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1、平顶山工学院电气与电子工程系毕业设计某矿丁戊六采区井上变电所供配电系统设计前 言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 在现代工矿企业中，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电气化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本
2、，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好电力系统的供配电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。此外，在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。在电力系统中，除应采取各项积极措施或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置
3、才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器以被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词，则指各种具体的装置。 本次某矿丁戊六采区井上变电所供配电系统设计一次部分设计，是以毕业设计任务书为基础，依据供配电系统、现代建筑电气设计使用指南、工厂供电、民用建筑电气设计规范以及供配电系统设计规范GB 5005295等专业的相关资料和规定进行毕业设计是专业学习的一个重要组成部分
4、,也是对所学专业知识的一个检测，目的是通过设计实践,综合所学知识,贯彻学习我国电力工业有关的方针政策,培养理论联系实际,独立分析解决问题的能力。在本次的设计中,首先温习了相关内容和有关图书资料,熟悉了设计中各个项目的要求和方法步骤,然后才进入实际设计阶段,在设计过程中做到有根据,有过程,有论证,简洁明快,条理清晰。目 录前言目录摘要第一章 负荷等级的划分5第一节 供电方案5第二节 负荷分析5第二章 电气主接线设计6第一节 电气主接线的基本要求6第三节 主接线方案选择6第三章 负荷计算9第一节 概述9第三节 负荷计算12第四章 无功功率补偿16第一节 无功功率补偿的基本知识16第二节 无功功率补
5、偿17第五章 短路电流计算19第一节 有关短路电流产生的原因、危害19第三节 短路电流计算方法20第二节 短路电流计算22第六章 变电所电气设备选择27第一节 概述27第二节 继电器的选择28第三节 隔离开关的选择30第四节 主母线选择34第七章 线路的保护整定计算37第一节 基本知识37第二节 系统线路继电保整定计算42第八章 变电所电力变压器的保护45第一节 电力变压器继电保护基本知识45第二节 变压器继电保护计算48第九章 控制及信号回路51结束语55附录A：负荷统计表56附录B：参考文献58附录C：图纸检索表及附图58某矿丁戊六采区井上变电所供配电系统设计摘要：随着矿区的发展建设，原变
6、电所已不能满足用电需求，为改善供电质量，提高供电可靠性，并根据矿采区发展规划及预计负荷状况，设计6kv变电所。关键词：变电所、系统主接线、短路电流、继电保护Some ore Ding Wu six picks in the area well thetransformer substation to supply the electrical power distributionsystem designAbstract: Along with the mining area development construction, the originaltransformer substatio
7、n has not been able satisfiedly to useelectricity the demand, for the improvement power supply quality,enhances the power supply reliability, and picks the area developmentaccording to the ore to plan and to estimate the load condition,designs the 6kv transformer substation.Keywords : substation, th
8、e main wiring system, the short-circuit current, relay protect.第一章 负荷等级的划分第一节 供电方案供电电压采用6KV，双回路6KV电源引自不同区域变电所（电压等级高于35KV），导线型号为LGJ-95，每回路长度约为2.5km，在丁戊六采区工矿设一座6KV变电所。 第二节 负荷分析根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：一、符合下列情况之一时，应为一级负荷： 1.中断供电，将造成人身伤亡的负荷。 2.中断供电，将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废
9、、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。 3.中断供电，将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷 。 在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷 ，应视为特别重要的负荷。二、符合下列情况之一时，应为二级负荷： 1.中断供电，将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 2.中断供
10、电，将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷 。供电电源应符合下列规定：一、一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。二、一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入该应急供电系统。三、二级负荷应满足双回路供电根据以上规定对所有负荷进行负荷等级划分，井上部分：主井绞车，副井绞车，扇风机，压风机为一级负荷，其他低压负荷为二级负荷：井下部分：主排水泵，采区水泵，戊8戊
11、9回采工作面，戊8戊9掘进工作面，轨道下山上部绞车，轨道下山下部绞车，皮带下山运输机为一次负荷，井底车床负荷为二级负荷。第二章 电气主接线设计主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。第一节 电气主接线的基本要求我国变电所设计的技术规程规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。电气主接线的基本要求:1、可靠性：（1）研究可靠性应注意的问题： A、应重视网内外长期运行的实践经验及其可靠性的运行分析。 B、应包括一次部分和相应组成的
