年产为180万吨煤矿地面变电所设计

年产为180万吨煤矿地面变电所设计PAGEPAGEI年产为180万吨煤矿地面变电所设计摘要本设计根据年产为180万吨煤矿的电力负荷的资料，做出了该矿的60kv总降压变电所的整体设计，包括负荷计算及无功补偿，系统主接线方案的选择，高压电气设备的选择，短路电流的计算对所选的高压电气设备的校验，继电保护的设计，防雷及接地的设计等，本设计以实际负荷为依据，以变电所最佳运行方式为基础，按照有关规定和规范，做出了满足该矿生产需求的设计。设计中先对负荷进行了统计和计算，选出了所需主变压器的型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路电流对系统的严重影响，设计中进行了短路电流计算。设计中还对主要的高压设备做出了选择和计算，如断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器等。此外还进行了继电保护以及防雷保护的设计与计算，提高了整个变电所的安全性。关键词：60kv变电所负荷计算主接线设计短路电流计算高压电气设备选择继电保护ABSTRACTThisdesignaccordingtotheminepowerloadmaterialmaketheattainedgeneralvoltage60kvsubstationdesignspecificationoftheoveralldesignincludingloadcalculationandreactivecompcnsation,systemofmainwiringschemsechoose,highvoltageelectricalequipmentchoice.thecalculationofshort-circuitcurrentandofselectedhighvotageelectricalequipmentcalibrationrelayprotectiondesignlightningprotectionandgroundingdesign.etc.Thisdesigntotheactulaloadasthebasisthebestoperationwayinsubstationbasedinaccordancewiththerelevantregulationsandatandardmakeameet,thedesignofmineproduetionrequiremants.Designthefirttoloadtoseleatthestatisticalandcomputationalgotthemaintransfornermodels,andthenbasedontheloadpropertiesandworkedonthepowersupplyreliabilityrequirementsconsideringtheLordwiringdesigntheseriousinfluenceofsystemshortcicuitdesigntheshortcircuitcalculation.Designofhighpressureofthemaineletricaleqquipmentselectionandcaculationsuchasbreakerisolatingsuitch.voltagetransformercurrenttransformer,etc.Inadditionalsocarriedouttherelayprotetionandlightionprotectiondesignandcalcutationimprovethesecurityofthewholesubstation.Keywords:60kvsubstation；Lordcalculation;Lordwiringdesign；short-cicuitcurrentcalculation;Electricalequipmentselection;Relayprotection目录摘要 IABSTRACT II第1章绪论 11.1选题的意义 11.2国内外发展情况 11.3原始资料分析 31.3.1设计题目及原始资料 31.3.2本设计的指导思想 41.3.3设计内容 4第2章负荷统计主变压器的选择 72.1负荷来源 72.2负荷统计与负荷计算 72.3主变压器选择 122.3.1无功功率补偿 122.3.2主变的选择 152.3.3变压器的经济运行问题 16第3章地面供电系统的设计 183.1变电所位置的选择 183.1.1变电所位置选择的条件 183.2变电所电源结线的确定 183.2.1一次结线二次母线及配出线的结线 18第4章短路电流的计算 204.1计算短路电流的目的和任务 204.2短路点的选择 204.3短路电流的计算 224.4短路计算结果 27第5章变电所高压电气设备选择 285.1概述 285.260千伏设备的选择 295.2.160kv隔离开关的选择 295.2.260KV油断路器的选型 305.2.3互感器及其选择 315.2.4变电所母线装置的选择 325.36KV电气设备的选择 345.3.16kv进线柜的选择 345.3.26KV联络柜的选择 375.3.36KV电压互感器柜选择 385.3.46KV配出柜的选择 385.3.5补偿电容器控制柜的选型 395.3.6变电所用电柜的选择 395.3.76KV母线的选择 395.3.86KV配出线的选择 405.3.9高压穿墙管的选择 415.4母线支柱绝缘子的选择 425.4.1护外支柱绝缘子的选择 425.4.2户内支柱绝缘子的选择。 