35kv变电所设计改.doc

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1、目 录摘 要.3前 言.41 概 述.51.1矿井概况.51.2上级电源.52 负荷计算与变压器选择.62.1 负荷分组与计算.62.2 无功补偿与电容器柜选择.102.3 主变压器的选择.112.4 cos35及全矿电耗、吨煤电耗计算.112.5 计算选择结果汇总.123 供电系统拟定与短路计算.143.1 供电系统拟定.143.2 系统短路计算.153.3 限流电抗器的选择.193.4 短路参数统计.204 变电所电气设备选择.224.1 35kV电气设备选择.224.2 6kV电气设备选择.244.3 35kV输电线及母线的选择.264.4 6kV母线、电缆及架空线的选择.274.5 母

2、线瓷瓶、穿墙套管及室外构架的选择.314.6 选择结果汇总.335 继电保护方案的拟定与整定355.1 系统保护方案的分析设置.355.2 35kV进出线与联络开关的保护整定.375.3 主变压器的保护整定.395.4 6kV出线、联络开关的保护整定.426 主控室设备的选择.476.1 各屏选择说明.476.2 选择结果汇总.487 变电所的防雷与接地.497.1 保护接地网的设置.497.2 变电所的过电压保护.517.3 结果汇总.548 变电所的室内外布置.568.1 室内外布置说明568.2 变电所电气平面布置图、35kv电气一次主接线图.56参考文献.56摘 要：本设计系统地介绍2

3、10万吨/年矿井的35kV变电所的设计。内容包括负荷计算与变压器选择，供电系统的拟定与短路计算，变电所电气设备的选择、继电保护方案的拟定与整定，主控制室各屏选择，变电所的防雷与接地及变电所的室外布置等。设计中以生产实际为依据，以变电所的最佳运行为基础，阐明了210万吨/年35kV变电所设计的基本方法步骤，并通过校验证明其是满足实际生产要求的一套优化设计方案。关键词：负荷计算; 变电站; 继电保护;运行方式煤矿地面35KV变电所设计前 言本设计为210万吨/年矿井地面变电所的一次方案设计。全设计共分八章内容，全面系统地讲述了变电所设计方面的方法与步骤。本设计力求在文字叙述上深入浅出、通俗易懂，紧

4、紧抓住理论联系实际这一原则，满足实际生产的要求，以变电所最佳运行为基础，尽量采用最优方案。这次毕业设计，从九月底开始进行，到十月底完成初稿。在完成设计的过程中，深得王广老师的悉心指导和帮助，从而使得设计能够顺利、及时的完成。另外，对王广老师严谨的科学态度和谦逊的为人深感钦佩，在此表示衷心的感谢。由于本人的学识浅薄，水平有限，再加上资料来源不足和时间上的仓促，设计中错误在所难免，恳请读者不吝指正。1、 概 述1.1矿井概况：1、产量：210万吨/年； 2、服务年限：100年；3、井筒深度（立井）400米；4、沼气等级：低沼气矿井；5、井下允许短路容量：100 MVA；6、全矿负荷统计表。1.2上

5、级电源：1、供电电压等级：35kV2、距矿35kV变电所：5km3、输电方式：双回路架空线（LGJ型钢芯铝绞线）4、出线断路器过流保护动作时间：2.5s5、系统电抗：（Sj100MVA）=0.06(最大运行方式) =0.15(最小运行方式)6、电费收取方法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费。2、 负荷计算与变压器选择2.1 负荷分组与计算变电所负荷计算是确定供电系统，选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。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，按需用系数法作负荷计算，按组选择，低压动力变压器，再加上其功率损失，即

6、为其高压侧的负荷，此时，该变压器就是一个6kV级的负荷。按用电负荷性质，负荷分组如下：1、安全生产用电负荷：副井提升机、主通风机（2台）、井下主排水泵。2、主要生产负荷：主井提升机、压风机、洗煤厂、井下低压。3、其它负荷：地面低压、机修厂、综机车间、支农、工人村。2.1.2 各组负荷计算根据负荷统计表己知数据，分别计算出各设备或设备组的tg、有功功率、视在功率。并填入表中例如：对副井绞车：tg=有功功率PjsKxPed0.8718001566KW无功功率QjsPjstg15660.57892.62KVar视在功率Sjs对同步电动机，由于其功率因数超前，其无功功率按近似公式计算，分式前负号表示功

7、率因数超前。将计算结果填入表中，见下表所示。编号设备名称电压kV电机型式电机容量KW安装台数总容量kW需要系数Kx功率因数CosTg计算容量距35kV变电所路km线路类型安装容量工作容量有功功率KW无功功率KVar视在功率KVA工作台数1234567891011121314151主井6直流18002/1360018000.870.870.571566982.6218000.37电缆2副井6绕线12502/1250012500.870.850.621087.5674.251279.40.36电缆3扇风机16同步10002/1200010000.88-0.91-0.46880-483.51004.

