完整版35kv变电所毕业设计.docx
《完整版35kv变电所毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版35kv变电所毕业设计.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
完整版35kv变电所毕业设计
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。
1设计目的要求
太岳煤矿35kv地面变电所的设计，本设计要完成对太岳煤矿地面变电所的设计，通过设计要求我们熟悉掌握所学课本理论知识，实现理论和实践的结合。
认识国家有关煤矿供电技术经济方面的方针政策和安全方面的规章制度；扩展了我们的知识领域，培养了我们严肃的科学态度，提高了我自身独立思考问题的能力，通过本次设计让我们熟练了对供电手册，供电技术书的使用和查阅；以及我们编写技术手册、绘制技术图纸的能力；培养了我们对煤矿供电设计能力的基础训练。
毕业设计必须符合国家技术政策和有关矿山供电的规章制度。
尽量采用新型高科技技术，新设备和国产先进技术，确保技术的先进性。
在确保煤矿供电安全性、可靠性和供电质量的基础上尽可能的节约投资,尽量做到对矿山供电的优质，安全，经济，可靠。
2矿山供电设计的原资料
2.1交通位置
山西汾西太岳煤业股份有限公司太岳煤矿位于山西省中南部，隶属沁源县西部的柏子镇、李元乡、中峪乡、古县北平镇，其地理坐标为北纬36°27′42″～36°33′06″，东经112°09′31″～112°14′53″。
在井田的西部有北平-古阳公路经古县、洪洞可与大运公路及南同蒲线相接，南部有宝丰-唐城公路经安泽与309国道相连，中部柏子-中峪-沁源及北部的柏子-李元-北园村公路经沁源-沁县公路可接208国道和太长高速公路，沁（源）-沁（县）铁路可与太焦铁路线相接，交通尚属便利。
2.2地形、地势及河流
井田地处太岳山区霍山东麓。
地形总的趋势是南、北部高，中部低，最高点在北部的侯神岭西部，标高1499m，最低点在柏子河蔚村段的河谷中，标高1058.20m，相对高差440.80m。
区内地形复杂，沟谷纵横，柏子河河谷较为宽阔，由西北向东南贯穿矿区中部，两侧山谷呈树枝状分布，属侵蚀强烈的中山区。
本区属黄河水系沁河流域，主要有柏子河及其支流，北部有狼尾河，南部有蔺河，均属季节性河流，近几年长期干枯。
2.3气象与地震
本区属大陆性气候，昼夜温差较大，根据沁源县气象站观测资料，年平均气温8.6℃，极端最高气温35.6℃（1995.7.5），极端最低气温－25.8℃（1990.2.1）；年平均降水量634mm，年最大降水量834.3mm（1986），年最小降水量为541.4mm（1996）；年平均蒸发量为1547.2mm，年最大蒸发量为1749.6mm（1995），年最小蒸发量为1397.1mm（1991）；蒸发量比降水量大2～3倍。
春冬季雨雪少，雨季多在7～9月份，最短无霜期143天，结冰期多在十月份至次年三月份，最大冻土深度80cm（1993），夏季多东南风，春冬季多西北风，最大风速14.0ms（1994）。
3矿山供电电源和变电所位置的确定
3.1变电所位置的确定
变电所位置的确定对煤矿供电非常重要，变电所位置选择正确与否将对供电质量供电安全性，供电安全性和供电经济性产生较大影响。
对于矿山地面变电所，变电所的位置应尽量接近负荷中心，按照国家规定选择合适的位置，具体选址可参照下列要求选址：
（1）电力变压器的位置最好接近负荷中心；
（2）尽可能的实现供电设备搬运和装载简单方便；
（3）最好使进出线接线简单，尽可能的实现不交叉；
（4）最好不要建在地形不稳定的地段；
（5）应尽量接近电源侧；
（6）最好建在地势较高的地段，以免短路；
综合以上的要求，和国家有关规定，结合该矿区实际的地理条件在该煤矿提升机房左侧设一35KV变电所。
3.2供电电源的确定
对于煤矿性企业来说，矿山的供电相当重要，当供电系统发生故障时可能发生重大的人身伤亡事故，所以矿山供电属于一级负荷（重要负荷），故必须选择双电源供电，两电源配合使用，其中一电源发生故障时，另一电源能正常提供矿山用电，不至于发生事故。
以下为两种设计方案：
方案一、采用两条回路独立电源供电，一条回路由李元变电站二次侧35kV母线供电，另一条回路由太岳变电站二次侧35kV母线供电。
方案二、从太岳110KV变电站二次侧35kV母线平行引进两回路供电，此为双回路供电。
