毕业设计（论文）-工矿企业变电所运行方式优化的研究

河南理工大学毕业设计（论文）1工矿企业变电所运行方式优化的研究摘要工矿企业变电站都属于一、二级负荷，对供电系统有较高的技术经济要求，尤其煤矿变电站属于一级负荷，由于其生产条件的特殊性，首要的是保证供电的可靠与安全，并做到技术的合理，力求达到供电系统运行最经济。因此，在满足技术条件的前提下，可对供电系统运行方式进行优化。本文通过对煤矿变电站常用的8种系统运行方式，从技术和经济两方面进行分析比较找出最优的运行方式。技术方面主要从系统供电的可靠性、供电质量、短路电流的大小、接地电流、电压波动的大小，操作过电压的大小、过载能力、继电保护的复杂程度及系统操作的灵活性等方面进行比较研究；经济方面主要考虑变电站的电源线路损耗和主变压器损耗，通过综合电价，折算成年运行费用进行比较，通过以上两个方面的比较并结合申沟变电站的实际情况得出系统分裂运行方式是一种最优的运行方式，选用运行方式应优先考虑系统分裂运行。关键词变电所运行方式优化河南理工大学毕业设计（论文）2THEWORKMINERALBUSINESSENTERPRISECHANGESTOGIVEORGETANELECTRICSHOCKARESEARCHFORCIRCULATINGWAYEXCELLENTLYTURNINGABSTRACTTHEWORKMINERALBUSINESSENTERPRISETRANSFORMERSUBSTATIONBELONGSTOA,SECONDCLASSCARRY,HAVETOTHEPOWERSUPPLYSYSTEMTHEHIGHERTECHNIQUEECONOMYREQUEST,PARTICULARLYTHECOALMINETRANSFORMERSUBSTATIONBELONGSTOATHECLASSCARRIES,THEINITIALISTOGUARANTEETHEPOWERSUPPLYDEPENDABLEANDSAFETY,COMBINETOATTAINTHETECHNICALREASONABLE,TRYHARDFORTOATTAINTHEPOWERSUPPLYSYSTEMCIRCULATETHEMOSTECONOMICTHEREFORE,ATPREMISETHATSATISFYTHETECHNIQUETERMNEXT,CANCIRCULATETOTHEPOWERSUPPLYSYSTEMTHEWAYPROCEEDTHEEXCELLENTTURNINGTHISTEXTPASSESTOTHECOALMINETRANSFORMERSUBSTATIONINCOMMONUSE8KINDSOFSYSTEMSCIRCULATESTHEWAY,PROCEEDINGWITHTHEECONOMICASPECTFROMTHETECHNIQUETHECOMPARISONFINDOUTTHESUPERIORMOVEMENTTHEMETHODTHETECHNIQUEASPECTISMAINFROMTHESYSTEMPOWERSUPPLYOFDEPENDABLE,POWERSUPPLYQUANTITY,SHORTCIRCUITELECTRICCURRENT,CONNECTAGROUNDOFELECTRICCURRENT,ELECTRICVOLTAGESFLUCTUATE,EXTORTIONATEVOLTAGEINOPERATION,ABILITYOFPOWERDESPATCH,CAMPLICACYOFPROTECTIVE河南理工大学毕业设计（论文）3APPARATUS,MOBILITYOFOPERATIONSYSTEM,ANDSOON,PASSINGTOSYNTHESIZETHEPOWERSUPPLYCIRCUITOFTHEMAINCONSIDERATIONINECONOMICASPECTTRANSFORMERSUBSTATIONEXHAUSTSTOEXHAUSTWITHTHEMAINTRANSFORMER,PASSINGTOSYNTHESIZETOGIVEORGETANELECTRICSHOCKTHEPRICE,BREAKINGTOCALCULATETHEADULTHOODMOVEMENTFEEPROCEEDSTHECOMPARISON,PASSINGABOVETWOMORECOMBINETHEACTUALCIRCUMSTANCEOFTHECOMBINATIVESHENGOUSTRANSFORMERSUBSTATIONHAVETOOUTSYSTEMABRUPTIONCIRCULATETHEWAYISAKINDOFSUPERIORMOVEMENTMETHOD,CHOOSINGTOUSETHEMOVEMENTMETHODSHOULDHAVETHEINITIATIVETHECONSIDERATIONSYSTEMABRUPTIONMOVEMENTKEYPHRASETRANSFORMERSUBSTATIONCIRCULATINGTHEWAYMAKETHEEXCELLENTTURNING河南理工大学毕业设计（论文）4目录绪论51供电系统及损耗计算611企业对供电系统的要求612矿山供电系统及结线方式713矿山供电系统功率损耗及电能损耗计算182系统运行方式优化的分析与一般原则2321煤矿典型供电系统运行方式2322各种运行方式的分析2823变电站运行方式优化的一般原则383申沟站供电系统运行方式的优化4131申沟站的负荷统计及基本情况4232技术和经济分析43结论49致谢50参考文献51河南理工大学毕业设计（论文）5绪论本题目属工程研究类项目，来源于指导老师的科研课题，为解决生产中实际存在的巨大的电能浪费而研究的。