425.560kV及6kV输电线路的选择与敷设 425.5.1导线材料的选择 425.5.2绝缘子的选择 425.5.3金具的选择 435.5.4电杆的选择 435.5.5架空线路的敷设 43第6章继电保护的规划设计 446.1继电保护的概述 446.2主变保护和整定 446.2.1本变电所对主变压器采用如下保护： 446.2.2主变压器保护的接线方式 446.2.3保护装置的选择 446.2.4主变保护装置的整定计算 456.360KV线路保护计算 486.3.160kV线路保护 486.3.26kV配出线路保护计算 496.46kV系统漏电保护 516.4.1漏电保护装置 516.56kV电力电容器的保护 526.66kV母线联络柜保护原理及整定 546.6.1保护装置的装设原则 546.6.2保护装置的接线方式 546.6.3保护装置的整定计算 54第7章防雷保护与安全接地规划设计 567.1过电压的原因及危害 567.2防直击雷的保护 567.2.1防直击雷的措施 567.2.2避雷针的高度及位置的确定 577.2.3作避雷针保护范围平面图 587.2.4内过电压的抑制 587.2.5对60kV进线段的保护 587.3对雷电入侵波的防护 587.4接地措施 597.4.1保护接地 597.4.2接地装置的敷设 607.4.3接地电阻的计算 607.5避雷针的设计 61第8章变电所室内外配电装置的设计 628.1室内外概况 628.2室内布置 63结论 64致谢 65参考文献 66DirectoryAbstract（chinese） ⅠAbstract ⅡChapter1Intertuction 11.1Thesignificanceoftopicselection……………11.2Developmentsituationathomeandabroad 21.3Analysistheoriginaldata 31.3.1Designsubjectandrawmaterials 31.3.2Thedesignguidingideology 41.3.3Designcontent 4Chapter2Theselectionofmaintransformerloadstatistics 72.1Sourceload 72.2Theloadstatisticsandloadcalculation 72.2.1Demandfactormethodtocalculatetheload 72.2.2Safetyloadandstatisticsofproductionload 82.2.3Thegroundsubstationcapacitycalculation 82.3Thechoiceofthemaintransformer 122.3.1Reactivepowercompensation 122.3.2Thechoiceofthemaintransformer 152.3.3Transformereconomicoperationproblem 16Chapter3Groundpowersupplysystemdesign 183.1Substationlocationchoice 183.1.1Substationlocationchoiceconditions 183.2Determinationofsubstationpowersupplyconnection 183.2.1Substationmainconnectionandwithwireconnection 18Chapter4Thecalculationofshort-circuitcurrent 204.1Thepurposeofcalculationofshortcircuitcurrentandtasks 204.2Shortcircuitpointselection 204.3Thecalculationofshort-circuitcurrent 224.4Shortcircuitcalculationresults 27Chapter5substationhighvoltageelectricalequipmentselection 285.1Above 285.260kVequipmentselection 295.2.160kVdisconnectingswitchselection 295.2.260kVoilcircuitbreakerselection 305.2.3Requirestransformerandselection 315.2.4Substationbusbarinstallationoptions 325.36kVelectricalequipmentchoice 345.3.16kVlineintothecabinet 345.3.26kVcontacttank 375.3.36kVvoltagetransformercabinetchoices 385.3.46kVdistributionoutofchoice 395.3.5Compensationcapacitorintheselectionofcontrolcabinet 395.3.6Substationelectricitycabinetchoices 395.3.76kVbusbarselection 405.3.86kVdistributionlinechoice 415.3.9High-voltagethroughwalls 425.4Busbarselectionofpostinsulator 425.4.1Pillarinsulatoroption 5.4.2Indoorpostinsulatorchoice 425.560kvand6kvtransmissionlineselectionandinstallation 435.5.1Conductormaterialchoice 435.5.2Insulatorchoice 435.5.3Thechoiceofhardware 435.5.4Thechoiceofthepole 435.5.5Overheadlinelaying 43Chapter6Therelayprotectionplanninganddesign 446.1Overviewofrelayprotection 