龙凤矿区变电所电气部分设计

中文题目：龙凤矿区变电所电气部分设计外文题目：LONGFENGMINESUBSTATIONELECTRICALPARTDESIGN毕业设计（论文）共87页（其中：外文文献及译文20页）图纸共1张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要变电站是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压。在系统中，变电站成了输电和配电的集结点。变电站可大可小，可以自动控制，也可以手动控制。手动控制可以远距离操作鼓吹者由现场值班人员完成。另外，变电站可以有一些设备来向系统提供适当的无世界范围控制变电站母线的电压。变电站总体设计差别很大，取决于所遇到的各种情况。因此，超高压和高压变电站没有拟定的规则。我的这个设计是龙凤矿变电所电气部分，设计过程中执行有关方针政策，尽量选用新设备，确保供电的安全，可靠，技术经济合理。设计的主要内容包括：负荷计算及功率补偿，供电方案的选择，短路电流计算和电气设备的选择，继电保护的整定计算，过电压保护等。根据实际情况，有关技术规定均采用新标准，以增加实用性。关键词：变电站;继电保护;负荷计算;功率补偿AbstractThesubstationisanassemblageofequipmentforthepurposeofswitchingorchangingorregulatingthevoltageofelectricity.Substationsformthefocalpointinasystemfortransmissionanddistributionofelectricalenergy.Theycanbelargeorsmall,itmaycontrolbytakingplaceofadistanceorbyalocalattendant.Inaddition,thesubstationcancontainequipmenttocontrolthevoltageatitslocationbysupplyingtheproperamountofreactivepowerintothesystem.Generaldesignofsubstationisdifferentgreatly,dependingupontheconditionstobemetwithand,therefore,forEHVandHVsubstationnorulescanbelaidout.ThedesignisfortheelectricpartoftransformerstationintheLongfengcoalmineafterIfinishedmycollegework.Theprimedesigncontentiscalculatingload;makinguppowerfactor;choosingpowersupplyprogram;choosingsectionofconductingwire;calculatingshortcircuitcurrent;choosingelectricequipment;thedesignofrelayprotecting;overvoltageandpreventlighting.Themainofthedesignprimaryinclude,powersupplyplanchoice,over-voltageprotectionandallthetechniqueaboutprovideadopt.thenewstandardandincreaseditspractice.Keywords:substation；relayprotecting；loadcalculating；powercompersations目录TOC\o"1-3"\h\u3977前言 11801概述 2100501.1龙凤矿区矿井概述 2201171.1.1采矿方式及运输方式 2112821.2变电所上级电源简述 2276281.3选择变电所位置 2274822负荷计算及主变压器选择 362192.1负荷计算 359432.1.1需要系数法举例 3130332.1.2龙凤矿区总用电负荷计算 5228862.2主变压器的选择 5287712.2.1功率因数 5262402.2.2选择变压器 79233变电所的电气主接线设计 10235233.1主接线设计的原则 10313473.1.1可靠性 10179133.1.2安全性 10218773.1.3灵活性 10229843.1.4经济性 10229523.2常用的主接线形式 1010053.2.1桥式接线 10220493.2.2分段单母线接线 12164903.2.3双母线接线 1289813.3主接线方式的选择 1325463.4运行方式 1336984电力线路的导线的选择 14257574.1龙凤矿区电力线路的简述 14190184.1.135kv电力线路 14264054.1.26kv电力线路 14214024.1.3主要电力线路资料 14325404.2供电导线截面的选择 15154014.2.1按经济电流密度选择导线截面 15204074.2.2按长时间允许电流验算各段导线截面 17226854.2.3按电压损失验算各导线截面 17184754.2.4按机械强度及最小热稳定截面校验 2171574.2.5线路的参数表 22137375短路电流的计算 23297015.1短路电流计算的目的 23303305.2短路的危害 23221885.3短路计算 23242755.3.1原始数据 23281205.3.2短路点的选取 2395495.3.3基准值的选取 231515.3.4元件的标么值计算 2572115.3.5各短路点相关数据计算 27270796主要电气设备的选择 32260746.1选择的原则 32125756.1.1满足正常工作条件进行选择 3216046.1.2满足短路的动稳定条件和热稳定条件 32168086.2选择高压断路器 32327546.2.1满足正常工作条件对断路器进行选择 32207066.2.2动、热稳定校验 33253656.3选择隔离开关 