年产180万吨的大型矿井变电站设计大学毕业设计说明书1

xy 大学毕业设计说明书 第 1 页 第一章 概述 某矿为年产 180 万吨的大型矿井，服务年限规划为 100 年，为立井提升，井筒深度 450 米。此矿为高沼气矿井，井下允许短路容量为100MVA。全矿的负荷统计表如下表 1- 1。 该矿上级电源电压等级为 35KV。距矿 35KV 变电所 5.5km。采用双回路架空线输电方 式，规定断路器过流保护时间为 3S。系统电抗为： 最大运行方式：X =0.26*min 最小运行方式：X =0.28ax 其中系统容量基准值采用 S*=100MVA 电价收取办法采用两部电价制，固定部分按最高负荷收费。 变电所所处地之气象条件：日最高气温为 45，日最低气温为-15，最热日井下含 在内的土壤温度为 26，冻土层厚度为 0.38m。变电所之地质条件为：土壤砂质粘土，主 导风向为西风，风速为 27m/s，地震烈度为 5 度。 xy 大学毕业设计说明书 第 2 页 第二章 负荷统计及变压器选择 2-1 负荷分组与计算 一根据负荷统计表，按电压高低、负荷性质、分布位置等条件将负荷分组。按需用 系数法作负荷计算。按组选择低压动力变压器，再加上功率损失即为高压侧负荷。 此时该变压器即为一个 6kV 级的负荷。 按用电负荷性质，负荷可分为以下几组： 1安全生产用电负荷：副井提升、扇风机、井下主排水泵。 2主要生产负荷:主井提升、压风机、井下低压。 3其它负荷：地面低压、机修厂、综采车间、矿煤矸砖厂、工人村、支农 二各组负荷计算、填表 1 根据各组设备的 各组负荷计算方法类似，此处仅举例说明： 例：对主井提升设备： tan： tan=tan(cos -1cos) = tan(cos -10.87)=0.567 有功功率：P ca=KdPN=0.91450=1305kW 无功功率：Q ca=Pcatan13050.567=739.9kvar 视在功率：S ca= 1500kVA2cacQP 对副井提升： tan= tan(cos -10.83)=0.672 Pca=10000.88=880 kW Qca=8800.672=591.4 kvar Sca= 1060 kVA2cac 计算结果均见表 1-1。 三各低压变压器选择及损耗计算： xy 大学毕业设计说明书 第 3 页 由于采用高压侧集中补偿功率因数，故对各低压变压器均无补偿作用，选择时按计算 容量进行，供电回路为双回路者应选两台变压器同时运行。 矿井低压变压器选择原则：选一台者，只需变压器额定容量大于其计算容量；选两台 者，单台容量应满足一、二类负荷需要，且两台容量之和大于或等于计算容量。 1 综采车间： 选容量为 400KVA 时可满足大于计算容量 390KVA。故选择 S9-400/10,10/0.4 型铝线 电力变压器一台。空载损耗 0.84KW，短路损耗 4.2KW，阻抗电压 4，空载电流 3，Y/Y 0-12 连接。 2 地面低压： 计算容量为 1172KVA，故选两台 S9-1000/10,10/0.4 型铝线电力变压器。 空载损耗 1.72KW，短路损耗 10.0KW，阻抗电压 4.5，空载电流 1.1，Y/Y 0-12 连接。 3 机修厂： 计算容量为 390KVA，故选两台 S9-400/10,10/0.4 型铝线电力变压器。 参数同综采车间。 4工人村： 计算容量为 528KVA，故选两台 S9-630/10,10/0.4 型铝线电力变压器。 参数同上。 5支农： 计算容量为 280KVA，故选两台 S9-315/10,10/0.4 型铝线电力变压器。空载损耗 0.7KW，短路损耗 3.5KW，阻抗电压 4，空载电流 1.5，Y/Y 0-12 连接。 6选煤厂： 计算容量为 1253.5KVA，故选两台 S9-1250/10,10/0.4 型铝线电力变压器。空载损耗 2.0KW，短路损耗 11.8KW，阻抗电压 4.5，空载电流 1.1，Y/Y 0-12 连接。 各低压变压器损耗计算式为： P TP 0+P k 2， Q TQ 0+Q k 2， 其中 = 为变压器负荷率。各低压变压器损耗计算方法相类似。此处仅举例说明。NcaS xy 大学毕业设计说明书 第 4 页 例：对于机修厂低压变： = =390/400=0.975NcaS Q 0S N =1.4*400/100=5.6 kvar1%I Q kS N =4*400/100=16 kvarKU 表 2-1 低压变损耗 编号 1 2 3 4 5 6 负荷 综采车间 地面低压 机修厂 工人村 支农 洗煤厂 计算 容量 (KVA) 390 1172 390 545 280 1253.5 变压器 型号 S9-400/10 S9-1000/10 S9-400/10 S9-630/10 S9-315/10 S9-1250/10 U1M/U2MK V 10/0.4 10/0.4 10/0.4 10/0.4 10/0.4 10/0.66 台数 1 2 1 1 1 2 KW0P0.84 1.72 0.84 1.23 0.7 2.0 KWK4.2 10.0 4.2 6 3.5 11.8 KW0Q5.6 11 5.6 7.5 4.725 13.75 KW 16 45 16 28.35 12.6 56.25 0.975 0.586 0.975 0.865 0.889 0.5014 KWTP4.83 5.15 4.83 5.72 3.47 4.97 KWQ20.81 26.45 20.81 28.71 14.68 27.89 合计 34.41 166.76 xy 大学毕业设计说明书 第 5 页 则：P TP 0+P k 2 =0.84+0.9752*4.2=4.83kW Q TQ 0+Q k 2， =5.6+0.9752*16=20.81 kvar 其它低压变损耗列于表 2-1 中。 