露天煤矿移动变电站设计

'摘要本文分析了露天煤矿现在的移动变电站——电铲供电系统存在的问题，设计出一套科学合理的新供电系统，为露天煤矿的发展提供可靠的电力保障。文中对该系统各个环节的设计作了详细的介绍。设计中采用了半移动式60kv/6kv移动变电站的设计方法，使其不用因迁移单台移动变电站而停60kv环线，具有巨大的经济效益。关键词:移动变电站，雪橇，电铲供电系统55 Subject:Specialty:AbstractThisarticleanalysesexistingproblemofelectricpowersystemofthemovementtransformersubstation-powershovelofopencoalmineandthetheoryofthissystem.Asetofelectricpowersystemswithrationalscienceisdesigned,offeringthereliableelectricguaranteeforthedevelopmentofthecoalgroupsuddenly.Thedesignofalinkofsystemisintroducedindetailinthearticle.Thedesignadoptsthedesignmethodofthehalfmovementtransformersubstationof60kv/6kv,makingtheir60kvloopwireworkingonevenifmovingasinglemovementtransformersubstation.Ithasenormouseconomicbenefits.Keywords:movementtransformersubstation,sleigh,powershovel，electricpowersystem55 目录1绪论11.1研究的现状及问题的提出11.2设计的内容及方法22露天煤矿60KV和6KV供电系统现状分析及设计32.1露天煤矿60KV供电系统现状及设计32.1.1露天煤矿60KV供电系统现状分析42.1.2结合煤矿5年生产发展实际分析设计出60KV环线52.2.26KV供电系统存在问题的解决办法82.2.36KV电力电缆的敷设及维护83.移动变电站主变容量的选择及技术规范113.1移动变电站负荷计算及变压器容量选择113.2作为变电站保护的60KV避雷器的选择113.3移动变电站主变压器技术规范124设计出新型66KV/6.3KV-2000KVA移动式变电站164.1设计过程及思路164.2适用范围及使用环境条件174.3产品结构特点174.4设计要点194.5技术数据214.5.1短路电流的计算214.5.2电气元件选择的要求和校验244.5.366KV隔离开关的选择264.5.46KV高压隔离开关的选择264.5.5电流互感器的选择与校验274.5.6跌落式保险选择与校验284.5.7出线断路器的选择295.5.8电压互感器的选择314.6主要电气设备表315新露天矿环线——移动变电站——电铲供电系统345.1露天环线——移动变电站——电铲供电系统的合理配置346露天矿60KV移动变电站存在的问题及解决方法366.1矿用配电装置366.1.1配电装置概念及作用366.1.2配电装置的要求366.1.3配电装置的分类及使用范围366.2移动变电站整体运输可靠性的解决办法376.3解决安全供电的难题3855 6.3.1中性线限流电阻386.3.2接地线监测386.3.3接地极雷电反击限制装置396.4移动变电站维护方案397该露天煤矿6KV电力系统无功自动调节的研究417.16KV系统无功补偿现状及原理417.2设计新型无功补偿装置427.2.1无功补偿的计算427.2.2闸管投切电容器补偿原理427.2.3主电路接线形式分析437.2.4动态无功补偿装置主电路设计447.2.5单片机控制系统的设计46结论47致谢48参考文献4955 1绪论1.1研究的现状及问题的提出(1)国外研究的现状露天煤矿及大型工地采用移动式变电站，欧美国家要早中国近20年，上世纪九十年代发达国家的移动式变电站也开始在中国使用。其中加拿大培顿-库克公司的移动式变电站在江西德兴铜矿运行，美国阿克泰森公司移动式变电站在安太堡煤矿运行，满足了露天采场大容量、移动式供电的需求。国外移动式变电站其移动方式有车载式、雪橇式两种方式。其主结线方式分考虑了现场无人值班，有效防护人身安全，设备安全的重点，且基本采用单回路架空进线，一至两回电缆出线，变压器容量在2500——6300KVA之间。进线侧采用负荷开关、熔断器、避雷器组成过流及过电压保护和正常工作。变压器二次侧中性点通过电阻接地，输出电缆采用五芯或六芯电缆，增加了一根控制地线和检测地线。配以智能型漏电电压、电流检测，地线断线检测装置和跳闸装置，变压器用智能型综合保护装置。这种方案有一个设备接地网和一个检测接地网随设备移动，有效地防护人身安全，但由于采用专用电缆，目前在国内只有少数矿山使用。国内使用欧美移动式变电站大都为35KV电压等级。但美国阿克泰森公司亦有110KV产品。(2)国内研究现状目前，我国国内各大型露天矿山的坑口移动式供电设备差异较大，山西朔州安太堡露天煤矿于1986年引进美国的35KV/6KV-5000KVA移动式变电站，使用效果很好。1991年内蒙古准葛尔矿和江西德兴矿引进加拿大产35KV/6KV-3150KVA移动变电站，使用的效果不理想。内蒙古伊敏河、霍林河露天煤矿使用完全国产组合式移动变电站，故障较多，影响了6KV坑口设备的正常运行。199855 年山西朔州安家岭露开煤矿采购设备时，工程技术人员充分调研了进口移动变电站和国产的组合式移动变电站的使用及制造情况，与江苏泰兴开关厂共同开发了功能较好的移动变电站，并已有两台投入了使用，各项技术参数均达到了设计标准。现在我国内蒙霍林河露天煤矿采用的60KV/6KV-3150KVA移动变电站，于1990年投入使用。该移动变电站是国内首例采用60KV/6KV电压等级移动变电站，其使用地点最显著特点是，最低气温可达-40℃，风速可达34m/s，该移动站60KV部分采用室外布置，6KV设备采用室内布置，投入运行后效果很不理想。低温时机械部分动作失灵，保护可靠性差，严重影响了煤炭生产。（3）问题的提出我国的露天煤矿主要集中在北方，且大都为国有大型煤矿，这些露天煤矿大都采用单斗电铲——汽车——胶带运输半连续工艺。虽然目前产量大，但现在移动变电站——电铲供电系统却存在严重问题，使煤炭生产受供电的制约和影响，造成了很大的经济损失。如何在海拔高，最低气温-40℃,风力达到十一级的气候条件下，合理确定供电方式，确保移动变电站——电铲供电系统的可靠运行，已经成为摆在我国大多露天煤矿的一个十分重大的问题，也是一个期待解决的问题。由于所选露天煤矿占地面积大，地形复杂，只能沿矿坑四周架设60KV供电线路再用60KV/6KV的变压器降压供电。因此选定露天煤矿环线——移动变电站——电铲供电系统设计，通过对该系统的理论分析，设计出科学合理的供电系统，为露天煤矿发展提供可靠的电力保障。1.2设计的内容及方法（1）通过对60KV环坑线路及设备情况分析，设计出新的环坑线路。（2）通过对露天煤矿6KV供电系统现状分析，设计出6KV供电系统，并制定出电缆敷设维护方案。（3）通过对电铲负荷的分析，合理设计主变容量及技术规范。（4）设计出环线——移动变电站——电铲供电系统。55 （5）设计出60KV/6KV——2000KVA新型移动变电站，对主要电气设备选择。（6）针对露天矿60KV移动变电站存在的问题，通过设计进行解决。（7）6KV电力系统无功自动调节的分析及设计。55 2露天煤矿60KV和6KV供电系统现状分析及设计2.1露天煤矿60KV供电系统现状及设计主接线设计的基本要求:（1）可靠性保证必要的供电可靠性和电能质量。这是对电气主接线的最基本的要求。