34256386.3.1选择隔离开关 3497006.3.2动、热稳定校验 3435906.4选择互感器 3463966.4.1电流互感器的选择 3429996.4.2电压互感器的选择 3580956.4.3高压熔断器的选择 36273416.5变电所母线及绝缘子的选择 36212516.5.135kv母线的选择 36250396.5.235kv母线支柱绝缘子与套管绝缘子的选择 38125666.5.36kv侧母线的选择 3967626.5.46kv母线支柱绝缘子与套管绝缘子的选择 40149456.6高压配电柜的选择 41251726.6.1高压开关柜的选择 41163616.6.2主受柜的校验 4282127继电保护 44269487.1继电保护装置的概念 4449457.1.1继电保护的任务 44318097.1.2对继电保护装置的要求 44256887.2主变压器的保护 45314377.2.1变压器常见故障 45258387.2.2变压器的瓦斯和温度保护 4543477.2.3差动保护的原理 46134917.2.4整定计算 47236447.2.5变压器过电流保护 49198727.2.6变压器的过负荷保护 4979468变电所的防雷和接地设计 51249288.1防雷设计 51174238.1.1装设避雷针 51303658.2装设接地装置 5220709技术经济分析 5410结论………………………56致谢………………5728015参考文献 5828805附录A 603219附录B 68前言本次设计为龙凤矿变电所，此变电所为全矿供电，由于煤矿供电有一定的特殊性，必须保证供电的连续性、安全性、可靠性。否则一旦停电会造成生产中断、水灾、瓦斯积存、无法供氧、无法升井、救灾工作无法进行等严重事故。所以在本次龙凤矿变电所的设计中采用了新的技术以及先进的设备和安全可靠的措施，设计要做到保障人身安全、供电可靠、技术先进、经济合理和维护方便，确保设计质量，制订本规范。变电所设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，远近结合，以近期为主，适当考虑发展的可能。变电所设计应根据负荷性质、用电容量、工程特点、所址环境、地区供电条件和节约电能等因素，合理确定设计方案。设计是工程建设的关键，成功的设计工作是对后期的建设以及生产运行的安全可靠性和综合经济效益都起着决定性的作用，是书本中的技术知识转化成生产力成果的关键所在。通过本次设计可以使我比较完整的掌握煤矿变电所的设计步骤和相关内容，同时也巩固了以前所学的电力系统和供电方面的知识。１概述1.1龙凤矿区矿井概述1.1.1采矿方式及运输方式该矿区的采煤方法以柔性掩护支架采煤法、走向长壁采煤法为主，开拓方式是平巷分水平开拓。采区工作面是采用刮板运输机运输，大巷则通过电机车运煤到各水平煤仓，煤则靠自重溜至550水平煤仓，再用电机车运到煤仓，通过筛分洗选后装车运到外面。本矿井是低瓦斯矿井，矿井自然通风条件较好，没有瓦斯和煤尘突出现象，从而主扇风机安装容量较小，是140kW。用斜井绞车运送矿内各水平间材料，共3台，总装机容量是490kW。矿内主要负荷是压风机、开拓装载机、运输机械、机修厂和地面生产系统。1.2变电所上级电源简述龙凤矿区变电所的电源电压是35kV，地面低压是380V，高压电动机是6kV，井下低压动力设备是660V，照明电压是220V。变电所的作用是接收、变换、分配电能，是供电系统中很重要的部分，要保持供电稳定并且不能间断。从而龙凤矿区变电所有两路上级电源，一路是供电距离是21KM的辽宁发电厂，导线是LGJ-120型钢芯铝绞线，另一路电源是抚顺发电厂，供电距离是9公里，导线是LGJ-120型钢芯铝绞线。1.3选择变电所位置变电所位置的选择，要考虑的因素有很多，要在负荷中心，而且要接近电源，运输方便，不能再有剧烈振动的场所。当变电所是独立建筑时候，不适宜建设在低洼和容易雨后积累水的地方。另外，变电所不能建设在爆炸危险场所和不适合建设在火灾危险场所的正上方或者正下方。同时建设变电所时候，要留有一些余地，以便以后进行扩建。2负荷计算及主变压器选择2.1负荷计算如果确定了用电的负荷，那么随之就能选择变压器容量、导线截面等，同时它也是继电保护整定的重要依据。用电的负荷计算结果也是矿山用电设备确定额定参数的依据。如果计算错误会产生很多不好的结果。如果计算结果过大，会使选择的变压器容量、电器设备、导线截面选择过大。这样就产生了投资浪费。如果计算结果过小，那么选择的变压器容量不够或者电器设备、导线电能损耗增加，进而出现过热、加速绝缘老化等现象，事故发生概率变大，所以可以证明负荷计算的重要性。计算多组设备的用电负荷主要用需要系数法，在计算范围内，把用电设备按着他们的性质不同分组，然后给每组选出恰当的需要系数，算出每组的用电负荷，再把各组的用电负荷相加，这就是需要系数法。此次设计的需要系数是从《工厂供电》和《煤矿供电》中用电设备组的需要系数值表中查得。2.1.1需要系数法举例以供水系统的负荷计算为例，已知：供水系统的工作总额定容量=kW，查《煤矿供电》需要系数表知：=，=,=将数据代入公式：×kW=×tanS=362.7kVA式中：——需用系数——功率因数——功率因数对应的正切值——设备的最大连续负荷——最大连续负荷无功功率——最大连续负荷视在功率其他负荷的计算和此举例计算类似，各个设备组的负荷的计算值见表2-1龙凤矿设备负荷统计表。