四6kV 母线补偿前总负荷计算： 汇总表中最大连续负荷应同时系数，汇总后有功最大连续负荷在 5000KW 以下取 KSI=0.8，5000KW 以上 10000KW 以下时取 KSI=0.85，在 5000KM 以下时取 KSI=0.9。无功最 大连续负荷则对应 0.9 与 0.95。计算后的 6KV 母线计算负荷： Pca6=KSI（P ca+ ）=0.8（13060.7+34.41）=10476kWT Qca6= KSI（Q ca+ ）=0.9（6209+166.76）=5738.2 kvar 故 Sca6= 11945 kVA262caca 22 cos 补偿与电容器柜选择 一矿山地面变电所采用在 6kV 母线上装移相电容器的方法来补偿功率因数，即所谓 集中补偿，此种方法主要有投资省，有功功率损失小，运行维护方便，故障范围小，无振 动无噪音，安装灵活方便等优点。一般将功率因数补偿到 0.95 以上，本设计按补偿到 0.95 计算。 若补偿前功率因数为 cos 1， 补偿后提高到 cos 2，则补偿所用电力电容器容量为： QcP av（tan 1 -tan 2）=K avPca6（tan 1 -tan 2） 式中：P av 全矿有功平均负荷 KW Pca6 全矿补偿前有功计算负荷 KW Kav 平均负荷系数 一般取 0.70.8Pca6 v cos 1 =10476/11945=0.877 tan 1 = tan(cos-10.877)=0.547 tan 2 = tan(cos-10.95)=0.329 xy 大学毕业设计说明书 第 6 页 补偿的无功功率为： QcK avPca6（tan 1 -tan 2） 0.8*10476*(0.548-0.329)=1835.4 kvar 二电容器柜选择 本变电所 6kV 母线接线初步定为单母线分段，两段母线均应装设电容器柜，因此电 容器柜应选择偶数。 选用 GR1C-08 型电容器柜，额定电压 6V，单柜容量 1518=270kvar，共需电容器 柜： n1835.4/270=6.79 实际选用 8 个，分为两组，每组 4 个，分别装在单母线分段两侧，实际补偿的电容量为： Q=2708=2160kvar。 折算到计算容量为：Q j=Q/ =2160/0.8=2700kvar 补偿后等效无功功率为： =Qca6-Qj =5738.2-2700=3038.2 kvar6av 校验合格。 另外，每段母线上都必须一台放电柜，我们选用 GR-1C-03 型放电柜，内装 JDZ6100V 电压互感器两台，电压表、转换开关各一个，信号灯 3 个。 23 主变压器选择 本设计电费标准为两部电价制，其固定电费按最高负荷收费，因此应选择两台主变分 裂运行，一台停运（故障）时，另一台必须承担全矿一、二类负荷用电。 补偿后 6KV 母线计算负荷即主变应输出之电力负荷，此时应按下式计算主变 损耗，再选主变 补偿后 6KV 母线计算视在最大连续负荷 Sca6= =10907.67)2.3081476(2 主变损耗增值系数 Kr取 1.08 因此： S NTK rSca6kVA1.0810907.67=11780.3 kVA 选用 SF716000/35 型风冷式变压器，额定电压为 356.3，连结组别为 Yn,d11， xy 大学毕业设计说明书 第 7 页 拟定选择两台变压器，正常时两台同时分裂运行，故障时一台运行，比较灵活经济，适合 于我国的两部电价制。 24 cos 35及全矿电耗、吨煤电耗的计算 一 35kV 侧实际功率因数 cos 35 1. 主变功率损耗： P T 主 0.02 S ca6=0.0210907.67=218.15kW Q T 主 0.08 S ca6=0.0810907.67= 872.61kvar 2 折算到 35kV 侧负荷： Pca35P ca6+P T=10476+218.1510694.15 kW Qca35Q ca6+Q T=3038.2+872.61=3910.81kvar 3计算 cos 35： cos 35costan -1( )=0.95215.069438 二全矿年电耗： 矿井负荷年最大利用小时：T=1504 5W 矿年年电耗 Pca3515045 （10476+218.15）1504 4549.145（万度）5180 三吨煤电耗： 年电耗/年产量=4549.145/18025.27（度吨） 25 计算选择结果汇总 一.计算结果汇总 负荷统计总有功负荷：13060.7kW 负荷统计总无功功率： 6209kvar 6kV 母线补偿前计算有功负荷：10476kW 6kV 母线补偿前计算视在功率：11945kVA xy 大学毕业设计说明书 第 8 页 补偿后 6kV 母线计算无功功率：3038.2Kvar 主变压器有功损耗：218.15 kW 主变压器无功损耗：872.61kvar 补偿后 35kV 母线有功功率：10694.15 kW 补偿后 35kV 母线无功功率：3910.81 kvar 补偿后 35kV 母线视在功率：11386.8 kVA 补偿前 6kV 母线功率因数：0.877 补偿后 35kV 母线功率因数：0.952 全矿年电耗：4549.145（万度） 吨煤电耗：25.27（度吨） xy 大学毕业设计说明书 第 9 页 第三章 供电系统拟定与短路计算 31 供电系统的拟定 一 5kV 侧 接 线 方 案 矿 区 35kV 变 电 所 35kV 进 线 采 用 双 电 源 架 空 线 ， 由 于 对 供 电 可 靠 性 、 运 行 灵 活 要 求 的 提 高 ， 奔 设 计 35kV 侧 接 线 采 用 全 桥 接 线 ， 并 且 因 为 考 虑 本 所 有 电 能 反 馈 可 能 ， 在 断 路 器 两 侧 装 设 隔 离 开 关 ， 35kV 侧 每 段 母 线 上 装 设 电 压 互 感 器 和 避 雷 器 。 二 kV 侧 接 线 方 案 矿 井 为 一 类 负 荷 ， 要 求 可 靠 供 电 ， 故 变 电 所 6kV 侧 采 用 单 母 线 分 段 （ 两 段 ） 。 