表3-1选择方案一、二对照表
方案
比较项目
方案一
方案二
供电质量
高
高
供电线路安全系数
很好
好
供电可靠性
高
较高
电能损耗
小
大
敷设线路是否方便
方便
方便
比较名次
1
2
由上表可得，通过供电可靠性、供电质量、电能消耗，线路造价等综合考虑方案1比较合适。
4负荷统计
4.1矿区情况
太岳矿年产150万吨，可采年限38.8年，本矿是斜井开拓生产，井巷工程总量为20184.9m，掘进总体积为265591.3m3，其中硐室体积为6810m3。
万吨掘进率为134.6m，万吨掘进体积为1770.61m3。
太岳矿35kV变电站，该站有2回电源线路。
一回路引自太岳110kV变电站，线路长10km。
另一回路引自李元35kV变电站，线路长4.5km。
两回路的架空导线均为LGJ-150。
图4-1太岳35kV变电所电源位置接线图
4.2负荷统计和无功补偿
4.2.1负荷计算
不管什么企业什么用电单位，所需的电能都是由电力提供的，而变电站就是连接用户和供电系统的中转站，所以不管是对于用户还是供电系统变电站的地位是非常高的，为了使供电系统对用电单位安全、可靠的提供电能，很有必要对变电所的所有负荷进行计算。
4.2.2主井提升机为例计算负荷
总的有功计算负荷为：
==0.92000=1800KW（4.1）
总的无功计算负荷为：
=tan=18000.63=1134kvar（4.2）
总的视在计算负荷为：
KVA（4.3）
式中:
K——提升机的需用系数；
cos——提升机的功率因数；
Tan——为Cos对应的正切值；
总的计算电流为：
（4.4）
式中:
U——供电系统的额定电压（单位KV）；
4.2.3变电所的总计算负荷
==0.9（1800+1280+960+560+...+1197.3）=14194.3KW
==0.95（1134+806.4+……+1029.7）=10616.2kvar
===17725KVA（4.5）
式中:
——有功、无功功率总计算值和；
、这里取：
K=0.9，、K=0.95
变电所的功率因数为：
cos===0.8（4.6）
4.2.4无功功率的补偿
根据《国家供用电规则》的规定：
高压用户功率因数应在0.9以上，当变电所的功率因数低于0.9时，可以通过人为的办法进行补偿，补偿后的功率因数不低于0.95（大于等于0.95）。
4.2.5电容的补偿容量的计算
（4.7）
=14194.3（0.644-0.329）
=4471.2kvar
4.2.6电容器台数的确定
变电所的无功功率补偿装置，可以选择成套电容器柜，也可以选择单台电容器。
电容器组在接入供电电网时，可用中性点不接地的双星接或星接线。
根据额定电压、补偿容量及接线方式本设计选择BFB6.6-30-1w（额定电压6.3KV，容量30kvar）双Y接线的电容器装于电容器柜中，每柜装设15个电容器（三相电，每相5个电容器），每柜总容量450Kvar,所以计算电柜数为：
N===13（组）（4.8）
式中：
——单电容器柜的额定容量值；
——BFB6.6-30-1w的实际工作电压（KV）；
——电容器的额定工作电压（KV）
电容器柜接在两段母线上，每条母线上接的柜数为:
n===3.25
取大于等于计算值的整数，所以n=4,电容器柜总数应为N=4n=16台
电容器的实际补偿容量：
Qc=qN.cN（）2=450×16×（）2
=6530.6（Kvar）
人工补偿后的功率因数为：
Qa.c=Q∑-Qc=10616.2-6530.6=4085.6（Kvar）
Sac==
=14770.6（KVA）（4.9）
Cosψac===0.96（4.10）
功率因数大于0.95,符合要求。
负荷统计表（见附表）
5主变压器的选择
选择主变压器时，主变压器的容量应按补偿后变电所的负荷总容量以及主变压器的台数和运行方式确定，本煤矿有大量的一，二类负荷，所以一定要选用两台变器。
方案一：
两台变压器并联运行。
方案二：
两台变压器，一台工作，一台备用。
5.1第一种方案
计算每台变压器的容量为:
KVA（5.1）
式中:
—变压器额定容量；
—发生故障保险系数，对矿山企业一般选择不小于0.8；
—变电所补偿和的容量；
查《工矿企业供电》表2-3选择S11—型变压器两台:
计算主变压器的负荷率:
（5.2）
5.2第二种方案
计算主变压器的容量:
KVA
查《工矿企业供电》一书9-1表，确定选择S型变压器.