8、12.5架空4扇风机26同步10002/1200010000.88-0.91-0.46880-483.51004.12.6架空5压风机6同步3206/4192012800.85-0.92-0.431088-591.31238.30.12电缆6地面低压0.38140012500.80.850.6210006201176.50.05电缆7机修厂0.386105000.650.720.963253124510.35电缆8综采车间0.386005000.680.740.91340309.4459.50.3电缆9洗煤厂0.38150013500.780.810.721053758.1613000.55架

9、空10工人村0.386506500.750.850.62487.5302.25573.52架空11支农0.3855055000.750.840.65412.5268.1491.13架空12主排水泵6鼠笼8007/4560032000.880.880.5428161520.6432000.85电缆13井下低压0.66430039000.710.760.8627692381.343643.4电缆2.1.3 各低变压器选择与损耗计算由于采用高压（6kV）集中补偿功率因数，故对各低压变压器均无补偿作用。各低压变压器的选择，应按负荷统计表中计算容量值进行，当供电回路为两回路时应选择两台变压器同时进行（一

10、般只要含有一、二类负荷的设备组就应选两台及以上）。矿井地面低压变压器的选择原则：选用一台者，只须变压器额定容量大于或等于计算容量即可。选用两台者，每一台的容量应能满足该组一、二类负荷的需要，而且两台的总容量应大于或等于计算容量。例如：对机修厂变压器。其计算容量为451KVA选用STL1-500/10型铝线电力变压器一台，参数如下：Sbe KVA：500KVA U1e/U2e： 6/0.4 Ud：4 Io：2.1Pk：1.1kW Pe 7.1kW空载无功损耗：QkIo/100Sbe2.1/10050010.5KVar额定无功损耗：QeUd/100Sbe4/10050020KVar总的有功、无功损

11、耗：451/5000.902PbPkPe1.10.9027.16.88kW1QbQkQe10.50.9022026.8KVar其它设备变压器选型及损耗计算同理。结果见下页表中所示。表二：编号1234567负荷名称地面低压机修厂综采车间洗煤厂工人村支农井下低压计算容量1176.5451459.51300573.5491.13643.4所选变压器参数型号SJL1-1000/10SJL1-500/10SJL1-500/10SJL1-1000/10SJL1-630/10SJL1-500/10SJL1-3150/10Sbe100050050010006305003150U1e/u2e6/0.46/0.4

12、6/0.46/0.46/0.46/0.4台数2112112Ud4.5444.544Io1.72.12.11.722.121.11.121.31.113.77.17.113.78.47.1损耗计算1710.510.51712.610.54520204525.2200.5850.9020.9190.650.910.9826.746.887.09627.798.2567.9126232.5626.827.423633.4729.7252总计 2.2 无功补偿与电容器柜选择2.2.1 6kV母线上补偿前的总负荷计算 最大负荷同时系数的选取原则是当p3s10000kW时，取0.8，中间范围取0.85根据

13、负荷统计表计算得：p3s14704.5kW Qjs6480.46KVarPz.60.8（14704.5185.2）11911.76kWQz.60.8（6480.46506.49）5589.56KVarSz.6=13158KVa补偿前功率因数:COS0.9052.2.2 选择电容器柜并计算实际补偿装置1、补偿容量的计算矿井6kV母线上的功率因数按规定应0.95。本设计取cos0.965Qc.Pz.6（tgtg） 0.7511911.76tg（arccos0.905）tg（arccos0.965）1771KVar其中为平均负荷系数，取0.752、电容器柜的选择和容际补偿容量计算矿井地面变电所6kV

14、侧一般为单母线分段，故选用的电容器柜应分别装在两段母线上，即电容器柜数应取偶数，选用GK-1/240型高压静电容器柜，其额定电压为6.3kV，容量为240KVar。所需电容器柜的数量：N7.38 所以选择8台电容器柜。实际补偿容量：QcsNqc82401920KVar折算到计算容量为：Qc.jsQc.s/1920/0.752560KVar2.3 主变压器的选择2.3.1 补偿后6kV侧的计算负荷Qz.6Qz.6Qc.3s5589.5625603029.56KVarSz.612290.98KVA2.3.2 主变压器容量计算由公式SbeKbSz.6 其中Kb为主变损耗增值系数取为1.08Sbe1.