随着工业的发展，在电能巨大消耗的今天，尤其是煤炭工业生产条件的特殊性既矿井下存在瓦斯、煤尘等高爆炸危险物严重威胁生产安全的条件下，各大企业普遍存在片面强调供电的安全可靠，而忽略了供电的经济性，因而存在很大的电能浪费。在电力供不应求的今天，加上电费较高，为了降低成本，则必须考虑供电的经济性，况且系统运行方式不同安全性与经济性也不同。在满足技术条件的前提下，可对供电系统运行方式进行优化，是其达到最佳的技术经济效益。本文共分三章。第一章介绍供电系统及电能损耗计算，包括企业对供电系统的要求及功率损耗和电能损耗计算方法；第二章介绍系统运行方式优化的分析与一般原则；第三章介绍申沟站的运行方式的优化，着重进行了技术和经济分析。本文对于大型企业生产系统供电具有较大的指导意义，不仅供电安全可靠，而且可减少投资，减低损耗，提高系统运行的经济性。530河南理工大学毕业设计（论文）61供电系统及损耗计算供电系统是电力系统的一个重要环节，由电气设备及配电线路按一定的接线方式组成；它从电力系统取得电能，通过变换、分配、输送与保护等功能，将电能安全、可靠、经济地送到用电设备的生产场所。11企业对供电系统的要求煤矿变电站是一级负荷，首先应该保证供电的可靠与安全，并做到技术和经济方面合理地满足矿井生产的需要。111企业对供电的要求矿山企业由于生产条件的特殊性，对供电有如下要求1可靠性保正供电的可靠性这是电力系统运行的一项极为重要的任务。矿山如果供电中断，不仅会影响产量，而且有可能发生人身事故或设备损坏，严重时会造成矿井的破坏，为了保证对矿山供电的可靠性，供电电源应采用两回独立电源线路，它可以来自不同的变电所（或发电厂）或同一变电所的不同母线，且电源线路上不得分接任何负荷。这样在一回电源发生故障的情况下，仍能保证生产用户的供电。2安全性河南理工大学毕业设计（论文）7由于矿山生产环境复杂，自然条件恶劣，供电设备易受损坏，可能造成触电及电火花引起火灾和瓦斯、煤尘爆炸等事故，所以必须采取如防爆、防触电、过负荷及过电流保护等一系列的技术措施和制定相应的管理规程，以确保供电的安全。3技术合理性在满足供电可靠与安全的前提下，还应保证供电质量，即供电技术合理。良好的电能质量是指电压偏移不超过额定值的5，频率偏移不超过（0205）HZ，正弦交流的波形畸变极限值在35的允许范围之内。在电能的质量指标中，除频率一项用户本身不能控制外，其余两相指标都可以在供电部门和用户的共同努力下采用各种技术措施加以改善。此外，由于大功率额定整流和可控硅的应用使配电网中的谐波分量增加，可能造成电力电容容器过负荷，甚至造成事故。所以必要时应采取相应的技术措施以保证供电质量。4经济性在满足以上要求条件下，应力求供电系统简单，安装、运行、操作方便，使建设投资少和运行费用低。在进行方案比较时，常出现投资少，年运行费用高或投资多，年运行费用低的情况，此时，可用“折回年限”衡量。折回年限为NZ1Z2/F2F1式中Z1、Z2第一方案和第二方案的基建投资；F1、F2第一方案和第二方案的年运行费用，其中包括折旧费、维护费、工资、基本电价费及电能损耗费等。当计算年限小于折回年限基准值N时，应采用投资多的方案；当计算折回年限大于基准值N时，应采用投资少的方案。河南理工大学毕业设计（论文）812矿山供电系统及结线方式矿山的受电电源，一般来源于电力系统的区域变电站或发电站。送到矿山后再变、配给矿山的用户，组成矿山的供电系统。矿山的受电电压为6110KV，视矿山井型及所在地区的电力系统的电压而定，一般为35110KV的双电源受电。大型具有一、二级负荷的工矿企业常采用35KV双电源受电，总降压变电所与高压配电线路按一定的接线方式联接，组成企业的35/610KV高压供电系统，为各车间及高压用电设备供电。各车间变电所与低压配电线路按一定的接线方式组成企业的（610）/04KV低压供电系统。121矿山对供电系统结线方式的要求供电系统的接线应保证供电可靠，结线力求简单，操作方便，运行安全灵活，检修方便，经济合理。1供电可靠性供电可靠性是指供电系统不间断供电程度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。为了保证供电的可靠性，主接线应考虑在事故和检修的情况下，尽可能减少对用户供电的中断。特别重要的用户还应考虑设置备用电源。这样一来，在满足上述可靠性要求的情况下，就必然增加设备和线路，使接线复杂。显而易见，提高可靠性是以增加投资为代价的,由于接线复杂，会导致较复杂的操作、切换程序，有可能引起事故，反而降低了可靠性。因此，要考虑多种因素来对提高可靠性的措施作出合理选择。在设计时不考虑双重事故。2操作方便，运行安全灵活供电系统的结线应保证供电的工作人员在正常运行和发生事故时，可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源河南理工大学毕业设计（论文）9和负荷，使系统运行维护安全可靠。为此，应简化结线，减少供电层次和操作程序。3经济合理结线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器以及避雷器等一次设备；要能使继电保护简单和二次回路不复杂，以减少设备投资和运行费用，以及提高供电安全性。