表2-1龙凤矿设备负荷统计表Tablet.2-1TheLongFengEquipmentloadstatisticaltable序号名称设备容量kW安装工作需用系数最大连续负荷有功无功视在kWkvarkVA1一斜坡绞车2000.50.71.01001001412二斜坡绞车1101100.50.71.05555783机修厂3000.350.61.331051401754供水系统5923890.70.750.88272.3239.6362.75地面低压8910.850.90.484757.35366.6841.46地面生产2002000.610.710.99122120.78171.67小计1411.651021.98井下部分1680绞车1801800.70.71.0126126178.192排水2241120.850.80.7578.458.8983通风140700.9.080.756347.2578.754压风机261520550.80.80.751644123320555运输系统34270.484829.331903.66岩石一段410272.65341.17岩石二段4200.50.61.33279.3349.48岩石三段4570.50.61.33228.5380.29采煤一段12650.40.61.33506572.9584210采煤二段13010.7650.511采煤三段12280.71041.9小计6161.75210.51总计753762322.1.2龙凤矿区总用电负荷计算计算矿井变电所总负荷，先要把变电所用电设备按着生产环节分组，然后再分别求各组用电设备的负荷计算容量，然后把各组计算所得容量相加，再乘以组间的最大负荷同时系数，这就是变电所的总容量的计算过程。即：====于是：=P+Q确定最大负荷时取同期系数的值根据《工厂供电》得：计算负荷为kW时，=×=kW：=×=kvar：Sc==kVA：=P/Q=2.2主变压器的选择以矿井的负荷量和供电的可靠性作为依据，进行对变电所主变压器的容量和台数的确定。因为龙凤矿是大中型矿井，对供电有比较高的可靠性要求，由煤矿安全规程规定可知，决定选择主变压器的台数是两台，其运行方式是一使一备。如果想要进行分期建设，且经济技术比较具有优越性时，或者在两台变压器需要增加限制短路电流的设备时候，才开始考虑增加到三台变压器分期建设进行分列运行。2.2.1功率因数功率因数是衡量供电系统是否经济运行的一项重要的技术经济指标，它反映了无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，也反映了供配电系统的供电能力。一般希望功率因数越大越好，这样电路中的无功损耗可以降低到最小，视在功率将大部分用来供给有用功率，从而大大提高电能的利用率。低功率因数对供配电系统的影响功率因数低是无功功率大的表现，会产生很大的危害，使供配电系统的损耗增加，系统的总电流增加了，使电压损耗增加，电路电流越大，电压损失也就越大，使系统上的功率损耗也增加了，系统的总电流越增大，使供电系统中的容量增大，使控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，初投资增大。2）无功功率补偿减少无功功率，对供配电系统具有多方面重要的意义，减少无功功率首先应着眼于提高眼前的自然功率因数，即提高设备本身的功率因数，包括合理选用变压器等以达到最好的工作状态，合理选择变电所位置从而减小路线的长度、合理调度去运行等措施。如果采取以上措施仍然不能提高功率因数，那么则应该进行无功功率补偿。功率补偿的方法有两种：一种是同步补偿机补偿；另一种是静电电容器补偿。目前多采用的方法是在6kv母线上装设静电电容器来集中补偿。电容补偿容量原理见图电容器容量补偿原理图所示：图电容器容量补偿原理图Figure2-1capacitorcapacitycompensationprinciple考虑到变压器有无功损耗，则将功率因数提高到0.94，对电容器进行以下计算：已知根据公式：kvar式中：tan——补偿前功率因数对应正切值——补偿后功率因数对应正切值——静电电容器补偿容量kvar——矿井有功功率的计算负荷kW2.2.2选择变压器根据矿井负荷量和供电可靠性要求，去确定变电所主变压器容量和台数。因为龙凤矿是大中型的矿井，有较高的供电可靠性要求，根据煤矿安全规程的规定，确定主变压器的台数是两台，它们的运行方式是一使一备。1）变压器容量的确定在初选前，只能先对主变压器的损耗进行估算，计算公式是：Δ=Δ=其中：Δ——Δ————kv——kv代入数据得：ΔkWΔ考虑变压器损耗后的总功率：=+ΔkW=Q+Δkvar=kVA=所选两台变压器，每台容量按下式计算：SN≥式中：——取0.8-1——考虑人工补偿和变压器损失后的功率因数此次设计取1，根据要求假如两台变压器其中一台发生了故障，停止运行的时候,另一台则需承担整个矿井负荷确保正常供电。所以，取=1。这样备用系数比较高，设备投资比较多，但对保证供电可靠性，有利于对生产效益的提高。变压器的容量是：kVA选用两台S7-8000-35型电力变压器作为变电所的主变压器，相关参数见表变压器主要参数表。表2-2变压器主要参数表Tablet.2-2Listoftransformermainparameter型号额定电压kv额定电流A阻抗电压%Δ%空载电流%%损耗接线组别高压低压高压低压空载Δ短路ΔS7-8000/35356.31327337.50.812.347.52）变压器损耗计算变压器损耗的计算按其损耗最大的运行方式考虑，即最大负荷以一台变压器工作的情况去进行计算，此时负荷率为：===其中，：Δ=Δ+Δ×β2=12.3+47.5×0.8542=46.9kW无功损耗：Δ=Δ+Δ×β2=×SNT+××==kvar式中：Δ——变压器空载的有功功率损失，由表变压器主要参数表知为kWΔ——变压器额定负载下的短路损失，由表变压器主要参数表知为kW——变压器空载电流占额定电流的百分比，由表变压器主要参数表知Δ——变压器空载无功功率损失Δ——变压器在额定负载下无功功率损失增加kvarΔ%——变压器短路电压占额定电压百分比，由表变压器主要参数表知为加入后，变压器的总容量是：=+Δ=kW=Qc1+Δ=kvar==kVA===由此可见选择的选变压器和电容器都满足要求。