当 某 段 母 线 出 现 故 障 时 ， 仍 可 保 证 一 、 二 类 重 要 负 荷 的 供 电 ， 又 因 主 变 容 量 超 过 10000KVA， 故 6kV 侧 在 必 要 时 装 设 分 裂 电 抗 器 。 三 负 荷 分 配 考虑一、二类负荷必须由连于不同母线上的双回路供电，将下井回路和地面低压分配 在各段母线上，力求工作生产时，两段母线上负荷近似相等。 负 荷 布 置 时 ， 越 是 负 荷 大 的 越 应 靠 近 母 线 中 间 。 四 电 缆 根 数 确 定 下 井 电 缆 根 数 Cn 按 下 式 确 定 : 13.60)8.()2.1( 2dpdp QP09.2. )45*08.7129()45*2.10( xy 大学毕业设计说明书 第 10 页 取 Cn4 五运行方式 运 行 方 式 采 用 分 裂 运 行 方 式 ， 因 为 在 该 运 行 方 式 下 ， 系 统 阻 抗 较 大 ， 因 6kV 侧 短 路 电 流 较 小 ， 设 备 易 于 满 足 要 求 ,保 护 设 备 设 置 简 单 。 6kV 侧 各 类 负 荷 属 一 、 二 类 负 荷 用 双 回 路 供 电 ， 属 三 类 的 用 单 回 路 供 电 。 六 供 电 系 统 图 32 系统短路计算 一 短路危害 系统短路是指供电系统中不等电位导体在电气上被短路，发生短路时，系统中总阻抗 大大减小，短路电流可能达到很高数值，强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使设 备受到破坏，短路点处电弧可能烧坏电气设备，短路点附近电压显著降低，使供电系统受 到严重影响或被迫中断。若在发电厂附近短路，还可能使全电力系统进行解裂，引起严重 后果。不对称接地短路电流造成的零序电流，还会对邻近线路通讯造成干扰，危害人身及 设备安全。 为了限制短路危害及缩小故障影响范围，在变电所设计中，必须进行短路电流计算。 二 基准值选取与计算 取 ， ，MVASdj10KVUavj371KVUavj3.61 则： )(56.*31AIjjj )(1.93022SIjjj 三 元件相对电抗计算 1 电源相对电抗 0*sX26.*minx 28.0*maxX 2 35KV 侧架空线 xy 大学毕业设计说明书 第 11 页 1607.3/10*5.4220* avdlUSLxX 3 主变压器电抗 = = =0.521bXTNdkSU.%8 4 6KV 侧 线 路 电 抗 计 算 ： 计 算 公 式 ： 20*avdSLxX (1). 主 副 井 提 升 ： = =0.080.4 =0.081*202avdUx 236 (2). 主扇风机： =0.42.6 =2.6220*3avdSLX (3). 压 风 机 ： =0.080.2 =0.04020*4avdx 31 (4).地 面 低 压 ： =0.045*100/1=4.5bedSUX%*5 (5). 机 修 厂 ： =0.080.35 =0.07120*6avdLx 26 (6).综 采 车 间 ： =0.080.3 =0.06020*7avdUSX2 (7).洗 煤 厂 ： =0.40.5 =0.503920*9avdLx 261 (8).工人村： =0.42.5 =2.5220*9avdSX (9). 支 农 ： =0.42.7 =2.72120*1avdULx 360 四绘制系统等 值 电 路 图 ： 五短路电流计算 xy 大学毕业设计说明书 第 12 页 短路电流计算各点类似。下面举例说明： 1K 1点短路计算 1). 最大运行方式： =2.381607.2.1*max*1 LXkI kA8.3038.21)3(1dkI ich1=2.55 =9.46kA)(k Sk1= =1002.38=238 MVA*1kId 2). 最小运行方式： =2.271607.28.*min*1 LXkI (KA)54.307.21)3(1dkI.386.0)()2(kkI 2K 2点短路 1). 最大运行方式： =1.0865.026.17.011*max*2 zLXkI kA953.608.2)3(2dk ish2=2.55 =25.38 kA)3(kI Sk2=1001.086=108.6 MVA 2). 最小运行方式： =1.0635.028167.01*min*2 zLXkI (KA)493.06.2)3(2dk xy 大学毕业设计说明书 第 13 页 (KA)4.86.0)3(2)2(kkII 3 K3点短路 1). 最大运行方式： 291.05.26.017.11*max*3 XXI zLk kA623.029.3)(3dk ish3=2.55 =6.798 kA)(kI Sk3=1000.291=29.1 MVA 2). 最小运行方式： 289.05.28.0167.11*min*3 XXI zLk (KA)4923.60289.3)(3dk (KA)4.6.0)()2(kkII 4K 4点短路 因为 d2点短路发生处为同步机端头，有同步机功率超过 100kW，则此时同步机对短路 点有影响，但此处计算可先不考虑同步机影响，算处短路点电流后再加上同步机影响，同 步机附加短路电流近似计算可按下式来进行： 0.7644)3(4 108710NkPI 1)最大运行方式下： 01.4.526.*max4 kI kA93.104*4)3( dk ish4=2.55 =24.3 kA)3(kI Sk3=1001.041=104.1 MVA 2). 