刘坡煤矿120万吨年35kv变电所进行初步设计毕设论文.doc

xy大学毕业设计(论文)说明书 摘要 本设计主要根据刘坡煤矿的年产量、负荷、地质、气象等情况，对刘坡120万吨/年35KV 变电所进行初步设计，包括一次系统和部分二次系统的设计。由矿井负荷情况，做出负荷统计表，按需用系数作负荷计算，统计出电力系统中各个部分所需要的有功功率、无功功率大小和有功功率、无功功率损失，据此确定主变压器型号及无功功率补偿装置的容量。根据供电系统的短路电流，选择主接线方案，拟定供电系统的运行方式。在二次系统中，根据得出的供电系统的短路电流，选择35KV、6KV电气设备，选择与整定继电保护装置。完成一次系统和部分二次系统的设计后，确定变电所室内、外的布置方案，及变电所的防雷与接地保护设计。关键词 煤矿 35KV 变电所设计 Abstract This preliminary design main basis on per yield、atmosphere、geology、burden and well depth of coal mine, to design the LIUPO 35kilovolt transformer substation of 1200 thousand per year . This preliminary design includes the design of primary system and factional secondary system. We can from the burden condition of the colliery, to do the statistics of burden. From the demand factor, to work out the burden, statistics the effective power 、reactive power of every part of whole electric power system, and the loss of effective power、reactive power, to define the main transformer and the capacity measure of reactive power compensation. We can from the short circuit current, to choose the scheme of primary heat transport system, to draft the electric power system. In the secondary system, from the short circuit current of electric power system ,to choose the electrical equipment of 35KV 、6KV, to choose and set the relay protection. After woke out the primary system and fractional secondary system, to work out the layout drawing about transformer station. Keyword colliery 35KV the design of transformer substation目录 1 概述 4 2 负荷计算与变压器选择 2.1 负荷分组与计算5-6 2.2 cos补偿与电容器柜选择 6-8 2.3 主变压器选择8-8 2.4 cos及全矿电耗、吨煤电耗的计算 8-9 2.5 计算选择结果汇总9-11 3 供电系统拟定与短路计算 3.1 供电系统的拟定12-13 3.2 系统短路计算14-16 3.3 限流电抗器选择17-19 3.4 短路参数（加电抗器后的修正）19-20 4 变电所电气设备选择 4.1 35KV电气设备选择20-23 4.2 6KV电气设备选择 23-24 4.3 35KV输电线及母线选择24-25 4.4 6KV母线、电缆及架空线的选择 25-29 4.5 母线瓷瓶、穿墙套管及室外构架的选择29-31 