12、二次部分在运行中可靠性的综合。 C、在很大程度上取决于设备的可靠程度。 D、考虑待设计发电厂，变电所在电力系统中的地位和作用。（2）具体要求： A、断路器检修时，不宜影响对系统的供电。B、断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少停远回路和停远时间，并保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。C、尽量避免变电所全停的可能性。D、大机组，超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2、灵活性：主接线应满足在调度、检修时的灵活性。 （1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机，变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要求。（2）检修时，可以方便地停运断路
13、器，母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。3、经济性：主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省A、主接线要求简单，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、避雷器等一次设备。 B、要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 C、要能限制短路电流，以便选择价廉的电器设备和轻型电器。 D、如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端和分支变电所可用简单接线方式。（2）占地面积小，主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。（3）电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。（4）具有未来发展和扩建的可
14、能性。第二节 主结线方案选择 变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。 母线（bus）实质上是主接线电路中接受和分配电能的一个电气联结点，形式上它将一个电气联结点延展成一条线，以便于多个进出线回路的联结。 有汇流母线的主接线是我国目前广泛采用的接线形式，按母线设置组数的不同，又可分为单母线接线和双母线接线两大类。 单母线制形式如图所示，是有汇流母线的主接线中结构最为简单的一类。在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上。单母线不分段接线图单母线制的可靠性和灵活性都较
15、低，母线或连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。 为了提高单母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用断路器分段的单母线接线，如图所示，图中的QF3称为分段断路器。采用断路器分段的单母线接线变配电所主结线的选择原则1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。3.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。4.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。5. 610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或
16、有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。6.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。7.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设隔离触头。 根据对负荷等级的分析，可以确定主接线方案一次侧（6kv）为断路器分段的单母线分段接线，从一侧母线上引两回线至地面高压部分（包括主井绞车和副井绞车），从另外一侧引两回线至井下6KV变电所，从分段断路器两侧各引一回线至地面变电所，转换成为0，38KV供地面低压部分使用。因为地面部分
17、多为一级负荷，因此应当考虑电源的备用。 综合各方面因素，设计出供配电系统主接线方案如图（附录）所示。第三章 负荷计算第一节 概述一、计算负荷（calculated load） 通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用Pc(Qc、Sc、Ic)表示。 其中规定取“半小时平均负荷”的原因：一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3=31030（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导线
18、的最高温升。 二、负荷计算的意义和目的负荷计算主要是确定计算负荷，如前所述，若根据计算负荷选择导体及电器，则在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过允许值。 计算负荷是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。 正确确定计算负荷意义重大，是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。三、用电设备的工作方式 用电设备按其工作方式可分为三种： （1）连续运行工作制（长期工作制） （2）短时运行工作制（短暂工作制） （3）断续运行工作制（重复短暂工作制） 连续运行工作制（长期工作制） 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部分温升均不
19、超过最高允许值，负荷比较稳定。如通风机水泵、空气压缩机、皮带输送机、破碎机、球磨机、搅拌机、电机车等机械的拖动电动机，以及电炉、电解设备、照明灯具等，均属连续运行工作制的用电设备。 短时运行工作制（短暂工作制） 用电设备的运行时间短而停歇时间长，在工作时间内，用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却，在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度，这是短暂工作的特点。如机床上的某些辅助电动机（如横梁升降、刀架快速移动装置的拖动电动机）及水闸用电动机等设备。这类设备的数量不多。 断续运行工作制（重复短暂工作制） 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间（t）与停歇时间（t0）相互交替。工作时
20、间内设备温度升高，停歇时间温度又下降，若干周期后，达到一个稳定的波动状态。如电焊机和吊车电动机等。断续周期工作制的设备，通常用暂载率表征其工作特征，取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值，即为 ，即：式中 t，t0工作时间与停歇时间，两者之和为工作周期T。四、负荷计算的方法负荷计算的方法有： 需要系数法、二项式法、利用系数法、形状系数法、附加系数法.需要系数法比较简便因而广泛使用。这里仅介绍需要系数法。需要系数需要系数考虑了以下的主要因素：式中 K同时使用系数，为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比； KL负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此
