鹤煤三矿变电站设计本科毕业论

'河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)摘要摘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。I 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)摘要目录第一章概述.....................................................................................................................................................11.1矿区井田概况..........................................................................................................................................11.2电源资料..................................................................................................................................................11.3矿区供电的总体要求..............................................................................................................................11.4变电站选址及供电电源的确定...............................................................................................................2第二章负荷统计及主变压器的选择...................................................................................................................52.1变电所的负荷统计..................................................................................................................................52.2功率因数的改善....................................................................................................................................52.3主变压器的选择......................................................................................................................................6第三章供电系统拟定与短路电流的计算.........................................................................................................83.1电气主接线...............................................................................................................................................83.2短路电流计算........................................................................................................................................133.3井下电缆限流电抗器选择....................................................................................................................19第四章矿井变电所供电系统设备选择...........................................................................................................214.1变电所的主接线....................................................................................................................................214.235千伏电器设备的选择.....................................................................................................................234.36kV侧电器设备选择..........................................................................................................................29第五章继电保护方案的选择.............................................................................................................................355.135KV进出线、电容器继电保护方案.................................................................................................355.2变压器的继电保护方案......................................................................................................................365.3变电所的母线保护..............................................................................................................................365.4变电所6KV侧母线的速断和过流继电保护......................................................................................37第六章变电所的保护接地及防雷.....................................................................................................................386.1接地装置一般规定和要求....................................................................................................................386.2过电压保护............................................................................................................................................396.3变电所的防雷保护................................................................................................................................40第七章变电所室内外布置...............................................................................................................................437.1配电装置布置.........................................................................................................................................437.2变电站电气总平面布置.........................................................................................................................43参考文献...............................................................................................................................................................44附表.......................................................................................................................................