5 继电保护方案的拟定与整定 5.1 系统保护方案的分析设置31-32 5.2 35KV进、出线与联络开关的保护整定 32-36 5.3 主变压器的保护整定36-39 5.4 6KV出线、联络开关保护整定39-40 5.5 保护装置与整定结果汇总40-41 6 主控制室各屏的选择 6.1 各屏选择说明42-42 6.2 选择结果汇总43-43 7 变电所的防雷与接地 7.1 保护接地网的设置43-46 7.2 变电所的过电压保护46-48 7.3 结果汇总48-48 8 变电所室内外布置 8.1 变电所室内外布置说明48-49 8.2 变电所平面布置图49-49前言 毕业设计在培养大学生探求真理，强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，是教育与生产劳动和社会生产向结合的重要体现，是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要实践环节。 本设计根据煤矿供电理论，参考了一些资料和书籍对刘坡35KV变电所进行初步设计。 本设计共分八章。第一章、对变电所的情况进行概述。第二章、负荷计算与变压器选择。第三章、供电系统拟定与短路计算。第四章、变电所电气设备选择。第五章、继电保护方案的拟定与整定。第六章、主控制室各屏的选择。第七章、变电所的防雷与接地。第八章、变电所室内外布置。 本设计在设计当中，尽可能采用最优化方案，同时又考虑实际情况，尽可能多选择先进设备，并对各种情况做了分析。由于水平有限，设计中的错误和不足之处，恳请各位老师批评指正。 本设计是在邹有明老师的精心指导下完成任务的，从论文要求、设计大纲的拟定、参考资料的收集，邹老师提出了指导性的建议，并提供了极大的帮助，使本设计得以顺利完成，在此表示衷心的感谢。 1 概述 刘坡矿井年产量为120万吨，井深0.38，低沼气矿井，服务年限为70年，井下允许短路容量不大于50，供电电压等级为35KV，电源由距离矿井7的变电所供电。输电方式为双回路架空线路供电，出线处断路器过流保护动作时间为3，系统最大运行方式下=0.30，最小运行方式下=0.35，两部电价制，按最高负荷收取固定电费。 气象、地质条件为：最热月室外最高气温平均值，最热月室内最高气温平均值，最热月土壤最高气温平均值。冻土编号设 备名 称负荷等级电压KV 电 机类 型电 机容量安 装/工 作总容量KW需用系数Kx功率因 数co距离变电所线 路类 型安装容 量工作容 量1234567891011121主井提升26绕线12502/1250012500.880.830.35电缆2副井提升16绕线8002/116008000.850.820.35电缆3扇风机116同步8002/116008000.87-0.922.2架空4扇风机216同步8002/116008000.87-0.921.8架空5压风机16同步2505/312507500.87-0.90.18电缆6地面低压10.38120010000.750.810.05电缆7机修厂30.389608400.50.750.25电缆8综采车间30.384503200.70.78287架空9洗煤厂20.38117010000.760.820.48架空10工人村30.384504500.80.842.5架空11支农30.383203200.80.82.5架空12主排水泵16鼠笼6805/3340020400.850.860.8电缆13井下低压20.66282026070.710.76电缆层厚度0.3，土质为沙质粘土。矿井原始负荷如下表所示：2 负荷计算与变压器选择 变电所负荷容量的大小是确定供电系统、选择变压器及电气设备的依据，完成对全矿负荷计算后，才能确定主变压器的选择、功率因数的补偿问等题。 2.1 负荷分组与计算 2.1.1 负荷分组 根据负荷统计表，按电压高低、负荷性质及分布位置等条件分组详见表21。 2.1.2 负荷计算 利用表21中给出的功率因数、工作容量、需用系数等数据,计算设备的有关参数。 对于主井提升机有 =0.881250=1100KW =0.671100=737KVar =1329KVA 同理可得其他数据见表21。 