提高经济性的有效措施之一，就是高压线路应深入负荷中心。4具有发展的可能性结线方式应具有可扩展性，可以容易地从初期接线过度到最终接线并能适应分期建设的需要。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并对一次和二次部分的改建工作最少。122矿山供电系统的结线方式供电系统的接线方式按网络结线布置方式可分为放射式、干线式、环式及两端供电式等结线系统；按其网络接线运行方式可分为开式和闭式网络接线系统；按对负荷供电可靠性的要求可分为有备用和无备用结线系统。在有备用结线系统中，其中一回路发生故障时，其余回路能保证全部负荷供电的称为完全备用系统；如果只能保证对重要用户供电的，则称为不完全备用系统。备用系统的投入方式可分为手动投入、自动投入和经常投入等几种。1无备用系统结线无备用系统结线如11所示，其中A单回路放射式，B直接联接干线式，C串联型干线式。无备用系统结线简单、运行方便，易于发现故障；缺点是供电可靠性差。所以这种接线主要用于对三级负荷和一部分次要的河南理工大学毕业设计（论文）10二级负荷供电。放射式的主要优点是供电线路独立，线路的故障互不影响，易于实现自动化，停电机会少；继电保护简单，且易于整定，保护动作时间短。缺点是电源出线回路较多，设备投资多。干线式的主要优点是线路总长度较短，造价低，可节约有色金属；由于最大负荷一般不同出现，系统中的电压波动和电能损失小；电源出线回路数少，可节省设备。缺点是前段线路公用，增加了故障停电的可能性。河南理工大学毕业设计（论文）11串联型干线式因干线的进出侧均安装隔离开关，当发生故障时，可在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，而缩小停电范围。干线式为了有选择性地切除线路故障，各段需设置断路器和继电保护装置，使投资增加，而且保护整定时间增长，延长了故障存在的时间，增加了电气设备故障时的负担。以上结线方式的优缺点，根据系统具体条件而有所不同。在确定供电系统结线方案时主要取决于起主导作用的优缺点。2有备用系统的结线有备用系统的结线方式有双回路放射式，双回路干线式，环式和两端供电式等，如图12所示。它们的主要优点是供电的可靠性高，正常时供电电压质量好。但设备多投资大。1双路放射式由于每个用户双回路供电，故线路总长度长，电源出线回路数和所用开关设备多，投资大，如果负荷不大，常造成有色金属的浪费。优点是当双回路同时工作时，可减少线路上的功率损失。这种结线适用于负荷大或独立的重要用户。河南理工大学毕业设计（论文）12对于容量大，而且特别重要的用户，采用11（B）所示的导线用断路器分段的结线，从而可实现自动切换，提高供电系统的可靠性。2环式环式结线系统所用设备少，各线路途经不同，不易同时发生故障，故可靠性较高且运行灵活；因负荷有两条线路负担，故负荷波动时电压比较稳定。缺点是故障时线路较长，电压损失大，特别是靠近电源附近故障。因环式线路的导线截面应按故障时能担负环网全部负荷考虑，所以有色金属消耗量增加，两个负荷大小相差越悬殊，其消耗量就越大，故这种系统适用于负荷容量相差不大，所处地位离电源都较远，而彼此较近及设备较贵的用户。两端供电式网络和环式具有大致相同的特点，比较经济。但必须具有两个以上独立电源且与各负荷点的相对位置合适。环式结线如图13所示。1双回路干线式双回路干线式结线如图14（A）所示。它较双回路放射式线河南理工大学毕业设计（论文）13路短，比环式长，所需设备较放射式少，但继电保护较放射式复杂。总之，供电系统的结线方式有多种，且结线方式并不是一成不变的，可根据具体情况在基本类型结线的基础上进行改革演变，以期达到技术经济指标最为合理，图14（B）即为公共备用干线式接线，是双回路干线式的演变。低压供电系统结线方式的基本类型与高压系统相似。在大中型工矿企业供电系统中的有备用系统结线，一般采用双回路放射式或环式接线。123变电所的主接线种类及优缺点变电所的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主结线有多种形式。确定变电所的主结线对变电所电气设备的选择，配电装置的布置及运行的可靠性与经济性都有密切的关系，是变电所设计的主要任务之一。1线路变压器组结线当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采河南理工大学毕业设计（论文）14用线路变压器组接线，如图15所示。变电所变压器的高压侧可以安装高压隔离开关QS，高压跌落式熔断器FU或高压断路器QF受电，装设哪种设备合适视具体情况而定。线路变压器组结线方式的优点是结线简单，使用的设备少，基建投资省。缺点是供电可靠性低，当供电线路中任一设备（包括供电线路）发生故障或检修时，全部负荷都将停电。所以此种结线方式多用于仅有二、三级负荷的变电所，如大型企业的车间变电所和小型用电单位的10KV变电所等。1桥式结线在较大型企业或大的用电单位中，为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，此类企业变电所广泛采用双回电源线路受电和装设两台变压器的桥式主接线。桥式结线分为内桥、外桥和全桥三种方式。如图16所示。图中WL1和WL2为两回电源线路，经过断路器QF1和河南理工大学毕业设计（论文）15QF2分别接至变压器T1和T2的高压侧，向变电所送电。