煤矿35KV变电站毕业设计文档格式.docx
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9.1.2变压器的过电流保护45
9.1.3变压器的差动保护45
结束语46
致谢47
参考书目48
1概述
随着现代工业的发展，电能在工业中越来越显示其作用的巨大，而作为接受和分配电能的变电站所更是在工业企业占据十分重要的位置，因此，设计、分析和发展变电所是一项很重要的任务。
大型电力用户的供电系统，采用电源电压等级为35KV，经主变电所和车间变电所两级变压。
主变电所将35KV电压变为6—10KV电压，然后经配电线路引至各个车间变电所，车间变电所再将6—10KV电压变为220V380V660V的低电压供用电设备使用。
某些矿区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓“高压深入负荷中心”的供电方式，即35KV的进线电压直接一次降为220V380V660V的的低压配电电压。
国民经济的不断发展对电力能源的需求也不断增大，致使变电所数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已经越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或者无人值班的要求。
随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。
本矿供电系统由两条35kv进线供电。
两条进线分别到室外两个356kv主变压器，平常只用一台主变，另外一台备用。
矿井年产量：
90万吨服务年限：
80年
两回35kV架空电源线路长度：
==4km；
本所35KV电源母线最大运行方式下的系统电抗:
=0.23（=100MVA）；
本所35KV电源母线最小运行方式下的系统电抗:
=0.31（=100MVA）；
本所6KV母线上补偿后功率因数要求值：
=0.9。
自然条件
本矿位于平原地区
1、年最热月平均温度为40℃。
2、冻土层厚度为0.55m，变电所土质为沙质粘土。
3、本矿主导风向为西北方向，最大风速为26ms。
2负荷计算
2.1负荷分级
根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：
一级负荷：
为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。
一级负荷要求有两个独立电源供电。
本矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。
二级负荷：
为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。
二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。
三级负荷：
不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。
本矿属于比较重要的工业部门，其供配电采用两条进线，下设两个35kv的电力变压器。
2.2矿井负荷计算
目前，负荷计算常用需用系数法、利用系数法和二项式法。
本设计采用需用系数法进行负荷计算，步骤如下：
需用系数法：
用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。
这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
（1）用电设备分组，并确定各组用电设备的总额定容量。
（2）用电设备组计算负荷的确定。
用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。
在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。
其计算公式为:
（2-1）
（2-2）
（2-3）
（2-4）
、、——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；
——该用电设备组的设备总额定容量；
——功率因数角的正切值；
——额定电压；
——该用电设备组的计算负荷电流；
——需要系数，根据资料查得。
（3）多组用电设备组的计算负荷
在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数。
具体计算如下：
i＝1、2、3…，m（2-5）
（2-6）
（2-7）
（2-8）
式中P、Q、S——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；
——同时系数；
——该干线变电站低压母线上的计算负荷电流;
——该干线或低压母线上的额定电压;
m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；
——用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量；
（4）负荷计算过程
采用需用系数法确定计算负荷，方法简便，使用广泛，为目前确定变电所负荷的主要方法。
需用系数法负荷计算的步骤从负荷开始逐级上推，到电源进线为止。
表2-1本矿变电所用电负荷
设
备
名
称
负荷
等级
电
压
kv
线路
类型
容
量
kw
安装
台数
设备
总容