各低压变压器的选择与损耗计算 选择原则：与一般工业企业类似，选用一台，只需变压器实际额定容量大于或等于计算容量即可；选择两台，每台的容量应能满足该组一、二级负荷的需要，而且两台的容量应大于或等于计算容量。 机修厂、工人村、支农和综采车间变压器选择选择630，6/0.4KV、500，6/0.4KV、400，6/0.4KV、315，6/0.4KV、三相油浸自冷式钢线电力变压器各一台。 洗煤厂变压器 选择两台1000，6/0.4KV钢线电力变压器。地面低压变压器 选择两台1000，6/0.4KV钢线电力变压器。 对于洗煤厂变压器进行损耗计算 空载无功损耗为： 额定无功损耗 单台负荷率（两台同时运行）=两台变压器总的有功、无功损耗为： 同例可算出其他变压器损耗。见表2-2。 2.2 补偿与电容器柜的选择 2.2.1 的补偿 补偿电容器都装设在6KV母线上，计算全矿6KV母线上补偿后的计算负荷，即可得出所需要的补偿容量。 但在矿中有同步机的存在，当有同步机负荷率0.9时，且在过激磁的条件下，其功率因数超前，具有补偿作用，此时同步机的补偿率均为4060，取50计算。其补偿能力的近似计算公式为： 需要系数 同步机的额定功率 =756.5Kvar =362.5KVar =+=1119KVar 井下低压总负荷折算到6KV侧，可用近似公式计算其变压器损耗： 0.082441=195.28KVar =0.8(10179.4+48.82+33.15)=8209.1 =0.8(4755.8+195.28+165.05)=4093 无功补偿计算中的最大月平均有功负荷为： 平均负荷因数，取0.75 全矿6KV母线上补偿前的计算负荷 =2023.8 =4093-2023.8-1119=950.2 取平均负荷系数为=0.75 2.2.2 电容器柜选择 选择高压电容器柜4个。 实际补偿容量计算容量为： 矿井6KV母线上的功率因数按规定应0.95。设计中可控制在0.950.97之间，超过0.98则综合效果不经济。本设计中取为0.95。故符合要求。2.3 主变压器选择 根据矿井主变压器的选择条件，一般选择两台同时运行较适合固定电费按最高负荷收费的规定。此时，当一台变压器停运或故障时，另一台应能保证全矿一、二类负荷的用电。由于本设计三类负荷较小，为1595Kvar，约占总负荷的17.4%，再考虑发展，故选用两台变压器。 选用-1000，35/6.3KV电力变压器。其规格参数为项 目参 数额定值容量10000KVa一、二次电压比35/6.3KV阻抗电压7.5空载电流0.8空载损耗13.6短路损耗532.4 及全矿电耗、吨煤电耗计算 2.4.1 计算补偿后两台主变压器的有功、无功损耗为： 补偿后5KV侧全矿总负荷为： 2.4.2 全矿电耗、吨煤电耗计算 矿井最大负荷利用小时 = 矿井电力消耗为吨耗电煤= 2.5 计算选择结果统计汇总编号名 称型 号台数1机修厂630，6/0.4KV12工人村500，6/0.4KV13支农400，6/0.4KV1 4综采车间315，6/0.4KV15洗煤厂1000，6/0.4KV26地面低压1000，6/0.4KV27主变压器-10000，35/6.3KV28电容器柜及放电柜4编 号123456负 荷名 称机修厂工人村支农综 采车 间地 面低 压洗煤厂计算容量KVA559.5428.5320287925.9926.8所选变压器参数型号-630-500-400-315-1000-1000KVA63050040031510001000/KV6/0.46/0.46/0.46/0.46/0.46/0.4台数111122%4.54444.54.5%1.21.41.41.51.11.1 KW1.231.00.840.71.721.72 KW6.05.04.23.51010损耗计算KVar7.567.05.64.731111 KVar28.35201612.645450.890.860.800.910.460.46 KW5.984.703.533.607.677.67KVar30.021.9715.8415.1641.0441.04总计 KW33.15 KVar 165.05低压变压器功率损耗计算表（2-2）3 供电系统拟定与短路计算拟定与绘制矿井地面变电所的供电系统简图应从电源进线开始,依次确定电源进线回路35KV主接线和6KV主接线.