断路器QF3犹如桥一样将两回线路联在一起，由于断路器QF3可能位于线路断路器QF1和QF2的内侧和外侧，故又分为内桥和外桥接线。全桥结线适用泛围广，因其适应性强，对线路、变压器的操作方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有空越负荷时）。缺点是设备多、投资大，变电所占地面积较大。外桥结线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母线分段的结线，且投资少，占地面积少。缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护。所以此种结线适用于进线短而倒闸次数少的变电所；或变压器采取经济运行需要经常切换的终端变电所；以及可能发展为有穿越负荷的变电所。河南理工大学毕业设计（论文）16内桥结线一次侧可装设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积均较全桥少。缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便。所以适用于距离长，变压器切换少的终端变电所。对于内桥接线，为了在检修线路断路器QF1或QF2时不使供电中断，可在线路断路器的外侧增设由两组隔离开关构成的跨条，并切在跨条上联接所用变压器，如图16（B）虚线所示。在内桥结线中，主变压器一次绕组由隔离开关与母线联接，对环形供电的变电所，在操作时常被迫用隔离开关切、合空载变河南理工大学毕业设计（论文）17压器。当主变压器为35KV，容量为7500KVA及以上，电压60KV，容量在10000KVA及以上；电压为110KV，容量为31500KVA以上时，其空载电流就超过了隔离开关的切、合能力。此时必须必用由5个断路器组成的全桥结线，才能满足要求。2单母线分段式接线有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式变电所主变压器二次侧的配电母线，多采用单母线分段的接线方式。如图17所示。单母线分段式结线当某回受电线路或变压器因故障及检修停止运行时，可通过母线分段断路器的联络，保证继续对两段母线上的重要负荷供电。所以多用于具有重要一、二级负荷，且进、出线较多的变电所。母线采用断路器分段比用隔离开关操作方便，运行灵活，可实现自动切换以提高供电的可靠性。一般只在出线少，供电要求可靠性不高时，为了经济才采用隔离开关作为母线的联络开关。单母线分段主结线的不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线上的全部进、出线均停止运行。为此一、二级负荷必须由接在两段母线上的环形系统或双回路供电，以便互为备用。单母线分段比双母线所用设备少，系统简单、经济，操作安全。河南理工大学毕业设计（论文）183双母线结线双母线结线如图18所示。变电所每回进、出线通过隔离开关可以接在任何一段母线上，两母线之间用断路器联络。因此不论哪一段电源与母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高，运行灵活。缺点是设备投资多，接线复杂，操作安全性差。这种接线主要用于负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。河南理工大学毕业设计（论文）1913矿山供电系统功率损耗及电能损耗计算供电系统功率损耗及电能损耗的确定是供电系统经济运行考虑的诸多条件之一。在进行运行方式优化时，除考虑减少基建投资、设备投资等因素外，还应考虑减小系统功率损耗近而减少电能损耗以节省电费开支。当电流通过导线和变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定企业的计算负荷时，应把这部分功率损耗计算进去。线路和变压器均具有电阻和电抗，因而功率损耗分为有功损耗和无功损耗两部分。下面分别讨论导线和变压器的功率损耗计算方法。131供电线路的功率损耗三相供电线路的三相有功功率损耗P和三相无功功率损耗河南理工大学毕业设计（论文）20Q可按下式计算P3ICAR10KWQ3ICAX10KVAR式中R线路每相电阻，RR。L；X线路每相电抗，XX。L；L线路导线计算长度，KM；R。，X。分别为线路单位长度的电阻和电抗，/KM。一般进行负荷计算时都是计算PCA、QCA和SCA，因此上式中的ICA如果用PCA、QCA和SCA表示时三相有功功率损耗P和无功率损耗Q为PSCA/UNR10PCAQCA/UNR10,KWQSCA/UNR10PCAQCA/UNX10,KVAR式中PCA、QCA和SCA分别为线路有功计算功率、无功计算功率和式在计算功率；UN线路线电压，V。132变压器的功率损耗变压器的功率损耗也包括有功损耗和无功损耗两部分。1有功功率损耗有功功率损耗又由两部分组成。其一是空载损耗，又称铁损。它是变压器主磁通在铁芯中产生的有功损耗。因为变压器主磁通仅与外施电压有关，当外加电压U和频率F恒定时，铁损是常数，与负荷大小无关。另一部分是短路损耗，又称铜耗，它是变压器负荷电流在一次线圈和二次线圈电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流的平方成正比。