山西某煤礦35kv變電所設計.doc

山東科技大學課程設計 論文 說明書 0 前 言 本設計是為煤礦 35kV 供電系統(tǒng)而進行的設計 目的是建立 35kV 變 電站 為煤礦提供可靠的用電 整個設計包括了 35kV 變電站設計的所有內(nèi)容 同時考慮到煤礦供電 系統(tǒng)的特點 對變電站的負荷進行了分組 達到合理 經(jīng)濟的目的 同 時對功率因數(shù)進行補償 使其達到 0 9 以上 通過短路電流計算 確定 了系統(tǒng)主接線及運行方式 同時對校驗電氣設備 繼電保護整定 采取 限流措施等提供了依據(jù) 在選擇電氣設備時 考慮了變電站的室內(nèi)外結(jié) 構(gòu)和布置 操作方便等問題 繼電保護裝置保證了被保護設備或線路發(fā) 生故障時 保護裝置迅速動作 有選擇地將故障切除 考慮到電器設備 可能的漏電現(xiàn)象 對變電站進行了保護接地的設計 滿足了接觸電壓和 跨步電壓的要求 保證了人身安全 為防止變電所遭到雷擊 還進行了 防雷保護 采用了避雷器 避雷針 避雷線等保護措施 保證了安全 由于我自己能力有限 在設計中難免會出現(xiàn)這樣或那樣地錯誤和不 妥之處 懇請老師能夠批評指正 山東科技大學課程設計 論文 說明書 1 1 1 概述概述 本設計的礦變電所位于山西省境內(nèi) 是一個終端變電所 只供煤礦 用電 設計的電壓等級為 35 6kV 35kV 線路為雙回路進線 其中一線 是從 3 公里外經(jīng)過架空線路引接而來的是主要的電源來源 另一線是通 過架空線路引接而來 系統(tǒng)最大運行方式阻抗 X 0 4193 系統(tǒng)最小運 行方式阻抗 X 0 7389 所用電由負荷端引出 經(jīng)動力變壓器提供 采 用單母分段原則 1 11 1 電源電源 1 供電電壓等級 35kV 2 離礦井地面變電所的距離 4km 3 系統(tǒng)電抗 最大運行方式 0 4193 minx X 最小運行方式 0 7389 maxx X 4 輸電方式 架空線雙回路 5 出線過流保護動作時間 3 秒 6 電費收取方法 兩部電價制 固定部分按最高負荷收費 每千瓦 6 元 山東科技大學課程設計 論文 說明書 2 1 21 2 基本地質(zhì)氣象資料基本地質(zhì)氣象資料 1 日最高溫度 39 2 凍土層厚度 0 8 米 3 主導風向 西北 4 最大風速 4 米 秒 5 地震烈度 7 度 附表一 某煤礦用電負荷統(tǒng)計表 用電設備名稱 UN kV PN kW Kdcos tan Pca kW Qca kvar Sca kVA Ica A 1 地面高壓 主井提升機620000 90 850 62180011162117 6203 8 副井提升機616000 80 850 621280793 61505 9144 9 壓風機612000 80 9 0 5960 460 81066 7102 6 2 南風井 通風機68000 70 8 0 8560 42070067 4 壓風機65000 70 80 75350262 5437 542 1 低壓設備65390 70 80 75377 3283471 645 4 3 北風井 通風機68000 70 8 0 8560 42070067 4 壓風機65000 70 80 75350262 5437 542 1 低壓設備65390 70 80 75377 3283471 645 4 4 地面低壓 地面工業(yè)工場61879 60 70 770 821273 51044 31646 9158 5 山東科技大學課程設計 論文 說明書 3 立井鍋爐房69140 60 71 02548 4559 4783 475 4 機修廠68880 40 651 17355 2415 2546 552 6 坑木廠62470 40 71 0298 8100 8141 413 6 選煤廠631640 60 80 751898 41423 82373228 3 水源井61750 80 80 7514010517516 8 工人村67350 50 71 02367 5374 952550 5 其它用電設備66820 50 71 02341347 8487 146 9 5 井下高壓 主排水泵高637500 90 850 623187 51976 33750360 9 主排水泵正625000 90 850 6221251317 52500204 6 6 井下低壓 井底車場66420 60 80 75385 2288 9481 546 3 111 采區(qū)69120 60 71 02547 2558 1781 575 2 113 采區(qū)69050 60 71 02543553 9775 774 6 124 采區(qū)68990 60 71 02557 4568 5796 376 6 156 采區(qū)616170 80 750 881212 81067 31617 1155 6 2 2 負荷計算及無功補償計算負荷計算及無功補償計算 進行企業(yè)電力負荷計算的主要目的就是為了正確地選擇企業(yè)各級變 電站的變壓器容量 各種企業(yè)電力設備的型號 規(guī)格以及供電網(wǎng)所用的 導線型號等提供科學依據(jù) 山東科技大學課程設計 論文 說明書 4 2 1 需用系數(shù)法統(tǒng)計負荷需用系數(shù)法統(tǒng)計負荷 由于一臺設備的額定容量往往大于其實際負荷 成組設備中各負荷 的功率因數(shù) 不同 一般又不同時工作 最大負荷不同時出現(xiàn)等cos 情況 所以難以精確地計算變電所負荷 故本設計采用了較為精確的需 用系數(shù)法來進行變電所負荷計算 其計算簡便 煤礦系統(tǒng)的供電設計目 前主要采用這種方法 其計算公式的一般表達式為 kW cadN PKP kvar tan caca