量kw
需
用
系
数
功
率
因
距35kv
变电所距离km
提升机
1
6
C
1200
0.89
0.83
0.3
抽风机
800
2
1600
0.90
0.87
1.2
压风机
150
4
600
0.88
0.86
0.2
机修厂
3
0.38
350
0.60
0.72
0.4
地面
低压
480
0.76
0.7
洗煤厂
K
1500
0.75
0.8
工人村
420
0.85
2.8
排水泵
560
2240
0.6
井下
0.66
1250
0.74
0.79
从表2-1中知本矿变电所的最大连续负荷为9640KW，无功负荷为4842KVar.计算有功负荷时的值相应取0.85，计算无功负荷时的值相应取0.95。
即6KV母线计算负荷：
=9640x0.85=8194（KW），=4842x0.95=4600（Kvar）。
（1）提升机计算负荷
=1200kw=0.89=0.83
=tan（art）=0.67
=·
=0.89×
1200=1068kw
=1068×
0.67=715.56kva
===10680.83=1287kva
==1287kva1.732×
6000=123.8A
（2）抽风机计算负荷
=800kw=0.90=0.87
=tan（art）=0.57
=0.90×
800=720kw
=720×
0.57=410kva
===7200.87=828kva
==8281.732×
6000=80A
（3）压风机计算负荷
=600kw=0.88=0.86
=tan（art）=0.59
=0.88×
600=528kw
=528×
0.59=311.52kva
===5280.86=614kva
==6141.732×
6000=59A
（4）机修厂计算负荷
=350kw=0.60=0.72
=tan（art）=0.96
=0.60×
350=210kw
=210×
0.96=201.6kva
===2100.72=292kva
==2921.732×
6000=28A
（5）地面低压计算负荷
=480kw=0.72=0.76
=tan（art）=0.86
=0.72×
480=345.6kw
=345.6×
0.86=297.2kva
===345.60.76=455kva
==4551.732×
6000=43.8A
（6）洗煤厂计算负荷
=1500kw=0.75=0.83
=0.75×
1500=1125kw
=1125×
0.67=753.75kva
===11250.83=1355kva
==13551.732×
6000=130.4A
（7）工人村计算负荷
=420kw=0.75=0.85
=tan（art）=0.62
420=315kw
=315×
0.62=195.3kva
===3150.85=370.6kva
==370.61.732×
6000=35.7A
（8）排水泵计算负荷
=2240kw=0.89=0.85
2240=1993.6kw
=1993.6×
0.62=1236kva
===1993.60.85=2345.4kva
==2345.41.732×
6000=225.7A
（9）井下低压计算负荷
=1250kw=0.74=0.79
=tan（art）=0.78
=0.74×
1250=925kw
=925×
0.78=721.5kva
===9250.79=1170.9kva
==1170.91.732×
6000=112.7A
根据变压器损耗公式：
△P=0.02△Q=0.1
则有:
△P=163.88（KW）△Q=460（KVar）
考虑变压器损耗后全变电所计算负荷，即35KV母线处计算负荷：
=8194+163.88=8357.88（KW）
=4600+460=5060（Kva）
=9770.25（Kva）
则自然功率因数：
COSα=8357.889770.25=0.855
2.3功率补偿
在工业企业供电系统中，由于绝大多数用电设备均属于感性负荷，这些用电设备在运行时除了从供电系统取用有功功率P外，还取用相当数量的无功功率Q。
有些生产设备在生产过程中还经常出现无功冲击负荷，这种冲击负荷比正常取用的无功功率可能增大5—6倍。
若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。
这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。
电流增大同样会引起电压损失的增大。
为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。
优点是操作方便、可靠、运行经济，投资少以及有功损耗少。
（1）功率补偿因数计算
根据本矿变电所负荷统计的结果可知：
35KV侧的计算负荷=8357.88+5060j，其自然功率因数为0.855，现利用电容器补偿，
假设补偿后的功率因数为0.9，根据矿井安装电容器容量公式：
—矿井计算负荷；
—自然功率因数的正切值；
—补偿后的正切值。
因此补偿的无功功率为：
=8357.88×
（tanarccos0.855—tanarccos0.9=1022（KVar）
则全所总无功计算负荷为：
=5060—1022=4038（KVar）
（2）选择电容器
选择电容器及个数
选择GR-1C-08型电容柜，容量为270千法。
需用电容柜的数量：
N=1022÷
270=3.8取4个柜。
表2-2GR-1C-08型电容柜参数
型号
额定电压（KV）
标称容量（KVar）
