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1、精选优质文档-倾情为你奉上山 东 工 商 学 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY毕业论文(设计)GRADUATIONTHESIS（DESIGN）论文（设计）题目Title Of Thesis（Design） 胜利煤矿35KV/6KV变电所设计 分院（系别）Department 信息与电子工程学院 专业Speciality 电气工程及其自动化 班级Class电气111班论文（设计）作者Author of Thesis（Design）论文完成日期Date 2015年05月论文（设计）指导教师Advisor 指导教师职称The Title o
2、f Advisor 教授 专心-专注-专业胜利煤矿35KV/6KV变电所设计35KV / 6KV Substation Design of ShengLi Coal Mine 张有利Zhang Youli2015年 5月May 2015指导教师对毕业论文（设计）的评语Advisors Comments on Graduation Thesis (Design)评语： 指导教师（签章）Signature of Advisor 日期 Date 评阅人意见评阅人姓名：职称：选项标准： A很同意 B同意 C基本同意 D不同意分项评价评价项目ABCD选题质量1选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求2
3、题目难易适度3题目工作量适当4有理论意义或实际价值能力水平5查阅文献资料能力强6综合运用知识能力强7研究方案的设计能力强8研究方法和手段的运用能力强9外文应用能力强成果质量10文题相符11写作水平高12写作规范13篇幅适度14成果有理论或实际价值总体评价： 优 良 中 及格 不及格 评阅人评语 评阅人签字： 年 月 日答辩（评审）委员会意见Appraisal of Defence Commission答辩（评审）成绩Mark of Defence鉴定意见Appraisal & Comments 主任（签章） Signature of Dean 日期Date胜利煤矿35kV/6kV变电所设计摘要
4、根据35kV/6kV变电所在国内变配电系统中所 占有的重要地位以及本次设计对象的需要，本文为胜利煤矿设计一座35KV/6KV变电所，为胜利煤矿提供基本的电能供应，根据目前所学的知识设计相关的母线选择、变压器选择、进线出线、结构布局，并且介绍相关的接线设计和设备布局。采用常规方法分析资料，得到计算结果，并依据结果选择合适的电气设备，同时测定主接线系统和运行模式，依据变电站设备和线路保护的短路电流计算，根据变电所设置的过电流保护的一般要求用继电保护整定等并选择符合要求的熔断器等保护设备，设置过电压与防雷等措施保护变电所的正常运行。关键词变电所 35KV/6KV 继电保护 短路电流 35KV / 6
5、KV Substation Design of ShengLi Coal Mine Abstract According to some of the important position occupied needs and design objects of this 35KV / 6KV substation power distribution system in the country, it designs a 35KV / 6KV substation for shengli coal mine, and provide electrical supply, based on c
6、urrent school bus select the relevant knowledge of the design, the relevant selection, the line, structure layout, Needing introduce the relevant wiring design and equipment layout. Analyze data using conventional methods to obtain the results, and based on the results select the appropriate electri
7、cal equipment, simultaneous determination of main wiring system and operating modes. By the need to calculate the correlation coefficient method of power load and short-circuit current, etc., and select the relevant Devices according to the results, determine the system operation mode while the main
8、 connection and short circuit current calculation based on the results of related equipment for the substation based on raw data and line for protection, according to the general requirements set substation overcurrent protection relay setting and select fuses and other protective devices to meet th