QP kVA cos caca SP A 3 cacaN ISU 式中 用電設備的有功無功視在功率計算負荷 ca P ca Q ca S 用電設備的總額定容量 N P 額定電壓 N U 功率因數(shù)角的正切值 tan 該用電設備的計算負荷電流 ca I 需用系數(shù) d K 根據(jù)負荷資料 求出各類成組設備的設備容量 tan 有功功率 P 無功功率Q及視在功率S 需用系數(shù)法負荷計算的步驟從負載端開始逐級上推 到電源進線為 止 山東科技大學課程設計 論文 說明書 5 2 2 負荷統(tǒng)計與計算負荷統(tǒng)計與計算 2 2 1 地面地面 6kV 高壓高壓 主井提升機 2000kW 0 9 0 85 0 62 N P d Kcos tan 0 9 2000 1800kW 1800 0 62 1116kva cadN PKP ca Q ca P tan r 1800 0 85 2117 6kVA 203 8A cos caca SP 3 cacaN ISU 副井提升機 1600kW 0 8 0 85 0 62 N P d Kcos tan 0 8 1600 1280kW 1600 0 62 793 6kv cadN PKP ca Q ca P tan ar 1600 0 85 1505 9kVA 144 9A cos caca SP 3 cacaN ISU 壓風機 1200kW 0 8 0 9 0 48 N P d Kcos tan 0 8 1200 960kW 960 0 48 cadN PKP ca Q ca P tan 460 8kvar 960 0 9 1066 7kVA 102 6A cos caca SP 3 cacaN ISU 其它同理 在此不做贅述 最后統(tǒng)計結(jié)果見附表一 山東科技大學課程設計 論文 說明書 6 2 2 2 地面工業(yè)廣場地面工業(yè)廣場 地面工業(yè)廣場的用電設備有一類負荷的輔助設備 負荷計算如下 主井輔助設備 259 8kW 0 7 0 7 1 02 N P d Kcos tan 181 9kW 1185 5kvar cadN PKP ca Q ca P tan 259 8kVA 394 7A cos caca SP 3 cacaN ISU 副井輔助設備 226 8kW 0 7 0 7 1 02 N P d Kcos tan 158 8kW 162kvar cadN PKP ca Q ca P tan 162kVA 344 7A cos caca SP 3 cacaN ISU 壓風機輔助設備 483kW 0 7 0 75 0 88 N P d Kcos tan 338 1kW 297 5kvar cadN PKP ca Q ca P tan 450 8kVA 684 9A cos caca SP 3 cacaN ISU 消防水泵 55kW 0 24 0 8 0 75 N P d Kcos tan 13 2kW 9 9kvar cadN PKP ca Q ca P tan 16 5kVA 25 1A cos caca SP 3 cacaN ISU 污水泵 山東科技大學課程設計 論文 說明書 7 20kW 0 75 0 75 0 88 N P d Kcos tan 15kW 13 2kvar cadN PKP ca Q ca P tan 20kVA 30 4A cos caca SP 3 cacaN ISU 礦燈房 60 5kW 0 7 0 7 1 02 N P d Kcos tan 42 4kW 43 2kvar cadN PKP ca Q ca P tan 60 6kVA 92 1A cos caca SP 3 cacaN ISU 3 考慮到工業(yè)廣場低壓負荷有一類負荷的輔助設備 為了保證供電的可 靠性 選兩臺變壓器 0 7 1589 11112 4 N TTtpca SSKSkVA 可選 S9 1250 10 型變壓器兩臺 其技術(shù)參數(shù)見表 2 1 型號額定電壓 額定損耗 Kw 阻抗電壓 空載電流 連接組 重量 外形尺寸 m 高壓 kV 低壓 Kv 空載短路 S9 1250 1060 42 211 84 51 2Y yn04 65t 2 31 1 91 2 63 變壓器的負荷系數(shù)為 1589 1 0 636 22 1250 ca N T S S 1 附表一 全礦負荷計算統(tǒng)計 高壓側(cè)負荷總計 1800 1080 1212 8 18073 5kW ca P 1116 793 6 1067 3 11087 1kvar ca Q 最大負荷同時系數(shù) 則 0 9 sp K 0 95 sq K 0 9 18073 5 16266 2kWP sp K ca P 山東科技大學課程設計 論文 說明書 8 0 95 11087 1 10532 7kvar sqca QKQ 19378 5Kva 22 SPQ 22 16266 210532 7 16266 2 cos0 839 19378 5 NAT P S 2 3 功率補償功率補償 2 3 1 功率因數(shù)補償功率因數(shù)補償 在負載有功功率不變的情況下 當功率因數(shù)降低后 則發(fā)電機 和變壓器的工作電流增大 使其能夠輸出的有功功率下降 使設備容量不能充分利用 電流增大 使電能損耗cosPS 和導線截面增加 當不變 則 3cosPUI Ucos I 電網(wǎng)的初期投資和運行費用也相應提高 電流的增 2 PI R 大 還造成發(fā)電機 變壓器和網(wǎng)絡中的電壓損失增大 電動機的端 電壓下降 從而減小了感應電動機的起動轉(zhuǎn)矩和過負荷能力 提高功率因數(shù)的關(guān)鍵 在于如何減少電力系統(tǒng)中各個部分所需 要的無功功率 特別是減少負載從電網(wǎng)中取用的無功功率 