额定频率（HZ）
GR-1C-08
6.3
270
50
实际补偿补偿后的功率因数：
=0.903满足要求。
3主变器的选择
3.1变压器台数的选择
（1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
（2）对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
（3）对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
（4）本矿采用两台主变，平时只用一台，一台备用。
3.2变压器选择计算
装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：
（1）任一台单独运行时,应能满足不小于总计算负荷60%的需要。
（2）任一台单独运行时，应能满足全部一、二级负荷的需要。
由于=9770.25（KVA）所以按条件选变压器。
≥=9770.25（KVA）
因此每台主变压器的容量应选10000KVA。
故经过以上的验证，选用两台356.3kv，额定容量为10000KVA的SF7S9-5035。
容量
kVA
高压额
定值kV
低压额
阻抗
电压％
空载
电流％
空载损耗kW
负载
损耗kW
10000
35
7.5
13.6
53
容量kVA
阻抗电压％
空载电流％
500
1.4
1.0
表3-3S9-5035型电力变压器技术数据
38.5
6.5
2.0
210
1220
4电气主接线的设计
4.1电气主接线的设计原则和要求
4.1.1电气主接线的设计原则
（1）考虑变电所在电力系统的地位和作用
变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
（2）考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。
应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。
（3）考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对一级用电负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级用电负荷不间断供电；
对二级用电负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电，三级用电负荷一般只需一个电源供电。
（4）考虑主变台数对主接线的影响
变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将会产生直接的影响。
通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。
而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低。
（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；
当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。
4.1.2电气主接线设计的基本要求
变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接总数、设备特点等条件确定。
并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。
可以简单概括为以下五点：
（1）可靠实用；
（2）运行灵活；
（3）简单经济；
（4）操作方便；
（5）便于发展。
4.2变电所的主结线方式
变电所的主接线是由各种电气设备及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。
它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数、容量等因素有关，所以变电所的主接线有多种形式。
确定变电所的主接线对变电所电气设备的选择、配电装置的配置及运行的可靠性等都有密切的关系，是变电所设计的重要任务之一。
（1）线路-变压器组接线
发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机—变压器组，称为单元接线。
它具有接线简单，开关设备少，操作简便，以及因不设发电机电压级母线，使得在发电机和变压器低压侧短路时，短路电流相对而言于具有母线时，有所减小等特点；
这种单元接线，避免了由于额定电流或短路电流过大，使得选择出口断路器时，受到制造条件或价格甚高等原因造成的困难。
（2）桥式接线
为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中广泛采用有两回路电源受电和装设两台变压器的桥式主接线。
桥式接线分为内桥、外桥和全桥三种，其接线如图4-1所示：
图4-1桥式接线
图中WL1和WL2为两回电源线路，经过断路器QF1和QF2分别接至变压器T1和T2的高压侧，向变电所送电。
断路器QF3犹如桥一样将两回线路联在一起，由于断路器QF3可能位于线路断路器QF1、QF2的内侧或外侧，故又分为内桥和外桥接线。
（3）单母线分段式结线
