区采供电系统设计大学论文

.5。2)起动时工作机械支路电缆中的电压损失：△UZQ=（EQ\r(,3)×IQ×LZ×cosφQ×103）/（r×AZ）=（EQ\r(,3)×60.3×0.55×103）/(42.5×25)=54V式中:r——支线电缆芯线导体的电导率,m/(Ω·mm2)；LZ——支线电缆实际长度.KM；IQ——电动机实际起动电流,单位A；IQ=IeQ×UQmin/Ue=87×457.26/660=60.3A；式中:IeQ——电动机在额定电压下的起动电流,单位A；UQmin——电动机最小起动电流,V;查表1-1,取UQmin=87V；Ue——电动机额定电压,单位V；AZ——支线电缆的芯线截面；cosφQ——电动机起动时的功率因数，估取cosφ=0.55,sinφ=0.843)起动时电缆中的电压损失：△UgQ=（EQ\r(,3)×IgQ×LZ×cosφgQ×103）/（r×AZ）=(EQ\r(,3)×101.1×700×0.57)/(42.5×25)=65V式中:r——干线电缆芯线导体的电导率,m/(Ω·mm2)；LZ——干线电缆实际长度,Km；AZ——支线电缆的芯线截面,mm2；IgQ——干线电缆中实际实际起动电流,A；IgQ=EQ\r(,(IQ×cosφQ×∑Ii×cosφpj)2+(IQ×sinφQ+∑Ii×sinφpj)2)=EQ\r(,(60.3×0.55+40.6×0.6)2+(60.3×0.84+40.6×0.8)2)=101.1A中:∑Ii——其余电动机正常工作电流，A；∑Ii=∑Pe/（EQ\r(,3)×Ue×ηpj×cosφpj）=（22×103）/(EQ\r(,3)×660×0.79×0.6)=40.6AcosφgQ——干线电缆在起动条件下的功率因数,cosφgQ=(IQ×cosφQ+∑Ii×cosφpj)/IgQ=(60.3×0.55+40.6×0.6)/101.1=0.574)起动时变压器的电压损失：△UBQ%=(IBQ/IBe)×(Ur%×cosφBQ+Ux%×sinφBQ)=(101.1/113)×(2.27×0.57+3.88×0.82)=4.004UBQ=△UBQ%×UBe/100=690×4.004/100=27.63V式中:IBQ——起动时变压器的负荷电流,A；IBe——变压器负荷额定电流,A；UBe——变压器负荷侧额定电压,V；cosφBQ——起动时变压器负荷功率因数；cosφBQ=(IQ×cosφQ+∑Ii×cosφpj)/IgQ=(60.3×0.55+40.6×0.6)/101.1=0.575)起动状态下供电系统中总的电压损失：∑△UQ=△UZQ+△UgQ+△UBQ =54+65+27.63=146.63V6)检验条件：U2e-∑△UQ=690-146.63=543.37V>457.26V又因为543.5V相对于额定电压的百分数为543.5/660×100%=82.3%，超过磁力起动器吸合线圈要求的电压。所以检验结果可以认为选用25mm2的橡套电缆满足了起动条件。3.4高压电缆的选择3.4.1选择方案1．按经济电流密度计算选定电缆截面，对于输送容量较大，年最大负荷利用的小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算。2．按最大持续负荷电流校验电缆截面，如果向单台设备供电时，则可按设备的额定电流校验电缆截面。3．按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性，一般在电缆首端选定短路点。井下主变电所馈出线的最小截面，如果采用的铝芯电缆时，应该不小于50mm2。4．按正常负荷及有一条井下电缆发生故障时，分别校验电缆的电缆的电压损失。5．固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定：在立井井筒或倾角45°及其以上的井筒内，应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆，钢丝铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢丝铠装铅包纸绝缘电缆。在水平巷道或倾角45°以下的井巷内，采用钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆，钢带铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆。在进风斜井，井底车场及其附近，主变电所至采区变电所之间的电缆，可以采用铅芯电缆，其它地点必须采用铜芯电缆。