最小运行方式： xy 大学毕业设计说明书 第 14 页 02.111*4*min*min4 XXI zLk kA38.9602.4)3(in4 dkkI kA.86.0)3()2(mi kkI 加同步机影响修正后有 最大运行方式下： kA3.1054.9760)3(max4kI ish4=2.55 =26.27 kA )3(k 最小运行方式下： kA.)3(in4dI kA75860)3(min4)2(mi kkI 其他短路点与以上计算相同，不再一一列出。其余短路参数列于表 3-1 中 短路参数表 3-1 最大运行方式 最小运行方式运行方式 参 数 短路点 I(3) kmax（kA） Ish(kA) Sk(MVA) I(3) kmin（kA） I(2) kmin（kA） 35kV 母线 3.708 9.46 238 3.54 3.07 6kV 母线 9.95 25.38 108.6 9.742 8.44 主提升机 8.855 22.6 96.7 8.69 7.52 副提升机 8.855 22.6 96.7 8.69 7.52 主扇风机 2.565 6.54 27.98 2.55 2.21 压风机 10.3 26.27 104.1 10.11 8.75 地面低压 1.681 4.285 18.34 1.674 1.45 洗煤厂 6.284 16.03 68.6 6.20 5.377 工人村 2.666 6.798 29.1 2.649 2.294 机修厂 8.95 22.82 9.764 8.777 7.6 支农 2.495 6.36 27.22 2.48 2.149 xy 大学毕业设计说明书 第 15 页 综采车间 9.037 23.04 98.6 8.862 7.674 下井 8.698 22.18 94.9 8.54 7.36 第四章 变电所电气设备选择 41 35kV 电气设备选择 一进线断路器的选择 断路器的选择，应根据布置方式（室内或外）来进行选择，一般情况下室内布置多 选用少油断路器或 35kV 高压成套配电柜，室外布置多选用多油断路器，多油断路器目前 只能选用 DW835 型。 选择要求按电压、电流、动稳定、热稳定性等几种方式进行校验,如下表 4-1 所示： 表 4-1 项目 实际需要值 DW835 额定值 电压 35kV 35kV 电流 262.15A 600A 动稳定 9.46KA 41KA 热稳定 1.6KA 16.5KA 断流容量 238MVA 1000MVA 其中： 电流计算： =262.15 A371605.30.1nnSI 热稳定电流计算： 因短路发生在 35kV 母线上，继电保护动作时限为 0.5s，断路器固有分闸、灭弧时间 取 0.25s，故假想时间 t 为:t=0.5+0.25=0.75s。 故 35kV 母线短路时相当于 4s 的热稳定电流为： I=I =3.708 =1.6 KARWt475.0 xy 大学毕业设计说明书 第 16 页 动稳定电流 要求断路器的极限通过峰值 i ish I =9.46KADW 校验结果： 由上表对比可看出：DW835/600 多油断路器完全符合要求。 二母连和 35kV 出线断路器 35kV 出线和母联的断路器选择与 35kV 进线断路器选择完全一致。 三隔离开关选择 隔离开关选择，室内 35kV 不知一般选 GN1 或 GN2 型，室外 35kV 布置一般选择 GW4 或 GW5 型，为了便于检修时接地，进线 35kV 隔离开关与电压互感器的隔离开关应 选用带接地刀闸的隔离开关。 1 设计选用 GW535GD600 型带接地刀闸的隔离开关，并选用 CS17 手动型操 作机构。 隔离开关校验如下表 4-2 所示： 表 4-2 项目 实际需要值 GW535GD/600 电压 KV 35 35 电流 A 262.15 600 热稳定 KA 1.6 16 动稳定 KA 9.46 72 由上表可以看出，所选的 GW535GD/600 型带接地刀闸隔离开关完全符合要求。 2. 母线桥与 35kV 出线隔离开关选择 35kV 出线与母线桥隔离开关选择与 35kV 进线大致相同，本设计选用 GW535GD/600 型隔离开关。 校验情况与上表相同。 四电压互感器的选择 35kV 电压互感器，一般为油浸绝缘型， 35kV 电压互感器均为单相，有双圈与三圈 xy 大学毕业设计说明书 第 17 页 之分，如对 35kV 不进行绝缘检测时，可选二台双圈互感器，接成 V 型，共仪表用电压， 否则选用三台三圈互感器，接成 Y/Y/型。 本设计为终端变电所，不需进行绝缘监测，只需测量线路电压，所以选 JDJ35 型 户外式电压互感器，采用 V 形接法，供仪表用电压分两组，每组两台，分别接在 35kV 两 段母线上，配用 RW10-35/0.5 型限流熔断器。 电压互感器参数如下： 额定电压：35/0.1KV 额定容量：500VA 电压互感器配用 RW10-35/0.5 型限流熔断器参数如下： 额定电压：35kV 额定电流：0.5KA 开断容量：2000MVA 切断最大短路容量：28KA 过电压倍数不超过 25 熔管额定值大于实际值，故所选熔断器满足要求。 五避雷器的选择 为了防止雷电入侵波的侵害，选用 HY5WZ-42/134 型避雷器两组分放在 35kV 两段母 线上，与电压互感器共用一个间隔。 另选两组 FZ-35 型避雷器，保护主变压器。 六操动机构的选择 DW835 型油断路器配用 CD11 型电磁操动机构。 35KV 隔离开关操动机构均选用 CS17 型。 七、所变选择 35KV 所内须选用所用变压器，其主要用于所内照明及一些小型设备。 此处选用 S7-50/35 型变压器两台。选用 RW-35/2 型高压跌落式熔断器，其额定电压 为 35KV，额定电流为 2A，最大断流容量为 600MVA，符合实际要求。 八、电流互感器选择 在 35KV 入线、出线及母联处，必须装一定型号的电流互感器，主要用于及时检测 电流情况，若发生短路、断路等故障情况，可以立即由保护动作，切除故障，保证系统运 xy 大学毕业设计说明书 第 18 页 行，另外，装设电流互感器可便于工作人员及时检查工作情况。 