3变电所的电气主接线设计主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依照一定的次序连接的接受和分配电能的电路。变电所的主接线应该根据变电所在电力系统中的位置、回路数、设备特点和负荷性质等条件来确定；并该应满足运行可靠、安全、简单、灵活、操作方便和经济节约的要求。如能够满足以上要求，变电所高压侧则应该尽量采用断路器较少或不用断路器的接线，例如线路变压器组成桥型接线等。3.1主接线设计的原则3.1.1可靠性主接线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。要保证主接线的可靠性可以采用多种措施。如：系统中某一电气元件故障时，可以由保护装置自动把故障元件迅速切除，使其不影响系统其他部分的继续运行；也可以在系统中设置备用元件，当工作元件故障时，由自由装置立即投入备用元件来替代工作元件。3.1.2安全性必须符合有关技术规范的要求，能充分保证人员和设备的安全。3.1.3灵活性能适应各种可能的运行方式的要求。主接线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主接线电路关系的改变叫运行方式的改变。运行方式的改变通常是通过对主接线中的某些个电器元件的投入或者切除来实现的，所以，主接线应该考虑是否方便电器元件的投切操作，取适应各个阶段能源供电能力与负荷变化的要求，适应元件检修的要求[3]。3.1.4经济性在满足上面所述条件前提下，尽量使用主接线简单，投资少，运行费用低，节约电能和有色金属的消耗。3.2常用的主接线形式主接线可分为有母线接线和无母线接线两大类。有母线接线又可分为单母线接线、分段单母线接线和双母线接线；无母线接线可分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。3.2.1桥式接线龙凤矿变电所kv侧的接线采用桥型接线。桥型接线形式可分为全桥、内桥和外桥。如图桥形接线方式图。内桥外桥全桥

图3-1桥形接线方式图Figure3-1bridgetypewiringdiagram各自的主要优缺点：1）内桥优点：电源线路投入和切除时操作简单便捷，设备投资和占地面积比全桥小操作变压器和扩建成全桥或单母线分段没有外桥方便。适用：电源线路较长、变压器不需要经常切换操作的情况。2）外桥优点：当电压器故障时操作方便，比内桥少了两组隔离开关，继电保护简单，过渡到全桥或单母线分段的接线简单。缺点：电源线路投入和切除的时候操作复杂，变电所一次侧无线路保护。适用：适合进线段供电线路较短且不易发生故障的场合，适合负荷变化大，需要经常对变压器进行投切操作的场合。3）适应性强对线路、变压器的操作均方便，扩展成单母线分段式简单。缺点：设备多，投资大，占地面积大3.2.2分段单母线接线龙凤矿区变电所kv侧接线可分为单母线分段、双母线两种接线。如图3-2分段单母线接线图，分段单母线接线也可以看成是两个独立的单电源单母线通过分段断路器联接而成的。分段单母线接线的运行方式主要有两种：两路电源同时工作、互为备用：两路电源一路工作、一路备用[8]。图3-2单母线分段接线图Figure3-2singlebusblockwiringdiagram3.2.3双母线接线双母线接线如图双母线接线图，双母线接线有两组母线，每组出线都要经过一台电路器和两组隔离开关分别和两组母线相连接，然而母线之间则是通过一个联络断路器联接，双母线接线的优点是，供电可靠，运行灵活，缺点是使用设备比较多，投入成本过大。适用于重要的一、二级负荷。图3-3双母线接线图Figure3-3doublebuswiringdiagram3.3主接线方式的选择因为龙凤矿区变电所是中间变电所，电源进线比较长，需要经常倒换线，所以以上文对各种接线方式的优缺点、适用范围的简介为依据，所以在此次设计中变电所kv侧的接线方式选用全桥接线方式[15]。而因为kv侧负荷较多，一类负荷对于供电可靠性要求较高，因为为一类负荷供电，至少需要两回路电源，并且要求两电源需要来自不同的变电所，或同一变电所的不同的母线上，而分段单母线接线能满足以上要求，且系统不复杂。所以，6kv侧采便用分段单母线接线。3.4运行方式本设计变电所运用两台主变并联运行，即二次侧分段单母线联和一次侧全桥联开关处于常闭合态。两台主变压器的型号、容量、参数都是相同的，在两台主变压器中形成的环流很小，所以可以并联。由于采用并联运行，当其中一台发生故障或者检修时，另一台可以给用户供电；当任一段母线发生故障或者检修时，则可以把一、二类负荷接到另一段母线上，确保一、二类负荷的能够得到不间断的供电，从而变电所供电的可靠性得到了提高。除此之外，两台变压器并联还可以使变压器把负荷平均负担，降低了损耗的指标。分列运行虽然能够短路电流小，使继电保护变得简单，但它的运行方式不足够灵活，供电可靠性不高[9]。

4电力线路的导线的选择供电系统的电路有内线和外线两类，内线是建筑物室内的配电和照明线路，外线指架空线路和电缆线路，此次设计主要针对外线的导线的选择。4.1龙凤矿区电力线路的简述龙凤矿区煤矿是一级负荷用户，是双回路供电，并且两回路接在不同的母线上。4.1.135kv电力线路架空线路的优点是成本低，敷设容易、检修维护方便，所以目前应用较广泛。但是自然环境等对线路的影响比较大，而且在露天敷设，并且只有在塔杆的地方有机械支撑，所以，架空线要有一定的耐腐蚀能力和机械强度，同时还要有比较好的电气性能。kv线路，因为供电距离比较长，而且好多电力线路都要经过山区，气候变化比较复杂，所以对电力线路的强度要求比较高。4.1.26kv电力线路电缆线路是以电力电缆、电缆附件和配线箱等为主要元件所构成的线路设施，并且电力电缆是最核心的元件，电缆线路的优点是，可靠性高，不占用地上空间等。本次设计则是对主要线路进行了设计。如对中耳地变电所的架空线路，920中央变电所、800中央变电所、680中央变电所的架空和电缆线路进行设计。4.1.3主要电力线路资料表4-1主要电力线路资料表Table4-1mainpowerlinedatasheet名称架空线路长度（M）电缆线路长度（M）（M）中耳地变电央变电所260030003260800中央变电所18022002380920中央变电所3001101400表4-2主要电力线路负荷情况表Table4-2mainpowerlineloadsituationtable功率680中央变电所800中央变电所920中央变电所中耳地变电所有功kW1382.41579.511591332.8无功kvar1303.51309.912241006.9乘以同时系数0.85后有功kW1175.041342.59851132.5无功kvar11081113.41040855.9视在kVA16151744.114324.2供电导线截面的选择导线截面的选择对电网的技术、经济性能影响很大，只有综合考虑技术、经济效益，才能选出合理的导线截面。