使電網(wǎng) 在傳送一定的有功功率時 盡量少輸送或不輸送無功功率 提高功率因數(shù)的方法主要有 提高用電設備本身的功率因數(shù) 在生產(chǎn)中 盡量采用鼠籠式異步發(fā)電機 避免電動機與變壓器 的轉(zhuǎn)載運行 對不需調(diào)速的大型設備 盡量采用同步機 采用高壓 山東科技大學課程設計 論文 說明書 9 電動機等 在本設計中 扇風機和壓風機就采用了同步電動機 它 對該礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)具有一定的補償作用 人工補償法 多采用同步調(diào)相機和靜電電容器等人工補償裝置 目前礦井變 電所多在 6KV 母線上裝設靜電電容器來進行集中補償 并聯(lián)移相電容器的簡單原理 主要是利用電容器產(chǎn)生的無功功 率與電感負載的無功功率相互交換 從而減小負載向電網(wǎng)吸取的無 功功率 提高了整個負荷相對電源的功率因數(shù) 并聯(lián)電容器補償法有投資少 有功功率損耗小 運行維修方便 故障范圍小 無震動與噪聲 安裝地點靈活等優(yōu)點 其缺點是只能 有級調(diào)節(jié) 而不能隨負荷無功功率需要的變化進行自動平滑的調(diào)節(jié) 電容器組一般應采用 接法 因為 接線可以防止電容器容量不對稱而出現(xiàn)的過電壓 電容器 電壓最為敏感 而容易造成電容器擊穿的事故 星形接線則由于中性點 位移 產(chǎn)生部分過電壓 接法若發(fā)生一相斷線 只是使各相的補償容量有所減小 不致于嚴重不平衡 而星形接法若發(fā)生一相斷線 就使該相失去補償 嚴重影響供電質(zhì)量 采用 接法可以充分發(fā)揮電容器的補償能力 電容器的容量 與電壓有關(guān) 在 接法時 每相電容被加上線電var c QUCK 壓 而采用星形接法時 每相電容器被加上相電壓 所以有 上式表明 具有相同電容器容量 2 2 var 333 C c QUU QCCK 的三個單相電容器組 采用 接法時的補償容量是采用星形接法的 山東科技大學課程設計 論文 說明書 10 3 倍 因此在電壓相等的情況下 因盡量采用 接法 1 利用電容器補償所需的容量 企業(yè)為了使功率因數(shù)達到規(guī)定值以上 一般都用并聯(lián)電容器的方法 進行人工補償 因全礦自然功率因數(shù) 0 839 低于 0 9 所以應進行人工補cos NAT 償 補償后的功率因數(shù)應達到 0 95 即 0 95 則全礦所需的補cos at 償容量為 16266 2 0 649 0 329 5205 2kvar tantan CNATat QP 2 電容器柜數(shù)和型號的確定 電容器采用雙星型接線接在變電所的二次母線上 因此選容量為 30kvar 額定電壓為 6 3 kV 的電容器 裝于電容柜中 每柜裝 9 個 3 每柜容量為 270kvar 則電容柜的總數(shù)為 2 2 5205 2 21 3 6 3 270 6 3 3 C N C N C Q N U q U 由于電容器柜應分成相等的兩組 所以每段母線上每組的電容柜數(shù) n 應為 取 N 4n 24 臺 21 3 5 3 44 N n 2 電容器的實際補償量 2 CN C N C U QqN U 2 6 3 270 24 5877 6 var 6 3 3 k 3 人工補償后的功率因數(shù) 10532 75877 64655 1 var a cC QQQk 2222 16266 24655 116919 2 a ca c SPQkVA 16266 2 cos0 961 16919 2 a c P S 山東科技大學課程設計 論文 說明書 11 功率因數(shù)符合要求 2 4 全礦電耗的計算全礦電耗的計算 當 cos 0 903 時 取最大負荷利用小時數(shù) 3500 取變壓 max T 器年運行時間 t 8760 小時 查與最大負荷損耗小時數(shù)的關(guān)系曲 max T 線 鋼鐵企業(yè)電力設備參考資料 第 79 頁 查得 2100 則變壓器電耗為 W t 336481 0 P d P sb s S S 2 全礦電耗 6 千伏總 3500 35 千伏變壓器電耗 13059 5 3500 336481 46044731 得 全礦噸煤電耗 全礦電耗 礦年產(chǎn)量 噸 46044731 1800000 25 6 度 噸 2 5 主變壓器的選擇主變壓器的選擇 由于煤礦變電所有一類負荷 并且有兩個回路供電 必須選擇兩臺 變壓器 經(jīng)統(tǒng)計全礦一 二類負荷的計算負荷為 有功功率 12705kW 無功功率 7394 1kvar 山東科技大學課程設計 論文 說明書 12 所以總的視在容量為 占全礦計算負荷的 22 127057394 114700kVA 比例為 14700 0 88 16751 3 當兩臺同時工作的時候 每臺變壓器的容量為 0 88 16919 21488 N TTt pa c SSKSkVA 查資料可確定 S7 16000 35 型變壓器 其技術(shù)參數(shù)如表 2 3 所示 型號額定電壓 kV 額定損耗 Kw 阻抗電壓 空載電流 連接組 重量 外形尺寸 m 高壓 低壓空載 短路 S7 16000 35356 3197780 7Yn d11 26 1t 3 56 3 47 3 58 3 3 系統(tǒng)主接線方案的選擇系統(tǒng)主接線方案的選擇 本變電所是 35 6KV 雙電源進線的終端變電所 屬雙回路供電 主變?nèi)萘?16000KVA 故擬定選用橋式接線 橋式接線分為內(nèi)橋 外橋 全橋三種 下對其可行性作簡單比 較 內(nèi)橋接線 它由兩臺受電線路的斷路器和內(nèi)橋上的母聯(lián)斷路器 組成 