再考虑各6KV负荷的联接与分配,至于下井电缆的回路数,主要由负荷电流和下井开关最大额定电流,并兼顾限流电抗器的 安装来统筹考虑.研究供电系统的 短路并计算各种情况线的 短路电流,对供电系统的拟定、运行方式的比较、电气设备的选择及继电保护整定都有重要的作用。3.1 供电系统的拟定3.1.1确定35KV进线回路由矿井原始资料知矿井距矿区变电所7km，而煤矿对上一级供电部门来说是一类负荷，故矿区变电所应对矿井采用有备用系统中的双回路供电或与其他矿井形成环形供电电网，由于本矿井是大型矿井，采用双回路供电系统较好，即35KV进线回路为两路。 3.1.2 确定35KV、6KV主接线由于矿井距矿区变电所7km，对35KV等级来说，输电线路不算远，考虑到该矿为大型矿井，为提高供电的可靠性和运行的灵活性，宜采用全 桥，即矿井35kv系统为双回路供电系统的全桥供电系统。6KV主接线根据矿井为一类负荷的要求和两台主变压器分裂运行的情况确定为单母分段。3.1.3 负荷分配考虑一、二类负荷必须有联于不同段母线的双回路供电，并且主、副井提升机和有资料知为环形供电，再将下井回路和地面地压分配于各段母线上，为图在正常生产时两段母线上的负荷接近相等，具体的负荷分配图见供电系统简图所示。3.1.4 下井电缆回路数的确定下井电缆数可以按下式确定：1 （取偶数） 式中：井下主排水泵计算有功、无功负荷，KW、KVar 井下主排水泵计算有功、无功负荷，KW、KVar “360”150井下电缆经最高45温度修正后的安全载流量，A “1”规程规定所必需的备用电缆 由表2-1知： 1 1 2.3 由表2-1知井下总计算负荷为： 井下最大长时工作电流为： 规程规定:下井电缆必须采用铜芯电缆，而下井开关的额定电流有限（老式PB型最大为300，矿用一般型和新的BGP-6型最大为400）。故下井电缆至少为两根.另外,下井电缆的选择原则还要求，当一回路电缆因故停止供电时，其他电缆应能满足井下全部计算负荷的供电,且选择时取偶数，所以下井电缆根数取为4根。 3.1.5供电系统简图根据以上四点及有关资料，可绘得矿井地面变电所供电系统简图见图31所示。3.2系统短路计算短路计算中的几点说明：线路单位长度电抗取值：架空线，0.4；电缆，0.08。一般不考虑附加电源的反馈断路电流，因为：6KV母线上本身的短路电流很大，反馈电流经百米以上的线路衰减后已经很小，可以忽略；压风机房距离变电所较近，但压风机单台容量不超过400KW，故也可以忽略；在电动机端部发生短路时，因煤矿各大型同步电动机均装有瞬时的低压保护，故反馈电流对稳态短路电流无影响；异步电动机只影响冲击电流，经线路衰减后，并部影响变电所6KV母线出线开关的选择，故可以忽略。同步电动机附加短路电流的近似计算若确有必要记入附加短路电流，则同步电动机附加短路电流可按下式计算其近似值：（57） KA式中当15000KW时系数取下限，15000KW时系数取上限。可直接与同步电动机附加短路点上的短路电流相加（距离短路点100m以上的同步电动机可忽略）3.2.1基准值的选取与计算取100MVA 37KV 6.3KV则 1.56KA=9.17KA3.2.2 绘制等效计算图6.3KVL3=18kmL2=7km37KVL1=7kmd3d1d3 图3.2.23.2.3 各元件相对电抗计算1）电源相对电抗计算00.3 0.352）线路相对电抗计算=0.47=0.2=0.47=0.2 =0.0818=3.63） 压器相对电抗计算 =0.754） 各点的短路参数 点短路a)最大运行方式短路电流的相对值：实际短路参数： KA 2.55=2.553.9=9.945 KA=2.5100=250 MVAb) 最小运行方式=短路电流的相对值：实际短路参数：2.21.56=3.5 KA=0.866=0.8663.5=3.0 KA=2.553.5=8.925 KA=2.2100=220 MVA 、点短路计算计算方法同点短路。同步电动机附加短路点馈送电流计算1)扇风机1、2 2)压风机 3.3 限流电抗器的选择 井下6KV母线上短路电流容量超限时,应选择4台限流电抗器,每一条下井电缆串接一台,两两并联运行,两组分裂运行.因为下井回路设有速断保护,而且又不允许电动机自启动,故障时不做母线残压校验;又因为故障时允许的电压损失为10%,为正常时的两倍,所以只要正常时电压损失能满足要求,故障时也能满足要求.