15、0812290.9813274.26KVA2.3.3 主变压器的选择由负荷统计表分析各负荷组别的情况：安全用电负荷：包括副井提升机、扇风机1、扇风机2、井下主排水泵，汇总负荷为6487.6KVA 占36.8；主要生产负荷：包括主井提升机、压风机、洗煤厂、井下低压，汇总负荷为7981.7，占总负荷的45.3；其它负荷：包括地面低压、机修厂、综采车间、工人村、支农，占总负荷的17.9根据规定，当两台主变压器中一台停止运行时，另一台须保证88.9负荷，所以由以上分析，对于主变压器应选择二台，SFL1-16000/35型铝线电力变压器；参数如下：Y/11 Ud：8 Io：10 Pk：18kW Pe：

16、95kW重量：21T 外型尺寸：4.33.64.12.4 cos35及全矿电耗、吨煤电耗计算2.4.1 补偿后35kV侧功率因数1、补偿后的负荷率0.3842、补偿后两台主变压器总的有功、无功损耗分别为：Pb2（PkPe）2（180.38495）64kWQkIo/100Sbe1/10016000160KVarQeUd/100Sbe8/100160001280KVarQb2（QkQe）2（1600.3841280）697.5KVar3、补偿后35kV侧全矿总负荷：Pz.35Pz.6Pb11911.766411975.76kWQz.35Qz.6Qb3029.56697.53727.06KVarSz

17、.35=12542.3KVa4、补偿后35kV侧功率因数： cos35Pz.35/ Sz.350.955 0.95 符合要求2.4.2 全矿电耗和吨煤电耗的计算1、全矿电耗 PPz.351504 式中 P：全矿电耗 kW Pz.35：补偿后35kV侧全矿总有功功率 kWW：年产量 万吨/年2、吨煤电耗：吨煤电耗25kWh2.5 计算选择结果汇总：负荷统计的有功功率汇总：14704.5kW负荷统计的无功功率汇总：6480.46KVar6kV母线上补偿前总有功功率：11911.76kW6kV母线上补偿前总无功功率：5589.56KVar6kV母线上补偿前总视在功率：13158KVA6kV侧补偿前功

18、率功数：0.905电容器柜：8GK1/240型主变压器：2SFL116000/35补偿后6kV侧无功功率：3029.56KVar补偿后全矿总有功功率（35kV侧）11975.76补偿后全矿总无功功率（35kV侧）3727.06KVar补偿后全矿总负荷（35kV侧）12542.3KVA补偿后35kV侧功率因数：0.955全矿电耗：5.25kWh吨煤电耗：25kWh3、 供电系统拟定与短路计算3.1 供电系统拟定煤矿对于上一级供电部门来说是一类负荷，所以对于供电质量和可靠性都有很高的要求，由于本矿为年产量在210万吨的大型矿井，用电设备容量大、安全生产的要求很高，所以对于35kV进线回路采用两条，

19、采用双回路供电。为了运行的安全灵活，采用两台主变压器，所以35kV侧应采用全桥结线方式，在6kV侧，由于矿井一、二类负荷较多，应采用真空断路器分段的单母线结线方式（分两段），并在两段之间装设分裂电抗器 考虑一、二类负荷必须由联于不同段母线的双回路供电应力图在正常生产的时两段母线上的负荷接近相等，在负荷布置时，负荷越大，应越靠近母线起始端。下井电缆回路的确定：Cn1 式中：P14、Q14：井下主排水泵主算有功、无功负荷； P14、Q15：井下低压的总计算有功、无功负荷；330：指下井用不滴流钢芯、电缆的最大允许的最大允许负荷电流；1：规程规定所需的备用电缆Cn1 得Cn2.939取偶数 Cn4下