计算主变压器的负荷率:
表5-1S和S型变压器主要技术数据
型号
容量
额定损耗（KW）
额定电压（KV）
空载电流%
阻抗电压%
组别
外形尺寸（mm）
空载
短路
高压
低压
长
宽
高
S
12500
19
677
35
6.3
0.7
8
YN,d11
4220
3260
4150
S
16000
22.5
93
35
6.6
0.7
8
YN,d11
4550
3620
4430
方案比较情况见表5-2，由表5-2可以看出：
方案一选择S型变压器、方案二选择S11－型变压器。
经比较，选用方案二合理。
表5-2方案一、二比较表
方案一
方案二
技术指标
负荷率
0.9
0.89
供电可靠性
低
高
供电质量
高
较高
操作
方便
方便
设备运输
方便
方便
维护管理
方便
方便
方案比较名次
1
1
经济指标
电力损耗费用
11.386
15.95
基本电费
96万
60万
方案比较名次
2
1
综合比较名次
2
1
5.3变电所供电系统的拟定
电力变电所的主接线对电力系统非常重要，进线、出线供电回路数，电气设备的特征以及负荷性质等条件都需要考虑。
主接线方式必须在保证供电系统安全可靠的前提下，最好动作灵活，接线方式简单，设备维护以及操作方便，尽量节省有色金属的使用费用，电力系统主接线是变电站、发电厂等电力系统设计的首要部分，更是组成供电系统的首要环节。
主接线的确定对供电系统整体运行起这非常重要的作用，而且主接线对变电站的设备选型、变电站的继电保护有着很大的参考价值，所以必须严谨的准确的选择主接线方式。
5.3.1变电所一次接线的确定
本煤矿供电系统采用双回路供电，力求接线容易简单、运行灵活、和维修方便的条件下可采用桥式接线。
桥式接线可分为内桥接线方案、外桥接线方案和全桥接法。
当用户负荷不稳定，变压器时长维护检修时，最好用外桥接线。
这种接线的变电所改变送点线路不是很好。
内桥接线同外桥相比，一次接线侧收到了断路器的保护，提高了送电可靠性，但是主变压器切换不方便，全桥式接线中和了内桥外桥的特点，其特点是线路侧、变压器高压、低压侧都装有断路器保护，所以具有适应性强，运行灵活，对供电线路、电力变压器的操作都用相当大的优点。
综上所述，采用全桥接线综合了内桥外桥的优点。
5.3.2变电所二次接线的确定
由于本矿供电变电所要对矿山井下供电（提升机、井下照明、井下水泵房属于一级负荷）和井上地面场所（人工村、机修厂等）供电，所以可采用单母线分段供电，当任一段供电线路发生故障另一供电线路可以通过母线分段对故障线路供电，提高了供电可靠性。
下图5-1为变电所主接线图。
图5-1太岳煤矿变电所主接线图6短路电流的计算
为了准确的选择电气设备，选择短路保护装置；以及是否需要采取限流措施及正确选择限流装置；确定电力系统运行方式和接线方式，必须对线路的短路电流以及短路冲击电流和短路容量进行计算。
图6-1短路计算图
6.1短路电流计算
以（主井提升机）短路点为例，其短路计算如下：
选定基准容量S=100MVA，U=37KV，U=6.3KV
6.1.1最大运行方式下短路电流
的等值电路图（图6-2）为:
S=400，两台变压器同时运行，L=10km，L=0.5km，==9.16KA
图6-2点的等值电路图
计算标幺值如下：
供电电源电抗标幺值：
===0.25
35KV架空线路电抗标幺值：
=XL=0.4×10×=0.29
主变压器电抗标幺值：
====0.5
电缆线路电抗标幺值：
==0.08×0.5×=0.1
总电抗标幺值：
=X+++++=0.25+0.29+0.25..+0.1=0.89
三相短路电流：
===10.29KA（6.1）
短路电流冲击值：
=2.55×=26.245KA（6.2）
短路电流有效值：
=1.51=15.5379KA（6.3）
短路容量：
=S=112.36MVA（6.4）
6.1.2最小运行方式下短路电流
点的等值电路图（图6-3）为：
SS=300，单台变压器运行，L=12.8km，L=0.5km，==9.16KA
图6-3点的等值电路图
计算标幺值如下：
供电电源电抗标幺值：
===0.33
35KV架空线路电抗标幺值：
=XL=0.4×12.8×=0.37
主变压器电抗标幺值：
===0.5
电缆线路电抗标幺值：
=XL=0.08×0.5×=0.1
总电抗标幺值：