35KV 入线电流互感器选用 LR-35-300/5 型。35KV 母联断路器处配用电流互感器为 LR-35-300/5 型。 35KV 出线及 6KV 入线等电流互感器选用 LR-35-400/5 型。 42 6kV 室内配电装置选择 一 高压开关柜选择， 高压开关柜目前选用固定式中改进型的 GG1A 型，要注意一次线路方案应与供电 系统图上的要求相适应。 本高压开关柜为开启式，根据负荷性质，大小选用高压开关柜型号如下： 1 进线柜 6kV 进线柜选用一次编号为 GG1A（FII）25 型高压开关柜一台。 2 联络柜 选 GG-1A（F）11 和 GG-1A（F）95 各一台，配合使用。 3 出线柜 油断路器两端都有隔离开关的选用 GG-1A（F ）07 型高压开关柜。 断路器前有隔离开关的选用 GG-1A（F ）03 出线柜。 4 电压互感器与避雷器柜 选用 GG-1A（ F）54 型电压互感器与避雷器柜 二 高压开关柜校验 高压开关柜只对其断路器进行校验。 1 进线柜校验 进线柜断路器选用 SN10-10/2000 型，隔离开关选用 GN25-10Q/2000 校验表如 4-3 所 示： 表 4-3 项目 实际需要值 SN10-102000 GN25-10Q/2000 电压 KV 6 10 10 电流 A 1128 2000 2000 断路容量 MVA 102.7 1000 xy 大学毕业设计说明书 第 19 页 断路流量 KA 9.41 43.3 动稳 KA 24.0 130 85 热稳 KA 4.07 43.3 36 校验合格。 2 联络开关柜校验 选用 SN10-10/1000 型油断路器，选用隔离开关为 GN19-10C1Q/1000 型校验表如 4-4 所示： 表 4-4 项目 实际需要值 SN10-101000 GN19-10C1Q/1000 电压 KV 6 10 10 电流 A 564 1000 1000 断路容量 MVA 102.7 500 断路流量 KA 9.41 29 动稳 KA 24.0 74 75 热稳 KA 3.97 29 30 校验合格。 3 出线柜 GG-1A（F ）07 和 GG-1A（F）03 校验 柜中均选用 SN10-10600 型断路器。 校验时考虑在断路器出口处短路时，短路电流最大，断路器出口处短路参数即 6kV 母线短路参数，又考虑各 6kV 母线处线不同的负荷电流，应选最大一路的负荷电流校验。 此处取主扇风机一路，校验如表 4-5 所示： 表 4-5 项目 实际需要值 SN10-10600 额定值 电压 KA 6 10 电流 A 176 600 xy 大学毕业设计说明书 第 20 页 断路容量 MVA 102.7 300 断路流量 KA 9.41 17.3 动稳 KA 24.0 44.1 热稳 KA 3.97 17.3 校验合格。 配用 CD10 型电磁操作机构，03、07 各用一套。 4GG-1A （F）54 校验 选用 JSJW-6 型电压互感器，额定电压 6 kV，副线圈 0.1/ kV，辅助线圈33 0.1/3kV，最大容量 200VA。 选用 FZ2-6 型阀型电站用高压避雷器，额定电压 6kV，灭弧电压 7.6kV，工频放电电 压 16kVU19kV。选用 RN2-10 型熔断器，作电压互感器保护，额定电压为 6kV，额定 电流 2A，最大断流容量 200MVA，切断极限电流最大峰值 5.2kA，最电压互感器保护比 较合适。 三 6kV 高压开关柜配用电流互感器选择 43 35kV 架空线及母线的选择 35kV 母线，在室外一般选用钢芯铝绞线，母线截面按经济电流密度选，按长时负荷 电流校验。 本供电系统采用分列运行，当一台变压器故障时，另一台变压器应承担全部负荷。 故该矿总负荷电流为: =184 A0.9537164Ucos31.05Pa总I 按经济电流密度选择，按长时负荷电流校验。 Sj=I 总 J j 其中： Sj导线经济截面 Jj经济电流密度 I 总 最大长时工作电流 因该矿为大型矿井，故查表 Jj=0.9，因此： xy 大学毕业设计说明书 第 21 页 Sj=I 总 J j=184/0.9=204.4（mm ）2 初选 LGJ240 型钢芯铝绞线，载流量为 610A，则 45 时的载流量为： I45 =610 =454.7A184 A4570 校验合格。 35kV 母线和 35kV 架空线，均选用 LGJ240 型钢芯铝绞线。 44 6kV 母线、电缆及架空线选择 一 6kV 母线选择 6kV 母线，一般选用矩形铝母线，其截面按长时允许电流选，按动、热稳定性校验。 1 选择 单台变压器的额定电流可由下式求得： IN= 1466 A3.6 10US 取分配系数为 0.8，则母线最大长时负荷电流为： Ig=0.8IN=1173 A 通常 35kV 以下室内配电多采用矩形铝母线，选用型号 LMY 的母线，采用平放动稳定 性好，但散热条件较差。 此处采用 10010mm 的铝母线，查的平放时 25 C 下，长时允许电流为：1675A。考2 0 虑变电所最高温度为 45，故实际允许电流为： I= =1248A1832.86 A25470YI 故采用 LMY10010 型铜母线。 2 母线动稳定性校验 1). 参照电工手册第二分册，三相母线位于同一平面布置的母线中产生的最大 机械应力为： xy 大学毕业设计说明书 第 22 页 kg/cm2321076.kriawl 其中 l跨距 154cm a母线相间距离 25 ikr短路冲击电流 24.51kA w母线抗弯距 cm2 查表可知 w=13.4 故得： =74.8kg/cm2 154cmmaxkri25 满足要求。 3). 利用手册简化计算表校验 查 LMY10010 母线平放 L=154cm, =25.允许通过的冲击电流最大值为： i =25.2KA25.1KAkr 满足要求。 