主變壓器與一次母線的隔離開關(guān)聯(lián)結(jié) 它的優(yōu)點是切換進線 方便 設備投資 占地面積相對全橋少 缺點是倒換變壓器不方便 繼電保護較復雜 適用于距離較長 變壓器切換不很頻繁的變電所 這種接線一次側(cè)可設線路保護 但主變壓器和受電線路保護的 短路器均由受電斷路器承擔 互有影響 這是它的主要缺點 山東科技大學課程設計 論文 說明書 13 主變壓器一次由隔離開關(guān)與母線聯(lián)接 對環(huán)形供電的變電所 在操作時常被迫用隔離開關(guān)切合空載變壓器 當主變壓器電壓為 電壓 35KV 容量 7500KV 以上時 其空載電流超過了隔離開關(guān)的切 合能力 此時必須改用由五個斷路器組成的全橋接線 外橋接線 它由主變壓器一次側(cè)兩斷路器和外橋上的聯(lián)絡短路 器組成 進線由隔離開關(guān)受電 這種接線對變壓器的切換方便 比內(nèi)橋少兩組隔離開關(guān) 繼電 保護簡單 易于過渡到全橋或單母線分段的結(jié)線 且投資少 占地 面積小 缺點是倒換線路時操作不方便 所以這種接線適用于進線 短而倒閘次數(shù)少的變電所 或變壓器采用經(jīng)濟運行需要經(jīng)常切換的 終端變電所 全橋接線 它由進線的兩臺斷路器 變壓器一次側(cè)的兩斷路器 和 35KV 匯流母線上的聯(lián)絡短路器組成 這種接線方式適應性強 對線路 變壓器的操作均方便 運行 靈活 且易于擴展成單母線分段式的中間變電所 高壓有穿越時負 荷時 繼電保護全面 缺點是設備多 投資大 且變電所占地面積 大 基于本變電站所主變?nèi)萘枯^大以及煤礦對供電可靠性運行的靈 活性 操作方便等的嚴格要求 結(jié)合以上分析 決定采用全橋接線 作為本變電所的主接線方式 變電所主接線應根據(jù)負荷容量的大小 負荷性質(zhì) 電源條件 變壓 器容量及臺數(shù) 進出線回路以及經(jīng)濟性安全性 可靠性等綜合指標來確 定 主接線力求簡單運行可靠 操作方便 設備少和便于維修 需要時 還應考慮擴建變電所的可能性 山東科技大學課程設計 論文 說明書 14 3 1 主變壓器一次側(cè)的接線 主變壓器一次側(cè)有隔離開關(guān)與 母線連接 對環(huán)形系統(tǒng)中的電壓等 級 35kV 在變壓器容量為 7500kVA 及以上時 超過了隔離開關(guān)切合空 載變壓器的能力 此時必須采用有 五個斷路器組成的全橋接線 全橋 接線比外橋接線或內(nèi)橋接線多了二 個斷路器 在經(jīng)濟上不太合算 但 由于礦上用電的安全性是最重要的 而全橋接線具備了外橋和內(nèi)橋的優(yōu) 特點 故本設計采用全橋接線形式 3 1 主變壓器二次側(cè)的接線 本設計采用單母分段 母線用斷路器分段 這不僅 便于分段檢修母線 而且可 減小母線故障影響范圍 可 以提高可靠性和靈活性 對 礦上的重要用戶從不同分段 上引接 以便在母線上某一 段發(fā)生故障的時候 能保證 重要用戶的正常供電 簡單 清晰 設備少 操 作方便 且有利于擴建 3 2 單母分段接線 則 變電所的電氣主接線如下圖所示 山東科技大學課程設計 論文 說明書 15 山東科技大學課程設計 論文 說明書 17 4 4 短路電流計算短路電流計算 在供電系統(tǒng)中出現(xiàn)次數(shù)較多的嚴重故障是短路 所謂短路就是指供 電系統(tǒng)中一切不正常的相與相或相與地 中性點接地系統(tǒng) 在電氣上被 短路 發(fā)生短路的時候 由于系統(tǒng)中總的阻抗大大減小 因而短路電流 山東科技大學課程設計 論文 說明書 18 可能達到很大的數(shù)值 強大的短路電流所產(chǎn)生的熱和電動力會使電氣設 備受到破壞 短路點的電弧可能會燒毀電氣設備 短路點的電壓顯著降 低 使供電受到嚴重影響或被迫中斷 也可能干擾通訊 危及人身和設 備的安全 短路有三相短路 兩相短路 兩相接地短路和單相接地短路 就短 路故障而言 出現(xiàn)單相短路故障是幾率最大 三相短路故障的幾率最小 但在配電系統(tǒng)中三相短路的后果最為嚴重 因而以此驗算電器設備的能 力 故本設計中主要計算三相短路電流 研究短路電流的目的是為了限制短路的危害和縮小故障的影響范圍 并且選擇電氣設備和載流導體 必須用短路電流校驗其熱穩(wěn)定性和機械 強度 可以選擇和整定繼電保護裝置 使之能正確的切除短路故障 采 取限流措施 確定合理的主接線方案和主要運行方式等 4 1 下井電纜根數(shù)的確定下井電纜根數(shù)的確定 下井電纜根數(shù) Cn 可按下式來確定 22 1 02 1 08 1 360 6 3 3 pdpd n PPQQ C 式中 Pp Qp 井下主排水泵計算有功 無功負荷 Pd Qd 井下低壓總的計算有功 無功負荷 360 150m 下井電纜經(jīng)最高 45 C 修正后的安全載流量 1 規(guī)程規(guī)定所必須的備用電纜 計算 2 8 22 2125 1 02 3245 6 1317 5 1 08 3036 7 1 360 6 3 3 n C 則至少選 3 根電纜 又因井下電纜應為偶數(shù) 故下井電纜根數(shù)應為 4 根 山東科技大學課程設計 論文 說明書 19 4 2 短路計算點的確定原則短路計算點的確定原則 根據(jù)設備的選擇和繼電保護的要求選擇短路計算點 一般選擇在線 路的始末端 本設計將 35kV 母線 6kV 母線 各 6kV 出線端選為短路 計算點 4 3 計算短路電流計算短路電流 1 35kV 母線 K1 點短路 設 Ex 1 Sj 100MVA Uj1 6 3kV 短路參數(shù) 1 56kA 1 1 100 33 37 j j j S I U 0 4 3 0 088 1L x 2 100 37 在最大運行方式下 0 4193 min x 山東科技大學課程設計 