6.移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆。3.4.2选择计算1．按经济电流密度选择电缆截面:A1=In/nJ=7.2/1×1.73=4.2mm2式中：A——电缆的计算截面,mm2；In——电缆中正常负荷时持续电流，In=SB1/(EQ\r(,3)×Ue)=74.13/(EQ\r(,3)×6)=7.2A；n——同时工作的电缆根数，n=1；J——经济电流密度，A/mm2,取J=1.73Amm2；A2=In/nJ=13.84/1×1.73=7.92mm2式中：In——电缆中正常负荷时持续电流，In=SB2/(EQ\r(,3)×Ue)=143.8/(EQ\r(,3)×6)=13.84A；电缆型号为：L1：ZLQP20-60003×50；L2：ZLQP20-60003×70。2．校验方法：（1）按持续允许电流校验电缆截面：KIP=(55.875へ167.5)×10A＞Ia=7.2A式中：IP——环境温度为25度时电缆允许载流量,A由《设指》表2-8查取IP=125；K——环境温度不同时载流量的校正系数,由《设指》表2-6查取：0.447≤K≤1.34；Ia——持续工作电流,Ia=SB1/(EQ\r(,3)×Ue)=74.13/(EQ\r(,3)×6)=7.2A；KIP=(55.875へ167.5)＞Ia,符合要求。（2）电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面,取短路点在电缆首端,取井下主变电所容量为50MVA,则Id（3）=Sd/(EQ\r(,3)×Up)=(50×103)/(EQ\r(,3)×6.3)=4582.4AAmin=(Id（3）×EQ\r(,tj))/C=(4582.4×EQ\r(,0.25))/90=25.46mm2<A1=50mm2式中：Amin——电缆最小截面,mm2；Id（3）——主变电所母线最大运行方式时的短路电流,A；tj——短路电流作用假想时间,S；对井下开关取0.25S；C——热稳定系数,由《设指》表2-10查取C=90；符合要求。(3)按电压损失校验电缆截面：△U%=KPL/1000=2.498×111.2×0.3/1000=0.08%<7%式中：△U%——电缆电缆中电压损失的百分数；K——兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数,取6KV铝芯电缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=2.498；PL——电缆输送的有功功率；7%——允许电压损失百分数；故满足要求。因此所选ZLQP20-60003×50的高压电缆符合要求。4短路电流计算4.1短路电流的原因和形式选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接，既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接，也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地（或接中性线）。一、短路的原因短路是指不同电位的导体之间的电气短接，这是电力系统中最常见的一种故障，也是最严重的一种故障。电力系统出现短路故障，究其原因，主要有以下三个方面：（1）电气绝缘损坏这可能是由于电气设备长期运行，其绝缘自然老化而损坏；页可能是由于设备本身质量不好，绝缘强度不够而被正常电压击穿；也可能是设备绝缘受到外力损伤而导致短路。(2)误操作例如带负荷误拉高压隔离开关，很可能导致三相弧光短路。又如误将较低电压的设备投入较高电压的电路中而造成设备的击穿短路。（3）鸟兽害例如鸟类及蛇鼠等小动物跨越的裸露的不同电位的导体之间，或者被鼠类咬坏设备或导体的绝缘，都会引起短路的故障。二、在三相系统中，可有下列短路形式：（1）三相短路（2）两相短路（3）单相短路（4）两相接地短路上述三相短路，属于“对称性短路”。其他形式的短路，均属“非对称性短路”。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般是三相短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此作为选择校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，非对称性短路也可按对称分量法分解为对称的正序、负序和零序分量来研究，所以对称性的三相短路分析也是分析非对称性短路的基础。