3 母线热稳定性校验 所需母线最小截面为： Amin= jskdtcI)3( 其中： c母线材料热稳定系数 c=95 ksk集肤效应系数 取 1.1 tj假象时间 取 2s 短路电流 9.85kA)3(dI 则 Amin= = =155（mm ）1000 mmjsktc)( 21.9522 即热稳定校验合格。 二 高压电缆型号及截面选择 xy 大学毕业设计说明书 第 23 页 高压电缆型号根据敷设地点及敷设方法选，在地面一般选用油浸纸绝缘钢带铝包电 缆，若采用直埋时电缆外面应有防腐层，除立井井筒中敷设电缆外，一般采用铝芯，井筒 中敷设电缆应选用钢丝铠装，并根据井筒深度选用不滴流或干绝缘电缆，电缆芯线应为铜 质芯线。 电缆芯线截面应按经济电流密度选，按长时允许电流及最小热稳定界面校验，注意长 时允许电流与电缆敷设方式与根数有关。 1 主井绞车电缆选择 1). 主井为双回路供电，每一条均能使之正常供电，使绞车正常工作，故其长时负荷 电流为： = =149.3)cos3(UPIg)87.063(15 查的：J =1.54j 故：S j=I 总 J j=149.3/1.54=96.9597（mm ）2 采用电缆型号为：ZLQ20-3120 铝芯 导电线最高允许温度为 65 C，周围环境温度为 25 C，载流量为 220A，空气中敷设。00 2). 按长时允许电流校验 I= =156（A）25064YI 校验合格。 3). 按最小热稳定截面校验 由于电缆散热性差，暂时的短路电流有可能烧坏电缆，故必须进行热稳定性校验。 Smin= (mm2)c tIj)3( 其中： 三相短路电流稳定值 为 9.95kA)( tj 短路电流的假想时间 取 0.25s c 电缆热稳定系数 为 95 xy 大学毕业设计说明书 第 24 页 故此有：S min= =（9.95* /95）*1000=52.4120 (mm2)c tIj)3(25.0 校验合格。 2 副井绞车电缆选择 1). 副井供电系统与主井一样，故长时负荷电流为： =880/ *6*0.83=102(A)cos3(UPIg3 查得： Jj=1.54 故： Aj=Ig/Jj=102/1.54=66 (mm2)。 选用 ZLQ20-370 型铜芯电缆，导线最高允许温度 65，环境温度为 25，载流量 为 155A，空气中敷设。 2). 按长时允许电流校验 I45 = 110 A102A15264 校验合格。 3). 按最小热稳定界面校验 Smin= =9950 /95=52.37176(A)25704 校验合格。 3). 按电压损失校验 r0=0.225/km x0=0.365/km 则有： U%= 100%= =4.53%52.3（A）25704 3). 按电压损失校验： r0=0.609/km x0=0.394/km U%= =3.3%26.9A 校验合格。 3). 按电压损失校验 r0=0.796/km x0=0.403/km U%= =1.81%7kg 校验合格。 3). 热稳定校验 I= =9.61* =6.4KAtIj52. 其中： 最大短路稳态电流 kA tj短路电流作用假想时间 2.2s t热稳定电流保证值允许的作用时间 s 5s 热稳定电流保证值查表可得 30KA. 6.41.212 )(min1poksUI后 符合要求。 二。联络开关瞬时速断整定 由于它主要保护 35kV 母线，且允许与主变差动范围交叉，又不影响在非正常运行情 况下发生短路时的停电范围，故其动作电流应按躲过变压器二次出口即 6kV 母线短路时的 最大 。)3(min1kI 即 = =2.02 A3op12)(maxpkcUI 继电器动作电流： =36.7 A3 ax23. TkwcropKII 选用 DL1150 型电流继电器，动作电流整定范围为 12.550A。 灵敏度校验 灵敏度校验按被保护线路末端 35kV 处最小 校验：)2(min1kI 1.391.253min3opksI 符合要求。 三 QF、2QF 限时速断整定 该级限时速断主要考虑两个条件：一是要躲过全矿可能出现的最大负荷电流 ，)3(max2kI 故动作电流可取 ，即：3opI = =2.202 kA1 xy 大学毕业设计说明书 第 36 页 而： 0.563 kA2.202 kA1max3NcaolcaolgUSkII 符合要求。 继电器动作电流： 36.7 A3.1.roprI 选用 DL-11/50 型电流继电器，I op=12.550A。 灵敏度校验： 1.391.25-1.5.31sk 符合要求。 四 QF、5QF 过流保护整定 这一级过流保护的保护范围，若能保护到所内低压变压器的二次侧，则可作为低压 变压器过流保护远后备，而 13QF、26QF 可作为变压器内部保护的瞬时速断，由于 4QF、5QF 不可能留过全矿最大负荷电流，故其动作电流可按躲过单台变压器最大负荷电 流整定。 0.466 kAreNolreNolpkUSkII1143 继电器动作电流： 7.8 A44.TopwcropKII 选用 DL11/10 型电流继电器，I opr=2.510 A 灵敏度校验： =1.781.5142)2(min43poksUI 符合要求。 =0.3061.2142)2(min3.4poksI后 xy 大学毕业设计说明书 第 37 页 由于主变接线为 Y/-11 及保护装置为不完全星形接线，故上式分母中加 ，因3 ks4 后 1.2，故主变过流保护不能做低压变压器远后备，因此 13QF、26QF 瞬时速断保护范 围应扩大到变压器二次出线。 动作时限： t4=t1-t=2.5-0.5=2s 选用 DS-112 型时间继电器，t op=0.253s。 5-3 主变压器的保护整定 一 采用 BCH-2 型差动继电器。 二 计算变压器各侧额定电流，并选择互感器变比，确定基本侧，电压互感器接线 方式考虑了主变压器 Y/-11 接法的相位补偿。 