导线截面选择的一般原则：1）按经济电流选择；2）按长时允许电流选择；3）按允许电压损失条件选择；4）按机械强度条件选择。4.2.1按经济电流密度选择导线截面综合考虑，确定一个比较合理的导线截面，即经济截面，与之对的的电流密度则称为经济电流密度。经济电流密度就是使线路的经济费用总支出最小的电流密度。以经济截面作为选择线缆界面上限的方法就是按经济电路选择线缆截面的方法。各条导线的电流计算如下：==1）根据680中央变电所计算：根据年利用小时（）为，查《工厂供电》得。铝裸绞线的经济电流密度是：铝线=A/mm2铜芯电缆经济电流密度是：铜线=A/mm2从表主要电力线路负荷情况表可知690中央变电所=kVA则：===A680中变架空线架===mm680中变电缆===mm2所以，680中变架空线选择LGJ-钢芯铝绞线；电缆选择YJV29型50mm2交联聚乙烯铜芯电缆。根据800中央变电所计算：I==A中变架空线===mm2中变电缆===mm2所以，800中变架空线选择LGJ-mm2钢芯铝绞线；电缆选择YJV29型mm2交联聚乙烯铜芯电缆。根据920中央变电所计算：I==A920中变架空线===mm2920中变电缆===mm2所以，920中变架空线选择LGJ-95mm2钢芯铝绞线；电缆选择YJV29型50mm2交联聚乙烯铜芯电缆。根据中耳地变电所计算：===A中耳地变电所架空线===mm2所以，中耳地变电所架空线选择LGJ-mm2钢芯铝绞线。因为以上各变电所都是向井下供电的中央变电所，并且井下负荷是按生产布置变化的，考虑以后的发展余量，所以架空线都选择LGJ-mm2钢芯铝绞线；电缆都选择YJV29-95mm2交联聚乙烯铜芯电缆。4.2.2按长时间允许电流验算各段导线截面为了保证导线不致因长时间工作而过热，因此，选择截面应该满足下式，即：≥式中：——设备或载流导体允许通过的电流——设备或载流导体长期通过的最大工作电流LGJ-mm2的长时间允许电流是A，大于各水平负荷电流，680中央变电所负荷电流155A，800中央变电所负荷电流168A，920中央变电所负荷电流138A；中耳地变电所负荷电流137A。查《煤矿供电》修订本得YJV29-mm2交联聚乙烯电缆长时允许电流为300A，大于各水平负荷电流，即：680中央变电所负荷电流115A，800中央变电所负荷电流168A，920中央变电所负荷电流138A，中耳地变电所负荷电流137A，故按经济电流密度初选截面符合长时允许电流的要求。4.2.3按电压损失验算各导线截面680中央变电所、800中央变电所、920中央变电所、中耳地变电所架空线路导线的几何距离是3米，查《煤矿电工手册》得LGJ-120mm2钢芯铝绞线的单位电阻Ω/km，单位感应电抗为Ω/km。680中央变电所、800中央变电所、920中央变电所均采用YJV29型95mm2交联聚乙烯电缆，查《煤矿供电》修订本得：铜在oC时的电阻率=，r0=Ω/km。1）680中央变电所架空线：=Ω=Ω中央变电所电缆：=Ω=Ω则680中央变电所电源总的电阻为：=×Ω总的电抗为：=Ω2）800中央变电所架空线：=r0×L=Ω=x0×L=Ω中央变电所电缆：=×1000/s×L=Ω=Ω则800中央变电所电源线路总电阻为：==Ω总的电抗为：==Ω3）中央变电所架空线：=r0×L=Ω=Ω中央变电所电缆：=×1000/s×L=Ω=0.08×L3=Ω则920中央变电所电源线路总电阻为：==Ω总的电抗为：==Ω4）中耳地变电所电源线路：=r0×L=Ω=Ω各段线路电阻、电抗标幺值的计算取：=MVA=kv1）680中央变电所：====0.2566=2）800中央变电所：======3）920中央变电所：==0.2791×===0.2053×=4）中耳地变电所：==0.459×===0.7038×=电压损失的计算线路电压损失按以下公式计算：=电缆线路电压损失按下式计算：(4-10)电压损失按下式计算：(4-11)电压损失百分数按下式计算：Δ%=×100%(4-12)式中：——架空线路电压损——电缆线路电压损失计算电压的损失时，架空线路需要考虑电阻和电抗、电缆线路则只考虑电阻，至于电抗部分可以忽略不计。1）680中央变电所电压损失为：=×V＝＝VΔ%=×100%=%2）中央变电所电压损失为：=V＝＝VΔU2%=×100%=%3）中央变电所电压损失为：=×V＝＝VΔU3%=×100%=%4）中耳地变电所电压损失为：ΔU3=VΔU3%==%经以上计算，所有供电线路的电压损失都在5%范围内，电压损失满足要求。4.2.4按机械强度及最小热稳定截面校验查《煤矿供电》修订本得6kv钢芯铝绞线架空线路，机械强度要求的最小截面为25mm2，680中央变电所、800中央变电所、920中央变电所、中耳地变电所架空线路导线为LGJ-120mm2钢芯铝绞线，所以机械强度满足要求。电缆最小热稳定截面的校验：电缆最小热稳定截面的校验公式为：=式中：——最大三相短路电流A——电流的假想时间s，取0.55s——导线的热稳定系数，查《煤矿供电》取1651）680中央变电所的电缆的最小热稳定截面=×=mm2＜mm22）中央变电所的电缆的最小热稳定截面=×=mm2＜mm23）920中央变电所的电缆的最小热稳定截面=×=mm2＜mm2经过上面的计算，架空线路导线机械强度和电缆最小热稳定截面都符合要求。4.2.5线路的参数表表4-3线路参数表Tablet.4-3Thelistoflineparameter变电所名称线路型号长度m数量(条)680中央变电所架空LDJ-120电缆YJV29-800中央变电所架空LGJ-电缆YJV29-920中央变电所架空LGJ-电缆YJV29-1100中耳变电所架空LGJ-