20、井电缆的选择原则要求：下井电缆必须采用铜芯，当一回路电缆因故停止供电时，其它电缆应能满足井下全部计算负荷的供电：两台主变采用分列运行方式，6kV侧属一、二类负荷的设备均采用双回路供电，其它负荷采用单回路供电。供电系统图如图一所示：图一：供电系统图3.2 系统短路计算在供电系统中，比较常见的而且危害较大的就是短路，它是指供电系统中不等电位的导电部分在电气上被短接时的总称。对高压供电系统通常采用标么值法计算短路电流。3.2.1 基准值的选取与计算取Sj100MVA Uj1Up137kV Uj2Up26.3kV 则 Ij11.56KA Ij29.1652KA3.2.2 绘制等效计算图如下所示图二：等

21、效计算图3.2.3 各部分相对电抗的计算1、电源相对电抗 2、线路相对电抗50.4100/370.1460.08（0.851.05）100/6.30.180.042.5100/6.32.51950.080.37100/6.30.07460.080.05100/6.30.010.080.35100/6.30.07050.42100/6.32.0160.42.6100/6.32.620.080.12100/6.30.0240.080.36100/6.30.07260.080.3100/6.30.060.40.55100/6.30.5540.43.0100/6.33.0233、变压器相对电抗4、短路

22、电流的计算1）d1点短路（1）最大运行方式KAKAMVA（2）最小运行方式KAKA2）d3点短路（1）最大运行方式 0.060.1460.52.523.226KAKAMVA（2）最小运行方式0.150.1460.52.523.3161/3.3160.3020.3029.1652.764KA0.8662.7642.394KA因扇风机为同步电动机，当发生三相短路时，由于电动机转子的机械惯性作用，电动机电势并不立即下降。当短路电压低于电动机反电势时，电动机将变成发电机向短点馈出短路电流，成为一个附加电源。扇风机1附加短路电流：78800.616KA所以在最大运行方式下2.840.6163.456KA

23、KA最小运行方式下2.7640.6163.38KA0.8663.382.927KA3）d14点短路Ij6.3/0.49.165144.3KA变压器相对电抗（1）最大运行方式0.060.1460.50.014.55.216KA折算到一次侧KAKA（2）最小运行方式0.150.1460.50.014.55.3061/5.3060.1880.1889.1651.727KA1.7270.8661.495KA其它各短路点短路计算方法类同，计算结果见第四节3.3 限流电抗器的选择由路短参数计算结果得知，下井电缆的最大短路容量为112.8MVA而设计要求井下允许短路容量应小于100MVA，所以只有安装限流电

24、抗器来限制井下短路容量。 限流电抗器的选择计算如下：3.3.1 各回路电抗器相对电抗的计算6kV侧基准电流Ij9.16KA，设计要求井下中央变电所短路容量不大于100MVA，所以允许最大三相短路电流9.16KA此时系统总的相的电抗要求值为：9.16/9.161因四条电缆分两组并联运行，所以每根一回路应串入电抗器的相对电抗为：41-（0.060.1460.5）1.1763.3.2 选择电抗器的型号规格下井总负荷计算281627695585KW1520.642381.343901.98KVar 6813.1KVA A由以上计算结果知下井负荷电流为655.6A，电压等级为6kV。电缆分两组并联运行，

25、所以每组电流为327.8A。且当一根电缆有故障时，其余三条应能承受全部负荷，可选用Uke6kV Ike300A的水泥电抗器4台，每台电抗器计算值为： 据此选用NKL-6-300-3型水泥电抗器4台，由电工手册第四册表4-6-1查得其动稳定电流峰值ikmax19.5KA，每秒钟热稳定电流IRW17.6KA。额定电流下相对电抗值为：0.030.8723.3.3 电压损失校验1）正常工作时的电压损失：cos5585/6813.10.82 sin0.570.03sin0.94-5符合要求2）故障时运行的电压损失当一回路故障，其余三回路分列运行时，电压损失最大取不均衡系数为0.72.68-10% 符合要

26、求3.3.4 母线残压校验每一条下井电缆串接一台电抗器，两两并联后分两组分列运行，因下井回路均设有速断保护，故选择时不作母线残压校验。3.3.5 动稳定性校验一路故障，其余三路运行，在电抗器出口处短路时，流过每一根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：Ich2.552.5514.819.5 符合要求3.3.6 热稳定性校验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：tjtb（tgtn）2.50.22.7sIrwI9.54KA故IRW9.54Ig=249.7A 符合要求。电流互感器主要用于继电保护整定，35kV侧共需LR-35型电流互感器21个，35kV进线开关、