446.2Maintransformerprotectionandsetting 446.2.1Thesubstationprotectionformaintransformerusedasfollows 446.2.2Theconnectionmodeofthemaintransformerprotection 446.2.3Protectiondeviceofchoice 6.2.4Maintransformerprotectionsettingcalculation 456.360kVlineprotectioniscalculated 486.3.160kVlineprotection 486.3.26kVdistributionlineprotectioncalculation 496.46kVsystemleakageprotection 516.4.1Leakageprotectiondevice 516.5Protectionof6kVpowercapacitor 526.66kvbusbarcontacttankprotectionprincipleandsetting 546.6.1Installedprinciplesofprotectivedevice 546.6.2Theconnectionmodeofprotectiondevice 546.6.3Protectivedevicesettingcalculation Chapter7Groundinglightningprotectionandsecurityplanninganddesign 567.1Reasonandharmoftheovervoltage 567.2Preventdirectlightningprotection 567.2.1Lightningpreventionmeasures 577.2.2Theheightofthelightningrodandthedeterminationofposition 577.2.3Lightningrodprotectionplan 587.2.4Theover-voltagesuppression 587.2.5For60kvlineprotection 287.3Protectionofthelightninginvasionwave 587.4Groundingmeasures 597.4.1Protectiveearthing 7.4.2Layinggroundingdevice 607.4.3Groundingresistancecalculation 607.5Groundinglightningrod 61Chapter8Substationindoorandoutdoordecorating 628.1Indoorandoutdoor 628.2Indoordecorate 63Conclusion 64Acknowledgements 65References 66第1章绪论1.1选题的意义电力是当今世界使用最为广泛，地位最为重要的能源。变电所是电力系统在实际运用中的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电所是电力系统的枢纽，在生产和生活中占有特殊重要的地位。电力系统的运行要求安全可靠，电能质量高，经济性好，便于扩建。但是电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖地域辽阔，因此，受自然条件，设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常的运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种形式的短路。为此，需要安装各种形式的的保护装置，用分层控制方式实施安全全监控系统，对包括正常运行在内的各种运行状态实施监控，以确保电力系统安全正常且更好的运行。因此，矿区供电设计，应根据煤矿电力负荷的分布和发展情况，结合地区的电力规划，合理确定供电电源，电压等级，供电方式，矿区变电所的位置和建设的顺序，并留有发展余地。所以，设计一个符合矿山时间情的变电所就变得尤为重要。本设计为年产180万吨煤矿地面变电所电气部分的设计，分析变电所所在的位置和变电所将要承担的供电任务，来确定变电所的主接线，通过负荷计算确定主要变压器的台数，容量及型号，根据短路计算的结果，对变电所的一次设备进行了选择和校验，同时完成配电装置的布置，防雷保护及接地装置方案的设计，最后进行有效的系统保护，最终完成本设计的终极目标，即为与年产为180万相近煤矿提供安全，可靠，经济的供电任务。1.2国内外发展情况电力业是国民经济的重要部门之一，是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门的快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。随着智能电网概念的提出.对变电站技术提出了进一步的要求:通过全网运行数据分层分级的广域实时信息统一断面采集，实现变电站智能柔性集群及自协调区域控制保护，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用;设备信息和运维策略与电力调度实现全面互动，实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理:变电站主要设备逐步实现智能化，为坚强实体电网提供坚实的设备基础;在全面实现数字化变电站的基础上，进一步拓展变电站自动化系统的功能，逐步向智能化变电站转变。1傲宇化变电站技术特点数字化变电站的技术核心是数字化的一次设备和网络化的二次设备，在过程层、间隔层及站控层上，按照国际标准工Ec61850，实现变电站内部以及变电站与集控站间的信息共享互操作过程。数字化的一次设备。