停电不仅使变电站造成经济损失，而且对国民经济各部门都要形成严重的损失，往往比少供电的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估计。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠，因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度越高。（2）灵活性具有一定的灵活性和方便性。主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运方式的转换，不仅正常运行时能安全可靠的供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简单、迅速的调换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小，显然复杂的接线不会保证操作方便，反而使误操作的几率加多，但过于简单的接线，也不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和时间。（3）操作方便主接线应简单清晰，不只对称，运行方便，使设备切换所需要的操作步骤减少。（4）经济性具有经济性。考虑主接线的设计时，主要矛盾往往表现在可靠性与经济性上，要求主接线可靠且灵活，将会使投资提高，因此必须是将技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠，运行灵活的基础上，尽量降低投资和运行费开支，且尚需注意节约占的面积和搬迁费用。在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资，投产，尽快发挥经济效益。（5）有扩建的可能性55 在设计主接线时，一定要考虑到发展的需要，列有余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。2.1.1露天煤矿60KV供电系统现状分析（1）60KV供电系统现状图，如图形2-1-1为供电总图，图2-1-2为移动站一次图。注：图中虚线区域为采矿作业区该矿向西北方向延伸图2-1-2为移动站一次图(2)60KV供电系统现状分析①目前系统露天生产作业区供电容量为9450KVA，由3台3150KVA变压器供电。55 ②从图中可以发现，1号移动变电站正处于采区东中侧位置，已经无法向采区北侧供电。2，3号移动变电站离采区北侧更远。③由于移动变电站采用3150KVA变压器供电，变压器容量较大至使电铲无法与变压器容量合理配合，经常出现一台变压器带3台或4台电铲过载运行，或只带1台或2台电铲轻载运行，出现大马拉小车现象。④目前所用的3150KVA变压器耐冲击能力差，经常发生变压器损坏事故，己经到了无法保证正常供电的程度。⑤从3台移动站分布来看，由于移动站容量大、数量少，而坑下电铲数量多、分布广，造成移动站虽然总容量够用，但却不能满足电铲生产作业要求。造成电缆有时长达2000多米，移设困难，接头多，故障率高，严重影响生产。⑥从图2-1-2可以看出移动站变压器一次系统只采用了用于防雷的避雷器，和用于变压器短路和过载的高压跌落式熔断器保护。容量为3150KVA的变压器应装设瓦斯保护及温度保护，这也是原设计的一种缺陷。(3)60KV供电系统设计①从图2-1-2可以看出60KV隔离开关采用GW5-60型，该开关导电回路接触不可靠，怕冲击，转动部位锈蚀严重，分合闸操作不灵活，不具有防误操作功能，应改为GW5A-60ⅡDW型隔离开关。该高压隔离开关具有接触可靠，不怕冲击，克服了转动部位锈蚀现象。分合闸操作灵活、轻松，操动机构具有防误措施，可不解体对转动部位轴承注油，支柱绝缘子采用合成绝缘子，重量轻、强度高、耐冲击、不易断裂，减少了维修工作。另外GW5A系列可配CS17-G型手动操动机构，或CJ3-XX型电动操动机构，当配用手动机构附装电磁锁时，可有效地实现隔离开关与断路器之间的电气联锁可靠保证并可进行就地操作，为将来整个供电系统实现远动和自动化提供，也为将来的发展打下基础。②线路位置的设计从图2-1-155 可明显发现露天北线已处在生产作业区中部，无法满足作业区北部生产供电。而露天南线己经处于待开采位置，影响到采区向西延伸。因此应根据生产实际情况，重新设计南北供电线路的位置，将供电线路向北向西移设。2.1.2结合煤矿5年生产发展实际分析设计出60KV环线(1)露天矿60kv供电设计从对煤矿生产供电情况的分析中可以看出针对目前煤矿生产规模的不断扩大，移动站数量急需增加，60KV隔离开关急需多设。现在供电局可给20台新型2000KVA移动站(40台电镐)的供电能力，露天矿在今后几年电镐增加31台，加上现有的9台，一共是40台电镐，这样可以用露天北线,露天南线各带10台移动站，每台移动站带2台电镐。下面对技术可行性进行分析:煤矿用电进线隔离开关型号为GW5-60，额定电流=630A,露天北线、露天南线线路线型为LGJ-70，按规定量为228A,一台移动变电站设计容量为2000KVA，额定电流为=2000/×63=2010台移动额定电流：20×10=200A＜228A线路线径能满足要求。电压损失校验:按15kmcos=0.85计算，则电压损失一台移动站有功P=2000×0.85=170OKW无功=-=1054kvar电压损失△U=（P）/×L=274V则10台移动站电压损失△U=274×10=2740V电压损失的百分数55 △U%=2740/63000=4.3%电压损失符合要求。(2)60kv供电系统远景设计总图详见图2-1-2。2.26KV供电系统现状分析、电缆的敷设、维护及设计计算6KV供电系统现状6KV供电系统单母线接线其特点：接线简单，清晰，操作方便，所使用设备少，投资省，但可靠性和灵活性差，当任一回路、母线、断路器、隔离开关以及断路器靠近母线侧的绝缘套管发生异常时，都会造成全部停电。目前可用6KV供电系统采用两种供电方式，其中一种采用6KV架空线路直接供电铲使用；另一种供电方式；用60KV/6KV移动变电站用电缆给电铲供电两种方式。采用6KV架空线向电铲供电存在如下问题：(1)供电能力受上级变电所主变容量限制。(2)供电距离受线路电压降的限制，使得供电半径较小。(3)由于电压较低使得线路中电流较大，因此供电线路线径很大。(4)55 由于架空线路需要严格的供电通道，使得线路走向受生产现场环境的限制，有时很难满足供电要求。(5)架空线路存施工期长、工作量大、移设不方便等缺点。采用6KV电缆由移动变电站向电铲供电存在如下问题:(1)电缆过长时电压降过大，影响电铲正常运行，增大线径又会增加资金投入。(2)供电半径小，电缆过长时移设，施工不便。接头多，故障率高。(3)电缆故障检修时间较长。2.2.26KV供电系统存在问题的解决办法由于该露天煤矿采区直径较大，只靠南、北两条60KV架空线路就近带移动变电站由6KV电缆供电，会出现矿坑中部无法开采的问题，且这一问题不是靠延长6KV电缆所能解决的问题。要解决这一问题，只能靠移设60KV架空线路来实现。因此，中部延伸距离的长短，直接关系到60KV架空线路的移设次数，如中部延伸较长，则60KV明线移设周期就相应延长。也就是说采矿的规划直接影响到供电的布置，同时也影响着资金的投入。由于架空6KV线路存在许多问题，随着采区距离的越来越远，应考虑逐渐取消6KV架空线路。6KV架空线路可用来为解决较近距离的电铲供电，或走电铲时临时供电，至于6KV电缆供电存在的问题，可用移设60KV架空线路和增加移动变电站台数来解决。2.2.36KV电力电缆的敷设及维护(1)电缆敷设时应注意的问题坑下用的6KV电力电缆均为橡套电缆如敷设时不符合工艺要求，会直接损坏电缆，因此必须认真做好如下事项:①电缆敷设应尽量选择不易遭受各种损坏的路线，并且在技术和经济上最有利的路线，尽可能选择最短的路径。55 ②电缆敷设时要从节省投资、施工方便和安全运行等方面进行考虑。