因此，双绕组变压器有功功率损耗可用下式计算河南理工大学毕业设计（论文）21PTP0PKSCA/SNPOPK式中P0变压器空载有功率损耗，KW；PK变压器的短路电流等于额定电流时的功率损耗，KW；SCA计算负荷，KVA；SN变压器的额定容量；变压器的负荷率，SCA/SN。1无功功率损耗变压器无功功率损耗也有两部分。一部分是变压器空载时，由产生主磁通的激磁电流无功功率损耗。另一部分是由变压器负荷电流在一次绕组和二次绕组电抗上产生的无功功率损耗。QTQ0QKNSCA/SBN,KVAR；式中Q0变压器空载无功功率损耗，KVAR；Q0I0/100SN，KVAR；QKNUK/100SN，KVARI0变压器空载电流占额定电流的百分数；UK变压器额定短路电压占额定电压的百分数。则QT可变换为下式计算QTSNI0/100UK/100102KUI式中变压器的负荷率；P0、PK、I0、UK的值均可由变压器产品目录中查得。在负荷计算中，变压器的有功率和无功率还可以按下列简化公式近似计算对SJL1等型的变压器PT002SCA河南理工大学毕业设计（论文）22QT008SCASL7等低损耗变压器PT0015SCAQT006SCA133企业年电能损耗计算企业每年所消耗的电能，当然主要用于动力和照明。但企业供电系统的元件也要损耗一部分电能。1供电线路电能损耗三相供电线路中有功功率损耗P可以按下式计算P32321010RCOSUPRSNN式中COS为供电线路负荷功率因数。上式中如果企业一年内按PCA持续运行一年，那么供电线路一年内的有功电能损耗为APCA1/UNCOSR10PCA8760但实际上，企业的半小时平均负荷是变动的，一般都比PCA低，因此，供电线路一年的实际损耗的有功电能应为由于年负荷曲线可心画出PFT曲线如图19所示，AP正比于PFT曲线下的面积，它可以用一个面积相等的矩形PCA来代替，即式中为最大负荷损耗小时数。河南理工大学毕业设计（论文）23最大负荷损耗小时数的物理意义是假想供电线路按年半小时最大负荷PCA持续运行小时，在小时内损耗的电能等于实际变化的负荷在8760小时内损耗的电能，则不难得出式中P/PCA为线路的负荷系数。由上式可见，与负荷的曲线形状有关，显然也于TMAX有关，同时，它还与COS有关。与TMAX的关系如图110所示。依据图110河南理工大学毕业设计（论文）24由TMAX查得值后，便可由上面替代公式计算供电线路一年内实际损耗的有功功率1变压器的电能损耗变压器的有功电能损耗包括两部分。一部分是变压器的铁损P。引起的电能损耗，也即空载有功电能损耗。它只与外施电压的高低和频率有关，因此，这部分电能损耗是固定不变的。AT1P08760另一部分是变压器的铜损PCU引起的电能损耗。这部分损耗与负荷电流的平方成正比，也即与变压器的负荷率的平方成正比，因此这部分的全年电能损耗为AT2PK综上变压器年有功电能损耗为ATAT1AT2P08760PK2系统运行方式的优化的分析与一般原则系统运行方式的优化是对各种运行方式进行综合的技术经济比较，在满足技术条件的前提下，力求达到供电系统年运行费用最低，即力求达到供电系统运行最经济。21煤矿典型供电系统运行方式煤矿变电站属于一级负荷，通常采用二个独立电源供电或双回路供电。因此，煤矿供电系统就存在多种运行方式，如图21所示。当QF1QF8断路器的通断状态不同时，大致可以出现下以下8种运行方式，其中有些运行方式还有不同的组合，细算起来共有14种运行方式。河南理工大学毕业设计（论文）251系统分裂运行系统分裂运行方式是指断路器QF3、QF8都打开，QF1、QF2、QF4、QF5、QF6、QF7都合上，即电源线路分裂运行，2台变压器也分裂运行。2系统并联运行系统并联运行是指断路器QF1QF8都合上，即电源线路并联运行，2台主变压器并联运行的方式。3一路运行，一路备用一路运行、一路备用有四种组合，如图21所示。21线路运行、2主变压器运行河南理工大学毕业设计（论文）261线路运行，2主变压器运行是指断路器QF1、QF3、QF5、QF7、QF8、QF合上；QF2、QF4、QF6打开的运行方式。32线路运行，2主变压器运行2线路运行，2主变压器运行是指断路器QF2、QF5、QF7、QF8合上；QF1、QF3、QF4、QF6打开的运行方式。42线路运行，1主变压器运行2线路运行，1主变压器运行是指断路器QF2、QF3、QF4、QF6、QF8合上；QF1、QF5、QF7打开的运行方式。4一趟线路运行，2台主变压器分裂运行。一趟线路运行，2台主变压器分裂运行有如下两种情况。11线路运行、2台主变压器分裂运行此种运行方式是指断路器QF1、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7合上；QF2、QF8打开的运行方式。22线路运行、2台主变压器分裂运行此种运行方式是指断路器QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7L合上；QF1、QF8打开的运行方式。5一趟线路运行，2台主变压器并联运行一趟线路运行，2台主变压器并联运行有如下二种情况11线路运行、2台主变压器并联运行此种运行方式是指断路器QF1、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7、QF8均合上，QF2打开的河南理工大学毕业设计（论文）27运行方式。22线路运行、2台主变压器并联运行该种运行方式是指断路器QF1打开；QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7、QF8均合上的运行方式。