1 主变各侧额定电流计算 Y 侧电流： I N.TY= =250 A37160 侧电流： = =1466 ANI. 2 电流互感器变比计算： Y 侧： K TA1= Ie.TY/5= *250/5=86 取 803 侧： K TA2= /5=1466/5=293 取 300N 3计算电流互感器二次回路额定电流 Y 侧： I N.T.2Y= *250/80=5.41 A31TAeYI 侧： =1466/300=4.88 A22eNK 3 汇总表 xy 大学毕业设计说明书 第 38 页 由于 IN.T.2Y ，故选 35kV 侧为基本侧，6kV 侧为非基本侧。2N 表 5-1 名称 一次侧 二次侧 额定电压 Kv 35 6 变压器额定电流 A 250 1466 互感器接线方式 Y 互感器计算变比 86 293 变比确定 80 300 互感器二次侧额定电流 A 5.41 4.88 三决定基本侧的一次动作电流 1躲过变压器空载分闸和外部短路切除后，电压恢复时的励磁涌流。 Iop=kcoIN.T=325 A Kco可靠系数，采用 BCH2 差动继电器。 IN.T变压器基本侧的额定电流 2躲过外部短路时的最大不平衡电流 Iop=Kk(KfzqKtxKTA+ U+ f)Ik2max(3)=1.3(1*1*0.1+0.05+0.05)*1694 =440 A 其中 Ik2max(3)为变压器外部短路流过变压器的最大短路电流。折算到 35KV 侧的值为： 9.95*6.3/37=1.694 KA 3躲过电流互感器二次断线引起的不平衡电流 Iop=kkIzqIgmax=1.3*250*1.5=487.5 xy 大学毕业设计说明书 第 39 页 经比较（取最大值） ，取 Iop=487.5 四确定基本侧差动线圈匝数 1基本侧继电器动作电流 Iopjs=kjxIop.jb/nTA=1.73*487.5/80=10.5 A 则基本侧线圈匝数为： Wcd.js=(AW)op/Iopj=60/10.5=5.7 匝. 其中 (AW) op继电器动作安匝，一般取 60 依 BCH2 内实际接线，选实际整定匝数为 6 匝，其中差动线圈 5 匝，平衡线圈 I 中 匝数 WPI取 1 匝。 五计算非基本侧平衡线圈匝数 WPIIs=WcIINT.2Y/INT.2 -WC=6*5.41/4.88-5=1.64 匝 取平衡线圈 II 实际匝数为 2 匝。 六计算因是几匝数与计算匝数不等而造成的相对误差f 0.05420.05| CpIsIf 故将 代入下式：| Iop=kk(kfzqktxkTA+U+f) )3(maxdI =1.3(1*1*0.1+0.05+0.0542)*1694=449.7 A 七初定短路线圈匝数 C1、C 2 所选抽头是否合适，应在保护投入运行时，通过变压器空载试验来确定，可暂选 D1D 2，匝数为：2856。 八检验最小灵敏系数 按最小运行方式下，6kV 侧两相短路校验 35kV 流入继电器的电流。 Ij= =1.73*8.44/(80*37/6.3)=31.11 AiKn )2(m3 xy 大学毕业设计说明书 第 40 页 则继电器整定电流为： Iopj=AW/(Wc+WPI)=60/6=10 A 最小灵敏系数为： klmin=31.11/10=3.1112 符合要求。 九变压器过负荷保护 按躲过变压器最大工作电流整定: Iopj=1.05INT(Kk/Kf)/Kn=1.05*250*1.2/(0.85*80)=4.63 A, 取 5A。 选用 DL-11/10 型电流继电器。 I opj=2.510A 配用 DS-24/C 时间继电器，时间整定到 10s。 十变压器瓦斯、温度等保护。 变压器本身已有瓦斯、温度等保护，本设计不需考虑。 54 6kV 出线、联络开关的保护整定 一母联开关保护整定 根据以上分析，该级设限时速断保护，主要为非正常情况下，故障主变的低压侧母 线的短路保护。因此动作电流可以用 6kV 母线上最小二相短路电流 除以灵敏系数来)2(minkI 确定。 = =8.44/1.5=5.63,8opIlk)2(min 继电器动作电流： =1*5630/300=18.7 AiopjxopjnIkI88 选用 DL-11/50 型电流继电器，动作时限取 0.5s。选用 DS-11 型时间继电器。 二6kV 各出线开关的保护整定 xy 大学毕业设计说明书 第 41 页 1电容器回路保护整定 因电容器柜仅采用了熔断器保护，故电源柜中再设瞬时速断保护。 Iop.j=kkIn/40=1.2*270*4/(1.73*6)/40=3.12 A 选 DL-11/50 型电流继电器。 灵敏度校验 kl= 8150/(40*3)=67.91.5njopkI)2(mi 合格。 213QF、26QF 的保护整定 1). 13QF、26QF 瞬时速断整定 该级瞬时速断可按保护范围末端的最小二相短路电流除以灵敏系数确定，但要躲过 变压器最大负荷电流。 1.45/1.5=0.97(KA)lkopI)2(min13 继电器动作电流： 967*1/40=24(KA)ijxopjnkI 13 选用 DL-11/50 型电流继电器。 变压器最大负荷电流： 2*1/(1.732*6.3)=0.181.513)2(min13OPKlIk 符合要求。 动作时间： t13=2-0.5=1.5 s 选用 DS-112 型时间继电器。 其他 6kV 出线保护整定方法与以上类似，不再重复计算。结果将列于后面的保护设 置及整定结果汇总表中。 注：由于整定过程中，瞬时速断按上述方法则所的动作电流太大将无合适继电器， 故按起动电流整定，让继电器动作值躲过尖峰电流，其中，尖峰电流为一组内其它电机正 常运转，一台起动情况。 例：主井提升回路： 二台电机，一台备用一台运行，故尖峰电流为： IMq+I N=144*8+0=1152（A） 1152*1.3=1497.6（A）取 1.3 为可靠系数。 