敷设时有条件应尽量用电缆专用车，不具备专用车时可用人工进行，但绝不许用绳索靠工程车拖拉，这样会严重损伤电缆。③对于不耐寒电缆，当电缆存放地点敷设前平均24小时温度及敷设现场温度低于电缆规定值时，应将电缆预加热，对于所选择煤矿应直接选用耐寒型电缆。④任何敷设方式的电缆敷设变曲半径与电缆外径的比值不应小于15倍。⑤敷设时应有一定的富裕量，以便维护，以防止损伤电缆。(2)电缆的维护①电缆中间头及终端头应清洁、无裂纹、无损伤、无放电痕迹，绝缘材料应无熔化现象。②电缆各部均无发热现象。③电缆上杆时应注意弯曲度，应防止被利用物损伤。④电缆泄漏电流过大时应及时停运检修和处理。⑤必须加强橡套电缆的故障检测工作，建议用陕西易达科技有限公司生产的DMS-2000B型彩色智能电缆故障测试仪，配合该厂生产的YD.TDM系列轻型高压试验变压器进行全方位测试。⑥电缆头应尽量减少干包方式，应尽量使用热补或灌注方式进行电缆头的制作，以减少故障的发生。(3)电缆截面选择计算①按计算负荷选择电缆截面-电缆允许持续流量(A)-线路计算电流A本设计中考虑每条电缆只给一台14电铲供电，电铲总容量为=894KVA=/COS∴=COS/COS=894/(1.732×6.3×0.9)=73.7(A)如不考虑允许持续载流量修正系数，则≥73.7(A)。查表知3×35+1×10铜芯橡套电缆，环境温度40℃时允许载流量为119A，可满足≥73.7A的条件。②按允许电压损失%选择电缆截面55 △%≥△%式中△%-线路允许电压损失的百分比6KV电缆线路取△%=5%△%-线路计算电压损失的百分比查表得3×35+1×10铜芯橡套电缆电压损失百分比为0.508%MW/KM。∵△%=K××L(其中K=0.508%MW/KM)L=1KM(坑下电缆一般不超过1000米)∴△%=0.508%×894××1=0.45%△%=5%﹥△%=0.45%所选电缆满足要求。③按经济电流密度校验电缆查表得年最大负荷利用小时3000-5000小时时铜芯电缆为=2.25A/经济截面计算式:∵=/∴=/=73.7/2.25=32.76()式中:-电缆线路计算电流(A)。-经济电流密度由于计算电流为73.7A，当年最大利用小时数取3000-5000时=32.76时应选3×35+1×16的橡套电缆。也就是说35的铜芯橡套电缆不能满足煤矿坑下电铲供电的需要。55 3.移动变电站主变容量的选择及技术规范3.1移动变电站负荷计算及变压器容量选择供电电源电压为60KV，由两条供电线路构成环形供电系统。变电所人工补偿后功率因数保持在COS=0.9-0.95。电铲主电机为JSC-650-6TH650KW6KV350HZ6P，每台电铲有一台180KVA干式变压器，电铲的最高有功功率负荷为650KW，功率因数为0.91.因为COS=P/S,P=650KW所以每台电机负荷为=P/COS=650/0.91=714KVA每台电铲的总负荷为S=+,=180KVA(每台变压器容量)即S=714KVA+180KVA=894KVA当两台电铲共用一台移动变压器时，总的负荷为=2S=2×894KVA=1788KVA对于移动站变压器选择十分重要，是以后一切设计的理论基础。根据上述计算，两台电铲共用一台变压器时的总负荷为=1788KVA,因为变压器的容量S应满足:S≥因为型变压器的稳定性等方面优于其他变压器，所以变压器应选择——2000/66，变压器其低压侧6.3KV。对该变压器应有具体要求:首先要求变压器抗冲击能力要强，以满足650KVA高电机起动时对电流的要求，即采用日本进口硅钢片，要求具有瓦斯继电器和温度继电器及减压装置。55 3.2作为变电站保护的60KV避雷器的选择避雷器的配置:（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。（3）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。（4）下列情况的变压器中性点应装设避雷器1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。3）接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。（5）发电厂变电所35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。由于阀型避雷器存在内部气隙，温度变化时的呼吸作用易吸潮，外绝缘耐污水平差，老化快等缺点，加之露天矿气候条件差，本设计采用复合外套金属氧化物避雷器，该避雷器内腔采用真空灌胶，消除了内部气隙，避免了吸潮，其外绝缘采用硅橡胶伞裙，提高了外绝缘耐污水平，可靠的压力释放装置保证了附近运行设备的安全，且具有老化慢，运行维护工作量小等。3.3移动变电站主变压器技术规范——2000KVA主变压器技术规范1)使用环境条件:表3-4-1使用环境环境项目保证值安装地点户外55 海拔高度(m)≤1000户外环境温度(℃)-30~+45日照0.1覆冰厚度(mm)10最大风速(m/s)35最大月平均相对湿度(25℃时)90%地震水平加速度和垂直加速度同时作用安全系数1.67污秽等级III(对应爬电比距为3.lcm/kv,按最高工作线电压计算)最大日温差(k)252)系统额定值表3-4-2系统额定值额定电压66KV最高运行电压72.5kv额定频率50Hz中性点接地方式有效接地3)变压器的主要参数表3-4-3变压器的主要参数型式三相油浸自冷、双绕组、无励磁调压低损耗电力变压器高压侧额定电压66kv额定容量2000KVA高压分接范围±5%低压侧额定电压6.3KV接线D,Ynll高压绕组按△连接，低压绕组按Y55 连接，中性点通过一个安装在变压器顶盖上的套管引出接地。选用DYn11型与Y,Yn0型相比有以下优点：（1）抗不平衡能力强；（2）需要提高单向短路电流值，确保低压单相接地保护装置动作灵敏度；（3）需要限制三次谐波含量。表3-4-4额定绝缘水平电压侧名称额定雷电冲击耐受电压（1.2/50us,）峰值，全波载波冲击耐压(峰值)额定工频耐受电压(1min，有效值)高压侧325KV360KV140KV低压侧75KV85KV35KV中性点75KV85KV35KV套管a)耐压表3-4-5耐压电压侧名称额定雷电冲击耐受电压（1.2/50us,）峰值，全波额定工频耐受电压(1min，有效值)高压侧350KV150KV低压侧75KV35KV中性点75KV35KVb)瓷套管颜色棕色c）最小爬距：高压侧:2248mm低压及中性点:400mmd)套管额定电流值与变压器过负荷能力相一致一次侧出线端子形状为板状。安全系数不小于25。电压侧名称水平纵向垂直纵向水平横向弯矩55 空载损耗4.6KW负载损耗19KW额定电压和频率下，空载电流不小于额定电流的2%额定短路阻抗8%变压器设有保护装置重瓦斯两付接点跳闸直流220V轻瓦斯报警直流220V4)期望寿命当变压器运行在规定的条件下，变压器具有30年的期望寿命。5)一般要求变压器为户外、三相、油浸型(S9系列)。局部放电水平在规定的试验电压和试验次序的条件下，高、低压侧绕组局部放电量分别不得大于200pC。套管局部放电量不得大于10pC无线电干扰电压和电晕:在1.1×7.25/KV下，无线电干扰电压不大于500uv,在晴天夜晚应无可见电晕。温升表3-4-7温升变压器部位温升限值K绕组60油顶层55铁芯及其它金属结构零件表面80绝缘油符合GB的最新板本，考虑该煤矿最低气温用-45#变压器油。6)性能试验及保证:该变压器应进行符合GB标准的各项出厂试验和现场安装后的试验。