9、e requirements, and other settings over the normal operating voltage and lightning protection measures to protect the substation.Key WordsSubstation 35KV / 6KV Protection Short circuit current目 录引 言35KV/6KV变电所在国内变配电系统中占有十分重要的地位，目前多数企业都自行建设和管理35KV的变配电设施。本文设计某煤矿35kV变电所的任务是向工业广场矿井广场生活住所及其他方面的用电设施供电。该变电
10、站设计的合理性，不仅关系到投资和经营水平的成本，而对正常生产和煤矿工人的安全的重大影响。因此，煤矿35kV变电所设计在矿井供电设计中占有重要的地位。本次设计是依照常规设计的步骤和规范进行的，包含负荷的统计模块，主要变压器的选择模块，接线模块，短路相关计算模块，继电保护模块，防雷措施模块等几大块。并根据在每一步设计的相关法规，所以它可以满足变电站的总体要求。根据我国电力状况以及未来的发展，应选用节能环保，性能优良的电力变压器断路器。因为时间上和自身认知上的局限性，总会有一些的缺漏，望请原谅。第一章 绪 论 1.1基本资料胜利煤矿为180万吨/年的大型煤矿，该矿地处高原山地，海拔1000米，属于干
11、燥大陆性气候。冷热多变。6-7月份最热，最高气温可达3 6摄氏度。一月份最冷，最低温度为-19.6摄氏度，土壤冻结深度为0.75米，七、八、九月份为雨季，井下含水量为中等，矿区主要风向为西北风，最大风速为1416米/秒，矿区地震裂度为六级。电源系统：1）胜利煤矿35kV/kV地面变电所拟定建在矿山的风井广场，电源取自常庄变电站和李庄变电站，距胜利煤矿的工业广场1kM，示意图如下图1.1 电源系统Fig 1.1 Power System2）常庄区域变电站装设两台SFSL-31500三卷变压器，整个系统分裂运行，最大运行方式，35kV母线，最小运行方式，。3）李庄煤矿35kV/6kV变电站装设两台
12、SFL-8000/35KV二卷变压器，该变电站不为终端式，有两趟35kV架空转供线路，最大运行下35KV母线上，最小运行方式下。4）供电部门要求胜利煤矿变电所继电保护最大整定时间不大于2.5秒。5）供电部门要求胜利煤矿变电所在35kV侧进行计量。6）功率因数值应在0.9以上（35kV侧）。矿井负荷见负荷统计表。表1.1 负荷统计表Table 1.1 Load Statistics序号负荷名称设备总容量kw工作总容量kw计算功率备注P（kw）Q（kvar）S（kva）一工业广场动力（1）主井皮带提升1主皮带120010006kV绕线电机2控制10103检修绞车5555小计12651065（2）机
13、厂锅炉房1机修厂105510552支柱加工房57573矿灯房51514材料房14.7514.755浴室1286龙门吊车41.541.57食堂冷冻机98.7555.758空气加热器399.7245.79锅炉2143.22045.7小计3872.93573.9（3）压风机系统1压风机4*5503*5506kV同步电机2冷却泵及158113小计23581763二水源系统705490三广场建筑照明1室内3003002室外5050小计350350四风井广场（1）马沟风井1风机8004002低压动力6421（2）南岗风井1风机8004002低压动力64213锅炉房91.876.84空气加热室27.527.
14、5（3）瓦留风井1风机8004002低压动力64213各风井照明2020小计2811.31387.3五矸石系统1矸石绞手2*3102*3102低压动力94.53退翻车机27.527.54锅炉房91.876.85空气加热室12126照明1515小计775.3755.3六工人村1锅炉5023802室内照明5005003室外照明7575小计1077955七井下负荷1南翼采区5250.95195.62北翼采区5250.94838.43井底车场438.5404.54大巷运输12339825照明1010小计12600.311430.5八副井绞车1绞车8008002低压动力10080九井下排水1主排水泵27
15、7013802其它负荷21.418.4小计3691.42278.4全矿合计28801.423559.4第二章 电力负荷的相关计算2.1 确定相关计算负荷2.1.1 计算负荷的基本知识计算负荷对供电设计，变压器参数、相关设备器材以及保护整定都有重要的参照作用。所以计算负荷的计算合理与否，将对电器和导线电缆的经济合理性造成直接影响。如果计算负荷比正常计算高，这时选择相关设备会造成浪费。如果计算负荷小，电器和导线承受运行负荷的压力大，使电网损耗增加，线路发热过多从而对线路产生危害，造成事故还造成经济损失。因此，需要认真对待计算负荷。2.1.2 用电设备的计算负荷 根据各负荷的计算公式（2.1）（2.