4.2短路电流的计算在短路计算的基本假设前提下，选取=100MVA，UB=(4-1)=0.135=0.432各绕组等值电抗取17％，取6％，取10.5％(4-2)==0.179=即火电厂的阻抗为0.232。2)又根据资料所得,可将变电所视为无限大电源所以取同理:因35KU变电所的短路容量为250MVA所以火电厂到待设计的变电所距离12KM，阻抗为每千米0.4欧110KV变电所到到待设计的变电所距离9KM，阻抗为每千米0.4欧35KV变电所到到待设计的变电所距离7.5KM，阻抗X=待设计变电所中各绕组等值电抗该变电所的两台型号规格一样所以另一个变压器的阻抗和相同。又因为E1是有限大电源(将0.263改为0.264)所以查短路电流周期分量运算曲线取T=0S,可得4.324=(4.324+5.525+1.134)×=5.514KA冲击系数取1.8×5.514×1.8=14.034KA=(4.324+5.525+1.134)×100=1098.3MV.A5电气设备的选择和校验5.1高压断路器的选择高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。由于高压开断器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，及取最大持续工作电流。3)开断电流选择高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量即当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择，为短路电流值。4)短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击电流值即5.1.1断路器选择及校验1、110KV进线侧断路器选择1）额定电压选择：=1102）额定电流选择：考虑到电源进线发生故障，所以相应回路的即：=0.262KA3）按开断电流选择：5.514KA即5.514KA4）按短路关合电流选择：14.034KA即14.034KA5）校验热稳定，取后备保护为1.5S,全开断时间0.07s=1.5+0.07=1.57S==36.229KA²S=31.5²×3=2976.75KA²S即满足要求6）校验动稳定：=80kA>14.034KA满足要求故选择户外LW11－110型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：表5-1110KV断路器计算结果表设备项目LW11－110型产品数据计算数据110KV110KV1600A262A80KA14.034KA30.5KA5.545KA80KA14.034KA2976.75KA²S36.229KA²S5.2高压开关的选择1）额定电压选择：=110KV2）考虑到电源进线发生故障，所以相应回路的即：=0.262KA根据以上数据，可以初步选择户外GW5-110Ⅱ型，高压开关，其参数如5-2表5-2110KV高压开关参数表型号额定电压UN(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)动稳定电流峰值(kA)热稳定电流(kA)4sGW5-110Ⅱ110KV115630100203）校验热稳定：同断路器校验相同=36.229KA²SKA²S=20²×4=1600KA²S满足要求4）校验动稳定：=14.034KA=100KA即：满足要求由上述计算表明，选择GW5-110Ⅱ型高压开关能满足要求，列出下表：如表5-3表5-3110KV高压开关计算结果表设备项目GW5-110Ⅱ型产品数据计算数据110KV110KV630A262A1600KA²S36.229KA²S100KA14.034KA5.3母线的选择计算1、110KV侧母线的选择1）按最大负荷持续工作电流选择：=0.262KA按以上计算选择和设计任务要求可选择LHBGJ-150型钢芯铝绞线，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为310A，基准环境温度为+25℃，外径为d=17=310×0.894=277.14A>Igmax2）热稳定校验=36.229KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(262/310)=59.7℃≈60℃查表得C=91=1满足短路时发热的最小导体截面=66.2上式中：小于所选导体截面,由以上数据表明，选择LHBGJ-150型钢芯铝绞线能满足要求2、35kv母线选择1）按最大负荷持续工作电流选择：=0.433KA按以上计算选择和设计任务要求可选择LHBGJQ-300型钢芯铝合金绞线，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为486A，基准环境温度为+25℃，外径为d==486×0.894=434.484A>Igmax满足长期负荷发热的要求。