6一台主变压器运行，二趟线路并联运行一台主变压器运行，二趟线路并联运行也有二种情况。11主变压器运行、二趟线路并联运行此种运行方式是指断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF6、QF8合上；QF5、QF7打开的运行方式。22主变压器运行，二趟线路并联运行此种运行方式是指断路器QF1、QF2、QF3、QF5、QF7、QF8合上；QF4、QF6打开的运行方式。7二趟线路并联运行，二台主变压器分裂运行该种运行方式是指断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7均合上；QF8打开的运行方式。8二趟线路分裂运行，2台主变压器分裂运行二趟线路分裂运行，2台主变压器分裂运行是指断路器QF1、QF2、QF4、QF5、QF6、QF7L、QF8均合上；QF3打开的运行方式。系统运行方式不同，会使供电系统受如下诸多方面的影响。1供电的可靠性由于运行方式直接牵涉到电源的明备用和暗备用的问题，直接牵涉到主变压器的明备用和暗备用的问题，所以系统的运行方式对供电的可靠性的影响是比较大的。河南理工大学毕业设计（论文）282供电的安全性运行方式不同，对短路电流和接地电流的影响很大，短路电流的大小直接影响系统与设备的安全性，直接影响继电保护的性能（主要指速断的整定，各种电流保护的灵敏度保护范围以及选择性配合等）。接地电流的大小影响内部过电压，影响设备和人身的安全。3供电的电能质量由于运行方式不同，系统的阻抗不同，因此系统的电压损失不同，则供电的电能质量也就不同，适宜的运行方式就可能电压质量较好。4供电系统的经济性由于运行方式不同，系统功率损耗不同，电能损耗和功率因数量不同的，变压器的负荷滤不同，对主变压器的经济运行的影响是不同的。运行方式不同设备投资和运行费用不同，负荷的分配不同对供电系统的经济性影响是比较大的。5操作的复杂性和运行的灵活性运行方式不同，系统的各断路器和隔离开关的通断状态不同，在倒闸操作及事故检修时操作的复杂性不同。运行的灵活性影响系统的经济性。因此，应该对系统的运行方式进行深入的分析和研究，并结合各变电站的实际情况，确定出最优的系统运行方式，以便使系统的各项技术及经济指标达到最佳状态，即对供电系统的运行方式进行优化。22各种运行方式的分析河南理工大学毕业设计（论文）29如前所述，煤矿供电系统的运行方式通常有8种类型，下面就每种运行方式的优缺点作定性的分析。221分裂运行分裂运行实际上是变电站的电源线路，主变压器和6KV母线均为分裂运行的方式，即高、低压母联开关都打开。1优点1）系统操作方便，运行灵活由于分裂运行实际上是系统接线变成二路独立的线路变压器组接线。高、低压母联开关在正常时是打开的，即正常时，二路线路变压器组结线是相互独立的，互不影响，所以操作上十分方便。当一趟高压电源线路上出故障或停电检修时，可以合上低压母联开关，打开相应的电源进线开关，使分裂运行变成一路运行，一路备用的运行方式，所以运行非常灵活。2）供电可靠性高因为分裂运行为双回路同时运行，当一路高压电源进线或一台主变故障或停电时，不影响一、二级负荷供电的连续性，即不存在短路时停电现象。另外，一边6KV母线故障时，另一边6KV仍能保证一、二级负荷和部分三级负荷的供电，因此，供电的可靠性高。3）短路电流小，对设备的安全性和系统运行的稳定性影响小。很明显，分裂运行对同一地点的短路来说，由于短路回路阻抗相对较大，短路电流较小从而对设备的安全性和系统运行的稳定性影响小。4）继电保护设备简单由于分裂运行属于放射式供电，线路和主变压器均是独立的，与其它设备互不影响，选择性很容易实现，所以设置常规的过流河南理工大学毕业设计（论文）30和速断保护就能满足继电保护的各项要求，因此继电保护简单。5）运行经济，系统年运行费用小由于全矿的负荷平分或基本平分给二趟线路变压器组，又由于电源线路和变压器损耗与负荷电流的平方成正比，显然，电源线路和主变压器的损耗较小，故系统运行经济，系统年运行费用比较小。另外，由于每台主变只承担全矿负荷的一半或近似一半，所以，每台主变的负荷率接近5060，此时变压器运行经济。因为KNNNKNPICOSPCOS202202012022022NKNNNIISDI，1202KNNPIKNPI02则P0PKNKNP/0河南理工大学毕业设计（论文）31即变压器在铁耗等于铜耗时效率最高，但是越大变压器的损耗越大及电压损失也越大，由变压器效率特性曲线可看出在5060时，变压器运行比较经济，当然，系统年运行费用就更小。6）系统电压损失小，供电质量高由于全矿的负荷平分或基本平分给二趟线路变压器组，而电源线路和主变压器的电压损失与负荷电流成正比，所以，系统电压损失小，供电质量高。7）不易产和弧光接地过电压由于分裂运行使6KV出线一分为二或基本上一分为二，则6KV出线的总长度也减少一半或近似一半，线路对地电容也相应的减少一半或近似一半，因此，接地电流小，不易产生弧光接地过电压。8）电压波动小由于分裂运行使全矿负荷平分或近似平分给二路线路变压器组，负荷电流减小一半而电压波动的定义河南理工大学毕业设计（论文）32UT10SQ由上式可知，电压波动值UT与负荷的无功功率变化率Q成正比，与负荷点的短路容量成反比，与负荷电流成正比，所以电压波动小。9）高次谐波小，对供电质量影响小A谐波对电力系统的污染日益严重，可造成如下危害B使电网的电压和电流波形发生畸变，致使电能品质变坏。