論文 說明書 20 短路標幺值 1 min12 111 1 1 97 0 41930 088 k L Ix xxxx 三相短路電流 kA 3 10 211 1 97 1 563 07 kKj IIIII 短路電流沖擊值 3 11 2 552 55 3 077 83 chK iIkA 短路容量 10 21 1 97 100197 KKj SSSISMVA 最小運行方式下 min 0 7389x 短路電流的標幺值 1 max34 111 1 17 0 73890 088 K L I xxxx 三相短路電流 3 10 211 1 17 1 561 83 KKj IIIIIkA 兩相短路電流 2 3 1min1 3 0 866 1 831 58 2 KK IIkA 2 6kV 母線 K2 點短路 令 Sj 100MVA Uj 6 3kV 則9 16kA 2 2 100 336 3 j j j S I U 在最大運行方式下 山東科技大學課程設計 論文 說明書 21 0 4193 0 4 3 0 088 min x 1L x 2 100 37 100 7 5 0 469 16 j Tk N T S xU S 0 4193 0 088 0 469 0 9763 K x 2 1 1 024 K K I x 3 222 1 024 9 169 38 KKj IIIkA 3 22 2 552 55 9 3823 92 chK iIkA 33 0 129 10012 9 KKj SISMVA 最小運行方式下 0 7389 0 088 0 469 1 296 K x 2 1 0 772 K K I x 3 222 0 772 9 167 072 KKj IIIkA 2 3 3min3 3 0 866 1 1360 934 2 KK IIkA 3 6kV 母線至各用點設備的短路阻抗 至地面廣場的輸電線路阻抗 2 27 15 2 100 0 4 0 05 6 3 x 地面廣場變壓器阻抗 100 4 5 3 6 1 25 j Tk N T S xU S 山東科技大學課程設計 論文 說明書 22 至地面廣場總阻抗 3 2 273 66 32x 至立井鍋爐房阻抗 1 01 4 2 100 0 4 1 6 3 x 至機修廠阻抗 0 353 5 2 100 0 4 0 35 6 3 x 至坑木廠阻抗 0 504 6 2 100 0 4 0 5 6 3 x 至選煤廠阻抗 0 242 7 2 100 0 08 1 2 6 3 x 至水源井阻抗 0 151 8 2 100 0 08 0 75 6 3 x 至工人村阻抗 0 524 9 2 100 0 4 2 7 6 3 x 至通風機阻抗 0 121 10 2 100 0 08 0 6 6 3 x 至主提升機阻抗 0 403 11 2 100 0 4 0 4 6 3 x 至壓風機阻抗 0 121 12 2 100 0 08 0 6 6 3 x 至副提升機阻抗 0 403 13 2 100 0 4 0 4 6 3 x 至下井阻抗 0 091 14 2 1100 0 9 0 08 26 3 x 至低壓設備阻抗 0 05 15 2 100 0 4 0 05 6 3 x 4 地面工業(yè)廣場短路計算 在最大運行方式下 山東科技大學課程設計 論文 說明書 23 短路電流的標幺值 3 min3 1 0 129 K LT I xxxx 三相短路電流 3 332 0 129 9 161 18 KKj IIIkA 三相短路電流的沖擊值 3 3 2 552 55 1 183 01 chK iIkA 短路容量 33 0 129 10012 9 KKj SISMVA 在最小運行方式下 3 max3 11 0 124 K KxLT I xxxxx 3 332 0 124 9 161 136 KKj IIIkA 2 3 3min3 3 0 866 1 1360 934 2 KK IIkA 5 其余同理 在此不做贅述 短路計算統(tǒng)計結(jié)果見表 4 1 表 4 1 最大運行方式最小運行方式 用電設備短 路點 三相短路 電流 kA 短路電流沖 擊值 kA 短路容量 MVA 兩相短路電流 kA 35kV 母線3 077 831971 58 6kV 母線9 3823 92102 46 21 主井提升機4 95612 6454 13 74 副井提升機4 95612 6454 13 74 通風機4 65311 8750 83 55 壓風機5 8414 8963 84 2 井下主變電 所 修正前 1 283 2665 10 91 低壓動力變 壓器1 313 3466 90 93 山東科技大學課程設計 論文 說明書 24 地面工業(yè)廣 場1 183 0112 90 934 立井鍋爐房3 759 5640 92 86 機修廠1 092 7855 60 8 坑木廠12 5551 30 74 選煤廠1 162 9659 30 85 工人村1 233 3162 60 89 水源井0 470 92240 38 井下主變電 所 修正后 4 511 4747 20 85 4 44 4 限流電抗器的選擇限流電抗器的選擇 出線電抗器裝設的主要目的是為了使短路電流限制到能在出線上安 裝輕型斷路器 井下中央變電所 6kV 母線在總負荷為 4000kVA 0 8 為了限cos 制短路電流 地面變電所 6kV 母線分列運行 用兩條電纜向井下供電 中央變電所母線的短路容量為 80MVA 礦用 PB2 6 型高壓配電箱短流容 量為 50MVA 下井回路短路電流假想作用時間 t1 1 2s 則 井下總負荷電流為 4000 385 336 ca N S IA U 根據(jù) 煤礦安全規(guī)程 規(guī)定向井下中央變電所供電的線路 當一回 路停止供電時 其余回路應能擔負全部負荷的供電 所以本例中的任一 電纜的最大長時工作電流應為井下的總負荷電流 因此 電抗器的最大 長時工作電流也應為 