7)变压器要求承受的过负荷能力表3-4-8油浸自然循环冷却的变压器事故过负荷允许运行时间(时:分)过负荷环境温度（℃）55 倍数0102030401.124：0024：0024：0019：007：001.224:0024:0013:005:502:451.323:0010:005:303:001:301.48:305:103:101:450:551.54:453:102:001:100:351.63:002:051:200:450.181.72:051:250:550:250:091.81:301:000:300:130:061.91:000:350:180:090:052.00:400:220:110:06+55 4设计出新型66KV/6.3KV-2000KVA移动式变电站4.1设计过程及思路为该设计的总体思路是为彻底解决国内60KV/6KV电压等级露天矿山环线——移动变电站——电铲供电系统存在的问题，设计出具有领先水平的新型组合式移动变电站。经过多次论证和改进及厂矿工程技术人员共同努力，新研制移动变电站具有体积小、重量轻、寿命长、运输方便、保护先进、运行可靠等优点。(1)技术先进安全可靠箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可在-40℃~+40℃的恶劣环境下运行。(2)自动化程度高全站智能化设计，系统采用变电站微机综合自动化装置，分散安装，可实现“四遥”，每个单元均具有独立运行功能，满足无人值班的要求。(3)工厂预制化箱内设备在工厂一次安装、调试合格，实现变电站建设工厂化;现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5-8d的时间，大大缩短了建设工期。(4)组合方式灵活60KV箱式变电站由于结构比较紧读，每个箱均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变。使用单位可根据实际情况自由组合一些模式，以满足经济实用的要求。(5)占地面积小不到同规模变电所占地面积的1/2，符合国家节约土地的政策。55 (6)投资省见效快60kV箱式变电站占地面积小，可节约土建工程费及征地费用，较同规模常规变电所减少投资40%;建设周期短，提前竣工投产可增加售电利润;先进设备的选用，减少了维护工作量。故建设新型60kV箱式变电站整体效益非常可观。(7)外形美观，易与环境协调外形设计美观，在保证供电可靠性前提下，通过选择箱式变电站的外壳颜色，从而极易与周围环境一致。4.2适用范围及使用环境条件本系列组合式变电站高压侧为66KV，低压侧为6.3KV，三相交流50H:户外成套设备，普通适用于城市、乡镇、工厂及油田、矿山、码头等场所，也适用于一些大型建设工地，作为接受、转换和分配电能之用。具有成套性强、体积小、安装使用方便、造价低、综合自动化程度高、运行安全可靠等特点。正常使用环境条件:A、海拔不超过1000m;B、周围空气温度上限+40℃，下限-40℃;C、风速不超过35m/s;D、相对湿度:日平均值不大于95%;月平均值不大于90%;E、无经常性剧烈振动和冲击;F、没有火灾、爆炸危险和化学腐蚀的场所。特殊使用环境条件:当上述正常使用条件不能满足使用要求时，由用户与制造厂协商。4.3产品结构特点总体结构:55 变电站由高压开关室、低压开关室、继电保护室和变压器室组成。高压开关室、低压开关室、继电保护室外壳采用S=3mm钢板内填保温材料制作。钢板及钢结构件都经磷化处理。变压器室不设封闭外壳结构而设置安全保护网罩，既有利于变压器通风散热，又能确保人身和设备安全。(1)高压开关室66KV进线侧高压开关室装-66KV户外带接地式隔离开关、跌落式保险、阀型避雷器。(2)6.3KV出线侧出线侧安装隔离开关，真空断路器。(3)继电保护室继电保护室内安装ABB公司微机综合保护装置(含零序保护)指示。计量仪表且保护装置有通讯接口。重瓦斯保护油流速的整定1)重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6—1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。2)根据运行经验，管中油速度整定为0.6—1.5m/s时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4—0.5m/s。因此，本设计中，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1S左右。表4-3-1移动站一次系统数据55 66KV变压器进线PT出线1出线2所有变6.3KV4.4设计要点(1)66KV开关室66KV开关室采用架空进线，进线通过针式绝缘子和支柱绝缘子固定至66KV开关侧，66KV开关室四边用钢丝网围栏。66KV开关选用-66KV带接地隔离开关，跌落熔断器、阀型避雷器，接地开关为单接地，且隔离开关与接地开关联锁，其操作方式均为手动三相联动方式。隔离开关分合运动方向为垂直方向，且机构与6.3KV主开关电气联锁，确保隔离开关不带负载分合，隔离开关进出网门与开关有可靠机构联锁，只有开关处于分闸位置，且接地开关分闸才能打开网门进入。66KV55 进线应有防风沙措施及足够的机械强度，雪底座除自然承重外应考虑事故状态下电动力的影响，66KV开关室应是独立基座。(2)变压器室变压器室和6.3KV开关室共用一个基座，与66KV开关室基座并联(机械联接)。变压器室侧用金属网门封闭，顶盖用金属板封闭，变压器进出线选用多股导线联接。变压器设轻瓦斯灯光信号及预留信号端口，重瓦斯跳闸，超温跳闸。(3)6.3KV开关室6.3KV开关室选用固定式结构，带操作走廊，其通道方式见下表表4-4-1通道方式进线PT出线1出线2所用变进线采用负荷开关加熔断器、避雷器，出线采用GN型隔离开关加真空熔断器方式，其保护用ABB公司微机综合保护系统，根据用户提供的电缆资料，确保零序电流保护。主保护方式为反时限方式，且继电二次室与一次室用金属完全隔离。仪表室操作门应与系统有可靠联锁，确保在正常操作时不误碰及带电导体。微机综合保护系统有通讯接口，断路器分合及相关信号应预留接口至端子排。6.3KV开关室有不小于0.8m操作走廊，其箱体为框架结构，外层为S=3mm冷板，内附保温材料，里层为S=1mm钢板，且都经防腐处理。6.3KV开关室设立温度补偿装置，其电流由20KVA单相变压器供应，应保证其室内温度>0℃6.3KV开关室应有自动启闭照明灯，其主要出线回路应有指示及计量装置。变压器重瓦斯跳闸事故红灯，超温跳闸事故黄灯。(4)底座本产品底座分两块，一块为66KV部分，一块为变压器和6.3KV部分，底座用不小于250mm工字钢组成框架，下部分为不小于l0mm钢板，上部为不小于6mm船甲板用钢板，内里为框架结构，在保证一定机构强度的要求下保证一定的牵引性能。(5)基本保护55 我们用微机继电保护来对变电站进行保护其优点体现在以下几个方面：1)维护调试方便2)可靠性容易提高3)可以方便的扩充其他辅助功能4)灵活性大5)改善和提高的动作特性和功能微机继电保护的设计要求：1)微机继电保护装置应具有抗电磁扰动能力。2)微机继电保护装置的应设有在线自动检测。在微机继电保护装置中微机部分任一元件损坏时都应发出装置异常信号，并在必要时自动闭锁相应的保护。但对保护装置的出口回路的设计，应以简单可靠为主，不宜为了实现对出口回路的完全自检而在此回路增加可能降低可靠性的元件。3)微机继电保护的所有输出端子不应与其弱电系统有电的联系。4)微机继电保护装置应设有自恢复电路，在因干扰而造成程序走死时，应能通过自恢复正常工作。5)微机继电保护装置在断开电源时不应丢失报告。6)微机继电保护装置应具有对时功能。7)微机变压器保护装置所用的电流互感器二次采用星形接线，其相位补偿和电流补偿系数由软件实现。8)同一条线路两端配置相同型号的微机高频保护。9)同一种微机继电保护装置的组屏方案不宜过多。所以我们要选择可靠性比较高的企业为设计提供保护设备。4.5技术数据4.5.1短路电流的计算55 在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案；选择电气设备，校验设备提供依据；为继电保护整定计算提供依据等。