继电器按动作电流为 1497.6/40=37.44 取 38 灵敏系数为：K L=Idmin(2)/IopKn=4.9 合格 动作时限取 0.5S. xy 大学毕业设计说明书 第 43 页 第六章 主控室各屏的选择 61 各屏选择说明 煤矿 35kV 变电所应设主控室，主要用来在室内控制 35kV 断路器、主变压器及其它 室外配电装置，控制室内集中装设控制屏、继电保护屏、信号屏、直流屏、交流屏等。 本设计仅选出各屏型号、规格，说明其名称、功能、数量。 一。线路保护屏选择 35kV 线路保护屏选用 PK-1 定型屏一面，本屏适用 35kV 双侧电源线路作为线路的相 间保护，并设有重合闸装置，相间保护采用两相式电流速断和两相三电流继电器带时限电 流保护组成，电流速断装置经出口中间继电器跳开断路器带时限保护经时间继电器终点节 点跳开断路器。 二主变压器保护屏 选用 PK-1 型外桥变压器保护屏一面，用以和线路保护屏组成全桥接线的保护。 该屏上设有差动、瓦斯、过流、过负荷、温度、等保护，对屏有以下要求： 1 变保护信号取自主变原副边断路器套管中和高压开关柜中电流互感器。 2 差动保护动作后只跳开原、副边断路器。 3 过流、过负荷动作后，只跳开原、副边断路器。 三控制屏选择 选用定型产品 PK1 型屏一面，要求进线断路器的控制接于其上，并在各进线增装 功率因数表、有功电度表、无功电度表各一个。变压器控制屏选用 PK1 型屏。 xy 大学毕业设计说明书 第 44 页 四. 中央信号控制屏 选用 Pk1 型屏一面，该屏装设的冲击继电器，能重复动作的干簧式继电器，采用 闪光电源监视，事故时发出音响，中央事故信号和中央预报信号能重复动作，在备用光字 牌上装设硅整流，I II 失压显示直流系统绝缘电阻低显示。 五直流屏选择 直流屏提供变电所开关控制、继电保护、自动装置、信号装置等所需要的直流操作 电源，应保证在上级电源正常和故障情况下，均能可靠的供电。 选用 BZGN10 型镉镍蓄电池直流电源成套装置两面。 六交流屏选择 选用一面 PK1 型交流屏。主要控制所用变压器的负荷，如所内的动力、照明、控 制、信号、继电保护自动装置等。 6-2 选择结果汇总 名称 型号 线路保护屏 PK-1 变压器保护屏 PK-1 线路控制屏 PK-1 中央信号屏 PK-1 直流屏 BZGN-10 交流屏 PK-1 低压屏 PK-1 xy 大学毕业设计说明书 第 45 页 第七章 变电所防雷与接地 7-1 保护接地网的设置 变电所采用统一接地网，主要为了满足接触电压及跨步电压的要求，同时也是为了 便于将设备及构架连接在接地体上。 本变电所采用如下图所示接地网： 本变电所选用水平接地体，选用 404mm 的扁钢作接地体，外缘做成如上图的闭合 形，四角呈圆弧状，并设置均压带。 接地网埋在冻土层以下，冻土层厚度为 0.38 米，故此可埋在 0.8 米处。 查资料可得 404mm 扁钢接地电阻 1 时约为 200m。 一确定接地电阻 1 6kV 接地电阻 xy 大学毕业设计说明书 第 46 页350)(jejdLUI 其中： L e电缆长度，电缆长度计算为： Le=0.4+0.4+0.2+0.3+0.05+0.35+0.5+0.75+0.9+25 =28.85(km) 取 30m Lj6kV 架空线长度 Lj=(2.6+2.5+2.7)1.05=8.19 取 9m 则： =18.220 故不用装补偿电抗器jdI350)9*(6 R =120/18.2=6.6( )j 35kV、6kV 均为中性点不接地小电流系统，规定接地电阻小于等于 4。 2 接地电阻计算 1). 接地网总面积： S=(27-2)*(35-2)+(34+4)(9+4)+16*7=1431(m2) 接地网总长度为： L=6*33+2*25+2*(38+13)+2*7=364(m) 实际接地电阻为： 4 210ln4dhSRjd = ( )l36*.21360 4210*8.36 =0.7+0.165 =0.8654 其中： S 接地网面积 L 接地体总长 xy 大学毕业设计说明书 第 47 页 土壤电阻率 50m d 水平接地体等效直径，对扁钢：d=h/2=0.02m h 接地体埋深 0.8m 符合要求。 2). 接地电压校验 接触电压允许值： EjY=50+0.05 =50+0.05*60=53(V) 长孔网内敷设水平接地体均压带，接触电压出现在边角内部一带的手脚可能出现接 触的两点之间产生最大的电位差 Ejmax Ejmax=kjIjdRjd 其中： k jmax=kjIjdRjd 其中： k j=knkdks kj为接触系数 kn均压带的影响系数 kn=0.97/6+0.96=0.258 kd接地网直径影响系数 ks接地网面积影响系数 ks=1.23-0.23*40/ =0.9868143 则： kj=knkdks=0.258*1.00*0.9868=0.255 Ejmax=kjIjdRjd=0.255*18.2*0.865=453V 合格。 3). 跨步电压校验 跨步电压允许值： EkbY=50+0.2 =50+0.2*60=62(V) 跨步电压在接地网突出的边角处最大： Ekb=kkIjdRjd 其中： k k跨步系数 R R=0.092 则： E kb=0.092*18.2*0.865=1.4562V xy 大学毕业设计说明书 第 48 页 符合要求。 接地线的热稳定校验说明 由于 6kV 系统装有选择性漏电保护装置，当发生单相接地故障时，将在短路时间内 实行选择性跳闸，故接地线的热稳定性不必进行校验。 低压系统由于实际的 Rjd=0.865,也属小电流接地系统，而变压器装有漏电速断保 护，故亦不必进行接地线热稳定性校验。 上述接地电阻、跨步电压、接触电压等只是粗略的理论计算值，实际条件与这些往 往不太符合，并且多变，故尚需现场实测，然后再修正后确定接地电流。 72 变电所的过电压保护 变电所的过电压保护除在母线上装设阀型避雷器外，在 6k