C使电气设备的铁损增加，造成电气设备过热，降低正常出力。D使电介质加速老化，绝缘寿命缩短。E影响控制、保护和检测装置的工作精度。F使一些具有容性的电气设备（如电容器）和电气材料（如电缆）发生过热而损坏。G对弱点系统造成严重干扰，甚至在某一高次谐波的作用下，引起网路谐振，造成设备损坏。鉴于谐波的巨大危害必须抑止或减小谐波电流。采用正确的运行方式可减小谐波的影响。由于分裂运行使全矿负荷平分或基本平分给二路线路变压器组，而电源线路和主变压器通过谐波压降小，所以系统的高次谐波小，对供电质量的影响也相应减小。10）系统过载能力高由于分裂运行使全矿负荷平分或基本平分二路线路变压器组，所以每一路线路变压器组的过载能力能达到二倍或近似二倍。11）有利于提高变电站保护接地装置的安全性煤矿井下变电站发生漏电，不仅会引起人身触电，而且可能河南理工大学毕业设计（论文）33导致瓦斯、煤尘爆炸。大的漏电电流，还可能使绝缘材料着火，造成火灾及其它更为严重的后果。因此，减小漏电电流对于保护接地装置的安全进而保护人身及设备的安全十分重要。由于分裂运行使6KV出线一分为二或近似一分为二，线路对地电容减小一半或近似一半，所以变电站6KV设备的漏电电流也减少一半，又由于6KV保护接地与35KV保护接近共用一个接地网，所以，当6KV设备发生漏电时，接触电压和跨步电压就比较小，因此，变电站保护接地的安全性提高了。2缺点分裂运行存在上述10大优点，但并不是完全无缺点的，它也存在以下一些缺点。1）固定电费高由于变电所设计时，二台主变一般都是等容量同型号的，而分裂运行是二台主变压器都运行，若固定电费按运行的主变压器容量收取的话，则固定电费就比较高。2）继电保护的灵敏度偏低由于分裂运行会使系统短路电流变小，对继电保护的灵敏度会有所影响，但影响一般不太大。3）操作过电压偏高由于分裂运行使变电站6KV出线一分为二或近似一分为二，所以6KV出线的对地电容的总并联值变小了。同样大的电磁场能量，操作过电压变高，尤其是切断小电感电流时的操作过电压，例如切除空载变压器，操作过电压更高些。3合分析由以上分析可见，分裂运行方式的优点远多于缺点。实际上，每个变电站都有不同的具体情况。对有些变电站的情况而言，一河南理工大学毕业设计（论文）34年中分裂运行的优点所带来的直接经济效益和间接经济效益的总和，即节省的费用可能抵消了高出的固定电费，甚至超出，这样分裂运行固定电费高的缺点就不算什么了。分裂运行的第二缺点是有条件的。当校验继电保护灵敏度符合要求时，第二缺点就不算缺点了。只有当校验继电保护灵敏度不符合要求时，第二缺点才能称得上缺点。实际上，根据经验，分裂运行的继电保护灵敏度校验一般都会满足要求的，这样分裂运行的第二个缺点就不算什么了。分裂运行的第三个缺点实际上对供电系统的安全性影响并不大。因为6KV系统基础电压低，线路和设备的耐压值都比较高，操作过电压一般对6KV系统构不成威胁。这样分裂运行的第三个缺点就不算什么了。总之，上述分裂运行的三个缺点是从理论经上分析得到的，若考虑实际情况，这三个缺点可能就不算缺点了。因此，可心说分裂运行是一种很好的运行方式，尤其对煤矿变电站这种运行方式则更好222系统并联联运行系统并联运行是电源线路、主变压器和6KV出线都并联的一种运行方式，变电站高、低压母联开关都合上。1优点1）系统电能损耗小由于二趟电源和二台主变压器的阻抗在系统采用并联运行方式时并起来的，根据电阻越并越小的原理，并联运行的线路和变压器阻抗的并联值比单回线路和单台变压器阻抗值减小一半，而线路与变压器的损耗是和其电阻成正比的，因此，并联运行方式的电能损耗比较小。河南理工大学毕业设计（论文）352）电压损失小，供电质量高由于并联运行的线路和变压器阻抗的并联值比单回线路和单台变压器的阻抗值小一半，而线路与变压器的电压损失是和其阻抗成正比的，因此电压损失相对较小。3）电压波动小由于并联运行的线路和变压器阻抗的并联值比单回线路和单台变压器的阻抗值小一半，而线路与变压器的电压波动是和其阻抗成正比的，因此，并联运行方式的电压波动比较小。4）变压器运行经济由于并联运行方式使二台主变压器（若二台等容量，同型号的变压器）平分了全矿的负荷，即变压器的负荷率为50，从理论上讲，变压器负荷率在5060范围内，运行最经济，所以分裂运行时，二台主变运行比较经济。5）高次谐波小，对供电质量的影响小由于并联运行的线路和变压器的阻抗并联值比单回线路和单台变压器的阻抗值小一半，则谐波电流在线路和变压器上产生的谐波压降就比较小所以供电系统高次谐波小，由此对供电质量引起的不良影响也相应减小。6）系统过载能力强由于并联运行使全矿的负荷平分给二趟电源线路和二台主变压器，每趟电源线路和每台主变压器设计承载量为负荷的70以上，所以每路电源线路和每台主变压器的过载能力可达到自身容量的二倍及以上。7）操作过电压低由于并联运行使6KV二段母线并联运行，则全矿6KV出线的对地电容就全部并联起来。电容越并越大，同样大的电磁场能河南理工大学毕业设计（论文）36量，电容越大，操作过电压就越低。2缺点1）短路电流大，对设备的安全性和系统的稳定性影响大由于并联运行的线路和变压器的阻抗并联值比单回线路和单台变压器的阻抗小一半，所以短路电流比较，大对设备的安全对和对系统的稳定性的影响也相应增大。2）继电保护复杂由于采用分裂运行后，二趟线路和二台主变压器不再保持独立，相互之间必定产生影响，尤其是对继电保护的选择性影响最大，常规的过流，速断保护已满足不了选择性的要求，为此，就必须采用更为复杂的继电保护，例如电源进线要采用横联差动保护。