5短路电流的计算短路是指两个或者多个导电部分之间形成的导电通路，然而此通路是这些导电部分之间的电位差等于或者接近零。短路产生的原因：绝缘损坏、雷击、操作失误、鸟兽跨越、恶劣的气象条件[6]。5.1短路电流计算的目的选择电气设备、整定继电保护装置、选择限流电抗器、提供电力系统接线和运行方式。5.2短路的危害热作用和电动力作用、影响其它设备、造成电网发电机解列、造成经济的严重损失、干扰通信和自动系统。5.3短路计算5.3.1原始数据此次设计采用标幺值法对短路电流进行计算，最大负荷的年平均利用小时按着3000-5000小时去计算，电源系统最大运行方式下的阻抗是：min=2.36欧；在最小运行方式下阻抗为：max=6.97欧。5.3.2短路点的选取图5-1供电系统图Fig.5-1Pictureoftheelectricpowersystem短路电流计算时，选择恰当的短路点是非常关键的。因为短路电流初始值是选择和校验电器、电线电缆的基本依据。在校验电器和载流导体时候，还需要用到短路电流峰值、稳态短路电流。除此之外，当计算大中型电动机的起动电压降低时，还需要用到短路容量。此次设计确定了六个短路点，如图供电系统图。短路点一在35kv母线上；短路点二在kv母线上；短路点三在中央变电所母线上；短路点四在800中央变电所母线上；短路点五在920中央变电所母线上；短路点六在中耳地变电所母线上。5.3.3基准值的选取=MVA=kv=kA=Ω=6.3kv=kA=Ω式中：——————————————5.3.4元件的标么值计算1）电源系统的阻抗标幺值：====2）电源进线的电抗标幺值：=查《工厂供电》得=0.4Ω/km=×==×=式中：X0——架空线路单位长度平均电抗L、L——3）变压器的标幺值=×==式中：Δ%——阻抗电压百分比4）6kv输电线路的阻抗标幺值680中央变电所供电线路：=0.65800中央变电所供电线路：=0.44920中央变电所供电线路：=0.52：=1.775）电源到各个短路点的总阻抗的标幺值：点：最大运行方式：=＋=＋最小运行方式：=+=点：最大运行方式：=+=最小运行方式：=+=点：最大运行方式：=+=最小运行方式：=+=点：最大运行方式：=+=最小运行方式：=+=点：最大运行方式：=+=最小运行方式：=+=点：最大运行方式：=+=最小运行方式：=+=式中：下标“”表示在最大运行方式下下标“”表示在最小运行方式下5.3.5各短路点相关数据计算计算至点的短路电流的周期分量、短路冲击电流、冲击电流有效值及短路容量。1)：最大运行方式：===kA短路电流周期分量：=×Ij1=kA冲击电流峰值：==kA冲击电流有效值：===kA短路容量：=×=MVA：===kA短路电流周期分量：=×=kA冲击电流峰值：==kA冲击电流有效值：==kA短路容量：=×=MVA2)：最大运行方式：===kA短路电流周期分量：=×=kA冲击电流有效值：==kA冲击电流有效值：==kA短路容量：=×=0.76×100=76MVA：===kA墩路电流周期分量：=×=kA冲击电流峰值：==kA冲击电流有效值：===kA短路容量：=×=kA3)：最大运行方式：===kA短路电流周期分量：=×=kA：==kA冲击电流有效值：==kA短路容量：=×=Ka：===kA短路电流周期分量：=×=kA：==kA：==kA短路容量：=×=MVA4)点：最大运行方式：===kA短路电流周期分量：=×=kA：==kA冲击电流有效值：==kA：=×=MVA：===kA短路电流周期分量：=×=kA：==kA：==kA：=×=kA5)点：最大运行方式：===kA：=×=kA：==kA：==kA：=×=MVA：===kA短路电流周期分量：=×=kA冲击电流峰值：==kA冲击电流有效值：==kA短路容量：=×=MVA6)点：最大运行方式：===kA：=×=kA：==kA：==kA：=×=MVA：===kA：=×=kA：==kA：==kA：=×=MVA短路电流计算的结果如表5-1短路电流计算结果表：表5-1短路电流计算结果表Tab.5-1Tabulationoftheelectriccurrentthatshortout最大运行方式最小运行方式短路点/KA4.672.933.393.663.572.38/KA10.7317.7513.3112.857.473.5411.228.649.336.07/KA10.537.054.422.15.125.535.393.59/MVA

6主要电气设备的选择主要电气设备按着功能分类可分为：变换设备（如电压互感器、电流互感器等）、控制设备（如高低压开关）、保护设备（如高低压熔断器、避雷器）、无功补偿设备（如并联电容器）、成套配电装置（如高低压开关柜等）。6.1选择的原则虽然电气设备种类繁多，功能也都不相同，但是也都要满足系统的要求。最基本的原则是：各个电气设备在系统正常工作时，能过长时间安全运行；在系统出现故障时，在保护器的配合之下，使没有发生故障的设备不发生损坏。6.1.1满足正常工作条件进行选择满足工作电压的要求2）满足工作电流的要求整体的原则是在正常工作状态下工作电流应该小于电气设备额定的电流。但是不同的电气设备有其本身的使用特点，所以对额定电流有不同的要求。3）考虑环境条件的影响设备类型和设备的部分参数选取都与环境条件有关系[4]。6.1.2满足短路的动稳定条件和热稳定条件绝大多数的电器都要经受系统短路时候的点动力与热冲击，如果设备能够经受住这种冲击，那么设备就满足动稳定和热稳定。6.2选择高压断路器高压断路器又被称为高压开关，它是供电系统中十分重要的开关设备，能够开端和闭合正常线路和故障线路，主要用途是当供电系统发生故障的时候和保护装置一起配合自动切断系统的短路电流[5]。6.2.1满足正常工作条件对断路器进行选择变电所进线电压是kv，则kv侧设备的正常工作条件是：kvkv==A1600A工作电压是kv，长时最大的工作电流是132A，并且设备布置在了室外，所以初步选则LW8-35型户外六氟化硫断路器，主要参数见表6-1断路器的选择表。表6-1断路器的选择表Tablet.6-1ChoiceoftheCircuitbreaker型号额定电压kv额定电流A极限通过峰值kA4s热稳定电路kA分闸时间s合闸时间sLW8-35351600100250.060.16.2.2动、热稳定校验1）动稳定校验式中：——：=kA——；=kAkA＞kA因此，满足动稳定要求。2）热稳定校验k点短路时热稳定值为：代入数据因此，满足热稳定要求。式中：——开关电器的t（单位为s）热稳定电流有效值——开关电器安装处的项短路电流有效值——假想时间取1.7s经过校验，选则的断路器各项参数都满足要求，所以选用LW8-35型断路器。6.3选择隔离开关隔离开关的重要作用是用来隔离高压电源保证其他设备的安全检修，它没有专门的灭弧装置，所以不允许带有负荷操作，操作必须在断路器断开之后进行。