数字化一次设备包含电子式互感器、智能开关、以及站内其它智能设备。通过实现设备的就地数字化，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，实现了从常规变电站的装置冗余向现代变电站的信息冗余的转变、并为信息集成化应用提供了坚实的基础。近年来随着我国经济的持续飞速发展，电力需求在不断增加，电力行业作为国民经济命脉，对现代化建设所体现出的重要性越来越明显，因此对变电站内各类主要设备运行和人员操作都提出了更高的要求，保证供电系统的安全运行已经成为电力管理部门的首要任务。在现代化的供电系统中，变电所管理的网络化、数字化和自动化是电力发展要求的必然趋势，变电所的无人值守、综合管理和安全管理是电网现代化的必由之路。变电站综合自动化和变电站无人值班技术是变电站监控和保护发展的主流和必然趋势。随着无人值守变电站管理模式的全面推广，在监控中心通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。远程视频监控系统最基本的目的是将变电站的各个监视点，如主控制室的设备运行情况、主变、断路器、隔离刀闸等的运行状态实时图像、防火防盗等智能设备报警信息传输到监控中心，监控人员可通过实时图像和远动信息对变电站的运行情况进行综合监控、分析。为加强对重要变电站及无人值守变电站的监视，非常有必要建立安全防范、环境监控系统，对各变电站全站现场进行监视。南京南自信息技术有限公司自主设计开发了适应变电站视频监控的多种数字安防监控设备和系统软件平台，广泛应用于国内电网的几千个变电站（750KV、500KV、220KV、110KV、66KV、35KV各电压等级均有成功案例）。随着IEC61850标准的推广应用，数字化变电站概念已在工程中获得实践，全国已建成一定数量的数字化变电站。同时我国智能电网的研究已经启动，作为电网重要组成部分，数字化变电站领域的研究和试点工作也将为智能电网的发展打下基础，变电站安防系统将会按照数字化变电站、变电站无人值班发展趋势不断演进。1.3原始资料分析1.3.1设计题目及原始资料设计题目：年产180万吨煤矿地面变电所电气部分的设计1.煤矿概况煤田储量18670万吨，可采储量3367万吨，全矿年生产能力：180万吨，生产能力6000吨，服务年限：一井28年，二井116年。工作制：年工作日为300天，每天三班作业，采煤两班作业，一班准备，掘进三班作业。2.地质及气候条件该变电所它的土质属较为松散的黄土，距地表1米以下，土质比较结实，距地表2-3米的黄土更为密实，地基承载能为≥20吨/m3，因此，可以看出变电所地质条件很好，通过“变电所初步设计说明”知其自然气候如下：最低气温为-37oC；最高气温为38oC；最大风速为34米/秒；最大降雨量500毫米土壤冻结深度2.2-2.4米；最大雷厚度0.5米；复水厚度10毫米；主导风向，西南风；地震列度6以上;没发生过大地震;最大雷电日20日3.矿井用电负荷特点本矿用电负荷主要是地面高压，地面低压，井下高压及井下低压，本矿区电力分三级：一级用户如矿井主通风机，主要提升设备，主排水设备，对这负荷采用不同电源的两回路进行供电；二级用户如煤矿集中提煤设备，地面空气压缩机以及向采区工作面供电的采区变电所等，对这类负荷采用双回路供电；三级用户，如井口机修厂及生活福利设施等，对这类负荷只设一回路供电。1.3.2本设计的指导思想本设计的设计依据主要是根据《设计规范》、《煤矿安全规程》、《煤矿供电》、《电力工程设计手册》、《煤矿电工手册》、《变压器经济运行》、《煤炭工业设备手册》、《工厂常用电气设备手册》、《高压开关柜二次线路方案》、《工厂配电设计手册》、《全国供用电规则》等书籍，并在指导教师高柏臣老师的精心指导下设计完成的。指导思想是：保证本设计在供电方面达到如下要求：（1）供电可靠；（2）供电安全；（3）经济技术合理；（4）设备更新，以满足矿井正常生产的需要。1.3.3设计内容1.矿井设计指标煤田储量18670万吨，可采储量3367万吨，全矿年生产能力：180万吨，日生产能力6000吨，服务年限：一井28年，二井116年。工作制：年工作日为300天，每天三班作业，采煤两班作业，一班准备，掘进三班作业。2.设计原始数据 VJ1=63KVVJ2=6.3KVSJ=100MVAVJ1=63KVVJ2=6.3KVSJ=100MVA(2)供电电源：上级电源母线短路阻抗（标准值）：基准值0最大运行方式：Xmax=0.55098最小运行方式：Xmin=0.883通过甲乙两回架空线供电，甲线距矿区工业广场为25里，乙线距矿区工业广场为30公里，变电所6000伏侧见图1.1供电系统图，按无穷大系统计算。3.设计要求：(1)负荷统计：主变的选择主结线的确定(2)短路电流的设计(3)高压电气设备的选择(4)继电保护装置的整定(5)防雷保护及保护接地(6)必须完成的图纸：①变电所主结线系统图②变电所平面布置图③主变保护原理图④防雷及保护接地平面布置KK1K4K5K6KK3一井中央变二井中央变电所一井风井二井风井图1.1供电系统图第2章负荷统计主变压器的选择2.1负荷来源本矿电气负荷统计是根据老师所下任务的设备负荷表来进行的，统计表见1.1表。2.2负荷统计与负荷计算本设计变电所负荷计算，力求准确可靠，并考虑到矿井负荷的发展远景，利用需用系数法以及附表格形式进行矿变电所的负荷统计，考虑到后几章的继电保护整定，架空线路，电缆选择等，一般按生产环节分组进行。1.需用系数法计算负荷（1）单一负荷需用系数（2-1）式中：Kx-用电设备的需用系数P-实际负荷（KW）PO-设备的额定容量（KW）η-设备实际负荷时的效率ηb-线路效率一般取0.9~0.95（2）成组负荷需用系数Kx=（2-2）式中：Kt-设备同时系数Kt=Kf-该组设备的负荷系数ηL-线路效率ηpj-同时工作设备的加权平均效率以下以水泵为例计算容量：己知：水泵的工作容量为850千瓦，需用系数取0.85cosφ=0.85tanφ=0.62计算：有功功率：PM=KX·PN=0.85×850=723KW无功功率：QM=tanφ·PM=0.62×723=448KW视在功率：SM=2.