为提供新型移动变电站现场调试所需的短路电流值，特做如下计算以供参考，并作为继电保护整定的依据、其中计算、、点发生两相短路，三相短路时的短路电流，及三相短路冲击电流等。两相短路计算的目的是两相短路造成电流不平衡，从而产生不平衡电磁力，使绕组变形，严重者使绕组绝缘损坏以及铁芯变形，三相短路电流大，容易使绕组烧坏。对于本变电站的设计来说，总装机容量并不大，一次接线并不复杂；而且此短路电流的计算主要用于设备的选型与校验，并不需要十分精确的计算短路值，因此，本文计算采用近似计算。对于这并不复杂的网络，并不需要建立节点方程，可以直接通过网络的等值变换求得短路点的输入阻抗和电源点对短路点的转移阻抗，直接计算出短路电流。如图4-5-1图4-5-1（1）环线——移动站——电铲供电系统简图55 图4-5-1（2）d1、d2、d3点发生两相短路、三相短路时的短路电流1、选取基准容量=100MVA计算点时，选取=63kv,则基准电流为=/=100/(×63)=0.916KA计算点时，选取=6.3kv,则基准电流为=/=100/(×6.3)=9.16KA计算点时，则基准电流为9.16kA2计算各元件电抗标么值1)电力系统=0.4548(上级电网系统)2)输电线路=*L*(/)=0.4×15×(100/)=0.153)变压器=*(/)=0.08×(100/2)=44)电缆线路=X*L*(/)=0.08×0.3×(100/)=0.06∵3×50铜芯电缆，查表其电阻标准值为0.94/km×0.3=0.282>电抗标么值的3倍多。∴采用电阻标么值计算，即=0.2823、计算各短路点的回路总阻抗55 1）点短路回路总阻抗=+=0.4548+0.1=0.60482）点短路回路总阻抗2）点短路回路总阻抗=+=0.5548+4=4.60483）点短路回路总阻抗===4.614、计算各短路点的短路电流（在此取1.8）1)点电流标么值:=1/0.6048=1.65三相短路电流:=*=1.65×0.916=1.51KA=（4-5-1）二相短路电流：=×=0.866×1.51=1.31KA短路冲击电流：=1.41××=1.41×1.8×1.51=3.83KA（4-5-2）2)点55 电流标么值:=1/=1/4.6048=0.217三相短路电流:=*=9.16×0.217=1.99KA=（4-5-3）二相短路电流=*=0.866×1.99=1.72KA短路冲击电流：=1.41××=1.41×1.8×1.99=5.05KA（4-5-4）3)点电流标么值:=1/=1/4.61=0.217三相短路电流:=*=9.16×0.217=1.99KA=（4-5-5）二相短路电流=*=0.866×1.99=1.73KA短路冲击电流：=1.41××=5.05KA（4-5-6）4.5.2电气元件选择的要求和校验选择的要求:1）应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。2）应按当地环境条件校核。3）应力求技术先进和经济合理4）与整个工程的建设标准应协调一致。5）同类设备应尽量减少种类。6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据。设备的选择和校验。55 电气设备和载流导体选择的一般条件:（1）按正常工作条件选择A.额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压Ue≥Uew.B.额定电流：所选电气设备的额定电流，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流Imax。计算回路的最大持续工作电流Imax时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。C.环境条件对设备选择的影响。当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污损等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和型式的选择。（2）按短路状态校验A.热稳定校验：当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值Qd≤Qy，Qd≤I2rt，t=tb+tdf校验电气设备及电缆（3～6KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。B.动稳定校验：ich≤idw，Ich≤Idw用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；（3）短路校验时短路电流的计算条件所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。55 4.5.366KV隔离开关的选择表4-5-3-66KV主要参数型号额定电压额定电流额定峰值耐受电流4S额定短时耐受电流接线端水平允许拉力配置机构-72.572.5KV630A50KA20KV500NCJI16CS14G隔离开关的额定电流为630A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。（1）动稳定校验：=50KA由式4-4-2=3.83KA=/=3.83/=2.71KA﹥（2）热稳定效应:因为其保护方式为熔断器保护所以不进行热稳定效应。55 4.5.46KV高压隔离开关的选择表4-5-4高压隔离开关技术数据型号额定电压(KV)最大工作电压（KV）额定电流(A)动稳定电流（KA）4S热稳定电流（KA）GN19-10126305020隔离开关的额定电流为630A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。（1）动稳定校验：=50KA由式4-4-2=3.83KA经计算得=/=5.05/=3.57KA﹥（2）热稳定校验：=++,为继电保护时间，主变发生故障，主变保护动作时间为0.5s切除故障，在它前面的2个设备应在故障切除后立即返回，所以=0.5+2Δt，Δt一般取1-1.2s,所以=0.5+2×1.1=2.7s，为断路器固有分闸时间，为断路器开断时电弧持续时间，为0.04-0.06s但电流互感器前无断路器所以=2.7+0.06+0.06=3.9s且由式4-5-3有=1.99KA=[（+10+）/12]×=[（+10×+）/12]×3.9=15.4St=×4=3600S﹥55 符合要求。4.5.5电流互感器的选择与校验根据正常工作状态选择:(1)（一次回路额定电压）≧，电流互感器的额定电压为10kV，不小于装设电流互感器所在电网的额定电压。(2)（一次回路额定电流）≧，该电流互感器的最大持续工作电流：=1.05=1.05/()=1.05×2000/(×6)=195(A)所以在本设计中电流互感器采用LFS-10型号的电流互感器。表4-5-5电流互感器技术数据型号额定一次电流（A）准确级额定输出（VA）额定短时热电流（KA）额定动稳定电流（KA）LFS-106000.5103070该电流互感器的额定电流为600A，大于通过该电流互感器的最大持续工作电流195A校验电流互感器的动稳定性由式4-5-3=5.05KA=/=5.05/=3.57KA﹥动稳定性符合要求。热稳定效应:=++,为继电保护时间，主变发生故障，主变保护动作时间为0.5s切除故障，在它前面的2个设备应在故障切除后立即返回，所以=0.5+2Δt，Δt一般取1-1.2s,所以=0.5+2×1.1=2.7s，为断路器固有分闸时间，55 为断路器开断时电弧持续时间，为0.04-0.06s但电流互感器前无断路器所以=2.7s且由式4-5-3有=1.99KA=[（+10+）/12]×=[（+10×+）/12]×2.7=10.69St=×4=3600S﹥热稳定性符合要求。动热稳定均符合要求。