385A 山東科技大學課程設計 論文 說明書 25 1 取基準容量為 100MVA 系統(tǒng)固有相對基準電抗值為 100 1 25 80 da b S x S 2 限流所需的基準電抗為 max 100 2 50 da da S x S 3 限流所需的電抗器的相對基準電抗為 2 1 250 75 r dadada xxx 4 電抗器的百分電抗值為 2 3 100 Nrda rr da N rda IU xx US 3 44 則選擇標準百分電抗值 4 那么選擇電抗器的型號為 r x NKL 6 400 4 參數(shù)如表 4 2 所示 表 4 2 NKL 6 400 4 型號電抗器的參數(shù) 型號規(guī)格電壓 電流電抗值 通過容量 動穩(wěn)定性 1s 熱穩(wěn)定性每相重量 NKL 6 400 4 6kV0 4kA4 3 138525 6kA19 5kA0 64t 5 電抗器的實際相對基準電抗值為 2 1003 N Rdar r da da N r USx x UI 2 46100 1006 334 0 87 串入電抗器后短路回路的總相對基準電抗值為 2 30 46 3 100 0 75 6100 山東科技大學課程設計 論文 說明書 26 1 25 0 87 2 12 dar da da xxx 串入電抗器后井下中央變電所 6kV 母線的短路容量為 100 47 2 2 12 da s da S SMVA x 6 電抗器的校驗 動穩(wěn)定性校驗 滿足要求25 611 47 cach ikAikA 熱穩(wěn)定性校驗 1 21 21 2 4 51 986 3319 5 ept itkA skA sItkA s 滿足要求 電壓損失校驗 2 31 5 max 0 385 sin40 6 0 4 w R NR I UX I 母線殘壓校驗 85 3 60 70 8 53 4 0 4 remR NR I UX I 滿足要求 5 5 電氣設備的選擇電氣設備的選擇 電氣設備的選擇是根據(jù)環(huán)境條件和供電要求確定其形式和參數(shù) 保 證電能正常運行時安全可靠 故障的時候不至于損壞 并在技術(shù)合理的 條件下注意節(jié)約 還應根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)情況和供應能力力求統(tǒng)籌兼顧 條 件允許的時候優(yōu)先選用先進設備 變電所用的高壓設備一般有斷路器 隔離開關(guān) 電流互感器 電壓 互感器等 它們各有特點 根據(jù)安裝地點的環(huán)境不同 電器分室內(nèi)型和 室外型 在選擇電氣設備的時候 應注意安全可靠和留有適當發(fā)展裕度 山東科技大學課程設計 論文 說明書 27 盡管電力系統(tǒng)中各種電氣設備的作用和工作條件并不一樣 具體選擇方 法也不盡相同 但對它們的基本要求卻是相同的 即現(xiàn)在電氣設備應遵 循以下幾項共同的原則 l 根據(jù)額定電壓選擇 所選電氣設備的額定電壓應不低于所在電網(wǎng)的額定電壓 或電氣設 備的最高允許工作電壓 1 1 1 15UN 不小于所在電網(wǎng)的最高電壓 即 3 maxch ii N UU 2 根據(jù)額定電流選擇 電氣設備的額定電流應不小于通過它的最大長時工作電流 即 N II 3 根據(jù)短路情況來校驗電氣設備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 動穩(wěn)定性滿足下式 3 maxch ii 式中為設備極限通過電流的峰值 為按三相短路計算所設的 max i 3 ch i 短路沖擊值 熱穩(wěn)定性滿足下式 4 i t I 4 jx t t I 式中為電氣設備在時間 t 秒內(nèi)的熱穩(wěn)定電流 t I 為短路穩(wěn)態(tài)電流及假想時間 I jx t 4 按安裝地點 工作環(huán)境 使用需求及供貨條件來選擇電氣設備的適當 形式 5 1 高壓設備的選擇高壓設備的選擇 5 1 1 高壓斷路器的選擇極其校驗高壓斷路器的選擇極其校驗 高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關(guān)電器 它不僅能完全地切合 山東科技大學課程設計 論文 說明書 28 負載電流 而且 更重要的是可靠地切除短路電流 1 選 35kV 側(cè)的斷路器 按設備工作環(huán)境條件及電壓 電流選擇短路器型號 然后按所 選斷路器的參數(shù)進行校驗 1 當一臺變壓器故障或斷路器檢修的時候 35kV 側(cè)斷路器的 長時最大負荷等于變壓器的額定容量 此時 35kV 側(cè)的電 流為 264A 1 1 21 5 Nca II 故 35kV 母線側(cè)斷路器選 SW3 35 600 型斷路器 技術(shù)參數(shù) 35kV 母線側(cè)斷路器 型號規(guī)格 SW3 35 600 額定電壓 35kV 額定電流 600A 斷流容量 400MVA 極限通過電流峰值 17kA 4S 熱穩(wěn)定電流 6 6kA 固有分閘時間 0 06S 固有合閘時間 0 12S 重量 700kg 外形尺寸 m 1 9 1 65 2 2 電動操作機構(gòu) 液壓型 配電流互感器 LR 35 100 1000 裝入式 2 動穩(wěn)定校驗 根據(jù)短路計算參數(shù)可知 35kV 側(cè)斷路器的最大沖擊電流 imax 17kA ich 7 83kA 動穩(wěn)定性符合要求 3 熱穩(wěn)定性校驗 山東科技大學課程設計 論文 說明書 29 35kA 側(cè)斷路器的熱穩(wěn)定校驗 由于變壓器的容量為 16000kVA 變壓器設有差動保護 因此在差 動保護范圍內(nèi)短路的時候 由于其為瞬間動作 