2)热稳定校验：=73.697KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(433/486)=62.55℃=6查表得C=90=1满足短路时发热的最小导体截面=95.4<300小于所选导体截面,能满足要求3、10kv母线选择1)按最大工作持续电流：选125×8的单条矩形铝母线平放,总截面S=125×8=1000额定载流为1920A，温度修正系数取0.8941820×0.894=1716.48>Igmax满足长期负荷发热的要求。2）热稳定校验：=356.058KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(1516/1920)=62.查表得C=90Kf=1.08满足短路时发热的最小导体截面=217.886<1000小于所选导体截面能满足要求。3)动稳定校验相间距a=0.25m冲击电流ies=36.473KA单位长度上的相间电动力:N/M按弯矩N/M对于硬铝,满足要求满足动稳定要求的绝缘子最大允许跨矩而L=1.2m≤3.98由以上计算表明，选择125×8mm的单条矩形铝导体能满足要求。5.4矿用低压隔爆开关选择1、选择原则1）矿用一般开关适用于无沼气和煤尘爆炸危险的矿井和无沼气突出的井底车场几主要进风巷道中。矿用增安型开关适用于有沼气和煤尘爆炸危险的矿井和无沼气突出的井底车场几主要进风巷道和通风良好的硐室中。2）矿用隔爆型开关可使用于沼气突出矿井的任何地点及有沼气和煤尘爆炸危险矿井的采区进风巷、回风巷道以及采掘工作面。矿用本质安全型和矿用隔爆兼本质安全型开关的应用范围同矿用隔爆型开关。3）在选用矿用低压隔爆型开关时，其额定电压必须小于或等于被控制线路的额定电压，其额定电流要大于或等于被控制线路的负荷长期最大实际工作电流。同时应根据控制线路需要选定过流保护继电器的整定电流值。4）矿用低压开关的接线喇叭口数目及内径要符合受控线路所选用的电缆的条数及内径要求。一个喇叭口只允许接一条电缆。2、根据电缆的长时工作电流选择低压开关。表5-4低压隔爆开关的选择表序号名称型号长时工作电流A开关型号电压备注1滚筒采煤机MG300-W152DWKB80-40011402刮板运输机SGZ-730/264133.7DWKB80-20011403转载机ZYC-28115.4DW81-2006604带式输送机SDZ-150131.4DW81-200660顺槽5破碎机PEM980×8574.3DW80-1206606乳化液泵站MRB-125/3245.6DWKB80-20011407喷雾泵站XPB-250/5515.2DWKB80-20011408液压绞车XAJ-2219.2DW80-1206609带式输送机SD-80X140DW81-200660上山6井下保护装置设计6.1漏电保护1.漏电发生时会造成以下危害（1）人接触到漏电设备或电缆时会造成触电伤亡事故。（2）漏电回路中碰地碰壳的地方可能产生电火花，有可能引起瓦斯煤尘爆炸。（3）漏电回路上各点存在电位差，若电雷管引线两端接触不同电位的两点，可能使雷管爆炸。（4）电气设备漏电时不及时切断电源会扩大为短路故障，烧毁设备，造成火灾。2.漏电的原因（1）电缆和电气设备长期过负荷运行，使绝缘老化而造成漏电。（2）运行中的电气设备受潮或进水，造成对地绝缘电阻下降而漏电。（3）电缆与设备连接时，接头不牢，运行或移动时接头松脱，某相碰壳而造成漏电。（4）电气设备内部随意增加电气元件，使外壳与带电部分之间电气间隙小于规定值，造成某一项对外壳造成放电而发生接地漏电。（5）橡套电缆受车辆或其他器械挤压、碰砸等，造成相线和地线破皮或护套损坏，芯线裸露而发生漏电。（6）铠装电缆受到机械损伤或过度弯曲而产生裂口或缝隙，长期受潮或遭水淋使绝缘损坏而发生漏电。6.1.1井下漏电保护装置的作用1.工作电表经常监视电网的绝缘电阻，以便进行预防性维修。2.接地绝缘电阻降低到危险值或人触及一相导体，或电网一相接地时，能很快的使自动开关跳闸，切断电源，防止触电或漏电事故。3.当人触及电网一相时，可以补偿人身的电容电流，从而减少通过人体的电流，降低触电危险性。当电网一相接地时，也可以减少接地故障电流，防止瓦斯、煤层爆炸。6.1.2漏电保护装置的选择因为采区变压器是采用分列运行的，所以可以采用非选择的简漏继电器，查《设指》表2－85确定采用检漏继电器JY82－3型2台。1.当电网真的发生可能引起危险的漏电故障时，必须立即将故障电网（或支路）的电源切除，以防止事故范围的扩大。