=+++=0.33+0.37+0.5+0.1=1.3
三相短路电流：
KA
短路容量：
=S=76.923MVA
表6-1短路电流计算值
线路
最大运行方式
最小运行方式
Imax（3）
iim
Iim
Ssmax
Imin（3）
Imin
（2）
Smin
1
2.867
7.238802
4.364562
174.4291
2.216153
1.910468
141.3669
2
11.55836
29.68936
17.58398
126.5363
7.491548
6.543506
82.80748
3
11.59493
29.46795
17.52834
126.5721
7.015746
6.162154
76.34687
4
3.975729
10.14321
6.46259
43.41363
3.361409
2.91885
36.77761
5
4.57848
11.67537
6.859442
49.96121
3.792165
3.284325
41.37873
6
9.612878
24.51129
14.61015
104.8842
6.696219
5.799188
73.1685
7
9.611879
24.51028
14.61004
104.8842
6.696219
5.799188
73.0695
8
9.222962
23.5164
14.01728
100.6291
6.504622
5.633259
70.97780
9
10.26275
26.17015
15.5993
111.9864
7.015748
6.067056
76.44607
10
2.121598
5.411077
3.22481
23.15172
1.935572
1.676256
21.12182
11
11.1082
28.07191
16.73147
120.1216
7.345293
6.360209
80.15023
12
10.29073
26.245
15.538
112.36
7.05015
6.310236
76.95089
7输入线路的选择
7.1母线的选择
7.1.135kv母线的选择
1.按母线最大电流选择截面积
35kv母线的长时允许电流：
Ip===234A（7.1）
考虑通常情况下过负荷5%，则其最大长时负荷电流为：
=2341.05=245.9A
铝绞线的经济电流密度为＝0.9（），导线的经济截面为：
A===273（7.2）
可初选LGJ-300型钢芯铝绞线；
2.按最大长时允许电流校验：
查表得LGJ—300型导线长期允许电流为746A大于长时负荷电流245.9A故符合要求。
3.短路热稳定条件校验:
（7.3）
式中：
——母线的最小热稳定截面,单位mm2
——通过母线的最大三相短路电流稳定值，单位A;
——集肤效应系数；
铜圆母线，直径在20mm2以下；
铝圆母线，直径在22mm2以下；
——导体的热稳定系数；
7.1.26kV母线的选择
1.按正常工作持续电流选择，并且考虑长时工作时变压器可能过载5%，
===1434A（7.4）
可选用LJ-185型矩形铝母线，在25C时其载流量为9.38kA，若考虑温度修正系数，在环境温度为40时：
==0.83（7.5）
则修正后的长时载流量为：
=0.839.38=7691.6A〉=1434A；满足系统要求；
2.热稳定性校验：
最小需用截面：
式中：
---肌肤效应系数，可取1.1；
C---热稳定系数，正常工作在40摄氏度时，可取C=98；
---发生短路发热的等值时间（限时速断时间2秒，加上故有时间0.2秒）
则：
==147.3mm2〈1000mm2；（7.6）
满足要求。
7.2电缆的选择
电缆在供电系统中是一种特殊的导线，选择电缆时应考虑敷设的场所，移动频繁的可采用橡套电缆，固定敷设的可采用铠装电缆，要承受较大拉力的可用钢丝铠装电缆，有火烧火灾和爆炸危险的不能使用铝芯、铝包或油麻外被层电缆，有腐蚀性的敷设场所应尽量采用塑料外被层电缆。
锅炉房，机修厂，选煤厂，压风机为固定敷设，可采用无铠装电力电缆；主、副井提升机可采用钢丝铠装电缆，井下可采用橡套电缆。
无铠装：
YJVYJLV，额定电压6.6，芯数3。
钢丝铠装电缆：
YJV32YJLV32，额定电压6.6，芯数3。
电缆截面的选择同架空线路。
7.2.1电缆的选择：
（以主提升机为例）