错误！未定义书签。致谢.......................................................................................................................................错误！未定义书签。II 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第一章概述第一章概述1.1矿区井田概况（1）交通位置鹤壁三矿位于鹤壁煤田的中部，南距老市中心约5公里，东距淇宾区，京珠高速，107国道和京广铁路鹤壁站约22公里，距鹤壁北站1公里，交通便利。（2）井田范围设计的鹤壁三矿年产量125万吨，属于高瓦斯矿井。井田南北走向才约5公里，东西宽约4.5公里，井田面积22.5平方公里。（3）自然地理本区处于太行山与华北平原的过渡带，地势西高东低。区内为低缓丘陵地貌，丘岗和沟谷大致为南北向。本区属海河流域卫河水系，北部有羑河流过，为季节性河流，在汤阴县境内注入汤河，南部有汤泉河，也是季节性河流，在六矿附近流入汤河，汤河在内黄县境内流入卫河。区内有小型水库5座，雨季蓄水，用于灌溉，旱季干涸。（4）气象据鹤壁市气象站58年以来观测资料：本区属北温带大陆干旱性气候，年平均气温15.3°C，年平均相对湿度为60.43％，年平均降雨量679.8毫升。8月至来年2月多为北风；3月至7月多为南风，平均风速3.4M/S。冻土期为12月至来年2月。（5）地震据河南省地震烈度区划图的通知，本区地震烈度为Ⅷ度。1.2电源资料我矿变电所电源分别来至大湖变电站和康家变电站，变电站电压等级为100KV/35KV/6KV，名称是湖三线2和康三线2，电压均为35KV，供电距离为7公里，电缆为LGJ-150，变压器运行方式为分列式。1.3矿区供电的总体要求首先我们按照矿区总体供电的有关要求作为设计的前提。矿区总体供电的用户包括：煤炭生产企业和煤炭生产服务的辅助企业，附属企业以及居民区域城镇福利设施等。各种用户供用电设施的形成和发展，均与矿区总体供电的形成和发展相联系。随着生产发展过程中逐步形成的矿区供电系统，应力求在不同阶段都能收到合理的技术经济效果。矿区内各种主要企业的供用电设施都应作为总体中的一个组成部分，既要考本企业在总体中的联系与可靠性，又要考虑全区的合理性。1 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第一章概述（1）矿区总体供电应根据本区煤炭系统电力负荷的分布和发展情况，结合地区电力规划，照顾当地农用和其他需要，合理确定供电电源，电压等级，供电系统和建设顺序。供电系统应有利于分期建设，不建或少建临时工程。（2）供电系统采用6、35千伏及以上电压，当两种电压的技术经济比较相差不多时，宜采用较高电压方案。（3）矿区电源一般取自电力系统。（4）每一矿井应有两回电源线路，当任一回因故障停止供电时，另一回应能担负矿井全部负荷。矿井的两回电源线路上都不得分接任何负荷。（5）矿区或大型矿井变电所的数量，容量和地址位置的选择，除应接近负荷中心，便于进出线、有发展余地、不占或少占农田、地形地质条件适宜尽量不压资源；运输、通讯、给水、采暖方便等条件外；应考虑分期建设、投资效果与矿区总体供电系统一起经方案比较后确定。（6）矿区和主要企业送电线路的导线应按经济电流密度选择，按允许电压损失及允许载流量的条件验算。（7）矿区变电所主变压器一般选用两台。当一台停止运行时，尚应保证安全和原煤生产用电负荷，且不小于全部负荷的80﹪。（8）由两回及以上线路供电时,其中一回停止运行,其余线路对矿井,露天应保证全部负荷,对其他用电单位应保证全部负荷的80%。（9）对于经过审定的矿区逐年用电负荷发展计划，矿区供电系统分期建设规模等各项原则方案，必须与当地电力部门密切联系，共同协商，并尽量取得协商纪要或书面协议。1.4变电站选址及供电电源的确定一、变电所位置的确定矿区变电所不论容量大小，应有两个以上的独立企业用户或是与电力系统联系的枢纽，这样的变电所位置应附和有关整体的合理性。应考虑的条件是：（1）接近负荷中心负荷中心的计算方法如下：在确定矿区的供电负荷中心时，除要知道各用电负荷的容量，电压和所在矿区的位置外，尚应考虑该企业的最大用电负荷时的利用小时数，以后才能选出较合理的供电负荷中心，确定矿区变电所的坐标位置，可按下式计算：ptxptx……ptx1max112max22nmaxnnX=(1.1)ptpt……pt1max12max2nmaxn2 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第一章概述ptypty……pty1max112max22nmaxnnY=(1.2)ptpt……pt1max12max2nmaxn式中P1,P2……Pn——矿井和辅助企业的用电负荷，千瓦；tmax1.tmax2……tmaxn——矿井和辅助企业最大用电负荷时的利用小时数；x1,x2,……xn——矿井和辅助企业距假设坐标零点的水平距离，公里;y1,y2……yn——矿井和辅助企业距假设坐标零点的垂直距离，公里；（2）不占或少占农田。（3）便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定。（4）交通运输方便。（5）具有适宜的地质条件。（6）尽量不设在空气污浊地区，否则应采取防污措施或是在污染源的上风侧。（7）110千伏变电站的地址标高宜在百年一遇的高水位之上，35－60千伏变电所的所址标高宜在50年一遇的高水位之上，否则应有防护措施。（8）所址不应为积水淹侵，山区变电所的防洪设施满足泄洪要求。（9）具有生产和生活用水的可靠水源。（10）适当考虑职工生活上的方便。（11）确定所址时，应考虑与邻近设施之间的相互影响。（12）所址位置必须影响矿区供电系统的接线方式，送电线路的规格与布局，电网损失和投资的大小。故所址位置的选择应与矿区各变电所的数量，容量，用户负荷的分配同时考虑。应避免电力倒流。对于相近方案应从技术经济比较择优。经过方案比较，我矿变电所位置确定在工业广场的东北角。二、变电所供电电源的确定1、供电电源的要求（1）电源一般取自电力系统。对有一类负荷的企业，应由两回独立电源供电，对特殊重要的一类负荷（保安负荷）应由两个独立电源供电；无一类负荷的大、中型企业一般由两回电源线路供电；当取得两回线路确有困难或负荷较小的企业可由一回专用架空线路供电；只有三类负荷的企业，一般由一回电源线路供电。（2）对特殊重要的一类负荷，即保安负荷，除两个电源外，还应有保证安全停产用的保安电源。保安电源应取自自备电厂或其它总降压变电所或其它独立的电源。当保安负荷有其它保安措施时，不应考虑两电源同时故障的可能性。当企业由两个独立电源点供电3 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第一章概述时，允许不另外设置保安电源。（3）对有一类负荷的工矿企业的两回电源线路，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负企业的一、二类负荷用电，并应保证全部负荷的80％；对矿山企业，则担负全部负荷用电。（4）有一类负荷的工矿企业的两回电源线路上，不得分接任何负荷（特殊情况下，经有关部门批准，其中一回路，可不受分接负荷的限制）。2、供电电源的确定由于三矿是高瓦斯矿井，采取立井提升，企业电力用户如水泵、风机、提升机、中央变电所等均属于一类用户，其供电要求具有很高的可靠性与安全性，否则，会造成大量的减产，甚至人员伤亡，给国民经济带来不可估量损失，鉴于以上分析，结合煤矿安全规程中有关供电设计的要求，三矿变电所电源取用电源为两个，一是康三线，二是湖三线，设计时应满足，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负企业的一、二类负荷用电，并应保证矿山一类负荷用电。