21、系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比； wl线路供电效率； 用电设备组在实际运行功率时的平均效率。实际上，上述系数对于成组用电设备是很难确定的，而且对一个生产企业或车间来说，生产性质,工艺特点，加工条件，技术管理和劳动组织以及工人操作水平等因素，都对Kd有影响。所以Kd只能靠测量统计确定当Kd值有一定变动范围时，取值要作具体分析。如台数多时，一般取用较小值，台数少时取用较大值；设备使用率高时，取用较大值，使用率低时取用较小值。当一条线路内的用电设备的台数较小（nR。与系统中的有功损耗相比，无功损耗要大得多。10kV及以下配电网，一般电阻要比等值串联电抗大得多， RX。所以，对3
22、5kV及以上电网的无功补偿调压效果显著，10kV配电网的无功补偿应以降损节能作为主要目的，并兼顾改善电压水平。三、电容器安装的一般规定：1、无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置。可采用分散和集中相结合的方式，接近用电端的分散补偿可取得较好的经济效益，集中安装在变电所内的补偿有利于控制电压水平；2、无功补偿设施应便于投切，装设在变电所和大用户处的电容器应能自动投切；3、在6KV配电站中安装无功补偿设施时，应安装在低压侧母线上；当电容器能分散在低压用户的用电设备上时，则不需在配电站中装设电容器；4、用户安装的电容器可以分散安装，亦可以集中安装；前者必须能按运行需要自动投切，后者安装于
23、所补偿的设备旁，与设备同时投切；两者中以分散安装的方法较好。提倡用户低功率的用户设备内装电容器。第二节、无功功率补偿由于，供配电系统要求0.38kv的电能用户的功率因数应达到0.85以上，6kv的电能用户的功率因数应达到0.90以上。根据这一要求，有必要进行无功功率补偿。补偿过程如下：一、在WB2上地面低压Pi=211.2+112.2+200=523.4kw Qi=169+54+176=399kvar S1658KVA tanav=0.76 由于变压器低压侧母线上设有自动无功补偿装置，补偿目标值为变压器高压侧不低于0.9，为满足这一要求，取cos2=0.93 tan2=tan(arccos2)
24、=0.39 需要补偿的容量为：Qcc=Pav(tanav-tan2) =0.75523.4(0.76-0.39) =145.2kvar采用BW0.4-12-1型号的并联电容器作为无功补偿器件Qr=12kar需装设的电容器个数为：N=Qcc/Qr=145.2/12=12个 补偿后：Pi=523.4kw Qi=399-Qcc=254kvar 经检验，无功补偿符合要求。 S1581KVA 取变压器型号为S7-B-630/6-10,容量为630 KVA变压器功率损耗为：PT=Po+Pk(Sc/Sr)2=1.3+8.1(581/630)2=8.2kw QT=SrIo%/100+Uk%/100(Sc/Sr
25、)2=31.5kvar 所以变压器一次侧计算负荷为： Pi2=523.4kw+8.2kw2=539.8kw Qi2=254kvar+31.5kvar2=317kvar tan2=0.59二、6kv母线上 主副井绞车 有功功率：Pc=594kw 无功功率：Qc=445.5kvar井下用电负荷： 正常涌水量时： 有功功率：Pc=1811kw 无功功率：Qc=1644kvar 最大涌水量时： 有功功率：Pc=2234kw 无功功率：Qc=1872kvar 根据用电负荷统计和计算，矿井用电负荷如下： 正常涌水量时： 矿井有功负荷 P=2936kw 矿井无功负荷 Q=2519kvar 最大涌水量时： 矿
26、井有功负荷 P=3360kw 矿井无功负荷 Q=2747kvar经过无功功率补偿1620kvar后为：正常涌水量时： 矿井有功负荷 P=2936kw 矿井无功负荷 Q=899kvar 矿井视在功率 S=3070KVA 功率因素 cos=0.95最大涌水量时： 矿井有功负荷 P=3360kw 矿井无功负荷 Q=1127kvar 矿井视在功率 S=3544KVA 功率因素 cos=0.94 第五章 短路电流计算第一节 有关短路电流产生的原因、危害一、产生短路的原因： 短路发生的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。绝缘遭到破坏的原因有很多，根据长期的事故统计分析，主要有以下一些原因：1、 雷击或
27、高电位侵入； 2、 绝缘老化或外界机械损伤；3、 误操作；4、 动、植物造成的短路。二、短路的危害： 1、短路电流IK远大于正常工作电流，短路电流产生的力效应和热效应足以使设备受到破坏。 2、短路点附近母线电压严重下降，使接在母线上的其他回路电压严重低于正常电压，会影响电气设备的正常工作，甚至可能造成电机烧毁等事故。 3、短路点处可能产生电弧，电弧高温对人身安全及环境安全带来危害。如误操作隔离开关产生的电弧常会使操作者严重灼伤，低压配电系统的不稳定电弧短路可能引起火灾等。 4、不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程，从而产生过电压等新的危害。 5、不对称短路使磁场不平衡，会影响通信系统和电子
28、设备的正常工作，造成空间电磁污染。三、短路电流计算的目的和用途： 短路是电力系统的常见故障之一，短路电流是系统重要的技术参数，它与多方面的技术措施有关，归纳起来，主要有以下用途：1、校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路；2、作为设置短路保护的依据；3、可通过短路电流大小判断系统电气联系的紧密程度，作为评价各种接线方案的依据之一。四、一般规定：1、计算的基本情况1）电力系统中所有电源均在额定负荷下进行。2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强励装置）。3）短路发生在短路电流最大值的瞬间。4）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电流。2、接线方式 计算短路电流时所用的
29、接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用在仅切换过程中可能并联运行的接线方式。3、计算容量 应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。4、短路的种类 对中性点接地系统，可能发生的短路类型有：三相短路K（3）、两相短路K（2）、单相短路K（1）和两相接地短路K（1+1）。对中性点不接地系统，短路类型有：三相短路K（3）和两相短路K（2）。具统计，从短路类型来看，单相短路或接地短路发生率最高；从短路发生的部位来看，线路（尤其是架空线路）上发生短路或接地比例最大。我国的中压系统采用中性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电事故。 第二节、短路电流计算方法一、 短路回路中各元件阻抗计算