3）接地电流大，易形成弧光接地过电压由于并联运行使变电站的线路对地电容都并起来了，所以接地电流大易在接地点形成间歇性电弧，从而形成弧光接地过电压。4）保护接地的安全性降低由于并联运行使变电站的线路对地电容都并起来了，所以，漏电电流大，从而接触电压和跨步电压也变大，因此，保护接地的安全性有所降低。3综合分析上述四个缺点都直接影响供电安全，使供电安全性降低，因此，并联运行方式的缺点不可低估。所以在采用并联运行方式时应慎重，尤其是煤矿变电站。因为煤矿变电站担负着向井下供电的任务，而井下存在瓦斯、煤尘爆炸的危险性，煤矿供电更应该保证供电安全，确保煤矿的安全生产。河南理工大学毕业设计（论文）37223一路运行、一路备用一路运行、一路备用是一路线路变压器组运行一路线路变压器组停运，6KV母联开关合上的运行方式，即一路线路变压器组承担全矿负荷，当正在运行的线路变压器组故障或停电检修时，另一路线路变压器组投运。1优点1）固定电费均减小一半固定电费通常是按高压设备容量或最高负荷来收取。若按高压设备容量收取固定电费，显然，一路运行、一路备用的运行方式可使固定电费减少一半左右，从经济的角度上来讲，固定电费是相当可观的。2）短路电流小由于一路运行、一路备用的运行方式是一路线路变压器组运行，故短路回路的总阻抗比较大，因此，同一地点发生短路的短路电流比较小，从而对设备的安全性和对系统运行的稳定性的影响也相应减小。3）继电保护简单由于一路运行、一路备用是一路线路变压器组运行，另一路线路变压器组停运，即属于放射式供电，线路和主变压器均是独立的，与其它设备互不影响，选择性很容易实现，所以，设置常规的过流和速断保护就能满足继电保护的各项要求，继电保护简单。2缺点1）电源线路与主变压器的电能损耗大，年运行费用高由于一路运行、一路备用的运行方式是一路线路变压器组运行，故全矿负荷电流全部集中在该线路变压器组上，由于电能损河南理工大学毕业设计（论文）38耗与电流的平方成正比，又由于一路运行一路备用与并联运行方式相比，一路的线路变压器的内阻比较大，所以电能损耗是相当大的，因此年运行费用必然升高。2）系统电压损失大，供电质量较低由于一路运行、一路备用的运行方式是一路线路变压器组运行，故全矿的负荷电流全部集中在该线路上，由于电压损失与电流的大小成正比，加上一路的线路和变压器的内阻比较大，所以系统电压损失大，从而供电质量也相应降低。3）主变负荷率太大，运行不经济由于一路运行、一路备用是一台主变压器带全矿的负荷，所以，主变压器几乎是满载运行，而变压器负荷率在5060时，变压器运行最经济，因此，一路运行、一路备用方式，变压器运行不经济。4）接地电流大，易产生弧光接地过电压由于一路运行、一路备用是一台主变压器带所有的6KV出线即6KV母联开关合上，6KV的二段母线并联运行，所以线路对地电容都并起来，因此，接地电流大，易在接地点形成间歇性电弧，从而形成弧光接地过电压。5）电压波动大当变电站带较大的常变动的负荷时，由于线路变压器组的阻抗相对较大（与系统并联运行相比），易形成较大的电压波动，影响供电的质量。6）高次谐波大当变电站带有谐波源（即非线性负载）时，谐波电流会在线路变压器的内阻抗上产生较大的谐波压降，致使供电系统中出现较大的谐波，影响供电质量。河南理工大学毕业设计（论文）397）供电可靠性较差一路运行、一路备用的供电较差主要表现在发生故障时恢复送电较慢。例如，当6KV母线故障时，势必造成全矿停电，矿上的一、二级负荷的供电要受到较长时间的影响。8）系统过载能力低，供电设备与线路负担重由于一路运行一路备用是一路线路变压器组带全矿的负荷，所以线路，变压器几乎处于满载运行，因此，系统过载能力低，供电设备与线路负担重。9）保护接地的安全性降低由于一路运行、一路备用是一路线路变压器组带全部6KV出线，即6KV母联开关合上，6KV的二段母线并联运行，所以线路对地电容都并起来，而电容量是越并越大，所以，漏电电流增加，变电站内的接触电压和跨步电压也相应增加。因此，保护接地的安全性就有所降低。10）继电保护的后备保护的灵敏度不易满足要求由于一路运行、一路备用是一路线路变压器组运行，短路回路的总阻抗较大，短路电流较小，所以易造成继电器保护的后备保护的灵敏度较低，有可能起不到后备保护的作用，尤其是远后备保护的灵敏度会更低。因此，当主保护失灵时，后备保护也可能因灵敏度低而拒动，从而影响供电系统的安全性。3综合分析由以上分析可见，这种运行方式最大的优点是固定电费低，但其缺点也较多，采用这种运行方式最好作一个技术经济比较，变电站的服务年限可按10年考虑。224一趟线路运行，二台主变压器分裂运行一趟线路运行，二台主变压器分裂运行是指高压母联开关合河南理工大学毕业设计（论文）40上，6KV母联开关打开的运行方式。由前面分析可知，一趟线路运行的主要优点是高压侧短路电流较小，对高压设备的安全门性和高压系统的稳定性影响较小，二是线路的继电保护简单。主要缺点是高压线路的电能损耗和电压损耗较大。二台主变压器分裂运行的主要优点是变压器的负荷率在5060左右，运行比较经济。二是变压器的电能损耗和电压损失较小。三是供电可靠性高。四是接地电流和漏电电流较小。主要缺点是固定电费比较高，二是继电保护的灵敏度偏低。225一趟线路运行，二台主变压器并联运行一趟线路运行，二台主变压器并联运行是指一趟线路运行，一趟线路备用。高低压母联开关合上的运行方式。由前面分析可知，一趟线