4 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第二章负荷统计及主变压器的选择第二章负荷统计及主变压器的选择2.1变电所的负荷统计负荷计算是指矿区总体供用电规划中对矿区各种企用户总负荷的概略计算，介绍常用的对新老矿区都实用的利用单吨年耗来计算企业最大负荷的方法。矿区各种企业用电的最大负荷pQmax(2.1)Tmax式中Pmax——企业用电总的最大有效负荷，千瓦；ш——企业产品单耗，千瓦－小时/吨；Q——企业产品的年产量，吨；Tmax——年最大负荷利用小时数。负荷分别由大湖变电站湖三、康三线供电。同时系数0.85，则最大涌水量：有功功率11110.7kW,无功功率6545kvar;视在功率12895.2KW正常涌水量：有功功率8963.59kW,无功功率5210.89kvar视在功率10370KW全矿年耗电量35400000kWh吨煤电耗28.32kWh经计算，本变电站主变压器选用2×10000kVA两台，两台分列运行。注：（本章的负荷统计见附表）2.2功率因数的改善经计算全矿功率因数cosΦ＝8963.59/10370=0.86<0.95若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。需要电容器的容量：Qc＝Pz（tgΦ1－tgΦ2）(2.2)式中Qc——补偿电容器的容量，单位：千乏Pz——总有功功率，单位：千瓦5 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第二章负荷统计及主变压器的选择tgΦ1——补偿前的功率因数，tgΦ2——补偿后的功率因数,cosФ1=0.86cosФ2=0.95计算可知，tgΦ1＝0.5667,tgΦ2=0.329Qc＝8963.59×(0.5667-0.329)=2088.2千乏选择GR-1型电容柜，该柜装YY6.3-10-1电容器。容量为1500千乏。需用电容柜的数量：N=2088.2÷150=1.4取2个柜利用电力电容补偿.容量为Qc＝2×150＝3000千乏补偿后变电所总无功功率：Qz＝4969.6-3000=1969.6千乏经计算：补偿后的功率因数：cosø＝0.97满足要求由于煤矿变电所6千伏供电采用双母线分段，电容器分别安装在一、二段母线上。共计2个电容柜。满足无功功率的补偿要求。2.3主变压器的选择为了保证煤矿供电，并根据《煤矿安全规程》规定主变压器应选用一主一备，在一台主变压器故障或检修时，另一台必须保证煤矿的安全生产用电的原则。根据《煤矿电工手册》取事故负荷保证系数Ksb＝0.8则每台变压器容量为：S≧Ksb×Pz/cosø(2.3)式中cosø——补偿后的功率因数Ksb——事故时负荷保证系数Pz——变电所总有功功率所以S≥0.8×8785.1/0.95=7398kVA考虑矿井不断延伸，负荷不断增加，兼顾矿区今后的发展，选用SF9-10000/35型变压器。其参数见表2.1。6 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第二章负荷统计及主变压器的选择表2.1主变压器的技术参数变压器型号SF9-10000/35额定电压（低）6.32额定电压（高）35＋—×2.5﹪接线组别Ynd114额定电流165/916.4空载电流0．29空载损耗11000w负载损耗48850w冷却方式ONAN/ONAT短路阻抗7.5﹪7 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算第三章供电系统拟定与短路电流的计算3.1电气主接线电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。一、主接线的设计原则1、主接线的设计依据在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：(1)发电厂、变电站在电力系统中的地位和作用①电力系统中的发电厂有大型主力电厂、中小型地区电厂及企业自备电厂三种类型。大型主力火电厂靠近煤矿或沿海、沿江，并接入330～550kV超高压系统；地区电厂靠近城镇，一般接入110～220kV系统，也有接入330kV系统；企业自备电厂则以对本企业供电供热为主，并与地区110～220kV系统相连。中小型电厂常有发电机电压馈线向附近供电。②电力系统中的变电站有系统枢纽变电站、地区重要变电站和一般变电站三种类型。一般系统枢纽变电站汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330～500kV；地区重要变电站，电压为220～330kV；一般变电站多为终端和分支变电站，电压为110kV，但也有220kV。(2)发电厂、变电站的分期和最终建设规模。①发电厂的机组容量，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组的容量以占系统总容量的8～10%为宜。一个厂房内的机组，其台数以不超过6台、容量等级以不超过两种为宜。②变电站根据5～10年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台（组）主变压器；当技术经济比较合理时，330～500kV枢纽变电站也可装设3～4台（组）主变压器；终端或分支变电站如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。(3)负荷大小和重要性。①对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。②对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部8 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算或大部分二级负荷的供电。③对于三级负荷一般只需一个电源供电。(4)系统备用容量大小。①系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运行备用容量不宜少于8～10%，以适应负荷突增、机组检修和故障停运三种情况。②装有2台（组）及以上主变压器的变电站，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该站70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。③系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如：检修母线或断路器时，是否允许线路、变压器或发电机停运；故障时允许切除的线路、变压器的机组的数量等。设计主接线时，应充分考虑这个因素。(5)系统专业对电气主接线提供的具体资料。①出线的电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线截面等。②主变压器的台数、容量和形式；变压器各侧的额定电压、阻抗、调压范围及各种运行方式下通过变压器的功率潮流。各级电压母线的电压波动值和谐波含量值。③调相机、静止补偿装置、并联电抗器、串联电容补偿装置等型式、数量、容量和运行方式的要求。④系统的短路容量或归算的电抗值。注明最大、最小运行方式的正、负、零序电抗值，为了进行非周期分量短路电流计算，尚需系统的时间常数或电阻R、电抗X值。⑤变压器中性点接地方式及接地点的选择。⑥系统内过电压数值及限制内过电流措施。⑦为保证大系统的稳定性，提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求。二、主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。1、可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要任务，主接线首先应满足这个要求。(1)研究主接线可靠性应注意的问题。①应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而，目前仅作为参考。②主接线可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。③主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可9 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算以简化接线。④要考虑所设计发电厂、变电站在电力系统中的地位和作用。(2)主接线可靠性的具体要求。①断路器检修时，不宜影响对系统的供电。②断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。③尽量避免发电厂、变电站全部停运的可能性。④大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2、灵活性。主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。（3）建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。3、经济性。