4.5.6跌落式保险选择与校验表4-5-6跌落式保险技术数据型号额定电压(KV)额定电流（A）额定开断电流（KA）RW6-72.5(W)/100-572.51005校验跌落式保险的断流能力:此跌落式保险的额定开断电流I=5KA因为短路电流周期分量（式4-5-1知）=1.51KA所以I﹥所以此跌落式保险满足要求。55 4.5.7出线断路器的选择根据正常工作状态选择:(1)（电网额定电压）≦，断路器的额定电压为10kV，不小于装设断路器所在电网的额定电压(2)（最大持续工作电流）≦（断路器额定电流），该断路器的最大持续工作电流：=1.05=1.05/()=1.05×2000/(×10)=121A所以在本设计中断路器采用ZW8-12型号的断路器。ZW8-12断路器的具体技术参数如下表：表4-5-7ZW8-12参数额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流12KV630A31.5kA80kA热稳定电流（4S）额定关合电流固有分闸时间合闸时间20KA(4S)50KA25-50ms20-45ms机械寿命额定频率额定短路持续时间雷电冲击电压1000050HZ4S85KV该断路器的额定电流为630A，大于通过该断路器的最大持续工作电流121A。（1）校验断路器的断流能力:此断路器的额定开断电流=31.5KA由式4-5-3短路电流周期分量=1.99KA所以﹥55 此断路器的额定关合电流=50KA由式4-5-4=5.05KA=/=5.05/=3.57KA所以﹥（2）动稳定校验:动稳定电流=80KA经计算得=3.57KA﹥（3）热稳定校验：=++,为继电保护时间，主变发生故障，主变保护动作时间为0.5s切除故障，在它前面的7个设备应在故障切除后立即返回，所以=0.5+2Δt，Δt一般取1-1.2s,所以=0.5+2×1.1=2.7s，为断路器固有分闸时间，为断路器开断时电弧持续时间，为0.04-0.06s所以=2.7+0.06+0.06=2.82s=[（+10+）/12]×=[（+10×+）/12]×2.82=11.17St=×4=1600S﹥符合要求。55 5.5.8电压互感器的选择电压互感器选择的具体技术条件如下：1)一次电压：式中：——电压互感器额定一次线电压，其允许波动范围为2)二次电压：电压互感器二次电压。3)准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。各个位置的电压互感器如下表：表4-5-8电压互感器的选型安装位置设备型号额定变比额定容量(VA)最大容量（VA）准确等级0.5136kV高压出线JDZJ-66000/10050802003004.6主要电气设备表主要电气的选择与4.5节的选型方式相同在此不做计算说明，但每一项都必须满足要求。图4-6-166KV/6.3KV-2000KVA移动变电站一次回路布置图55 主要电气设备表项配件名称规格数量规格数量1高压负荷开关FN18-10DR/63012高压熔断器RN3-6/2A23电力变压器2000KVVA14行程开关JLXX1-41185零序电流互感器LJ-Φ7516高压电流互感器LPS-10200/50.5/317电压互感器JDZ-6600/1000.528隔离开关GW5-66/6301GN19-10/63039断路器ZW8-12110高压带电显示器6.3KV111避雷器FS-66KV3HY5WS-14.5/50312中间继电器JZZ-44AC220V2JZ15DC220V213加热器DJRAC220V500W214加热控制器KS-3AAC220V115电流表612-500/5316控制变压器BE-20KVA6.3KV/220V1BK50-120/24V117微机电动总保护装置SPAJ140DC220V155 18照明灯100W319熔断器RT14-20/10A520指示灯XDJ3-2520-50DC220V221整流二极管2CZ500/100A122时间继电器JS10AC220V60S123电压表612Z2KV/0.1KV124电能表DS8623(6)A100V155 5新露天矿环线——移动变电站——电铲供电系统5.1露天环线——移动变电站——电铲供电系统的合理配置对于任何一个露天煤矿，其坑下环坑线路——移动变电站——电铲的合理配置都十分重要。而对于该露天矿由于只有南和北两条60KV线路构成南、北环线，如何合理配置电铲数量如何合理确定环线走向，如何合理配置移动变电站显得更加重要。(1)环线的位置应有足够的生产预留量，尽量减少环线移设周期，减少停电。(2)移动变的数量应足够电铲使用，但又不要设置过多，以减少资金浪费。(3)电铲更换作业地点时应确保有可供行走和使用的电源(即60KV高压部分)，以确保单台电铲迁移时不用停整条环线。根据以上3点问题，在该设计中采用了半移动式移动变电站的设计方法，即使主变压器60KV侧以前的雪撬数量超过包括主变压器及6KV控制柜在内的后面雪撬数量。这样，在环线设计时每隔500米则设一个60KV雪撬，每隔一年或两年迁移一次60KV雪撬。而且这次迁移可大规模迁移，且一次为一年或两年做准备，这样做的理由是:①由于60KV雪撬(单元)价格便宜，可尽量多设。②由于60KV雪撬上有60KV隔离开关可提供一个明显断开点，不论移动站检修还是迁移，都可以单独停电工作，不用因迁移单台移动站而停60KV环线。③由于包括主变压器及6KV控制柜在内的后面撬造价很高，过多设置会造成大量资金的浪费，设备闲置。因此，可根据生产需要购置，但由于60KV雪撬多于主变雪撬，所以，移动站迁移时，实际只是迁移了后半部分。因此也可将移动站叫做半移动式组合变电站。也就是说60KV雪撬定期迁移，而主变雪撬可随时迁移，这一点在露天矿可带来十分巨大的经济效益。环坑线路——移动变电站——电铲供电系统合理配置如图5-1-1所示，55 由于理性设置了备用雪撬使移动站迁移十分方便且不影响其它电站正常运行。5-1-2环线——移动变——电铲简图55 6露天矿60KV移动变电站存在的问题及解决方法6.1矿用配电装置6.1.1配电装置概念及作用发电厂和变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。它的作用是接受电能和分配电能，所以它是发电厂和变电所的重要组成部分。6.1.2配电装置的要求(1)配电装置的设计和建设，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别注意应节约用地，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。(3)便于检修、操作和巡视。(4)便于扩建和安装。(5)在保证上述条件下，应节约材料，减少投资。6.1.3配电装置的分类及使用范围配电装置按电气设备装置的地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按组装的方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电器等按接线要求组装成套后运至现场安装用的成套配电装置。屋内配电装置是将电气设备安装在屋内，它的特点是占地面积小，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；但需建造房屋，投资较大。55 屋外配电装置是将电气设备装置在屋外，它的特点是土建工程量小，投资小，建造工程短，易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件影响。6.2移动变电站整体运输可靠性的解决办法露天矿的移动变电站大多数安装在60KV架空线下面，道路狭窄崎岖不平，坡度大。用吊车、平板车、挂车运输十分不便。因此，在架空线路下面将移动变电站拖出或推入就都离不开推土机的协助。所以移动变电站的矿坑运输优先选用推土机，而不用吊车和平板挂车等运输方式。