繼電器保護動作時限為 0 此時假想時間 ti 0 2s 當短路發(fā)生在 6kV 母線上時 差動保護不動作 因不在其保護范圍內(nèi) 此時假想時間 t1 2 2S 故 35kV 母線短路時 35kV 側(cè)斷路器相當于 4S 的熱穩(wěn)定電流為 1 751kAS 197MVA 滿足要求 2 選隔離開關(guān) 隔離開關(guān)是高壓開關(guān)的一種 它設有專門的滅弧結(jié)構(gòu) 不能用來切 斷負荷電流和斷路電流 使用時通常與斷路器配合 只有在斷路器斷開 后才能進行操作 使線路呈現(xiàn)明顯斷口 便于檢修 隔離開關(guān)的主要用途是隔離電源 保證電氣設備與線路在檢修時與 電源有明顯的斷口 選擇時應滿足的條件如上 隔離開關(guān)應按其額定電 壓 額定電流及使用的環(huán)境條件選擇出合適的規(guī)格和型號 然后按短路 電流的動 熱穩(wěn)定性進行校驗 按環(huán)境條件選擇隔離開關(guān)時 可根據(jù)安 裝地點和環(huán)境條件選擇戶內(nèi)式 戶外式 普通型 計算隔離開關(guān)的長時最大工作電流 當一條線路故障時 全部 ar m I 負荷電流都通過 35kV 高壓側(cè)的隔離開關(guān) 故長時最大工作電流為 1 16000 264 33 35 ar m N SkVA IA UkV 故初步選擇 35kV 側(cè)的隔離開關(guān)為 GW5 35G 600 采用的是室外布 山東科技大學課程設計 論文 說明書 30 置 技術(shù)參數(shù)如下 設備型號 GW5 35G 600 額定電壓 35kV 額定電流 600A 極限通過電流峰值 72kA 4S 熱穩(wěn)定電流 16kA 重量 3T 外型尺寸 m 2 7 0 9 0 9 配用操作機構(gòu) CS17 型 手動 1 動穩(wěn)定校驗 35kV 母線上的最大沖擊電流 7 83kA 72kA 動穩(wěn)定符合要求 2 熱穩(wěn)定校驗 對 35kV 側(cè)隔離開關(guān)來說 最嚴重的情況是線路不并聯(lián)運行 此時 差動保護不起作用 當短路發(fā)生在隔離開關(guān)后 并在斷路器之前時 事故切除靠上一級的變電所的過流保護 繼電器動作時限應比 35kV 進線的繼電保護動作時限 2 5S 大一個時限級差 故 2 5 0 5 3S se t 此時短路電流經(jīng)過隔離開關(guān)的總時間為0 2 3 3 2S ibcse tttt 相當于 4S 的熱穩(wěn)定電流為 3 2 3 072 7516 44 i ts Q t IIkAkA 熱穩(wěn)定滿足條件 5 2 低壓設備的選擇低壓設備的選擇 按設備工作環(huán)境條件及電壓 電流選擇短路器型號 然后按所選斷 路器的參數(shù)進行校驗 山東科技大學課程設計 論文 說明書 31 5 2 1 低壓斷路器的選擇及其校驗低壓斷路器的選擇及其校驗 1 當一臺變壓器故障或斷路器檢修的時候 6kV 側(cè)斷路器的長時最大負 荷等于變壓器的額定容量 此時 6kV 側(cè)的斷路器的長時最大工作電流 為 1540A m2 2 1600 I 336 N T N S U 故 6kV 側(cè)的斷路器選 SN10 10 2000 6kV 側(cè)的斷路器 型號規(guī)格 SN10 10 2000 額定電壓 10kV 額定電流 2000A 極限通過電流峰值 140kA 4S 熱穩(wěn)定電流 40kA 固有分閘時間 0 07S 固有合閘時間 0 2S 配用操作機構(gòu) CD10 型 電動 2 動穩(wěn)定校驗 根據(jù)短路計算參數(shù)可知 6kV 側(cè)的斷路器的最大沖擊電流為 max 13023 92 ch ikA ikA 動穩(wěn)定滿足要求 3 6kA 側(cè)斷路器的熱穩(wěn)定校驗 因 35kA 側(cè)斷路器的過流保護時間限為 2S 2 2S 在 6kA 母線側(cè) i t 短路時相當于 4S 的熱穩(wěn)定電流為 2 2 23 9217 7440 44 i ts Q t IIkAkA 6kV 側(cè)斷路器的熱穩(wěn)定符合要求 山東科技大學課程設計 論文 說明書 32 5 2 2 低壓隔離開關(guān)的選擇和校驗低壓隔離開關(guān)的選擇和校驗 1 計算隔離開關(guān)的長時最大工作電流 當一條線路故障時 全部負 ar m I 荷電流都通過 6kV 低壓側(cè)的隔離開關(guān) 通過 6kV 側(cè)的隔離開關(guān)的長時最大工作電流為 2 16000 1540 336 ar m N SkVA IA UkV 故初步選擇 6kV 側(cè)的隔離開關(guān)為 GN25 10Q 2000 6kV 側(cè)隔離開關(guān)的技術(shù)參數(shù) 型號規(guī)格電壓電流動穩(wěn)定電流4s 熱穩(wěn)定電流 GN25 10Q 200010kV2kA100kA40kA 3 動穩(wěn)定性校驗 6V 母線上的最大沖擊電流 23 92kA 100kA 滿足要求 4 熱穩(wěn)定性校驗 6kV 側(cè)隔離開關(guān) 滿足要求 3 6 9 388 940 44 i ts Q t IIkAkA 5 2 3 互感器的選擇及其校驗互感器的選擇及其校驗 互感器是一次電路與二次電路之間的聯(lián)絡元件 用以分別向測量儀 表和繼電器的電壓線圈和電流線圈供電 1 電流互感器的選擇 電流互感器按使用地點電網(wǎng)電壓與長期最大負荷電流來選擇 并按 短路條件校驗動熱穩(wěn)定性 35kV 母線側(cè)電流互感器的選擇 因母聯(lián)斷路器不用于測量 只設保護 故選用 LCWDL 35 3 600 5 型 山東科技大學課程設計 論文 說明書 33 