主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。(1)投资省①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。③要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电站可采用简易电器。(2)占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。(3)电能损失少经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电站所接入系统的电压等级一般不超过两种。10 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算三、主接线形式变电站的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，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。1、单元接线发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机—变压器组，称为单元接线。它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对而言于具有母线时，有所减小等特点；这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。2、桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，多采用桥形接线，使用断路器数目最少；桥形接线可分为内桥式和外桥式；内桥式桥连断路器设置在变压器侧，外桥式桥连断路器则设置在线路侧。桥连断路器正常运行时处于闭合状态。当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，用用内桥式接线比较合适；外桥式接线则在出线较短，且变压器随经济运行的需要需经常切换，或系统有穿越功率流经本厂时，就更为适宜。外桥接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分段接线，且投资少，占地面积小，缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护，适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器经常驻需要切换以及可能发展为有穿越负荷的变电所。内桥结线一次侧可设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积无较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母分段不如外桥方便，适用于进线距离行，变压器切换少的终端变电所。全桥接线方式的优点：适应性强，操作方便，运行灵活，也有利于发展中间变电所。对于其他形式的接线方式虽然投资小，但是操作不便，变电所设备维修停电困难，都不适应煤矿供电可靠性的要求，由于煤矿供电的特殊性，故采用全桥接线方式。桥型接线见图3.1所示11 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算全桥接线图3.1桥型接线3、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、配电母线以及桥式接线变电所主变二交侧的配电母线，多采用单母分段，多用于具有一二级负荷，且进出线较多的变电所，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均应停止运行。单母线分段接线见图3.2。12 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算W1W2QF1图3.2单母线分段式接线方案比较：单元接线当其中一元件发生故障时整个单元都要停电检修，不能满足矿山供电的要求。单母线分段接线一般用于进出线回路较多的中间变电所。我们在35千伏侧选用全桥型接线，全桥型接线灵活可靠，也可扩展成为单母线分段接线。而6千伏侧我们则选用单母线分段接线。3.2短路电流计算本矿井35千伏送电线路来自大湖变电站的35千伏线路按经济电流密度选择，均采用LGJ-150导线，杆塔采用ø300等径电杆，地线采用GJ-35。对高压供电系统通常采用标么值的方法来计算短路电流,因此应事先求出系统中各元件的电抗标么值。标么值就是某电气量的实际值与同单位的电气量的选定值之比。标么值是没有单位的量。由于选定的值不同,标么值也不同。取基准容量Sj=100MVAUj1=37kVUj2=6.3kV100100则：Ij1===1.56kA(35kV级)3U337j1100100Ij2＝＝=9.16kA(6kV级)3U36.3j2本变电站的短路系统图见图3.3所示。13 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算康三线井下中三矿35变电站央变湖三线电所图3.3短路系统图35千伏架空线路导线选择及阻抗：矿井正常生产时的负荷电流：Ica=P/1.732×U×COSФ=8963.59/1.732×35×0.9=164.3A按经济电流密度选择导线截面，按年运行小时3000－5000小时，经济电流密度取jn＝1.15sj=ica/jn=197查《电力工程手册》表,选用导线为：LGJ-150导线。查《工厂配电设计手册》表4—9，LGJ-150导线每公里电抗值为X0＝0.4Ω/kM则：35kV导线电抗标么值：2XL*=X0×L×Sj/Uj(3.1)式中：L——架空线路长度Sj——基准容量100MVA.Uj——基准电压37kV至大湖变电站电缆长为7千米,计算其导线电抗标么值如下:XL1*=0.4×7×100/37²=0.2XL2*=0.4×7×100/37²=0.2XL2*=0.08×1×100/6.3²=0.22XT1=XT2=(UK%／100)×(Sj/SNtr)=(7.5×100)×(100/10)=0.7514 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算UK%—电压百分值Sntr—额定容量MVA供电部门提供大湖变电站35kV母线的标么电抗最大运行方式为0.52,最小运行方式为0.64。短路阻抗图如图3.4所示3.4短路阻抗图123最大运行方式123最小运行方式d1点短路:最大运行方式下,X=0.7215 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算""1SbIX3Ub1=1.39×1.56=2.17kA""1SSbX＝100/0.72=138.9MVAikr=2.55×I"=2.55×2.17=5.53kAIkm=1.52×2.17=3.3kA最小运行方式下,X=0.84""1SbIX3Ub1=1.19×1.56=1.86kA""1SSbX＝100/0.84=119.1MVAikr=2.55×I"=2.55×1.86=4.47kAIkm=1.52×1.86=2.83KAd2点短路时:最大运行方式下,X=1.1""1SbIX3Ub1=0.909×9.62=8.74kA""1SSbX=100/1.116 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算=90.91MVAikr=2.55×I"=2.55×8.74=22.29kAIkm=1.52×8.74=13.28KA最小运行方式下,X=1.59""1SbIX3Ub1=0.639×9.62=6.15kA""1SSbX=100/1.59=62.9MVAikr=2.55×I"=2.55×6.15=15.68KAIkm=1.52×6.15=9.35KAd3点短路时:最大运行方式下,X=1.32""1SbIX3Ub1=0.76×9.62=7.31kA""1SSbX=100/1.32=75.76MVAikr=2.55×I"=2.55×7.31=18.64kAIkm=1.52×7.31=11.11KA最小运行方式下,X=1.81""1SbIX3Ub117 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算=0.55×9.62=5.29kA""1SSbX=100/1.81=55.25MVAikr=2.55×I"=2.55×5.29=13.49KAIkm=1.52×5.29=8.04KA短路计算结果见下表3.1：运行方式最大运行方式最小运行方式计算点X0.720.84变电站35KVI″(KA)2.171.86侧Ikr(KA)5.534.74d1点Ikm(KA)3.32.93S″(MVA)138.9119X1.11.59变电站6KVI″(KA)8.746.15侧ikr(KA)22.2915.68d2点Ikm(KA)13.289.35S″(MVA)90.9162.9X1.321.81I″(KA)7.315.29井下中央变电所ikr(KA)18.6413.49d3点Ikm(KA)11.118.04S″(MVA)75.7655.25至主井井低电缆阻抗：2XL3*=XL4*=X0×L4×Sj/Uj(3.2)式中L4——矿井变电所至井低电缆长度18 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算Sj——基准容量100MVAUj——基准电压6.3kVX0——为电缆线路每公里电抗近似值。