安全负荷与生产负荷的统计（1）安全负荷：主扇风机，主排水，副井提升，累计负荷5241KW占全矿总负荷18073.5KW的29%。（2）生产负荷：吊挂皮带，压风机，采煤输送机，空气加热，装储设备等。累计负荷：9302KW占全矿总负荷18073.5KW的51%。（3）其它负荷累计：其它负荷共计3530.5KW占全矿负荷18073.5KW的20%。3.地面变电所的总容量的计算PZ=（P1j+P2j+P3j+……Pnj）·KspQZ=（Q1j+Q2j+Q3j+……Qnj）·KspKsp、Ksq-各组用电设备最大负荷不可能同时出现的组间最大负荷同时系数，组数越多其值越小，一般取Ksp=0.85~0.95,Ksq=0.97。变电所的功率因数为cosφ=总的有功功率：PZ=18073.5×0.9=16266.2KW总的无功功率：QZ=11087.1×0.95=10532.7（KVAR）总的视在功率：Sz=全矿自然功率因数：cosφz===0.839表1.1负荷统计表序号用电设备名称电动机型式电压设备容量计算系数计算负荷总容量KW工作容量kccosφtanφP(KW)Q(KVAR)S(KVA)一井1一井主提升吊挂皮带绕线0.661881880.750.71.021411442012一井副提升绞车绕线63803800.80.850.623041883583压风系统同步0.386645270.850.80.75422-3165274通风系统绕线0.382601300.880.840.65114741365一井主排水绕线617008500.850.850.627234488506井底车场绕线0.66121.466.40.70.71.0246.547667一采区生产负荷系统绕线19501303.40.60.71.0278279211178一井排矸系统绕线1911910.70.750.881341181799一井原煤上仓系统绕线0.3852520.60.71.0231324510与二井公用地面系统绕线0.38329.52500.60.71.02150153214表1.1（a）序号用电设备名称电动机型式电压设备容量计算系数计算负荷总容量KW工作容量kccosφtanφP(KW)Q(KVAR)S(KVA)11选煤厂绕线0.38630.2460.20.60.71.0227628239412广场及生活区锅炉绕线0.38388.1373.30.60.750.8822419729813矿灯房绕线0.38181.71660.60.71.0210010214314机修厂绕线0.38387.4387.40.40.71.0215515822115地面电机车绕线1881410.40.90.4956286216照明及其他912.2771.20.80.90.4961730268717其它安全系统146814680.850．890.51248624139518其它生产系统325032500.60.890.5119509952189一井合计1314.510923.60.690.840.64747343709081二井生产系统19主井提升设备绕线68108100.750.71.02608620868表1.1(b)序号用电设备名称电动机型式电压设备容量计算系数计算负荷总容量KW工作容量kccosφtanφP(KW)Q(KVAR)S(KVA)21副井提升系统绕线64204200.80.850.6233620839522上仓系统绕线0.3844440.60.71.0226273723排矸系统绕线0.38166.5166.50.70.750.88116.5102.615524通风系统绕线613606800.80.850.6254433764025二采区轨上绞车绕线62402400.80.850.6219211922626二井主排水绕线617008500.850.850.6272344885027井底车场设备绕线266.3183.80.750.80.7513810317228压风设备合计同步802.55350.80.80.75428-32153529采掘设备合计绕线353033830.60.71.022029.82071289930其它安全系统146814680.850.890.51248624139531其它生产系统325232520.60.890.5195197621822.3主变压器选择2.3.1无功功率补偿根据《全国供用电规则》的规定：高压供电的工业用户功率因数应在0.90以上。所以，当变电所的功率因数低于0.90时，应采取人工补偿措施，补偿后的功率因数应不低于0.95。目前35（63）KV变电所一般采用在6（10）kV母线上装设并联电容器进行集中补偿的方法，来提高变电所的功率因数。当某配电线路负荷较大、线路较长时，为了提高补偿效果，可先在该配电线路末端或配电变压器的低压侧进行补偿，然后计算变电所的总计算负荷和功率因数，如功率因数不符合要求，可在变电所6（10）kV母线上再进行集中补偿。1.功率因数的提高（1）电容器所需补偿容量全矿自然功率因数COSφ1=0.839>>tanφ1=0.649;因为功率因数低于0.9，所以应进行人式补偿，补偿后的功率因数应达到0.95以上，即COSφ2=0.95>>tanφ2=0.329rn所以全矿所需补偿容量为：QC=PZ（tanφ1-tanφ2）=16266.2（0.649-0.329）=5205.2Kvar（2-3）式中：PZ-补偿前的最大计算有功功率tanφ1-补偿前功率因数角的正切值tanφ2-补偿后达到的功率因数角的正切值。