5 1 3 短路电流计算的目的 1 在选取电气主接线时 需要对各类可能的设计方案进行具体的技术经济对 比 以便肯定最好的设计方案 这需要以短路电流为根据 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 24 页 共 60 页 2 在选取电气设备时 要确保站选的电气设备有充足的动稳定性和热稳定性 这需要以短路电流为主要依据 3 配置各类继电保护和自动装置要准确整定其参数 使电力系统的平安运行 短路电流是其重要前提 4 系统其他计算中 也常常要电力系统的短路电流计算结果为依据 5 25 2 各系统短路电流的计算各系统短路电流的计算 5 2 1 短路电流的计算方法 把电力系统当成无穷大容量系统是此次短路电流计算的前提 1 短路计算 首先先画出计算电路图 第二找出短路点 再通过短路计算得 出等效电路图 最后计算各元件的等效阻抗 2 常用标幺制法计算出短路电流 3 再由各电压等级和相关公式得出相应的有名值 5 2 2 短路电流计算条件 1 在短路电流的计算中 计算量是很大的 为了工程的实际计算 常常采取 以下简化假设 这在使用计算中是可行的 a 发电机短路过程中不动摇 也就是说 在短路的计算过程中 发电机转子的 电机速度是相同的 即发射频率是相同的 而各发电机电势同相位 对短路点而言 这样计算出来的短路电流比实际的电流要大一些 b 负荷只作近似估计 c 在不对称短路计算中 把短路点除外的其他部分仍认为是对称的 d 系统中的各元件的等效电路通常采用最简单形式 以便简化计算 2 计算容量 根据规划的设计能力 并考虑电力系统中长期发展规划 3 短路点位置的选择 作为电气设备的选择依据 为选定的设备检查稳定性和热稳定性 使短点的选择应 考虑到最大短路电流发生短路时通过电气设备 而综合经济性和合理性 计算和比 较电路短路点的值 比较选取计算值最大处为实际每段线路上短路点 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 25 页 共 60 页 图 5 1 35KV 和 6 3KV 侧母线的短路点 5 2 3 短路电流的计 1 该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备 得到短路电流计 算的等效图如下 图 5 2 35KV 和 6 3KV 侧母线的短路点等效电抗图 则各元件电抗标幺值 1 确定基准值 基准容量 SB为 100MVA k1 取基准电压 UB和 Uav相等同为 37kV 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 26 页 共 60 页 则基准电流 IB1 1 56kA 3 B B S U 100 3 37 在 k2 点 UB Uav 6 3kv IB2 9 16kA 3 B B S U 100 36 3 2 短路电路中阻抗元件的标幺值 a 电力系统 UB Uav 37kV SNmax 1526 7 MVA SNmin 937 9MVA 则 XSmin 0 897 2 B Nmax U S 2 6 37000 1526 7 10 XSmax 1 460 2 B Nmax U S 2 6 37000 937 9 10 XSmin 0 066 B Smin 2 B S X U 2 100 0 897 37 XSmax 0 107 B Smax 2 B S X U 2 100 1 460 37 3 输电线路的阻抗 LGJ 185 L1 50kM X0 0 326 kM L2 5kM X0 0 326 kM XWL1 X0 L1 0 326 50 1 191 2 B B S U 2 100 37 XWL2 X0 L2 0 326 5 4 107 2 B B S U 2 100 6 3 4 变压器电抗的 SFL1 20000 35 型变压器 Uk 8 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 27 页 共 60 页 XT 0 4 100 B N SUk S 8100 10020 图 5 2 35kV 侧母线的短路点 5 最大运行方式下短路电流计算 a 在 k1 点发生短路时 X 1 XSmin XWL1 0 066 1 191 1 257 Ik1 1 X 1 1 1 257 0 796 Ik1 3 Ik1 IB1 1 56 0 796 1 24kA ish 1 2 55Ik1 3 2 55 1 24 3 16kA Ish 1 1 51Ik1 3 1 51 1 24 1 87kA Sk1 UBIk1 3 37 1 24 79 47MVA33 图 5 3 6 3kV 侧母线的短路点 b 在 k2 点发生短路时 X 2 XSmin XWL1 XT XWL2 0 066 1 191 4 107 0 4 5 76 Ik2 0 17 2 1 X 1 5 76 Ik2 3 Ik2 IB2 9 16 0 17 1 59kA 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 28 页 共 60 页 ish 2 2 55Ik2 3 2 55 1 59 4 05kA Ish 2 1 51Ik2 3 1 51 1 59 2 40kA Sk2 UB2Ik2 3 6 3 1 59 17 35MVA33 6 最小运行方式下短路电流计算 a 在 k1 点发生短路时 X 1 XSmax XWL1 0 107 1 191 1 30 1 2 Ik1 3 Ik1 IB1 1 56 1 2kA 1 1 30 ish 1 2 55Ik1 3 2 55 1 2 3 06kA Ish 1 1 51Ik1 3 1 51 1 2 1 81kA Sk1 UBIk1 3 37 1 2 76 9MVA33 b 在 k2 点发生短路时 X 2 XSmax XWL1 XT XWL2 0 107 1 191 4 107 0 4 5 81 Ik2 3 Ik2 IB2 1 58kA ish 2 2 55Ik2 3 2 55 1 58 4 03kA Ish 2 1 51Ik2 3 1 51 1 58 2 39kA Sk2 UB2Ik2 3 6 3 1 58 17 24MVA33 7 不得不提的是当计算短路点 k2 的冲击短路电流时最好把把电动机作为附加 电源来考虑 主井提升机绕线电动机的影响 