查《工厂配电手册》表4－9,X0=0.08下井电缆根数Cn按下式确定：22(P1.02)(Q1.08Q)ppdCn1（取偶数）(3.3)3606.33式中Pp,Qp——井下主排水泵计算有功、无功负荷，kW、kVar;Pd,Qd——井下低压总的计算有功、无功负荷，kW、kVar;2360——下井电缆150mm经45度修正后的安全载流量，若矿井负荷较少可据此原22理选用120mm，95mm等；1——规程规定所必须的备用电缆。根据矿井的实际情况考虑，本矿井为高沼气矿井，立井开采。正常涌水量时井下计算负荷为12429.4kW，最大涌水量时井下计算负荷为13332.5kW，工作电流为2071.6A,经计算与方案比较，决定选用四根YJV42—60003×95交联聚乙烯绝缘电力电缆作为下井电缆。下井电缆的具体参数见表3.2。表3.2下井电缆（铜芯）型号YJV42—6截面2535507095120150IY40,A135164194242293335380外径38.841.444.447.651.254.557.7重量1.92.32.83.54.45.36.3电导率48.5m/Ωmm2(线芯温度为50度)3.3井下电缆限流电抗器选择由于中央变电所6KV母线上无论是在最大运行方式，还是最小运行方式下，d3发生短路，其短路容量均大于50MVA，故下井电缆需装设限流电抗器，限流电抗器一般按额定19 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第三章供电系统拟定与短路电流的计算电压、额定电流及百分电抗选择，按正常工作时电压损失和短路时残压及动热稳定性校验，按百分电抗值选择，将短路容量限制到50MVA，所必须的百分电抗值Xr％可按下式计算：1、Xr％＝100（100/50-1.292）1.732×1500×6.3²/6000×100＝12％2、ΔUr％＝Xr％×293/1500×0.56＝12％×293/1500×0.56＝1.3％<5％3、母线残余电压校验Ure％＝Xr％×I″/Inr＝12％×7090/1500＝56.7％4、选择限流电抗器主要参数Ue（kv）Ie（A）Xr％6150012％20 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择第四章矿井变电所供电系统设备选择4.1变电所的主接线（一）主接线方式选择煤矿供电为一级用户，对煤矿供电系统应作简单，可靠，运行灵活，经济合理，操作方便，安全可靠。、对电器设备故障能够及时进行检修。根据负荷对可靠性的要求，35千伏线路采用双回路供电方式。对变电所的主接线选用全桥接线方式。（二）母线的选择（1）按持续工作电流选择母线：IIccnm(4.1)式中I——母线允许载流量，ccI——正常工作时最大持续电流。nm初步选矩形铝母线LMY－50×5，6千伏侧选LMY－100×810000I1.05nm3351.05164.96＝173.2A173.2÷0.7＝247.43A10000I1.05nmKV6361.05916.4＝962.27A查《煤矿电工手册》母线技术数据，铝母线LMY－50×5，LMY－100×8,见表4.1。表4.1铝母线技术数据铝母线LMY－50×5铝母线LMY－100×825度35度40度25度35度40度632A556A568A1495A1310A1210A（2）热稳定校验21 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择IkAKt(4.2)sktC式中A—所选导体截面，毫米；C—材料热稳定系数ksk—集肤效应系数tt—短路电流假象时间，秒。查表，见下表4.2。表4.2铝母线热稳定系数导体种类和材料C值铜母线170铝母线95I2.88K35kV侧Kt12SKtC95=43mm²IkAKtsktCI7.09K6kV侧Kt12SKtC95=110mm²IkAKtsktC满足要求。（3）动稳定校验：可根据母线动稳定检验简化计算表，查所允许通过的短路冲击电流，若该值大于可能通过的三相短路冲击电流，表示满足要求。三相短路冲击电流为35千伏侧，i＝7.34kA。6千伏侧为i＝18.08kAshsh满足要求。母线动稳定简化计算表见表4.3。22 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择表4.3母线动稳定简化计算表支点100200140距离相间202530352025303520253035距离50×40.645.549.853.833.837.941.5452932.535.538.5510010311512613685.595.510511373829097×84.235千伏电器设备的选择为保证高电压电器的可靠运行，高压电器应按正常工作条件下的额定电流，额定电压等来选择，并按短路电流校验动稳定和热稳定。对断路器等部分还要按照开断电流容量选择。同时考虑安装条件。(一)高压断路器目前，35千伏高压断路器常用的有多油断路器，少油断路器，真空断路器，等各种型式。根据煤矿生产环境及特殊性，选用少油断路器为户内型。型号GBC-35柜式成套装置，内配SN10-35少油断路器。GBC-35型柜式短路器的优点：（1）占地面积小，能够减小购地投资。（2）因煤矿污染严重，室内设备能够减小环境污染，提高设备运行地可靠性，延长设备使用时间。（3）维修不受天气的影响，随时可以检修。（4）价格适中，和多油断路器价格相等。比真空断路器及SF6断路器便宜。（5）目前电力系统广泛应用，运行，维修有成熟的经验。GBC-35型柜式断路器的缺点，检修断路器时容易形成渗漏油现象。35千伏断路器额定电流的选择矿井变电所总负荷电流：23 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择Ig=Pz/3UecosΦ(4.3)Ig=12429.4/3×35×0.95=215.8A式中：Pz——矿井总有功功率Ue——额定电压35千伏cosΦ——补偿后的功率因数。根据国家标准选择的断路器额定电流为Ie=1250AIe>Ig选择断路器的开断电流35千伏母线故障时有短路电流计算表可知，短路容量为184.5MVA,短路电流为Id1=2.88kA应选用断路器开断电流大于2.88kA，选用SN10-35型参数如下表4.4所示:表4.4SN10-35技术参数断路器型号SN10-35最高工作电压40.5kV额定电流Ie1250A开断电流40kA额定电压Ue35kV极限通过电流40kA4妙稳定电流16kA动热稳定校验(1)35千伏母线短路时冲击电路流ich＝7.34kA,SN10-35型断路器极限通过电流为imax＝40千安大于ich动稳符合要求。(2)热稳定电流tiIrw>=I∞trwI∞=1.25kAtrw热稳定电流值对应时间trw＝4秒tj＝tjz＋tjf其中tjz查tjz＝f（βt）曲线《煤矿供电》图2－23在t＝4秒时β＝Id1/I∞=2.3044秒热稳定电流大于Irw热稳定符合。(二)电压互感器互感器是交流供电系统中一次回路将交流电流或电压按比例降低供二次回路仪表使用。根据一次额定电压选择。并按二次负荷大小及负荷准确等级校验24 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择电压互感器地选择：ue=35kV，根据产品手册选用JDJJ2-35型电压互感器。其技术参数如表4.5所示。表4.5JDJJ2-35型电压互感器技术参数一次电压（kV）额定容量为0.5级150Va,一35/3级250VA基本二次线圈(kV)3级500VA0.1/3辅助二次线圈(kV)最大容量1000VA0.1/3电压互感的校验按准确等级与二次负荷校验。矿井变电所35千伏主接线为全桥接线，各计费及考核有功电度表五块。共计十块。按35千伏设备分段运行，每段互感器承担的负荷为五块。查《电力工程设计手册》表34－10得每相电度表电压线圈消耗为1.5va电度表总消耗功率为p＝5×3×1.5＝12.99<150符合要求。(三)电流互感器测量与计量用电流互感器的选择应满足一次回路的额定电压，额定电流，最大负荷电流以及满足测量与计量仪表对准确度的要求。继电保护用电流互感器尚应满足10﹪误差特性曲线的要求。电流互感器选定后，都应进行热稳定与动稳定校验。电流互感器的热稳定是由一定时间内热稳定倍数值Krb来表明，它是互感器的热稳定电流与互感器的原边电流之比，即Kfh=It/I1N(4.4)式中：It——电流互感器在t时间内的热稳定电流，安;I1N——电流互感器原边额定电流，安；Kth——热稳定倍数。因此，电流互感器的热稳定校验可按如下要求计算:tf3Kth×I1N>=Ik×t*10(4.5)式中Ik——短路稳态电流，千安。电流互感器的动稳定包括内部稳定和外部稳定：1内部动稳定25 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择内部动稳定用动稳定倍数Kd表示。