6.3.1选择隔离开关初选的隔离开关的最大工作电流与断路器相同，即=132A。由于电源电压是kv，设备采用的是室内布置，所以选用GN2-35T/600型户内高压隔离开关，其主要参数见表6-2隔离开关的选择表：表6-2隔离开关的选择表Tablet.6-2ChoiceoftheswitchkvA极限通过峰值电流kAkA操动机构GN2-35T/600356006425CS6-2T6.3.2动、热稳定校验动稳定校验=kA<kA所以，满足动稳定要求热稳定校验4.21式中：取1.7秒，t为5秒。所以，满足热稳定符合要求。6.4选择互感器互感器是将一次回路的电压、电流按比例降到某一标准值，供给二次回路的测量仪表和自动装置。6.4.1电流互感器的选择电流互感器在高压电网中，为计量仪表的电流线圈和继电保护装置提供电流。可以隔离电压，有利于运行人员的安全，同时可使仪表及继电器等制造标准化。按照正常工作条件选择如表6-3电流互感器的选择表：表6-3电流互感器的选择表Tablet.6-3Choiceofthemutualinductorofelectriccurrent型号额定电压kv一次额定电流A1秒热稳定电流kA动稳定倍数LCZ-35-300/535300651001)动稳定校验=kA＞=10.73kA所以，动稳定要求合格。2)热稳定校验=65kA＞==18.29kA所以，热稳定性符合要求。6.4.2电压互感器的选择电压互感器用于电气测量及接地保护。本设计选JDN-35型单相户外油浸式电压互感器2组，该互感器可安装在35kv中性点不直接接地的50赫兹交流电力系统中，供测量电压、功率和电能以及对继点保护和信号装置提供供电电源之用[4]。本产品能承受由于一相接地产生的长期电压增高无损伤。其主要参数见表6-4电压互感器的选择表：表6-4电压互感器的选择表Tablet6-4Choiceofthevoltagemutualinductor型号最大容量VA额定电压V副线圈容量（cos=0.8）VA原线圈副线圈辅助线圈JDN-3512000.5级1501级2503级600电压互感器的选择原则：1）其额压与供电电路额压相同；2）合适的类型；3）准确度和二次负荷应满足依公式1.1UN＞U1＞0.9UN则：1.1UN=38.5kv＞U1=35kv＞0.9U=31.5kv所以，选择的电压互感器满足要求。6.4.3高压熔断器的选择高压熔断器是用来防止过载电流短路通过电气设备的一种保护元件，常用来保护变压器，电压互感器和线路[2]。其选择条件：1）额定电压、电流和环境；2）额定切断电流；3）额定切断容量。选择35KV侧电压互感器的过流保护熔断器：表6-5高压熔断器的选择表Tab.6-5Choiceofthehigh-pressurefusebox型号额定电压kv额定电流A切断电流A切断容量MVARW1035586006.5变电所母线及绝缘子的选择6.5.135kv母线的选择1)按长时最大工作电流选择母线截面应满足下列要求：≥ ——导体允许通过电流——导体中长期通过的最大工作电流母线最大工作电流应按主变满载计算，即：Imax===132A故选择LMY-50×5的矩形铜母线，查《煤矿电工手册》中其额定电流为556A，由于变电所最高环境温度为35oC其长时允许电流为：=I=Aθ——母线的长期允许温度θ1——母线的实际温度考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值应再降低5%，所以：=490×0.95=455.7A＞132A所以，长时允许电流符合要求。2)热稳定校验==4210×=58mm2C——材料热稳定系数，查《煤矿电工手册》为95——短路电流持续时间为1.7秒所选截面=50×5=250mm2＞58mm2所以，选铝母线满足热稳定要求。3)动稳定校验35kv间隔距离为3米，母线中心距离为0.45米，最大运行方式时母线所承受的电动力最大其值为：=0.173=0.173××=132.79N母线最大弯矩：===39.84母线截面系数为：=0.167hb=0.167505=2.09m3母线的计算应力为==1.91×10N/m2铝材料的允许应力为：N/m2＞σ所以，所选则的铝母线动稳定符合要求。6.5.235kv母线支柱绝缘子与套管绝缘子的选择1)支柱绝缘子的选择选择ZA-35T户内支柱绝缘子,其额定电压35kv，破坏力FP=3675N，故最大允许抗弯力系数为0.6。F=0.6×3675=2205N母线平放，其换算系数K约为1K×F=132.79N＜2205N所以，动稳定符合要求。2)套管绝缘子的选择由于变压器一次侧额定电流为132A，电压为35kv，故选用户外式铝导体穿墙套管，其型号为CWLB-35/400A参数为额定电压35KV、额定电流400A、5秒热稳定电流7.6KA机械强度为7350N长度1020mm和CLB-35/400A型户内穿墙套管长度为980mm。由于环境温度为35oC，其长时允许电流为：=352A＞132A所以，长时允许电流符合要求。3）动稳定校验其支持距离为1.02米，母线中心距离为0.45米，电动力为：F=0.173=0.173××=45.15NFy=0.6FP=0.6×7350=4410NFy＞F所以，动稳定符合要求。4）热稳定校验I=7.6kA＞=4210×=2.455kA所以，热稳定符合要求。6.5.36kv侧母线的选择1）按长时最大工作电流选择母线截面应满足下式要求≥——载流导体允许通过电流——载流导体长期通过的最大工作电流母线最大工作电流按主变满载计算即：===769.8A故选用TMY-80×8的矩形铜母线。查《煤矿电工手册》得，其额定电流为1361A，由于变电所最高环境温度为35oC，其长期允许电流为：==1361×=1200A——母线长期允许温度——实际环境温度考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值再降低8%，所以：=1200×0.92=1104A＞769.8A所以，长期允许电流符合要求。2）热稳定校验A==6960×=mm2——短路电流持续时间，取1.2秒C——材料热稳定系数，查《煤矿电工手册》铜的热稳定系数为170所选截面积A=80×8=640＞44.85mm2所以，铜母线满足热稳定要求。