目前最好的办法是选用雪撬式底盘，将60KV进线单元降压变压器和6KV输出控制柜安装在雪撬式底盘上，底盘条40b工字钢三根作纵向支撑，其间用14#槽钢与底盘板焊成多个长方形，每个长方格再用14#槽钢分解成三角形，框架底部用10mm厚的钢板全封死满焊。再安装60KV进线架、变压器。6KV出线柜的位置用槽钢加强，在底盘40b工字钢两端部各焊两个吊装耳环，用于推土机牵引，在底盘的40b工字钢两侧各用螺栓装配两个吊钩，以便用钢丝绳起吊装车运输。6KV输出控制柜用槽钢和6340mm不等边角钢组成框架，外敷5mm冷轧板，用螺栓将柜子固定在底盘上。柜内负荷开关、隔离开关、真空断路器和操作机构等均安装在柜内的角钢框架上。变压器的固定与防震。该移动变电站配置一台-2000KVA66KV/6KV低损耗电力变压器，短路阻抗为8%,频率为50HZ,绕组接线D.Yn11。变压器位于雪撬式底盘的中部，且变压器长轴线与雪撬式底盘长轴线重合，即高低压引出线位于底盘两侧，其优点:(1)虽增加了运输的长度，但减少了运输的宽度，符合铁路和一般公路运输要求，降低了运输费用。(2)变压器散热器外沿位于高低压设备及柜体宽度以内，运输过程中不易碰伤。55 (3)推土机牵引时，加速度变化，道路不平，变压器内部铁芯震动主要起源于上下方向和牵引方向，变压器长轴线与底盘长轴线重合，变压器稳定性较好，可避免变压器线圈引出线在震颤力作用下疲劳断裂。变压器内部铁芯还采用了上下定位，多点固定和硅橡胶减震，外部采用槽钢固定和硬质橡胶板减震。选用抗震性较好的ABB微机电动综合保护装置(详见材料明细表)通过以上措施，使移动变电站的移动性能完全可以达到预期目标目前该移动变电站己经完成了研制生产过程。6.3解决安全供电的难题6.3.1中性线限流电阻众所周知，露天矿山所用的移动设备不便于做接地极。机体自然接地电阻高，一但设备漏电，在设备周围产生的分布电压极易造成对工作人员的伤害。该设计采用了国外矿山的供电方式，用三相五线制供电。即三根相线，一根接地线和一根监测地线联接状态的监控线。并且采用变压器中性线串限流电阻接地方式，限流电阻参数直流电阻141欧，功率91KW，电流25A，工作电压7.5KV，在限流电阻回路中串入接地电流互感器，限流电阻端接入接地电压互感器。接地电流电压启动值和延时均由用户自行设定，当达到设定值时，SPAJ142C组合式过流继电器装输出信号，使6KV真空断路器跳闸。采用限流电阻接地，既限制接地故障电流，又提高接地故障的跳闸灵敏度，及时切除故障电缆，防止进一步扩大事故。6.3.2接地线监测露天矿的挖掘机外部供电系统都一样，采用三相五线制。接地线芯的作用是将设备或电缆发生接地故障时的故障电流强制回流至移动变电站。接地线芯截面不低于35，供电线路最长不超过4KM，移动变电站至移动用电设备之间的接地线等效电阻为18.6×4/35=2.1欧，其值远小于移动用电设备的接地极等效电阻。发生接地故障时，在变压器中性点限流电阻作用下，接地故障电流不大于25A，因而在接地线芯上最高压降不超过50V.因而不会对移动用电设备或移动变电站附近的工作人员造成危害。55 但是如果接地线发生断裂或接触不良造成阻值大幅度增加，当发生接地故障时，故障电流将要经过移动设备等效接地极、大地、移动变电站接地极回流至变压器中性点。分流值的大小和接地极的阻值将决定接地极电压降的大小，此时极易造成人员的伤害。因此测量供电回路中监控线、移动用电设备上测控电阻、接地线回路电阻可以判别供电线路接地线路、监控线的连接状态。阻值突然变小时，为监控线与接地线短路。无穷大时为开路。阻值不稳定，忽大忽小，为接触不良。在运行中所监测的回路电阻超过预设定值士1.5欧，6KV真空断路器将跳闸。在将来使用移动变电站上安装了最新研制的接地线监测装置，能成功地解决了接地线监控问题。为确保人身安全打下了基础和技术支撑。6.3.3接地极雷电反击限制装置该移动变电站使用了两个接地极。一个是移动变电上外壳接地极，另一个是变压器中性线接地极。移动变电站安装的变压器进线和出线，避雷器地线均接移动变电站外壳。当60KV侧电气设备绝缘击穿，对机壳放电，或者外部线路遭受雷击，经过移动变电站的避雷器泄放电流，故障电流流经外壳接地极，产生接地极分布电压降，将对移动变电站附近的人员造成伤害。为防止过电压沿接地线向其他用电设备扩散，伤害用电设备附近人员，因而采用了隔离变压器中性线接地极。将供电线路的接地极与变压器中性点接地极相连，而不与变电站外壳直接相连。另一端与用电设备外壳相连，当用电设备绝缘击穿，对设备外壳放电，故障电流流经供电线路接地线返回至变压器中性点，因接地线阻值远比接电极等效电阻小，因而不会在用电设备和移动变电站产生较高的分布电压危害工作人员。但是，在移动变电站6KV控制柜安装了接地线监测器、中性线电流互感器、电压互感器、中性点限流电阻，它们的外壳均与移动变电站外壳连成一体，而内部又与中性线接地线相连，当雷击电流太大或60KV电源对机壳放电，外壳接地极的过电压可能对中性线接地极反击。击穿电流互感器、电压互感器、接地线监钡器的绝缘。在移动变电站的外壳接地极和变压器中性线接地极之间接入大容量的阀型压敏电阻，利用变压器中性线接地极辅助泄放故障电流，有效抑制了接地极过电压，保护了监测装置，也阻止了过高电压向其它用是设备扩散。55 (4)总之，开发研究的60KV/6KV移动变电站。它充分考虑了矿山严酷的气候条件，简陋的搬运设施，较低的水平维修队伍，力求安全可靠、动作灵敏。经综合比较，该设备的60KV保护性能和6KV输出继电保护性能不低于国外进口产品，但采购价格只有国外进口的30%，它为我国露天矿山使用国产移动变电站开辟了一条希望之路。6.4移动变电站维护方案由于移动变电站是露天煤矿供电的重要设备，它的好坏将直接影响电铲的正常运行，因此对移动变电站的维护十分重要。重点应做好以下工作:（1）做好白天和夜间巡视，巡视要点主变一、二次接线处，主变声音、油位、油色、硅胶是否变色，保护柜是否正常，各位连接处温度是否正常有无放电痕迹、放电声音等。（2）做好计划检修工作，检修要点:各部位除尘、除油污、各螺丝紧固，继保装置试验，巡视缺陷处理等。55 7该露天煤矿6KV电力系统无功自动调节的研究7.16KV系统无功补偿现状及原理该6KV电力系统目前正处于扩建改建过程中，因此在设计供电系统时，不仅要考虑对有功负荷的要求，而且要考虑无功负荷的消耗，这两者都是十分重要的。但是，如何确定和合理设置无功电源是个重要而复杂的问题，它与电网的电压质量、网损和投资直接相关。目前，该露天煤矿6KV供电系统采取的无功补偿方式为并联移相电容器组集中补偿方式。靠人工投切，不能平滑调节，投入时冲击电流大，补偿容量不足，造成巨大的电能损耗，开关设备故障率高，系统电压质量十分不理想，严重影响设备安全运行和使用寿命。因此，改变控制方式是一件十分重要而急迫的事情。在三相电路中,影响功率因数的因素除了电压和电流的相位差、波形畸变外，还有一个因素就是三相不对称。而三相不对称的功率因数至今没有统一的定义。因此,本文只考虑三相对称电路的功率因数及无功功率的计算。在三相对称电路中,各相电压、电流均为对称,功率因数也相同。三相电路总的功率因数就等于各相功率因数。由于谐波分量的存在,相电压和相电流只能用各谐波分量的集合来定义,即：无功补偿的原理就是准确检测三相电路的功率因数，然后根据功率因数值的大小进行最优投切电容器,从而达到系统的最优运行状态。结合采煤现场用电设备分散，设备功率大的特点，为更好的实现无功补偿，减少集中补偿的无功容量，在移动站选定时考虑了电镐本身的无功补偿装置，即现场尽可能采用分散补偿，从而达到更满意的补偿效果。除此之外，在变压器、电容器联合控制中还要考虑：1)电容器故障跳开后，未修复前不能再次投入。2)电压太低（如低于80%）时，应闭锁调压功能。3)变压器过负荷时，应自动调压功能。55 4)为使调压控制不致过于频繁，要求在控制动作一次之后，有一定得延时期不作控制操作。