本设计考虑到学习的目的,做了母线残压的校验,在故障运行时也进行了校验.3.3.1 各回路电抗器相对电抗的计算 取=100MVA 6.3KV 则 9.16 KA 有原始资料知：井下6KV母线上允许的短路容量为50MVA所以6KV母线上的三相短路电流4.58 KA所以此时系统总的相对电抗要求值为2又因为三条电缆并联运行,故每一回路应串入电抗器的相对电抗为：3（）3(20.85)3.45系统在最大运行方式下电抗器前的总电抗3.3.2 选择电抗器的型号规格根据井下最长工作电流为454.4A，电压等级为6KV及一条电缆故障时其余两条并联供电的条件，可选用6KV，0.2KA的水泥电抗器4台，每台电抗器计算值为： %3.457.9查第二分册,选用NKL62008型水泥电抗器，其规格为：电压6KV电流0.2KA电抗8%通过容量3694KVA动稳定6.3KA1秒热稳定9.9KA额定电流下的相对电抗值为：0.083.493.3.3电压损失校验3.3.3.1正常工作时的电压损失sin0.081.89符合要求3.3.3.2故障运行时的电压损失当一回路故障，其余两回路分裂运行时，电压损失最大（考虑两回路负荷的不均衡性），取不均衡系数为0。7，则此时的电压损失为：sin0.080.3123.988-10 符合要求若为两回路故障则不能保证正常供电，故不能作为计算电压损失的依据3.3.4母线残压的校验当三回路并联运行时，在电抗器出口处短路，其母线上的残压最低对于本设计，同时在三台电抗器出口处发生三相短路的几率是级低的，但由于忽视电缆的阻抗，故当井下中央变电所6KV母线并联运行是发生母线三相短路，就属于这种情况此时的短路电流为： 4.66 则母线残压为：62.260 符合要求3.3.5动稳定校验一路故障时，其余两路分裂运行，在电抗器出口处短路时流过每一电抗器的短路电流最大此时通过电抗器的短路电流冲击值为: 2.555.44KA因为6.3KA，故动稳定符合要求3.3.6热稳定校验一路故障时，其余两路分裂运行，在电抗器出口处短路时流过每一电抗器的短路电流最大由于供电电源容量为无限大，故短路电流假想时间取其持续时间，即： t（）10.21.2S2.34 因为rw9.9KA，故热稳定合乎要求3.4短路参数（加电抗器后的修正）因为加电抗器后只影响下井短路电流，因此只需重新计算下井电缆短路电流即可3.4.1最大运行方式下（点短路）图见3.2.20.2/0.20.1 1.745则0.30.10.751.7452.90.3459.160.3453.16 KA0.34510034.5 KVA2.552.553.458.8 KA1.521.523.455.24 KA3.4.2最小运行方式（点短路）图见3.2.20.350.10.751.7452.950.339 9.160.3393.11KA 0.33910033.9 MVA 2.552.553.117.9 KA 1.521.523.114.73 KA34.5MVA50MVA 符合要求4变电所电气设备选择4.135KV电气设备选择4.1.1 断路器的选择根据室内、室外布置的方式来进行选择，一般情况下室内布置多选用高压少油断路器或者35KV高压成套配电柜，室外布置多选用高压少油断路器或者性能先进的六氟化硫高压断路器。因为本设计的变电所为室外布置，故短路器拟定为35KV户外少油断路器，按最严重情况考虑，若一台变压器故障，则另一台变压器承担全部的负荷，这时流过断路器的工作电流为变压器的一次额定电流。故选择SW-35/600型号的户外少油断路器，配套有LR-35型号套管式电流互感器。断路器配用液压操作机构、液压合闸、弹管分闸, 以三相交流电作合闸储能电源，以交流或者用直流作为分、合闸起动电源，在无交流电源时，可用手摇泵储能进行合闸。SW-35/600型号的户外少油断路器参数如下：型号规格：SW-35/600额定电压：35KV额定电流：600A断流容量：400MVA极限通过电流峰值：17KA4S热稳定电流： 6.6KA固有分闸时间：0.06S固有分闸时间：0.12S电动操作机构：液压型（交流380V，直流220V）配直流互感器： LR-35100-1000（装入式）其性能校验如下：参数项目实际值计算值电压35KV35KV电流165KA600A动稳定9.94517KA热稳定3.91.6KA6.6KA断流容量6.33.9942.6MVA400MVA 对于无限大电源容量系统来说，短路电流周期分量不衰减，故最大暂态电流就等于短路稳态电流，即 假想时间，一般取为0.7S 是考虑到一回路故障或检修时，另一进线断路器应能承担全部负荷，这是流过断路器的工作电流为变压器的一次额定电流，即双回路分裂运行时通过断路器的最大短路电流。