3）动稳定校验所选配电柜宽1.2米，柜间空隙为0.018米，母线中心距0.25米，最大运行方式下母线短路时母线所承受电动力最大。其值为：F=0.173=0.173××=265.55N其中，取K=1母线最大弯矩为：M==32.34母线截面系数：W=0.167=0.1678=8.55m3母线的计算应力为：==3.78×10N/m2查得铜的材料允许应力为=1.372×108N/m2则：＞所以，所选的铜母线动稳定性符合要求。6.5.46kv母线支柱绝缘子与套管绝缘子的选择1）支持绝缘子的选择因为母线为单片矩形母线，所以选用ZA-6Y型户内支柱绝缘子和户外ZPA-6型支柱绝缘子。其额定电压6kv，破坏力FP=3675N，故最大允许抗弯力为：F=0.6FP=0.6×3675=2205N因母线平放，其换算系数K取1，K×F=265.55N＜F=2205N所以，动稳定符合要求2）套管绝缘子的选择变压器二次额定电流为733A，电压为6kv，所以选用户外式铜导体的穿墙套管其型号为CWB-6/1000型，其参数为额定电压6KV、额定电流1000A、10秒热稳定电流18KA、机械强度为7350N、长度600mm。3）校验长时允许电流环境温度为35oC，其长时允许电流为：A＞733A所以，长时允许电流符合要求。4）动稳定校验其支持距离依《煤矿电工手册》公式（6-13）得m式中：——穿墙套管与支柱绝缘子间距为1.2米——穿墙套管自身长度为0.6米其电动力为：F=0.173=0.173××=196.22NF=0.6FP=0.6×7350=4410N＞196.22N所以，动稳定符合要求。5）热稳定校验I=18kA＞=6960×=2.41kA所以，热稳定符合要求。6.6高压配电柜的选择成套高压配电柜是将控制设备、计量仪表、保护装置及操动机构等组装在一起构成一台完整的配电柜。6.6.1高压开关柜的选择本设计配电装置选用KGN-10型铠装封闭式五防高压开关柜。这种开关柜是新产品，其断路器采用ZN28-10型真空断路器，采用环氧树脂浇注的电流和电压互感器，性能较为先进参数见表6-5高压开关柜表。表6-5高压开关柜表Tablet.6-5thecupboardoftheswitch名称型号柜内设备型号断路器隔离开关互感器避雷器进线柜KGN-10-12ZN28-10/1250上隔离GN19-10C1-1000LA-101000/5母线联络KGN-10-95下隔离GN19-10-1000电容器柜KGN-10-08ZN28-10/630上隔离GN19-10C1-1000下隔离GN19-10-1000LA-10300/5电压互感器KGN-10-54上隔离GN19-10C1-630JDZJ-6FCD3-6出线柜KGN-10-07ZN28-10/630上隔离GN19-10C1-1000下隔离GN19-10-1000LA-10400/5300/5200/5100/575/5FCD3-66.6.2主受柜的校验主受柜的主要参数如表6-6主受柜参数表。1）ZN28-10/1250真空断路器的校验电压：=10kv＞=6kv电流：=1250A＞=769.8A动稳定校验：=50kA＞=17.75kA热稳定校验：=31.5kA＞=6960×=3.81kA断流容量校验：=600MVA＞=76MVA通过以上校验，所选ZN28-10/1250型真空断路器符合要求。2）GN19-10/1000型隔离开关的校验电压:=10kv＞=6kv电流:=1000A＞=769.8A动稳定校验:=80kA＞=17.75Ka热稳定校验:=31.5kA＞=6960×=3.81kA所以，所选的GN19-10/1000型隔离开关符合要求。3）LA-10电流互感器的校验电压:=10kv＞=6kv电流:=1000A＞=769.8A热稳定校验:=50kA＞=6960×=7.62kA动稳定校验:=90kA＞=17.75kA所以，所选LA-10型电流互感器符合要求。表6-6主受柜参数表Tablet.6-6Mainlyawardthecupboard设备名称及型号数量设备参数UNkvINAishkASKMVAtRWsIRWkA断路器ZN28-10/1250110125050600420隔离开关GN19C-10/1000A110100080431.5隔离开关GN19-10/1000A110100080431.5电流互感器LA-101000/5310100090150

7继电保护供电系统在运行中可能发生故障和不正常运行情况。短路可能使电设备因遭到短路电流电动力的作用和发热影响而损失，至使供电系统紊乱严重影响生产，造成巨大的损失。电气设备不正常工作可能引起载流部分过热，使绝缘老化加速，甚至损坏。7.1继电保护装置的概念为保证安全可靠地供电，应尽快地将故障切除，或消除对电气设备具有危险性的不正常工作状态，这就是继电保护的任务[6]。继电保护装置必须迅速切除故障，限制故障范围，并在不正常工作状态下给值班人员发出信号，以便及时处理。7.1.1继电保护的任务当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择的将故障元件断开，以减轻危害，防止事故蔓延。1）当设备出现不正常运行状态时，保护装置一般作用于信号，以便及时采取措施，防止事故发生；在煤矿井下一般作用于跳闸。2）电力设备应具有的主保护和后备保护主保护：能够快速并有选择的切除保护区域内的故障。后备保护：当主保护拒动作时，切除故障。后备保护又分为近后备保护和远后备保护。近后备保护，当主保护拒动时，由本设备的另一套保护实现的后备保护。远后备保护，当主保护拒动时，由相邻的上一级保护实现后备保护。设计继电保护力求简单可靠，使元件尽可能少，接线简单，维护方便，保护装置灵敏度根据最不利的运行方式和故障类型进行校验。7.1.2对继电保护装置的要求1）选择性当系统中某一部分发生短路故障时，保护装置应把与故障有关的部分切除，而让无故障部分仍保持正常运行。2）快速性系统中某一部分发生短路故障时，为了减少短路故障时间，限制故障影响范围，应尽快切除故障。3）可靠性要求保护装置动作可靠，即在应该动作时不拒动，而不该动作时不会误动。4）灵敏度保护的灵敏度指在它的保护范围内对故障或不正常工作状态反应能力的一个指标[10]。7.2主变压器的保护变压器是供电系