（2）电容器柜数及型号的确定：电容器拟采用双星形接线接在变电所的二次母线上，结合现场的实际情况，降低线损，改善电压质量，充分发挥供电设备的效率，我们选BFM6.3-30-1型电力电容器，每个电容器标称容量30kvar，额定工作电压为6.3KV的电容器，装于电容器柜中，每柜装60个，每柜容量为1800Kvar，则需要电容器柜总数：N=（2-4）由于电容器柜分接在两段母线上，且为了在每段母线上构成三角型接线，因此每段母线上的电容器柜也应分成机等的两组，所以每段母线上每组的电容器柜数n为：n==1.6取不小于计算值的整数，则n=2，所以变电所电容器柜总数N＝2n＝4台。（3）电容器的实际补偿容量：(2-5)（4）人工补偿后的功率因数：Qa·c=Qz–Qc=10532.7–6530.6=4002.1KvarS=COSфa·c==0.971符合要求。2.电容器的的补偿方式和连接方式：电容器的补偿方式有三种，即单独就地补偿方式、分散补偿方式和集中补偿方式。其中，集中补偿方式将电容器集中装设在企业总变电所的母线上，以专用的开关控制。这种补偿方式的优点是电容器的利用率较高，管理方便，能够减少电源线路和变电所主变压器的无功负荷。其缺点是不能减少低压网络和高压配出线的无功负荷，需另外建设专门房间。工矿企业目前多采用集中补偿方式。考虑到布置对称和进线方便，选GR-1-03和GR-1-04电压互感器柜各一台，每柜中装有1台JDZ-6/100型电压互感器作为静电电容器柜的放电电阻，柜中有1×16L80-6.3/0.1电压表，3×D5-100信号灯及LW2-5.5/F4-X，转换开关，GR-1型高压电容器柜一次方案及电容器和电压互感器的接线方式见表2.1和图2-1表2.1GR-1高压电容器柜一次方案010203方案编号666额定电压606060BFM6.3333XD5-100111JDZ-6.6/1003.按补偿后全矿有功、无功负荷近似计算：由《煤矿电工手册》第四册图图2-1电压互感器接线方式有功损失：=0.02×16266.2=325KW全矿总的计算负荷无功功率：2.3.2主变的选择1.主变台数的确定具有一类负荷的变电所，应满足用电负荷对供电可靠性的要求。根据《煤炭工业设计规范》规定，矿井变电所的主变压器一般选用两台，当其中一台停止运行时，另一台应能保证安全及原煤生产用电，并不得少于全矿计算负荷的80%；《工业企业设计规范》也规定，对具有大量一、二类负荷的变电所，一般选用两台变压器，当其中一台故障或检修时，另一台能对全部一、二类负荷继续供电，并不得小于全部负荷的70%。对只有二、三类负荷的变电所，可只选用一台变压器，但应敷设与其它变电所相联的联络线作为备用电源。对季节负荷或昼夜负荷变动较大的，宜于采用经济运行方式的变电所，也可以采用两台变压器。2.主变容量的确定变电所中主变压器的容量应按补偿后变电所的负荷总容量及主变压器的台数和运行方式确定，还应考虑5年~10年的发展规划。主变压器应选择低损耗变压器，同一变电所中的几台主变压器的型号和容量应该相同。当选择两台主变压器而且两台同时运行时，其中一台故障，另一台必须保证工矿企业的一、二类负荷用电，并不得少于变电所总计算负荷的80%或70%。S≥=13684KVA（2-6）式中：PZ″—变电所总的有功功率Ksb—故障保证系数，根据企业一、二类负荷所占比例确定，对煤矿企业取Ksb不小于0.8保证生产和安全用电Sbe

=（ΣP生+ΣP安）/cosΦz=（9302+5241）/0.97=14993KVA根据以上二式选择SFL7-16000/63型变压器二台，见表SFL7-16000/63型型号额定容量KVA额定电压，KV额定损耗，KW阻抗电压%空载电流%连接组重量t外形尺寸，mm高压低压空载短路长宽高SFL71600016000636.323.581.791YN，d1130.4487537204775SFL7-16000/63型变压器的结构特点是铁芯采用冷轧晶粒取向硅钢片，其特点是低损耗、高效率型的节能变压器。2.3.3变压器的经济运行问题1.经济运行状态变电所的负荷很不均匀，负荷变化很大，使变压器有时在半载下工作，这样运行很不经济，合理的运行应该在低负荷时变压器解列，只留部分变压器保证正常供电，这样，变压器自身的有功损失最小，以及使无功功率在电源线上引起的有功损失也最小即运行费用最低，这就是变压器的经济运行状态。2.经济运行的计算及确定无功功率在电源线路上所引起的有功损失可用无功功率经济当量系数Kw换算成等效的有功损耗，则由变压器产生的综合有功损耗为：△PT=△Pi.T+β2△PN.T+Kec（△Qi.T+β2△QN.T）（2-7）式中：△Pi.T-单台变压器的空载损耗：△PO=23.5KW△PN.T-额定短路损耗：△PN.T=81.7KWβ-负荷系数β====0.523Kec-无功功率经济当量Kw=0.06~0.1Kw/Kvar取Kw=0.08∆Qi.t—变压器空载无功功率kvar∆Qi.t=2×=2××16000=320Kvar△QN.T—额定无功短路损耗∆Qe=(·S·Tβ2)×2=Kvar所以单台变压器运行时，其功率损耗为：SN.T—单台变压器的额定容量SN.T=16000KVA则△PⅠ=△Pi.t+Kec△Qi.t（△PN.T+Kec△QN.T）2S2Sa.c2SN.T△PⅡ=2(△Pi.t+Kec△Qi.t)+2(△PN.T+Kec△QN.T)②式②式运行时的功率损耗与负荷变化关系图。中Scr为压器经济运行的临界负荷。①△①△PScr②S图2.1功率损耗与负荷变化关系图从上图可看出，有功功率的损耗与负荷变比的关系。Scr==16000=13213KVA则可以看出，当变压器的负荷超过值13213KVA时，就应该投入两台并列运行，若当用电低峰时，就应该分例运行，参考《变电技术手册》。第3章地面供电系统的设计3.1变电所位置的选择3.1.1变电所位置选择的条件确定60KV地面变电所位置时，应考虑以下条件：变电所位置应尽量靠近负荷中心，以减少配电线路长度，能损耗和电压损失；不占或少占农田；进出线要方便，尽量避免线路相互交叉和跨越，架空线路走廊与所址同时确定；交通运输要方便，以利于变压器等大型设备的运输；具有适宜的地质条件，有防止地下水、雨水和洪水浸淹措施；应考虑与邻近设施的相互影响，远离震动大的设备和易燃易爆的场所，应尽量避开污染源，否则应采取防污措施；应与其它工业建筑物保持足够的防火间距；应留有扩建的余地，不妨碍工厂或车间的发展。