由上表校验知，SW-35/600型号的户外少油断路器符合要求。4.1.2 隔离开关的选择室内35KV布置一般选用或型，室外35KV布置一般选用或型，为了便于检修时接地，进线35KV隔离开关与电压互感器的隔离开关应选用带接地刀闸的。选用35G600型户外式隔离开关。其参数为： 型号规格：35G600额定电压： 35KV 额定电流： 600A极限通过电流峰值： 72KA 4S热稳定电流 16KA操作机构： CS17（手动）35G型户外式隔离开关是由三个独立的单相隔离开关并联互动组合而成，增设接地刀闸后为GD型。其校验如下：参数 项目实际需要值额定值电压35KV电流=165KA600KA动稳定9.945KA50KA热稳定3.91.6KA14KA从表中可以看出，35G型户外式隔离开关各项参数指标均符合实际需要值，故选择符合要求。母线和35KV出线隔离开关选用35GD型户外式隔离开关，35GD型户外式隔离开关带有接地刀闸，检修时可以方便接地。其他选择方法同上。4.1.3电压互感器的选择 本设计的变电所属于终端变电所，不需要进行绝缘监测，所以选择用油浸绝缘式双线圈JDJ-35型电压互感器，选择两台。接成“W”型，分别装于35KV母线的两端，与避雷器组成间隔。JDJ35型电压互感器参数如下：原边电压：35KV副边电压：0.1KV极限容量：1000VA配用限流熔断器：RW10350.5型（0.5A， 2000MVA）各种参数显示选择35型电压互感器满足要求。4.1.435KV避雷器选择一般选用电站型避雷器型，选择两台分别放于35KV两断母线上，与电压互感器共用一个间隔，配用放电记录仪JS4型两台。4.1.535KV软母线瓷瓶选择 采用X4.5/35型，每相所串片数为4片。4.1.6变压器选择有第二章节知道，选择电力变压器两台4.2 6KV电气设备选择应选用固定式或手车式开关柜（GFC-10型），固定式目前可选用改进型的GG-1A型，要注意一次线路方案应于供电系统图上的要求相适应。开关柜中电流互感器数量根据继电保护于测量要求进行选择。对双回路及环行供电的开关柜必须选用两组隔离开关以利于检修。凡用于出线的开关柜，都应装设零序电流互感器，并为向选择性漏电保护提供零序电流的元件。在每段母线上还应装设电压互感器与避雷器柜供6KV绝缘检测、仪表继电保护及电压保护之用。根据低压变压器容量及低压出线回路数选择低压配电盘型号与数量，高压开关柜只对其断路器进行校验。4.2.1高压开关柜的选择本线路选用固定式改进型的GG-1A型开关柜；该系列高压开关柜为开启式，根据负荷的性质、大小选用高压柜的型号，如下表：型号数量名称额定电流GG-1A-252进线柜2000GG-1A-111母线联络柜1000GG-1A-951母线联络柜1000GG-1A-541电压互感器避雷器柜400GG-1-0722双回路出线及架空线路柜600GG-1A-034单回路出线柜4004.3 35KV输电线及母线选择4.3.1 35KV输电线选择35KV高压架空线选用钢芯铝绞线,按经济电流密度选,按长时允许电流进行校验,并应校验其电压损失是否符合要求.本设计为双回路高压电路,按双回路分裂运行,每回路承担一半负荷考虑经济电流密度,即选后按一回路停运一回路运行时允许电流、电压损失校验，并校验机械强度。 双回路采用分裂运行，流过导线的电流为： 67.7 A 1.15 58.9 初选导线型号为：钢芯铝绞线，其最大长时允许电流修正后为257.7A67.7A 修正： 满足要求 电压损失校验 0.432 0.382 则 0.43273.024 0.38272.674 1022.1V 按电压损失校验满足要求4.3.2 35KV母线的选择 35KV母线在室外一般选用钢芯铝绞线，母线截面选择除汇流外，对于母线较长，传输电流较大的回路（如变压器、母线通道等），均按经济电流密度选，按长时负荷电流校验。