27、母联开关、主变进线开关的电流互感器变比都选600/5。4.2 6kV电气设备选择4.2.1 高压开关柜的选择采用固定式改进型的GG-1AF型，一次线路方案应与供电系统图上的要求相适应。由供电系统图和煤矿电工手册表4-5-4。选择结果如下6kV进线柜：GG-1AF-25 2台母联柜： GG-1AF-11 1台GG-1AF-95 1台双回出线柜：GG-1AF-07 18台单回出线柜：GG-1AF-03 4台4.2.2 高压开关柜的检验：1、进线柜校验：进线柜断路器选用SN10-10I/2000型，隔离开关选用GN2-10/2000型。参数校验表如下：项目实际值SN10-10I/2000GN2-10

28、/2000电压6kV10kV10kV电流1182.7A2000A2000A断路容量141.6MVA300MVA断路流量12.98KA34KA动稳定性33.1KA75KA85KA热稳定性7.26KA19.57KA36KA其中：6kV侧最大长时工作电流为：IgSj6/ue12290.98/61182.7A6kV侧热稳电流为（设6kV母线继电保护时限为1s）KA由表中数据比较，断路器、隔离开关型号符合要求同理：其它各高压开关柜断路型号为：母联柜： SN10-10I/2000双回出线柜： SN10-10I/600单回出线柜： SN10-10I/6004.2.3 高压开关柜配用电流互感器选择凡用于出线的

29、开关柜，都应装设零序电流互感器，作为向选择性漏电保护提供零序电流：名称型号变比位置6kV进线LA-102000/5进线柜中6kV母联LA-101500/5联络柜中主井提升机LA-10200/5出线柜中副井提升机LA-10150/5出线柜中下井LA-10300/5出线柜中扇风机1LA-10300/5出线柜中扇风机2LA-10300/5出线柜中压风机LA-10200/5出线柜中综采车间LA-1075/5出线柜中地面低压LA-10200/5出线柜中机修厂LA-1075/5出线柜中选煤厂LA-10200/5出线柜中工人村LA-10100/5出线柜中支农LA-1075/5出线柜中电容器柜LA-10200

30、/5出线柜中4.2.4 电压互感器与避雷器柜选择：在每段母线上应装设电压互感器和避雷器柜，供6kV绝缘检测仪表继电保护及电压保护之用。电压互感器与避雷器柜选用GG-1A-54型高压开关柜。电压互感器选用JSJW-6型，其参数如下：原线圈：3；副线圈：0.1；辅助线圈0.1/3 最大容量：400VA避雷器选用FZ-6型阀型避雷器，参数如下：额定电压6kV 灭弧电压7.6KV 工频放电电压：16kVkV熔断器选用RW1-6/2型，作用是作为互感器保护额定电压6kV 额定电流2kA 最大断流容量：200MVA切断极限电流最大峰值5.2kA4.3 35kV输电线及母线的选择35kV母线，在室外一般选用

31、钢芯铝绞线（也可选用管型铝线）母线截面选择除汇流母线外，对于母线较长传输电流较大的回路，均按经济电流密度选，按长时负荷电流校验，高压架空线还应校验其电压损失是否合乎要求。35kV侧全矿总负荷电流为：Ijs12542.3/35206.9A正常运行时，输电线及母线承受的正常长时负荷电流为：Ig1/2Ijs1/2206.9103.45A钢芯铝绞线的经济电流密度由煤矿供电表5-8查得Jj1.15经济截面Sj 取Sj为70mm，选用LGJ-70型钢芯铝绞线。变电所最高日温度为43,导线最高允许温度为70，则导线在43下时安全载流量为：213。其中Iy.25为导线在25时的安全截流量，查煤矿供电表5-10得LGJ-70型钢芯铝绞线载流量为275A。因为206.9A，所以母线所选型号可以承受故障时最大负荷电流，校验合格。按允许电压损失校验如下：查电工手册第四册表7-4-5得LGJ-70型钢芯铝绞线的电阻和电抗分别为Yo0.432/km Xo0.364/km（几何间距取为1.5m）线路总电压损失： 932.8V电压损失百分数 所以电压损失校验合格。故35kV输电线及母线可选用LGJ-70型钢芯铝导线。4.4 6kV母线、电缆及架空线的选择4.4.1 6kV母线选择6kV母线一般选用矩型铝母线，其截面按长时允许电流选，按动稳定、