7.2设计新型无功补偿装置7.2.1无功补偿的计算补偿前查电铲功率因数为cos=0.8计算的tg=0.75本设计期望补偿后的功率因数为：cos=0.91经计算得：tg=0.4556负荷所需补偿的最大无功量计算式为：=P(|tg|-|tg|)=2650(0.75-0.4556)=383kvar所以选择无功补偿的容量为400kvar。7.2.2闸管投切电容器补偿原理晶闸管投切电容型无功补偿装置(TSC)是用反并联的晶闸管作为投切电容器组的开关对系统进行无功补偿的自动装置。由于晶闸管的响应时间短，能够准确地选择电容器的投切时间及角度，实现零电流导通，避免投切时过流过压产生，实现电容器的无过渡过程投切，而且，用晶闸管可以频繁地进行投切动作，能有效的跟踪补偿变化快速的负载，抑制电压的闪变影响，提高电力系统的稳定性晶闸管投切电容器(TSC)型无功补偿方式单相的基本原理如图7-2-2示。55 图7-2-2单相TSC基本原理两个反并联晶闸管作用是将电容器并入电网或从电网断开，串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流的，画原理时这个电感往往不画出来.在实际工程应用中，一般将电容器分成儿组，每组可以独立的用晶闸管控制投切，这样可以根据电网的无功功率需求进行投切。TSC实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿器。TSC方式的无功补偿投切电容器时刻的选取十分重要，其原则是TSC投入电容的时刻即晶闸管的开通时刻必须是电源电压与电容器预先充电电压相等的时刻，此时线路的冲击电流为零，如果电源电压与电容器电压有压差时开通晶闸管，由电容的负载特性可知，线路会出现冲击电流，很可能损坏晶闸管或者给线路中造成高频振荡等不利因素。通常将电容器进行预充电后再进行电容器的投入，预充电电压为电源电压峰值，晶闸管的触发相位也固定在电源电压的峰值点。TSC的优点是可以对电网进行分相补偿，这对于三相负载不平衡的线路的补偿有其优越性，而且由于电容器充电电压和晶闸管触发相位的选择，使得线路中不会产生有害的过电压，这对线路都是有利的.它的主要缺点是不能够连续调节无功功率。不过这可以通过与TSC并联电抗器，采用电容器组做分级粗调，以电感做相控调的办法来进行弥补。7.2.3主电路接线形式分析55 TSC采用三相电容时，可以是三角形连接，也可以是星形连接。电容器为Y接线时，电路相对简单，晶闸管开关和每相电容器串联接入电网，组成无功补偿的主电路。电容器为接线时，晶闸管开关可以为内控制和外控制两种方式。接法只适用于三相共补电路，如果三相负荷不平衡、三相的功率因数和电流差异较大，TSC主电路就只能采用Y接法，以满足分相补偿的要求。但是，TSC采用接线方式，也有其优势:第一，可以降低晶闸管的电流容量；第二，电源电压比较能够保证；第三，避免中线电流。如果采用Y接法，那么晶闸管阀中电流为接法的倍，而且在投切过程中可能有较大的中线电流，将产生较大的电压漂移，影响投入时的准确角度，可能会产生投切冲击电流。本文所研制的TSC无功补偿装置，主要在保证满足安全投切控制前提下，最大可能的节约成本，因此，考虑到装置的可控性、可实施性以及经济性等方面的问题，本次设计选用三相电容无中线角型连接作为研究的接线方式，如图3-2所示，该电路对晶闸管的耐压和电压上升率的要求提高，可以接角型负载也可以接星型负载。装置采用三角形接线方式可以降低晶闸管开关的电流容量,避免中线电流,且三角形接法电容器总容量是星形接法的3倍,因而这种设计可认为是主电路的优选方案。图7-2-3TSC三相电容接线形式55 7.2.4动态无功补偿装置主电路设计本次设计采用晶闸管投切电容器作为动态无功补偿装置的核心部分，其主电路如图7-2-4所示。其电容器分为8组(图中每相只画出其中的两组),全部采用三角形接线,容量比采用二进制方案。控制电容器投切的无触点开关采用两只反并联的晶闸管。当向主电路施加正向电压,且晶闸管的控制极上有触发信号时,晶闸管导通,将电容器接入电网;当去掉脉冲触发信号后,当电流过零或反相时,晶闸管截止,将电容器从电网上切除,每个电容器支路上有快速断器作为短路保护。在谐波含量较大的场合中,由于谐波的影响,电容器支路上还要串联电抗器,限制突变电流,否则,电路在谐振时产生比平时大几倍甚至几十倍的过电流,使晶闸管烧毁。晶闸管上并联有阻容吸收回路,吸收浪涌电压和抑制过电压。装置的输入端装有断路器,以使回路短路时能迅速跳闸。图7-2-4动态无功补偿装置主电路图（1）电容器的选择55 本系统采用电容器分组投切，这样可以实现多级控制。常用的分组方法有二进制编码和8421编码。考虑到系统的复杂性及经济性问题,电容器的分组采用二进制方案,即采用K-1个电容值均为C的电容和一个电容值为C/2的电容,这样的分组法可组成的电容值有C、2C、3C、等2K个值。（2）晶闸管的选择晶闸管的电压值选择要考虑电网上的电压,一般按式选择:=21.15400=1561V式中为电压裕度,一般选择1.1～1.2；为电网电压波动系数,一般选择1.15；U为电网电压。晶闸管电流值一般按式选择:≈2.543.14400C=3.19C(A)式中C为电容量()。装置采用三角形接线方式可以降低晶闸管开关的电流容量,避免中线电流,且三角形接法电容器总容量是星形接法的3倍,因而这种设计可认为是主电路的优选方案。7.2.5单片机控制系统的设计单片机控制系统的结构框图如图7-2-5所示，该控制器以C8051F330芯片为控制核心，通过检测系统的电流信号和电压信号，利用算法计算出当前系统的功率因数、无功功率，再计算出当前的无功缺额。通过C8051F330的P0.4,P0.5控制电容器组的投切，投切电路采用电力电子器件可控交流电子开关技术和先进的过零检测技术,实现电容器组的过零平滑投切,无合闸涌流冲击,无操作过电压,无电弧重燃,电容器无需放电即可重新投入用,并且不受投切次数的限制。P1口作为动态显示的数据输入端口，显示当前系统的电流、电压、无功功率和功率因数等电气参数。55 总之，无功补偿对整个电力网的安全、可靠、经济运行起着至关重在电网改进扩建中，要充分重视做好电网无功电源的配置和规划实现无功——电压优化控制，必将使电压质量大大改观。55 结论本文分析了露天煤矿现在的移动变电站——电铲供电系统存在的问题，通过对该系统的理论分析，设计出一套科学合理的新供电系统，为露天煤矿的发展提供可靠的电力保障。文中对该系统各个环节的设计作了详细的介绍。设计中采用了半移动式60KV/6KV移动变电站的设计方法，使其不用因迁移单台移动变电站而停60KV环线，具有巨大的经济效益，同时也为露天煤矿煤炭生产解决了供电瓶颈。55 致谢在本次毕业设计过程中，老师对该论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导，使我对变电站设计有了深刻的认识，使我得以最终完成毕业设计，在此表示衷心感谢。李老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度、积极进取的科研精神以及诲人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。同时也要感谢导师组的老师，刘老师在本文写作的各个阶段给出了许多宝贵意见。在四年的大学生涯里，还得到众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!在本次毕业设计过程中，不断得到本班和本专业同学，尤其舍友们的帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。另外，我要感谢和我同一组做毕业设计的同学们，他们在我设计当中提出了很多宝贵意见！感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！55 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