2.漏电保护与过电流保护、过电压保护一样，都属于继电保护的范围，所以它应该满足全面、安全、可靠、动作灵敏及具有选择性等基本要求。

3.无论电气设备或电网处于什么状态（例如开关合闸前和合闸后，或合闸过程中），当发生漏电时应能起相应的保护作用，或者是切断电源，或是闭锁送电开关，使之不能对已经漏电的设备和线路送电。

6.2短路保护电缆线路的短路保护1、电磁式过流继电器的整定1）1200V及以下馈电开关过流继电器的整定值，按下列规定选择。①对保护电缆干线的装置按公式选择：（6-1）式中：IZ过流保护装置的电流整定值，A。IQC容量最大的电动机的额定起动电流，A。∑Ie其余电动机的额定电流之和，A。KX需用系数，取0.5～1。②保护电缆支线的装置按公式选择：IZ≥IQC（6-2）式中：IZ、IQC的含义同上。目前某些隔爆磁力起动器装有限流热继电器，其热元件按公式整定：IZ≤Ie（6-3）式中：IZ、Ie的含义同上。2）按第1条规定选择出来的整定值，还应用两相短路电流值进行校验，应符合公式的要求：IZ≥1.5(6-4)式中：被保护电缆干线或支线距变压器最远点的两相短路电流值，A。Iz过流保护装置的电流整定值，A。1.5保护装置的可靠动作系数。若线路上串联两台及以上开关时(其间无分支线路)，则上一级开关的整定值，也应按下一级开关保护范围最远点的两相短路电流来校验，校验的可靠动作系数应满足1.2～1.5的要求，以保证双重保护的可靠性。若经校验，两相短路电流不能满足时，可采取以下措施：①加大干线或支线电缆截面。②设法减少低压电缆长度。③采用相敏保护器或软起动等新技术提高可靠动作系数。④换用大容量变压器或采取变压器并联。⑤增设分段保护开关。⑥采用移动变电站或移动变压器。6.3接地保护系统井下接地系统是由主接地极、局部接地极、接地母线、接地导线和接地引线等组成。所谓保护接地，就是用导体将电气设备正常不带电的金属部分与接地体连接起来，它是预防人体触电的一项重要措施。若没有保护接地，一旦电气设备内部绝缘损坏而使一相带电体与外壳相碰时，人若触及带电金属外壳，则其它两相对地电容电流全部流过人体，造成人身触电事故。有了保护接地，人体触及带电外壳时，电容电流通过的路径是接地装置和人体形成的并联电路，达到分流作用，使流过人体的电流大大减小。井下各种电气设备虽然都装了单独接地体，但当人体触及带电外壳时，并不能消除触电的危险。为防止不同的电气设备的不同相同时碰壳所带来的危险，就必须采取共同接地线，不同相同时接地时会在共同的接地线上形成较大的短路电流，使短路保护可靠动作，切断电源。煤矿井下的共同接地线是利用铠装电缆的金属钢带和橡套电缆的接地芯线，把井下所有接地装置的和移动设备的外壳连接起来后，再与水仓中的主接地极相连，构成井下总接地网。井下巷道狭窄，人身接触电气设备外壳的机会较多，电气设备的绝缘一旦损坏，发生一相碰壳事故，其金属外壳与该相导体便具有相同的电位，此时人身触及因发生漏电而带电的电气设备金属外壳时，将会发生触电危险。如果把电气设备的金属外壳经导电体与大地连接起来，在满足一定的接地电阻的条件下，该设备外壳的电位可降低到安全范围之内，因此流过人身的触电电流也在安全值之内，足以防止人身触电事故的发生，这种为了防止人身触电，将电气设备的金属外壳接地的方法，称为保护接地。虽然保护接地装置的接地电阻越小越好，但要实现每台电气设备各自的接地电阻均小于规定值，还是非常困难的。此外，保护装置的接地电阻越小，通过它流人大地中的漏电电流就越大，引起瓦斯、煤尘爆炸或电气雷管引爆的危险就越大。解决这一问题的有效措施是将井下的各种保护接地装置通过接地导线连接起来，组成保护接地网。图7-1为井下保护接地网示意图。由图7-l可见，井下保护接地网是利用供电的高、低压铠装电缆的金属外皮和橡套电缆的接地芯线，把分布在井下中央变电所、井底车场、运输大巷、采区变电所以及工作面配电点的电气设备的金属外壳在电气上连接起来，并与安设于井下中央变电所附近主、副水仓中的主接地极、各配电点或电缆连接器的局部接地极、接地母线、辅助接地母线、连接导线和接地导线连接起来组成的。当井下构成保护接地网后，其总接地电阻就很小(20以下)，人身触及困一相漏电带电的设备金属外壳时，其漏电电流便从总接地网流人地中，流过人身的电流就很小了，因此对人身便能起到很好的保护作用。工作面无局部接地极的