電流互感器裝入 其互感比為 600 5 二次負荷額定阻抗為 2 1s 熱 穩(wěn)定倍數(shù)為 75 動穩(wěn)定倍數(shù)為 135 6kV 母線側(cè)電流互感器的選擇 6kV 母線側(cè)的最大長時工作電流923 6A 1 16000 I 33 10 N T ca N S U 則初步選擇 LZD1 10 型電流互感器 其技術(shù)參數(shù)如下 型號 LDZ1 10 工作電壓 10kV 額定電流比 1000 5 1S 熱穩(wěn)定倍數(shù) 50 動穩(wěn)定倍數(shù) 90 熱穩(wěn)定校驗 故滿足熱穩(wěn)定 2sh i 227 9380 1 7 15 10 ep I t 因為 23 9 故滿足動穩(wěn)定 1 220 3 14059 4 NF IK 2sh i 2 電壓互感器的選擇 本 35kV 變電所為終端變電所 35kV 進線不需要進行絕緣監(jiān)測 只 需要測量 線路電壓 故按前面計算 選 JDJ 35 型電壓互感器兩臺 其技術(shù)參數(shù)如 下所示 型號規(guī)格 JDJ 35 型 原邊電壓 35kV 副邊電壓 0 1kV 額定容量及精確度 150VA 0 5 級 極限容量 1200VA 由于系統(tǒng)電壓為 35kV 短路容量為 197MVA 所以可以看出此電壓互 感器器完全符合系統(tǒng)要求 并能夠通過校驗 3 所用變壓器的設計及配套用高壓熔斷器的選擇 由于所用電負荷較小 故所用變壓器的容量一般為 50 315kVA 山東科技大學課程設計 論文 說明書 34 在本設計中選用型號為 50 35 型電力變壓器 其技術(shù)數(shù)據(jù)為 7 S 型號 額定電壓 kV 額定損耗 W 阻抗電壓 空載電流 連接組 重量外形尺寸 mm 高壓低壓空載短路 S7 50 35350 42651350 6 5 3 5Y yn0800kg1145 935 1800 變電所用的熔斷器選用型跌落式熔斷器 其技術(shù)數(shù)據(jù)為 2 35 9 RW 額定電壓 35kV 容管電流為 2A 最大斷流容量為 600MVA 所用變長時工作電流為 0 82A gi I d U S 3335 50 容管電流為 2A 大于 0 82A 故所選熔斷器符合要求 5 2 4 母線的選擇母線的選擇 變電所中各種電壓配電裝置的母線 以及電器間的連接大都采用銅 鋁 或鋼的矩形 圓形 管形裸導線和多芯絞線 母線在電力系統(tǒng)中起 著匯總與分配電能的作用 由于多數(shù)情況下引出線數(shù)目要比電源數(shù)目多 好幾倍 故在二之間采取母線連接 即有利于電能交換 還可使接線簡 單明了和運行方便 也便于擴建 配電裝置的母線主要用銅和鋁作成 銅的電阻率低 機械強度大 抗腐蝕性強 是很好的母線材料 但是 由于銅在工業(yè)中有很重要的用途 價格較貴 故考慮經(jīng)濟問題 采用 以鋁代銅 的方針 母線的主要材料使用鋁 本設計中采用銅芯鋁絞 線 LQJ 作母線 在選擇中按正常情況下長時最大負荷運行 一 35kV 母線的選擇 35kV 輸電線和母線選用同型號的導線 1 按經(jīng)濟電流密度選擇截面積 當一臺變壓器故障或斷路器檢修的時候 35kV 側(cè)母線的長時最 大負荷等于變壓器的額定容量 此時 35kV 側(cè)母線的電流為 山東科技大學課程設計 論文 說明書 35 242 5A 考慮通常情況下過負荷 5 則其最 1g I 1 35 3 d ca U S14700 3 35 大長時負荷電流為 242 5 1 05 254 6A 1g I 由于兩臺主變分裂運行 正常情況下線路也分裂運行 故每一回路 的工作電流為 254 6 127 3A max g I 2 1 max e I 2 1 鋁絞線的經(jīng)濟電流密度為 0 9 導線的經(jīng)濟截面為 i J 2 mm A A 141 4 i g J I 127 3 0 9 2 mm 可初選 LGJ 150 型鋼芯鋁絞線 2 按長期允許電流校驗 查表得 LGJ 150 型導線長期允許電流為 445A 大于長時負荷電流 127 3A 故符合要求 3 按電壓損失校驗導線截面 取幾何間距為 3 5m 線路長為 4000m 查資料知 線路電阻 r 0 21 感抗 0 398 考慮導線為多股相扭絞 按比實際 0 km 0 x km 增長 5 則 架空線的總電阻 r 1 05r0L 1 05 0 21 4 0 882 架空線的總電抗 x 1 05x0L 1 05 0 3984 1 67 所以電壓損失為 U e U QxrP 16266 2 0 882 10532 7 1 67 35 912 5V 則 山東科技大學課程設計 論文 說明書 36 2 61 6 故電壓損失滿足校驗要求 所選用 U 100 1035 3 U LGJ 150 型鋼芯鋁絞線滿足要求 二 6kV 母線的選擇 1 按正常持續(xù)工作電流選擇 并考慮最大長時工作時變壓器可能過載 5 1322 3A 選用 LJ185 型矩形鋁母線 max g I 2 1 05 3 e N S U 1 05 13086 7 36 在 25 C 時其載流量為 9 38kA 考慮溫度修正系數(shù) 在環(huán)境溫度為 40 0 時 修正系數(shù)為 0 82 則修正后的長時載 0 25 Im Im a a K 2570 4070 流量為 0 82 9 38 7691 6A 1322 3A 滿足系統(tǒng)要 max g I 3 10 max g I 求 2 熱穩(wěn)定性校驗 最小需用截面 式中 min A eqf tk C I C 熱穩(wěn)定系數(shù) 工作在 40 度時 取 C 99 肌膚效應系數(shù) 取 1 1 f k 短路發(fā)熱的等值時間 限時速斷的時間 2 0 秒 加上故有時 eq t 間 0