总之，要根据煤矿企业的具体情况，从技术和经济方面进行综合分析，以便确定变电所的位置。综合考虑本变电所拟定在工业广场北侧，入场公路西侧高地，变电所座落在电力负荷中心，矿一井、二井选煤厂及工业广场大部分在变电所南侧附近，架空线可直接引入变电所，6KV配出集中在西侧进出线方便，其东侧为工业广场公路，交通运输便利，变电所西部有截水沟，可防止积水淹浸。3.2变电所电源结线的确定3.2.1一次结线、二次母线及配出线的结线1.根据《煤矿供电》课本提供，桥形结线一般适用于35~110KV双电源进线的变电所。主结线形式有全桥、外桥，双母线，单母线分段和线路变压器组。经过综合考虑，一次主结线采用全桥结线；其特点是线路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，故其具有运行灵活、适应性强的优点，不论是切换变压器还是切换线路都可方便地操作，并易发展成分段单母线接线的中间变电所。同时，考虑到煤矿供电系统的结线应做到筒单、可靠、运行灵活、经济合理、操作安全、方便，本设计将全桥结线的联络油断器和隔离开关用一台隔离开关作母线联络，这样，即缩小了横向长度，又降低了投资费用，在性能上具备全桥结线的优点，适应性强，操作方便，适用于发展成单母线分段的中间变电所。2.二次母线。变压器二次侧选用单母线分段，选此方案有以下几个方面：（1）结线所用设备少，经济，系统简单，操作安全，并有供电可靠性；（2）一次结线全桥易发展成单母线分段，形成配套使用从二个方面考虑选此方案。3.配出线的结线。考虑到保证用户正常工作，安全用电，本设计优先采用新技术的原则，6KV配出柜选用GBC—6(F)型高压开关柜，其优点是运行简单，操作方便还具有“五防”功能，即防止误操作断路器、防止带负荷分合隔离开关、防止带电挂接地线、防止带地线合闸和防止误入带电间隔。在停、送电操作时，必须严格按照顺序操作，即断路器与隔离开关之间：送电时，先合隔离开关，后合断路器；停电时，先断开断路器，后断开隔离开关。为了实现“五防”，柜内的联锁装置有：（1）由于手车面板上装有位置指示旋钮的机械闭锁，所以只有断路器处于分闸位置时，手车才能抽出或推入，防止了带负荷操作隔离触头。（2）由于断路器与接地开关有机械联锁，只有断路器分闸、手车抽出后，接地开关才能合闸；手车在工作位置时，接地开关不能合闸，防止了带电挂接地线。接地开关接地后，手车只能推进到试验位置，防止了带地线合闸。（3）柜后上、下门装有联锁，只有在停电后手车抽出、接地开关接地后，才能打开后下门，再打开上门。通电前，只有先关上后上门，再关后下门，接地开关才能分闸，使手车推入到工作位置，防止了误入带电间隔。（4）仪表板上装有带钥匙的控制开关（防误型插座）防止误分、误合断路器。为了防止雷电入侵波对电气设备的危害，所有各段母线装设避雷器，提高功率因素的静电电容器组分别安装在6KV侧两段母线上，各段母线上均安装电压互感器，结线方式见附图。另外本设计还在所内安装一台SL7-50/6型变压器以供主变、主扇、蓄电池充电机、照明等用电。第4章短路电流的计算4.1计算短路电流的目的和任务为了使供电系统可靠、安全地运行，并将短路带来的损失和影响限制在最小范围内，必须进行短路电流计算，正确地选择电气设备；选择和整定继电保护装置；确定是否需要采取限流措施及正确选择限流备；确定系统的接线和运行方式，判断哪种主接线方案和运行方式更能保障供电的安全性和可靠性。需计算最大和最小运行方式下的短路电流有效值以及最大运行方式下的短路容量和短路电流的冲击值。所需计算的短路参数有：最大、最小运行方式下的次暂态短路电流I,最大运行方式下的次暂态短路容量S'，短路冲击电流iim,短路发生后0.2S时短路电流周期分量有效值I0.2和三相短路容量S0.2，稳态短路电流有效值Iss等。4.2短路点的选择1.本设计的供电系统图是由任务书下达的图4-1图中选取6个短路点，供后面计算和整个设计的需要。2.由任务书提供数据，一次6KV母线短路阻抗标么值，最大运行方式Xmax=0.55098，最小运行方式：Xmin=0.8276，按无穷大系统容量计算。*Xmax=0.55098Xmin=0.8276*k1k1k4k5k6k2k3一井中央变电所二井中央变电所一井风井二井风井图4－1短路计算点4.3短路电流的计算1.基准容量的选取选择基准容量：Sj=100MVAUj1=63KVUj2=6.3KVIj1===0.916(4-1)Uj2=6.3KVIj2===9.162.元件相对位置电抗值的计算（标么值）（1）电源电抗标么值：Xxmax=0.55098Xxmin=0.8276（2）变压器电抗Xb=Ud%=0.09×=0.563(4-2)（3）架空线=0.4×30×=0.302(4-3)=0.4=0.251（4）一井中央变电所电缆电抗×0.08×二井中央变电所电缆电抗==0.82×0.08×=0.165（5）通往风井的架空线=0.4×1.8×=1.814=XoL9=0.4×1.6×=1.6123.求各短路回路总电抗K1点短路回路电抗=+=0.55098+0.251=0.802=Xkmin+XL1min=0.8276+0.302=1.129K2点短路回路电抗=+/2=0.802+0.563/2=1.084=+=1.129+0.563=1.692K3点短路回路电抗=+/2=1.084+0.151/2=1.16=+=1.692+0.151=1.843K4点短路回路电抗=+/2=1.084+0.165/2=1.167=+=1.692+0.165=1.857K5点短路回路电抗=+/2=1.084+1.814/2=1.991=+=1.692+1.814=3.51K6点短路回路电抗=+/2=1.084+1.612/2=1.89=+=1.692+1.612=3.3044.