最大长时负荷电流：
===192.46A；（7.7）
1.按经济电流密度选择电缆：
查表得铝芯电缆得经济密度为=1.54则其经济截面
===124.97（7.8）
查表可选ZLQ型铝芯纸绝缘铅包粗钢丝铠装电缆单根三芯敷设土壤中
，其长时电流可为260A，符合要求。
2.电缆截面的选择可按长时容许电流校验：
由使用环境温度得：
地面最高温度可达42，
==0.82，（7.9）
则温度修正后其容许的最大长时负荷电流为：
==2600.82=231.2A〉=192.46A，满足要求。
3.按电压损失校验电缆截面：
高压系统中要求不得超过7%--10%，对煤矿来说要求不得超过5%，得：
=60000.05=300V
线路实际电压损失为：
=（7.10）
=
=192.46250=25.9V
式中：
S——为所选电缆得截面
——为导线电导率
故电压损失〈=300V
满足要求。
7.3绝缘子的选择
主要用来支持导线和杆塔绝缘。
目前种类很多，按其安装环境可分为室内绝缘子和室外绝缘子。
选高压支柱式绝缘子选择：
35kV室外母线绝缘子的选择：
35kV室外母线瓷瓶，可选ZS-35型悬式绝缘子串，每串4片绝缘子；绝缘强度可达400mm,机械破坏负荷400kg。
6kV母线支柱绝缘子选择：
6KV母线为单体铝母线，故可选ZC-10型支柱绝缘子，其机械破坏负荷为1250kg
户外选ZSW——354；
户内选ZL——354Y；
户外支柱ZS——实心棒型支柱；
ZSX——悬挂式棒式支柱；
ZSW——耐污型棒式支柱；
户内支柱ZL——户内联合胶装；
Y——圆柱底座；
8电气设备的选择
8.1高压开关柜选择（进线35KV）
35kV室内布置及6kV高压配电设备一般采用具有五防功能的成套高压开关柜。
它在电力系统中有保护和控制高压设备和送电线路的作用，其中安装有保护设备，高压开关设备，监测装置和绝缘子母线等，本方案可选择移动开关柜。
8.1.1一次方案的确定
选择可考虑：
考虑负荷情况太岳煤矿供电所负荷容量大，对继电保护要求较高，必须使用断路器进行控制和保护，由于是采用双回路供电，所以断路器的两侧均应装设隔离开关。
考虑开关柜之间的组合情况。
采用断路器联络；断路器两侧均应安装了隔离开关，所以两柜组合使用。
（1）断路器
高压断路器（符号QF）是高压设备的一种，它的通断电流能力很强，既能在正常的工作电流下通断，又能在线路发生短路的情况下切断线路，还可以在继电器的作用下自动接通和断开线路，结合本站的设计理念即：
无人值守综合自动化，必须具有可靠、安全、免维护等优点做该站支持设备，本站选择ZN--40.5（Z是真空断路器，N是户外式，40.5是高压短路器的额定电压，单位KV）型真空断路器，具体参数如下：
表8-1ZN--40.5型真空断路器参数
序号
单位
名称
数据
1
额定电压
KV
40.5
2
额定绝缘水平
1min工频耐压
A
80
3
雷电冲击耐压
180
4
额定电流
KA
1250
5
额定动稳定电流（峰值）
50
6
额定热稳定电流（峰值）
20
7
永磁机构机械寿命
次
≥100000
选型简介：
35kv母线的可通过电流：
Ip===234A；
所以可选择ZN——40.5型真空短路器；
（2）隔离开关
高压隔离开关（符号QS）主要是隔离电源，以起到对线路的检修和设备的维护，它不设有专门的灭弧装置，不能通断带有负荷的线路，一般有和断路器搭配使用以起到保护线路的作用，本设计选择GW5-35G600型高压隔离开关（G产品名称，W户外）
设备型号
操作机构
重量
4s热稳定电流
极限峰值电流
额定电压
额定电流
GW5-35G600
CS17型
3T
16KA
72KA
35KV
600A
表8-2GW5-35G600型高压隔离开关参数
（3）电流互感器
电流互感器（符号TA）可以通过自身的变比可以将一次侧的高电流转化到二次侧的低电流，以实现二次侧仪表和继电器的工作。
本设计35KV侧选择LCWDL电流互感器，具体参数如下：
表8-3LCWDL电流互感器参数
型号
变比
二次负荷阻抗
动稳定电流
1S热稳定电流
LCWDL
6005
2
135
75
（4）JN-35接地开关
表8-4JN-35接地开关参数
型号
额定电压
最高电压
热稳定电流
动稳定电流
雷电冲击电压
工频电压
JN-35
35.0KV
40．5KV
20.0KA
升级会员 