cos 0 85 P 2000kW XBD Xd B D S S Xd 次暂态电抗 由查 工矿企业供电 表知 Xd 0 2 SB 基准容量 100MVA 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 29 页 共 60 页 SD 电动机容量为 P cos 则 XBD 8 5 3 100 0 2 2000 10 0 85 0 5km 电缆等效电抗标幺值已得出 X L1 0 076 主提升机提供短路点 k1 的冲击值为 ish ch E 2KI X E 电机次暂态电动势 通过查阅 工矿企业供电 的表知 E 0 90 KCH 电机反馈电流冲击系数 高压 Kch 1 4 1 6 低压 Kch 1 ish1 2 039kA 0 9 21 5 9 16 8 50 076 副井提升机绕线电动机的影响 cos 0 85 P 1600kW Xd 0 2 XBD Xd 10 63 B D S S3 0 2 100 1600 10 0 85 0 4km 电缆等效电抗标幺值已得出 X L2 0 060 电动机提供短路点 k1 的短路电流冲击值为 ish2 1 631kA 0 9 21 5 9 16 10 630 06 压风机同步电动机对短路电流的影响 cos 0 9 P 1300kW Xd 0 2 XBD 13 846 3 100 0 2 1300 10 0 9 0 465km 电缆等效电抗标幺值已得出 X L3 0 074 电动机至短路点 k1的短路电流冲击值为 ish3 1 535kA 1 1 21 5 9 16 13 8460 074 短路冲击电流在南风井同步电机的影响 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 30 页 共 60 页 cos 0 95 P 1600kW Xd 0 2 XBD 11 875 3 100 0 2 1600 10 0 95 0 23km 电缆等效电抗标幺值已得出 X L4 0 035 电动机至短路点 k1的短路电流冲击值为 ish4 1 795kA 1 1 21 5 9 16 11 8750 035 短路冲击电流在北风井同步电动机的影响 cos 0 95 P 1610kW Xd 0 2 XBD 11 801kA 3 100 0 2 1610 10 0 95 0 8km 电缆等效电抗标幺值已得出 X L5 0 121 电动机至短路点 k1的短路电流冲击值为 ish5 1 709kA 1 1 21 5 9 16 11 801 0 121 短路冲击电流在主排水泵 最大涌水量 感应电机的影响 cos 0 85 P 3765kW Xd 0 2 XBD 4 515 3 100 0 2 3765 10 0 85 1km 电缆的电抗标幺值前面已经算出 X L6 0 151 电动机至短路点 k1的短路电流冲击值为 ish6 3 748kA 0 9 21 5 9 16 4 5150 151 短路冲击电流主排水泵电机上的最小涌水量情况下影响 cos 0 85 P 2510kW Xd 0 2 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 31 页 共 60 页 XBD 6 773 3 100 0 2 2510 10 0 85 1km 电缆的电抗标幺值前面已经算出 X L7 0 151 电动机至短路点 k1的短路电流冲击值为 ish7 2 526kA 0 9 21 5 9 16 6 7730 151 由于冲击电流的选择计算最大 排水泵不工作在同一时间的同时 只要对冲击 电流最大计数计算即可 则电动机总的冲击电流为 ish ish1 ish2 ish3 ish4 ish5 ish6 2 039 1 631 1 535 1 795 1 709 3 748 12 457kA 那么 6kV 在最大运行方式下 k1 冲击电流 ish 为 ish ish ish 2 4 05 12 457 16 507kA 在最小运行方式下的冲击电流 ish ish ish 2 4 03 12 457 16 487kA 对短路电流计算结果如下表所示 表 5 1 短路电流计算结果表 短路点运行方式 电源至短 路点电抗 标么值 X 短路电 流有名 值 Ik 3 kA 短路冲击 电流 ish kA 短路冲击 电流有效 值 kA 短路容量 Sk MVA 最大 1 2571 243 161 8779 47 35kv 母线 k1点短路 电流 最小 1 301 23 061 8176 9 最大 5 761 5916 5072 4017 35 6kv 母线 k2点短路 电流 最小 5 811 5816 4872 3917 24 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 32 页 共 60 页 6 6 电气设备的选择电气设备的选择 6 16 1 选择电气一次设备的条件选择电气一次设备的条件 通常分两步对电气设备选取 其一按正常工作前提 其二校验热稳定性和 动稳定性 这两点都是根据短路情形来决定的 电气要求是指电气设备的电压 电 流和其他方面的要求 断路器设备如断路器 熔断器 还应该考虑到的断流能力 动稳定度和热稳定度的校验是按最大可能的短路故障来考虑 6 1 1 按正常工作条件选择 1 按使用环境选择设备 a 温度和湿度 一般高压电气设备在环境温度为 30 40 在正常操作范围 当环境温度低 于 30 应选择适合的产品 如果超过 40 环境温度 选择类型用带 TA 型号 的产品 b 污染情况 安设在污染严重 有腐蚀性物质等卑劣情况中的电气设备 应选用防污型产物 或将设备安插在室内 c 海拔高度 通用电气设备的使用情况不超过 1000 米 d 安装地点 室内布置的配电装置 设备应室内 户外配电装置布置 设备应户外型 2 按正常工作电压选择设备额定电压 高于或等于地点的最高运行电压才是电气设备的最高容许电压 如下式 UN UNS 式中 UNS 电网额定电压 kV UN 设备的额定电压 kV 3 按工作电流选择设备额定电流 大于或等于回路的最大长期工作电流才是设备的额定电流 应 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书 论论文文 第 33 页 共 60 页 IN Imax 式中 IN 断路器额定