计算各短路点电流（1）K1点短路电流：最大运行方式：=1/=1/0.802=1.247KA==0.916×1.247=1.14225kA=2.55=2.55×1.14225=2.912kA=1.52=1.52×1.14225=1.736kA==100×1.247=124.7mVA最小运行方式=1/=1/1.129=0.885==0.916×0.885=0.811kA=2.55=2.55×0.811=2.069kA=1.52=1.52×0.811=1.233mVA==100×0.885=88.5mVA（2）K2点短路电流：最大运行方式：=1/=1/1.084=0.923KA==9.16×0.923=8.46kA=2.55=2.55×8.46=21.57kA=1.52=1.52×8.46=12.86kA==100×0.923=92.3mVA最小运行方式：=1/=1/1.692=0.591KA==9.16×0.591=5.41kA=2.55=2.55×5.41=13.8kA=1.52=1.52×5.41=8.22kA=100×0.591=59.1mVAK3点的短路电流：最大运行方式：=1/=1/1.16=0.862==9.16×0.862=7.9kA=2.55=2.55×7.9=20.15kA=1.52=1.52×7.9=12.01kA==100×0.862=86.2mVA最小运行方式：=1/=1/1.843=0.543KA==9.16×0.543=4.97kA=2.55=2.55×4.97=12.67kA=1.52=1.52×4.97=7.55kA==100×0.543=54.3mVAK4点的短路电流=1/=1/1.167=0.857kA==9.16×0.857=7.85kA=2.55=2.55×7.85=19.78kA=1.52=1.52×7.85=11.93kA==100×0.857=85.7kVA最小运行方式：=1/=1/1.857=0.539kA==9.16×0.539=4.94kA=2.55=2.55×4.94=12.6kA=1.52=1.52×4.94=7.51kA==100×0.539=53.9mVAK5点的短路电流：最大运行方式：=1/=1/1.991=0.502kA==9.16×0.502=4.6kA=2.55=2.55×4.6=11.73kA=1.52=1.52×4.6=6.992kA=100×0.502=50.2kVA最小运行方式：KA=9.16×0.285=2.61kA=2.55×2.61=6.66kA=1.52×2.61=3.97kA=100×0.285=28.5mVAK6点短路电流：最大运行方式：=1/1.89=0.529mA=9.16×0.529=4.85kA=2.55×4.85=12.37kA=1.52×4.85=7.3kA=100×0.529=52.9mVA最小运行方式：=1/3.304=0.303=9.16×0.303=2.78kA=2.55×2.78=7.09kA=1.52×2.78=4.32kA=100×0.303=30.3mVA4.4短路计算结果表4.1短路电流计算结果短路点短路点方式Ik*Ik（3）ichIch1SkXK860KV母线短路点K1最大1.2471.1422.9121.736124.70.802最小0.8850.8112.0691.23388.51.1296KV母线短路点K2最大0.9238.4621.5712.8692.31.084最小0.5915.4113.88.2259.11.692一井中央变电所K3最大0.8627.920.1512.0186.21.16最小0.5434.9712.677.5554.31.843二井中央变电所K4最大0.8577.8519.7811.9385.71.167最小0.5394.9412.67.5153.91.857一采区风井K5最大0.5024.611.736.99250.21.991最小0.2852.616.663.9728.53.51二井风井K6最大0.5294.8512.377.3752.91.89最小0.3032.787.094.2330.33.304第5章变电所高压电气设备选择5.1概述正确地选择电气设备对供电的可靠性、安全性、经济性都有着重要的意义。首先，应根据使用环境选择电气设备的类型，使所选设备的型式与环境条件相适应；其次，按电路的实际工作条件选择和校验电气设备的技术参数，以保证电力系统在正常时和发生故障时，电气设备均能安全、可靠地工作。选择电气设备时应尽量选用国产先进设备，并注意在技术合理的条件下尽量节约投资。变电所电气，起着接受、分配、控制与保护等方面的作用，某一次主要设备如：断路器，负荷开关，隔离开关，熔断器，互感器，成套配电装置，电抗器与母线等，本章仅讨论某些电器的选择问题，高压设备选择与检验项目见表5.1表5.1高压设备选择与检验项目项目名称按正常工作条件选择短路校验额定电压额定电流种类与形式操作机构准确度二次负荷电压变比电流变比材料百分电抗断流容量热稳定动稳定断路器×××××××隔离开关××××××熔断器×××电压互感器×××××电流互感器××××××电抗器××××××支柱绝缘子×××穿墙套管×××××母线×××××电缆×××××注：（1）“×”表示需要进行选择与检验的项目（2）种类与型式表明该设备使用条件及型号（3）当负荷开关带熔断器时可不进行短路检验（4）110千伏及以上母线需按电晕条件校验5.260千伏设备的选择5.2.160kv隔离开关的选择1.60KV侧短路电流计算时间tj=tr+tc+0.05秒(5-1)=1.64+0.1+0.05=1.86式中tj短路电流总的假想作用时间tr是继电保护的动作时间，取1.64tc断路器的断路时间，取0.12.60千伏隔离开关的选择（1）1#及2#带接地刀闸的隔离开关选型及校验①按使用条件选择因本设计是室外布置，所以选户外型，同时为了停电后能可靠的保证安全而选用带接地刀闸的。按正常工作条件选择设备规格型号额定电压额定电流极限通过电流KA4秒热稳定电流KA操动机构型号峰值有效值GN19-630-2060KV630A502920CS6最高工作电流：Ig=1.05Sd/3UN