它是互感器所能承受的最大电流的瞬时值与该互感器的额定电流幅值之比，即Kd=imax/2I1N(4.6)因此，电流互感器的内部动稳定校验可按如下要求计算：32KdI1N>=ikr×10(4.7)式中ikr——三相短路冲击电流，千安。2外部动稳定样本标明有允许力F的电流互感器，可按下式校验：212F>=0.5×1.76i×l/a*10(kg)(4.8)Kra式中F——电流互感器一次绕组出线端允许力，公斤a——相间距离，厘米l——电流互感器出线端至相邻较远的一个固定点的距离，厘米。样本未标明F而只给当a＝40厘米时，l＝50厘米时的动稳定倍数kd的电流互感器，仍可按4.7式校验。a当a不等于40时，4.7式左边乘以，10当l不等于50时，如l＝100厘米在A式左边再乘以0.8如l=20厘米在左边乘以1.15样本标明有允许Fa的母线型电流互感器，可按下式校验：22Fa>＝1.76×iKrLb/a×10（kg）(4.9)式中Fa——母线型电流互感器瓷套帽处允许力，公斤：lB——母线相互作用段的计算长度，厘米，按下式确定:Lb=(l1+l2)/2(4.10)式中L1——母线型电流互感器瓷套帽至相邻较远的一个固定点的距离，厘米L2——电流互感器内部长度，厘米.35千伏侧选用LCZ-35-0.5/B-300/5电流互感器。(四)35kV断路器的选择①额定电压选择断路器的额定电压U应大于或等于所在电网的工作电压U,即NNWUUNNW26 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择②额定电流选择断路器的额定电流I应大于或等于它的最大长期工作电流I，即NWMAXIINWMAX由于高压断路器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能的运行方式下电路持续工作电流的要求，即取最大长期工作电流IWMAX当断路器使用的环境温度高于设备最高允许环境温度，即高于40℃但不超过60℃时，环境温度每增高1℃，工作电流可减少为额定电流的1.8％；当使用的环境低于40℃时，环境温度每降低1℃，工作电流可增加为额定电流0.5％，但其最大负荷不得超过I的N20％。③开断电流选择在给定的电网电压下，断路器的开断电流I不应小于实际瞬间的短路电流周期分量brI，即sctIIbrsct"当断路器的I较系统短路电流大很多时，为了简化计算，也可用次暂态电流I进行选br择，即"IIbr④动稳定校验若断路器的极限通过电流峰值i，大于三相短路时通过断路器的冲击电流i，则其动maxsh稳定便满足要求，即iimaxsh⑤热稳定校验制造厂给出了断路器t秒内的热稳定电流I，即在给定时间t内，电流通过断路器时，t其各部分的发热温度不会超过最高短时允许发热温度。因此，制造厂规定的短时允许发热量应大于短路期间短路电流所发出的热量Q，则此断路器满足热稳定要求。可表示为t2ItQtt初步拟定选用断路器的型号为SN10—35/1000,校验:(1)SN10—35/1000额定电压为35kV,U=35kV,U＝U,符合条件。NWNNW(2)SN10—35/1000额定电流为1000A,最大长期工作电流为S10000NTI164.962AWMAX3U335N27 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择IN=1000AIINWMAX因此负荷技术条件。"（3）断路器开断电流I＝16kA，I＝2.88kA，II"符合技术条件。brbr（4）i＝40kA，i＝7.34kAmaxshii满足动稳定校验。maxsh（5）It=16kA,t=4秒222It×t=16×4=1024kAS22Qt=16.58kAS,ItQ满足热稳定校验。tt断路器参数见下表4.6。表4.6断路器参数额定电压35kV额定电流1000A额定短路开断电流16kA额定短路关合电流（峰值）50kA额定动稳定电流（峰值）40kA额定热稳定电流（有效值）16kA(五)35kV隔离开关的选择初步拟定选用隔离开关型号为GN2-35/1000,校验:(1)GN2-35/1000的额定电压为35kV,而U＝35kV，U＝UNWNNW满足要求。(2)GN2-35/1000的额定电流为1000ASNTIWMAX3UN10000=164.96233528 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择IINWMAX符合要求。(3)i=70kA,i=7.34kAmaxshii满足动稳定校验。maxsh(4)热稳定校验I25KAt,2st222It2521250KASt2Q107.75KASt2ItQtt满足热稳定校验。隔离开关参数见表4.7。表4.7隔离开关参数额定电压35kv额定电流1000A极限通过电流（峰值）70kA极限通过电流（有效值）49kA额定热稳定电流27.5kA4.36kV侧电器设备选择(一)6kV供电系统由于矿井供电得变电所，所供一级负荷在80﹪以上。要求可靠性高。因此对于重要一级负荷如，风井，主井，副井，井下压风机等设备。必须采用双回路供电。故矿井变电所采用单母线分段，确保两个回路来自于不同得变压器。6千伏开关一般选用GG-1A型成套开关柜，配备有SN10-10型少油断路器。电流互感器。GN10-19隔离开关，由于该设计中所需开关柜数多。根据GG-1A型标准尺寸。和设计规程要求，采用双面开关柜对面布置，中间通道不少于2.5米。一二段母线联络处设有防火隔板，在高压配电室两端各装设两个门。确保设备及人员安全。29 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择(二)6kV开关柜选择根据《电力工程设计手册》表30－9一次接线标准方案选用GG-1A型。(1).主进线GG-1A-252个柜(2)．联络柜GG-1A-26和GG-A-282个柜(3)．馈电柜①．对双回路选用GG-1A-0717个柜②．电容器柜，支农，等GG-1A-037个柜③．电压互感器柜GG-1A-542个柜GG-1A型高压开关柜的技术参数见表4.8。表4.8GG-1A型高压开关柜技术数据名称参数名称参数额定电压(kV)3、6、10额定热稳定时2间最高工作电压3.6、6.9、11.5母线系统单母线额定电流(A)630、1000、1250、操动机构型式电磁式,弹簧式2000、3000额定开断电流(kA)16、31.5、40外形尺寸1200×1800×3210(三)6kv断路器的选择初步拟定选用断路器为SN10—10I/630A,下面将根据技术条件进行校验。(1)SN10—10I/630额定电压为10kV,UN>UNW。符合要求。(2)SN10—10I/630额定电流为630A,最大长期工作电流IWMAXS10000NTI577.3WMAX3U310NI630ANIINWMAX符合技术要求。""(3)断路器的开断电流为I=16kA,I=7.09,II符合条件。brbr>(4)i=40kA,i=18.08kA,maxsh30 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择ii满足动稳定校验。maxsh(5)热稳定校验I16KAt,2,st222It162512KASt2ItQtt满足热稳定要求。SN10—10I/630的主要参数见表4.9。表4.9SN10—10I/630主要参数额定电压10kv额定电流630A额定短路开断电流16kA额定短路关合电流（峰值）50kA额定动稳定电流（峰值）40kA额定热稳定电流（有效值）16kA(四)6千伏隔离开关的选择初步拟定选用隔离开关型号为GN19-10C1/1250,校验:(1)GN19-10C1的额定电压为10kV,U>U,满足要求。NNW(2)GN19-10C1额定电流为1250A,最大长期工作电流IWMAXS10000NTI577.4WMAX3U310NIINWMAX因此负荷技术条件。(3)i=100kA,i=18.08kAmaxshii,满足动稳定要求。maxsh(4)热稳定校验I40kAt,4st222It4046400kASt2Q512kASt2ItQtt满足热稳定要求。GN19—10C1主要参数见表4.10。31 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择表4.10GN19—10C1主要参数额定电压10kV额定电流1250A额定动稳定电流（峰值）100kA额定热稳定电流（有效值）40kA(五)高压电瓷(1)参数选择①发电厂与变电所的3—20kV屋外支柱绝缘子和穿墙套管,当有冰雪时,宜采用高一级电压的产品。对3—6kV者,也可采用提高两级电压的产品。②母线型穿墙套管不按持续电流来选择,只要保证套管的型式与母线的尺寸配合。③当周围环境温度高于40度但不超过60度时,穿墙套管的持续允许电流Ixu应按下式修正:85II(4.11)xug45式中周围实际环境温度I持续允许额定电流G(2)型式选择①屋外支柱绝缘子一般采用棒式支柱绝缘子,屋外支柱绝缘子需倒装时,宜用悬挂式支柱绝缘子。②屋内支柱绝缘子一般采用联合胶装多楞式支柱绝缘子。③穿墙套管一般采用铝导体穿墙套管,对铝有明显腐蚀的地区可以例外。