有穿越负荷的两回电源进线的中间变电所，其受、配电母线以及桥式接线变电所主变二交侧的配电母线，多采用单母分段，多用于具有一二级负荷，且进出线较多的变电所，不足之处是当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均应停止运行。
（4）双母线接线
这种接线方式有两组母线，两组母线之间用断路器QF联络，每一回线路都通过一台断路器和两台隔离开关分别接到两组母线上。
因此，不论哪一回线路电源与哪一组母线同时发生故障，都不影响对用户的供电，故可靠性高、运行灵活。
双母线接线的缺点是设备投资多、接线复杂、操作安全性较差。
这种接线主要用于负荷容量大，可靠性要求高，进、出线回路多的重要变电所。
4.3本所主接线方案
4.3.1电气主接线方案比较：
方案一单母线不分段接线如图4-2所示。
图4-2电气主接线方案一
方案二单母线分段接线如图4-3所示。
图4-3电气主接线方案二
方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单，但其可靠性不高。
当母线需要检修或者发生故障时，会导致所有用电设备停电。
且变电所的负荷大部分均为Ⅰ类、Ⅱ类负荷，因此方案一中的单母线不分段接线不能满足Ⅰ类、Ⅱ类负荷供电可靠性的要求。
方案二中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性。
可以保证当任一母线发生故障或检修时，都不会中断对Ⅰ类负荷的供电。
综合比较本矿的35kv侧采取全桥形式的主接线，全桥型接线灵活可靠。
6千伏侧则选用单母线分段接线。
5短路电流计算
5.1短路电流计算的一般概述
电气设备或导体发生短路故障时通过的电流为短路电流。
在工业企业供电系统的设计和运行中，不仅要考虑到正常工作状态，而且还要考虑到发生故障所造成的不正常状态。
根据电力系统多年的实际运行经验，破坏供电系统正常运行的故障一般最常见的是各种短路。
所谓短路是指相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接（接地），以及三相四线制系统中相线与中线短接。
当发生短路时，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中将流通很大的短路电流（几千甚至几十万安），电源的电压完全降落在短路回路中。
（1）短路的原因
主要原因是电气设备载流部分绝缘所致。
其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后未拆除地线就送电等误操作；
鸟兽在裸露的载流部分上跨越以及风雪等现象也能引起短路。
（2）短路的种类
三相系统中短路的基本类型有：
三相短路、两相短路、单相短路（单相接地短路）和两相接地短路。
除了上述各种短路以外，变压器或电机还可能发生一相绕组匝间或层间短路等。
根据运行经验统计，最常见的是单相接地短路，约占故障总数的60%，两相短路约占15%，两相接地短路约占20%，三相短路约占5%。
三相短路虽少，但不能不考虑，因为它毕竟有发生的可能，并且对系统的稳定运行有着十分不利的影响。
单相短路虽然机会多短路电流也大，但可以人为的减小单相短路电流数值，使单相短路电流最大可能值不超过三相短路电流的最大值。
这就使全部电气设备可以只根据三相或两相短路电流来选择，况且三相短路又是不对称短路的计算基础，尤其是工业企业供电系统中大接地电流系统又很少，因此应该掌握交流三相短路电流的计算。
（3）短路的危害
发生短路时，由于系统中总阻抗大大减小，因此短路电流可能达到很大的数值。
强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏；
短路点的电弧可能烧坏电气设备；
短路点的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断；
若在发电厂附近发生短路，还可能使全电力系统运行破裂，引起严重后果。
不对称短路所造成的零序电流，会在邻近的通讯线路内产生感应电势，干扰通讯，亦可能危及人身和设备安全。
（4）短路电流计算的目的
①在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。
②在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
③在设计户外高压配电装置时，需按短路条件效验软导线的相间和相对地的安全距离。
④在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
⑤接地装置需根据短路电流进行设计。
5.2短路回路参数的计算
在进行短路电流计算时，首先需要计算回路中各元件的阻抗。
各元件阻抗的计算通常采用有名值和标么值两种计算方法。
前一种计算方法主要适用于1KV以下低压供电系统的网路中，后一种计算方法多用在企业高压供电系统以及电力系统中。
对较复杂的高压供电系统，计算短路电流时采用标么制进行计算比较简便。
标么制属于相对电位制的一种，在用标么制计算时，各电气元件的参数都用标么值表示。
5.2.1标么值
标么值一般又称为相对值，是一个无单位的值，通常采用带有*号的下标以示区别，标么值乘以100，即可得到用同一基准值表示的百分值。
在标么值计算中。
首先要选定基准值。
虽然基准值可以任意选取，但实际计算中往往要考虑计算的方便和所得到的标么值清晰可见，如选取基值功率为10
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