16、2）和（2.3）显示：有功功率： (2.1)无功功率： (2.2)视在功率： (2.3)三式中：每个设备容量，单位是千瓦；：需要系数；:用电设备平均功率因数；：对应正切值。1.工业广场动力：查附录表1 =0.16-0.2（用0.2）=0.5=1.73有功负荷： 无功负荷： 视在功率： 有上式同样可得水源系统、排水绞车、风井广场、矸石系统、工人村、厂区照明的有功无功和视在功率。1）对主干线路的总负荷计算：（取=0.95， =0.97）1、有功功率：2、无功功率： 3、视在功率： 2）计算低压母线总负荷：（取=0.90，=0.95） 1、有功功率： 2、无功功率： 3、视在功率： 负荷统计如下表2
17、.1所示。表2.1 负荷统计Table 2.1 Load Statistics设备组/kW/kvar/kVA工业广场动力0.20.51.731499.182593.582995.70水源系统0.80.80.75246.75185.06308.43排水绞车0.70.80.82583.982067.183309.11风井广场0.80.80.752249.041799.232880.18矸石系统0.60.750.88465.18409.36619.66工人村0.810861.60861.6厂区照明1109250925总计8830.737054.41对干线取8389.196842.7810748.68
18、对低压母线取7947.666701.6910396.052.2 功率因数补偿一般来说，大量的用户使用电机类的感性负载，在这种情况下功率因数达不到0.9，这样会增加损耗造成浪费，因此有必要采取提高无功补偿措施。提高功率因数可以降低能耗节约能源损耗节约资源对我们的长远发展有很大的好处，可以选择小容量变压器和其它电气设备，减少投资和节约金属资源用来做长期投资。因此需提高功率因数。最大负荷无功补偿量应为： (2.4)此时的计算容量为最大负荷时所需的容量，而且补偿容量应该随负荷变化而变化。因此，安装自动控制器可以补偿无功功率，达到功率因数，根据负载的变化及相应的输入电容的大小，使瞬时功率因数可达到设定值
19、。自动补偿装置与相关成套的设备可以一起使用，并且根据环境变化投入相应的电容组。用公式确定总的补偿电容量，就就可以根据公式确定电容器组数： (2.5)无功补偿装置以低压集中补偿的形式安装。以下是计算过程：从低压侧母线负荷计算，增加到0.92。 =7947.66*tan(arccos0.76)-tan(arccos0.92)=3410（kvar）选择(MKP)-280-15-1电容器， 。 电容器组数：3410kvar/30kvar=113所以电容器组数选择113组。补偿后的视在功率计算负荷：补偿后的计算电流：2.3 变压器的选择1、选择变压器台数的要求： 1）可靠性要高，有些负载很重要是不能断电
20、的，这样要有备用的电源，这样可用两台变压器，当负荷不是很重要时那么变压器就可以只用一个，不过最好是有备用电源。 2）在负荷变化大或者应考虑经济状况也可采用两变压器。3）一般情况下一台变压器就可以满足要求。但是在容量比较大的情况下应该采用两个变压器。4）在确定主变台数后应该留有一定的余地。在本次设计中，工业广场、水源系统、风井广场、矸石系统等为一级负荷，所以采用两台变压器。2、所主电压器容量的选择和条件：1）单变压器能提供总电能的70%。2）单变压器应满足一级负载。由上可选的变压器两台，其性能参数如下表所示。表2.2 变压器的技术参数Table 2.2 Technical parameters
21、of the transformer型号额定容量KVA额定电压KV阻抗电压百分数联结组损耗KW空载电流百分数高压低压空载短路12500376.37.512.856.70.55第三章 接线方案的选择3.1 电气主接线概述电气主接线是指系统在变电站的发电厂和高压电气设备及相关的高压电缆和母线组合成的。其功能是汇集和分配电能。所以电气主接线在电力系统中占有很重要的地位。由于其在电力系统中所起到的关键性作用，所以会对电力系统的安全稳定性灵活性以及经济型产生重要影响。除此之外，它还对一些硬件设施以及软件设备等其他方面产生重要的影响，因此电气主接线在本设计中是很重要的。3.2 主接线的设计原则 1、变电所
22、的地位和作用； 2、变电所的分期和最终的建设规模； 3、负荷大小和重要性； 4、系统备用容量大小； 5、提供的具体资料。3.3 主接线设计的基本要求我国能源部有相关的规定，变电所主接线的设计应该根据根据一些要求来设置，其中包含变电所在电力系统的地位，以及变电所本身的容量，相关负荷所具有的性质，相关的电气元器件的连接等方面的参数和要求。因此可概括为以下几点：1、可靠性；2、灵活性；3、经济性。 3.4 主接线的拟定和运行方式因为本设计是是35KV变电所，以6kV电缆线向用电设备供电，变电所电源来自上级常庄110kV变电所和李庄110kV变电所的二次35kV侧，由双回架空线供电。考虑到煤矿重要性，
23、留有一台变压器当做紧急备用电源。胜利变电所正常情况下，由李庄变电所供电，当接收李庄变电所供应电能的变压器出现问题时，使用备用变压器接收来自常庄的电能进行供电，考虑到以后的发展，两台变压器可分别运行。待设计变电所的高压部分一般可以采用内外桥接线，低压根据用电设备组分为二进十出接线方式，同时几个出线间隔给其他设备，故6kV侧应设11回出线，其主接线初拟6种方案，方案一：内桥接线单母线不分段；方案二：内桥接线单母线分段；方案三：内桥接线单母线旁路接线；方案四：外桥接线单母线不分段；方案五：外桥接线单母线分段；方案六：外桥接线单母线旁路接线。3.5 主接线的比较与选定3.5.1 技术比较1、内桥线路的