④在污秽地区,应尽量选用防污盘形悬式绝缘子。(3)动稳定校验按短路动稳定校验支柱绝缘子和穿墙套管,要求:32 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择P0.6P（4.12）xu式中P支柱绝缘子或穿墙套管的抗弯破坏负荷xuP—在短路时作用于支柱绝缘子或穿墙套管的力绝缘子和穿墙套管的参数选择见下表4.11。表4.11绝缘子和穿墙套管的参数选择项目绝缘子的参数穿墙套管的参数正常工作条件电压正常机械负电压,电流荷技术条件短路稳定性支柱绝缘子动稳动稳定,热稳定承受过电压能力绝缘水平绝缘水平环境条件环境温度,最大风速,相对湿度变电站设备总表见下表4.12。表4.12变电站设备总表序号名称型号及规格单位数量1主变压器SF9-10000/35台22低压变压器SL7-630/10台23阀型避雷器FZ-35只4高压开关柜（35）GBC-35-151000A台25高压开关柜（6）GG-1A(F)-251250A台206低压配电屏PGL(J)-07A面7钢芯铝绞线LGJ-120米8耐张绝缘子4×(X-45)串9带电装卸线夹YZ-1套10设备线夹SL-3B套11T型线夹TL-33套12铝母线LMY-100×8米13铝母线LMY-50×5米14铝母线LMY-25×4米33 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第四章矿井变电所供电系统设备选择15铜铝过渡板MG-100×8块16母线伸缩节MS—100×8块17母线固定金具MWP-103副1820kV户外绝缘子MS1—20/1000个19户外穿墙套管CWLB—10/1500个20户外穿墙套管CWLB-10/1500个21户内CLB-35/400个2235kV支持绝缘子ZA-35T个23支持绝缘子ZA-10Y个24母线固定金具MNP-103副25支柱绝缘子ZPA-6个26电车线路用绝缘WX-01个27高压静电补偿柜GR-1-01台28电力电缆VLV22-6000米29电缆头NTN-32个30电缆头WD-2326kV个31母线桥支架副32母线支架副33变压器端子箱XW2-2台3435kV支持绝缘子ZA-35Y个34 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第五章继电保护方案的选择第五章继电保护方案的选择5.135KV进出线、电容器继电保护方案煤矿35kv系统是小接地电流系统，以中性点绝缘或经消弧线圈接地方式运行。因此，通常只装设防止相间短路的保护装置和防止单相接地的有选择性高压漏电保护装置。一、35kv配出线的继电保护的装设原则（1）采用两相式接线，整个系统的保护装置均装设在同名的两相上（一般为U、W相）。（2）一般均装设两段电流保护装置，第一段无时限电流速断保护作为辅助保护，第二段带时限过电流保护作为主保护。（3）第一段电流速断保护应有选择地动作，其装设条件是满足最小保护范围的要求。当不能满足最小保护范围要求时，且过流保护的动作时限不大于0.5s—0.7s则可不装设电流速断保护，或只装设GL型等反时继电器构成的过电流保护。（4）对电缆线路，当速断保护不满足保护范围要求时，如下一级线路装有无时限保护而本线路过电流保护的动作时限在1.2s及以上时，可装设带时限电流速断保护。（5）对母线残压有严格要求的变电所（如由发电厂35kv母线直配的变电所等）应用无时限电流速断保护，切除使母线残压低于60％额定电压的各种故障，保护装置可无选择地动作。（6）负荷较大，总长在1km以上的重要用户的电缆线路，为了加速切除短路故障可以采用纵联差动电流保护装置。由一个断路器送电的平行线路可采用横联差动电流保护装置。（7）负荷较小的非重要用户可以采用熔断器保护。（8）保护采用远后备方式。二、电容器继电保护的装设原则35kv电容器组应装设下列故障及异常运行方式的保护1、容器组与断路器之间连线上的保护（1）容量在400kvar及以下的电容器组可采用带有熔断器的负荷开关保护；（2）容量在400kvar以上的电容器组应装设无时限或带不大时限的过电流保护，动作于断路器跳闸，保护应躲过投入电容器的冲击电流，一般采用两相式接线。2、电容器内部故障及引出线短路上的保护（1）将电容器组（GR-1-02电容器柜5个电容器一组），在每组上装设熔断器保护。（2）将电容器分成容量相同的两组，装设差流式保护或横联差动保护。当电容器组为35 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第五章继电保护方案的选择星形接线时，横差保护可装设在两个中性点的连线上；当为三角形接线时，横差保护装在每相的并联分支上。3、电容器组的单项接地故障保护（1）当电容器组安装在绝缘支架上，或单相接地电流为20A及以上时，可不装设单相接地保护。（2）当单相接地电流大于20A时，且短路保护对接地短路不灵敏时，电容器组应设单相接地保护。5.2变压器的继电保护方案变压器的继电保护装设原则1、对变压器内部故障和油面降低采用瓦斯保护，油面降低和轻瓦斯时，应动作于信号，重瓦斯则动作于跳闸，断开变压器各侧断路器。如变压器一次侧无断路器又未采取其它切断故障的措施时，则应动作于单独的信号。2、对变压器引出线、套管及内部故障，采用纵联差动保护或电流速断保护。故障时，断开变压器各侧的断路器。对母线上进出线较少的变电所，允许利用变压器套管内的电流互感器构成差动保护，此时不能保护套管引出线的故障。3、对变压器外部的相间短路，一般采用过电流保护，如过电流保护灵敏度不满足要求时，可装设复合电压或低电压启动的过电流保护，过电流保护均装于主电源侧。5.3变电所的母线保护母线保护可分为两大类：一类为由连接至该母线上的电源侧回路保护来实现；另一类为专用的母线保护装置。大型企业总变电所的35kv母线及并列运行的双母线，在下列情况应装设专用的母线保护：1、需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，才能保证电力网安全运行和重要负荷的可靠供电。2、当线路装有电抗器，而不允许线路断路器切除电抗器前的短路。当不需装设专用的母线保护时，企业总变电所常采用下述两种方法实现母线的保护。1、对不分段或正常分列运行的分段单母线变电所，可利用变压器的过电流保护实现母线保护。2、对母线分段断路器经常闭合的分段单母线变电所，为了保证一段母线故障时的36 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第五章继电保护方案的选择选择性，利用分段断路器电流闭合的配合实现母线的保护。5.4变电所6KV侧母线的速断和过流继电保护1、速断保护的计算速断保护必须满足最小保护范围的要求，其最小运行方式下的保护范围不应小于线路的15％。即：Lmin＝（2Kα-1.732）X/（1.732-2Kβ）ZK—可靠系数，取1.2α—系数，最小与最大运行方式系统计算电抗之比X—保护装置安装处最大三相短路计算电抗标幺值β—被保护线路每公里阻抗标幺值，取1.1Lmin＝（2Kα-1.732）X/（1.732-2Kβ）Z＝（2*1.2*1.81÷1.32－1.732）0.22/（1.732-2*1.2*15％）1.1＝0.23km保护范围比为0.23/1＝23％>15％满足速断保护的范围要求。2、过流保护的计算保护装置的灵敏度应满足下式要求：K＝Is/IOKi≥1.5K—保护装置的灵敏度系数Ki—电流互感器变比Is—两相短路电流，0.866I″IO—动作电流，计算值为4K＝0.866×5290/4×60＝19.1≥1.5满足过流保护的要求。37 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第六章变电所的保护接地及防雷第六章变电所的保护接地及防雷6.1接地装置一般规定和要求1、一般规定(1)为了保证人身和设备的安全,电气设备宜接地或接零。交流电气设备应充分利用自然接地体接地,但应校验自然接地体的热稳定。(2)为了将各种不同用途和各种不同电压的电气设备接地,应使用一个总的接地装置。接地装置的接地电阻应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求。(3)如作接地装置有困难时,允许用绝缘台来维护和操作设备,此时只能站在台上才可以触及有危险的未接地部分,但不能同时接触电气设备的不接地部分和与建筑物有连接的建筑物部分。(4)电压为1kV以下的交直流电气设备,中性点可直接接地或不接地。(5)在中性点直接接地的低压电力网中,电力设备的外壳宜采用低压接零保护。即接零。也即所有用电设备的金属外壳都应和电源变压器接地中性线连接。(6)在中性点非直接接地的低电压电力网中,应防止变压器高,低压绕组间绝缘穿引起的危险。变压器低压侧的中性线或一个相线上必须装设击穿保护器。(7)电气设备的人工接地应尽量可能使在电气设备所在地点附近对地电压分布均匀。大接地短路电流电气设备,一定要装设环形接地体。并加装均压带。(8)设计接地装置时,应该考虑到一年四季中均能保护接地电阻的要求值。(9)在确定发电厂,变电所接地装置的型式和布置时,应降低接地电势和跨步电势,使其不超过规定值。2、接地范围应当接地的部分(1)电机,变压器,电气,携带式及移动式用电器具的底座和外壳。(2)电气设备传动装置。(3)互感器的二次线阻,但继电保护方面另有规定除外。(4)配电屏与控制屏的框架。(5)屋外配电装置的金属和钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮拦和金属门。(6)交直流电力电缆盒的金属外壳盒电缆的金属外皮,布线的钢管等。矿山地面变电所属于高压系统，仅靠自然接地体其接地电阻是不能满足要求的，还应该设人工接地装置，通常是把圆钢，扁钢等垂直打入地下，结冻层以下组成水平接地网，为了减小接触电压和跨步电压，应尽量使电位分布均匀。为此在环形接地网中间加装相互38 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第六章变电所的保护接地及防雷平行的圆钢或扁钢均压带，在电气设备周围加装局部接地回路，人员经常出入口处考虑到人身安全，应加装帽檐式均压带。6.2过电压保护煤矿各级变电所内安装使用着类型繁多的电气设备，这些设备均直接和供电系统的线路相连，如果雷电冲击波由线路侵入变电所，过电压将使电气设备绝缘击穿损坏，造成事故。直接影响矿井生产，为此，可使用避雷器防止上述过感应过电压所产生的雷电冲击波入侵变电所或其他设备。35千伏架空线设置架空地线，并在进入变电所时设置管型雷器。对于变电所附近导线上，遭受雷击时冲击波的陡度将会超过变电所的避雷器允许值，因此，对靠近变电所的一段进线上应装设避雷装置。35千伏变电所进线的标准保护方式架设1－2千米的避雷线是用以防止进线段遭受雷击及消弱雷电入侵波的陡度。对绝缘水平特别高的木杆线路或钢筋混凝土电杆线路应装设管型避雷器GB1而对其它线路均不装设，用以限制进线段以外沿导线入侵的雷电冲击波幅值，GB1的工频接地电阻不大于10Ω，当线路进出线的断路器或隔离开关在雷雨季节可能经常拉开而线路侧又带电时。装设管型避雷器GB2以防止开路状态的断路器DL2受2倍冲击波电压的作用而损坏。保护见图5.1。图5.1进线保护选择使用管型避雷器必须注意以下几点；（1）熄弧能力与开断电流有关（2）下限电流与电弧接触管壁的紧密程度有关（3）管型避雷器的伏秒特性较陡，不易与变压器的绝缘相配合（4）管型避雷器动作后产生的载波会使作用在变压器上的电压升高，危及变压器的39 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第六章变电所的保护接地及防雷绝缘。6.3变电所的防雷保护为了防止设备免受直接雷击，通常采用装设避雷针的措施。避雷针高于被保护物，其作用是将雷电吸引到避雷针本身上来并安全地将雷电引入大地，从而保护了设备。避雷针的保护范围可以用模拟试验和运行经验来确定，由于雷电的路径受很多偶然因素的影响，因此要保证被保护物绝对不受直接雷击是不现实的，一般，保护范围是指具有0.1％左右雷击概率的空间范围而言。避雷针的保护范围计算：（1）单支避雷针其保护范围可按下式计算。h当h时,r(hh)p(5.1)xxx2h当h时，r(1.5h2)hp(5.2)xxx2式中h避雷针高度；p-高度影响系数。h<30米时，p=1。(2)双支等高避雷针其保护范围可按下式计算，两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定，两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点o的圆弧来确定，o点的高度ho按下式计算:Dhh(5.3)o7p上式中D为两针间的距离（m）,p—高度影响系数。水平面上保护范围的一侧宽度bx可按下式计算b1.5(hh)(5.4)xox本变电站有三根避雷针，高度都为25米，其中每两根之间的保护范围外测，可按两根时计算。1＃－2＃距离27.5米2＃－3＃距离43.5米3＃－1＃距离43.8米保护物的高度为hx=12米计算1＃－2＃Dhho7p40 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第六章变电所的保护接地及防雷27.5h2521.07o71b1.5(hh)xoxb1.5(21.0712)13.605x2＃－3＃Dhho7p43.5h2518.786o71b1.5(hh)xoxb1.5(18.78612)10.179x3＃－1＃Dhho7p43.8h2518.743o71b1.5(hh)xoxb1.5(18.74312)10.114x两只避雷针的保护范围见图5.2。图5.2两等高避雷针保护范围三只避雷针的保护范围见图5.3所示。41 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第六章变电所的保护接地及防雷图5.3变电所避雷针简图D12=27.5MD23=43.5MD31=43.8M42 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)第七章变电所室内外布置第七章变电所室内外布置7.1配电装置布置1、6～10kV配电装置6~10kV配电装置一般均为屋内布置。当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置，由于受国产开关柜规格的限制，这种布置仅用于中小型变电所及单机容量为12MW及以下的小型发电厂。当出线带电抗器时，一般采用三层或两层装配式布置，近年来还有采用两层装配与成套混合式布置，这些布置适用于大中型配电装置。2、35kV配电装置35kV屋内配电装置由于接线方式、断路器型式及配电装置层数的不同而有多种布置方式，现按不同接线方式分别介绍如下：（1）双母线接线（2）单母线分段接线（3）单母线分段带旁路母线接线（4）桥形接线3、型式选择35kV屋内配电装置与屋外配电装置比较，在经济上两者总投资基本接近，因屋内式电气投资较屋外式略少，而土建投资又稍高于屋外式；但屋内式具有节约用地、便于运行维护、防污性能好等优点，因此在选型时一般采用屋内配电装置。7.2变电站电气总平面布置电气总平面布置的特点(1)电工建筑物在变电所总布置中居主导地位，而其它辅助及生活建筑则处于从属地位。(2)高压配电装置布置要与高压出线走廊方位相适应，保证出线顺畅，避免出线交叉跨越。(3)高压配电装置占地面积为全所的50％~70％，并且大部分电气设备集中布置于此，也是巡视、操作、检修的主要对象。因此，高压配电装置布置方式决定了变电站总布置的基本格局。只有高压配电装置得到合理布置，才能称得上全所布置的合理性。43 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)参考文献参考文献：1、《现代供电技术》2、《工厂配电设计手册》3、《煤矿电工手册》4、《煤矿安全规程》5、《机电设备技术特征图册》鹤壁煤业集团出版6、《鹤壁煤电三矿改扩建设计手册》、《电力工程设计手册》44 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)附表附表鹤壁三矿变电站电力负荷统计表序电压设备容量KW需用系cosФtgФ有功无功视在负荷名称号KV全部工作数KWKVarKVA1主井6100010000.80.850.62800496941.32副井63803800.80.840.67304203.68365.93空压机610507000.80.80.755604207004南翼风井612606300.7450.90.49469.4444.5646.55北翼风井616008000.750.90.49600564823.56一水平622008800.90.820.69792485.76855.37二水平6350013000.90.840.671170783.91408.38瓦斯泵站62002000.80.90.4912862.72142.59洗煤厂铁厂6200020000.80.80.75160010721926一路10洗煤厂铁厂65000.80.80.75400196445.4500二路11工人村水泥厂6180018000.750.820.691350931.51640.212链条厂6120012000.80.90.49960470.41069131#低压变6750142#低压变6750正常涌水10545.46130.4612200最大涌水13071.4770015170.8考虑同时系数0.85正常涌水8963.595210.8910370最大涌水1110.7654512895.2年耗电量35400000kw吨煤电耗28.32kw45 河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)致谢致谢从开始写作至论文最终定稿，总共花费了我一个月以来所有的业余时间，虽说在繁忙的工作之余要完成这样一篇论文的确不是一件很轻松的事情，但我内心深处却满含深深的感激之情。感谢河南理工大为我们提供的这次学习机会，感谢2011电气自动化班所有的任课老师，感谢指导老师马星河，是你们让我能够静静地坐下来，在知识的海洋里吸取更多的营养，从而能够为自己进一步的加油充电。通过论文的撰写，使我能够等系统、全面的学习有关电气自动化理论知识，并得以借鉴众多专家学者的宝贵经验，这对于我今后的工作和我为之服务的企业，无疑是不可多得的宝贵财富。由于本人水平比较有限，论文中难免有疏漏和不足的地方，欢迎老师和专家们指正。46'