24、特点：1）线路操作方便。2）操作复杂。3）检修时会被分开。内桥适用线路较长，故障可能大和不需经常改变运行状态的变电所。2、外桥接线的特点：1）变压器操作方便2）线路输入和处理，操作复杂3）桥式电路故障或维修分成两部分，两台失去联系。外桥接线适用线短不经常出现问题和频繁改变运行状态的变电所。考虑到本次设计的资料以及实际情况可以选择内桥式接线，因此，方案一、方案二和方案三为优。3、单母线不分段接线的特点：简单方便经济但不够灵活可靠，发生任一元件故障，均导致停电。4、单母线分段接线的特点：简单、清晰、灵活，两段母线都可以自己单独给设备供电，不会被彼此影响，因此供电可靠。5、单母线分段带旁路接线的特点
25、：保护装置检修时，旁路母线被代替，引出元件可不停电，这虽然提高了供电的可靠性，但也有负面影响。会占用更多的空间耗费更多的经济投资和资源，除此之外，由于设备的增多以及其带来的一系列影响会增加事故出现的概率。且不利于无人值班。综合比较后选择单母线分段方案二三，下面继续比较。3.5.2 经济比较综合投资比较：方案三比方案二多用了母线等设备。故方案二的综合投资小于方案三。运行年费比较：方案二和方案三的线路损耗相同，但是能量损耗方面，根据综合比较得出单母线分段接线更加适合本次设计。因此内桥式单母线分段接线也就是方案二更加适合胜利变电所。图3.1内桥单母线分段接线Fig 3.1 Inner bridge
26、And Single Bus Terminal第四章 短路电流的相关计算4.1 最大运行方式短路电流计算胜利变电所最大运行方式下为李庄变电所并且李庄变电所为最大运行方式，两台变压器并联运行。短路电流计算系统图如下：图4.1短路电流计算系统图Fig 4.1 The short-circuit current calculation system of FIG.使用标幺值法来计算。取基准容量为100MW，一次侧基准电压37kV，二次侧基准电压6.3kV。由公式 (4.1)高低压侧短路电流分别为1.56kA和9.18 kA。计算短路回路中电抗标幺值电力系统根据有关资料，则 变压器取35kV架空线路：
27、由资料可知：，则 电阻可忽略。电力变压器：有资料得：，则 等值电路图如下：图4.2 等值电路图Fig 4.2Equivalent circuit diagram求出点三相短路电流和短路容量点短路电抗：在发生短路的情况下三相电在每一周期产生的电流有效值：三相短路冲击电流最大值：短路冲击电流有效值：三相短路容量：求出点三相短路电流和短路容量点短路电抗：相关参数计算方式与点相同三相短路电流周期分量有效值：三相短路冲击电流最大值：短路冲击电流有效值：三相短路容量表4.1 三相短路电流计算结果表Table 4.1 The table of three-phase short-circuit curren
28、t calculation results 短路点编号额定电压平均电压短路电流的周期分量有效值短路点的冲击电流短路容量有效值最大值d135372.6442.6443.99246.7422169.4381d266.36.856.8510.343517.467574.74454.2 最小运行方式短路电流计算短路电流计算系统图如下：图4.3短路电流系统图Fig 4.3 Short-circuit current system of FIG.各参数计算方式同上电源系统电抗：取0.23电力系统变压器35KV架空线路由资料可知：，则电阻可忽略电力变压器取 6KV侧综合计算得：使等效电路图简化，计算短路点的
29、短路阻抗标幺值，从而为下文提供参考依据，方便选择相关设备。等效电路图如下：图4.4 等值电路图Fig 4.4Equivalent circuit diagram求出点三相短路电流和短路容量点短路电抗：在发生短路的情况下三相电在每一周期产生的电流有效值：三相短路冲击电流最大值：短路冲击电流有效值：三相短路容量：求出点三相短路电流和短路容量点短路电抗：相关参数计算方式与点相同三相短路电流周期分量有效值：三相短路冲击电流最大值：短路冲击电流有效值：三相短路容量：表4.2 三相短路电流计算结果表Table 4.2 The table of three-phase short-circuit curre
30、nt calculation 短路点编号额定电压平均电压短路电流周期分量有效值短路点冲击电流短路容量有效值最大值d135372.51612.51613.79936.4161161.2418d266.36.70076.700710.118117.086873.1154第五章 电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般条件和原则1）满足正常运行和操作要求。2）按当地环境条件校核。3）注意相关性价比。4）根据实际情况来设计。5）型号不要太繁杂。6）考虑到到过电压过电流等各种情况，保证电气设备的稳定性，和绝缘性。高压设备选择校验表如下表5.1 高压设备选择校验表Table 5.1 The selection checklist of high voltage equipment 项目电压电流断流容量短路电流校验动稳定热稳定断路器PPPPP隔离开关PPPP电流互感器PPPP电压互感器PP母线PPP表中P为应进行校验的项目5.2 断路器隔离开关的选择5.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择最大持续工作电流： = 额定电压选择： 35kV 额定电流选择： 开断电流选择： Qk=（kA）2S本设计中35kV侧采用型户外高压断路器。通过对断路器的额定电压电流以及动热稳定性校验得出下表。表5.2 具体参数比较表Table 5.2 The comparison table of