WTZ35KV矿井地面变电站电气一次部分设计

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1、WTZ35KV矿井地面变电站电气一次部分设计说明*t*WTZ35KV矿井地面变电站电气一次部分设计摘要电气主接线的设计是变电站电气设计的主体。它与电力系统的、变电站动能参数基本原始资料以及变电站运行可靠性、经济等要求等密切相关，并对电气设备选择和布局、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线的设计必须结合电力系统和变电站的具体情况全面分析有关因素，正确的处理它们之间的关系，经过技术、经济比较、合理的选择主接线方式。本文是根据原始资料设计的，其中包括变电站电气主接线的设计和电气设备的选择，电气平面布局及防雷保护。依据实际情况及远景发展设计出变电站的电气主接线图，随后又进行了主变压器的台数

2、及容量的选择，并利用电力网络等值电抗图，应用标么值法各时刻短路点的短路电流，并用短路电流的结果选择了有关的电气设备（断路器、隔离开关等）。关键词：电气主接线短路电流防雷保护电气设备本次毕业设计以峰峰集团有限公司某矿实际地面变电站为参考依据，具有一定的实际意义。其中以35KV和6KV母线上的主要电气的选择和校检、短路电流的计算方法和计算步骤为主，从中我们主要熟练掌握了各电器设备的选择原则和依据、短路电流计算的取舍虽然这次设计内容较简单，原则以及各短路参数在整个设计中的用途和他们之间的关系但我相信一定会为我以后的工作和学习打下坚实的基础。由于我目前水平有限，不当之处敬请各位老师批评指正二零零九年九

3、月目录第一部分设计说明书第1章绪论(6)1.1 变电站名称(6)1.2 原始资料(6)1.3 设计内容(7)1.4 设计要求(7)2.1 第2章变电站电气主接线方案确定(9)主接线设计的基本原则与要求(9)2.2 电气主接线方案的确定(10)变压器的选择(12)第3章短路电流的计算(15)2.1 短路电流计算的目的及假定(15)短路电流计算的步骤及结果(15)第4章电气设备的选择(18)4.1 电气设备选择要求(18)4.2 隔离开关的选择(19)4.3 断路器的选择(19)其他相关设备的选择(20)第5章防雷保护设施规划(23)第二部分电流部分第1章短路电流计算(24)1.1 各元件的参数(

4、24)各元件的参数化简(24)等值网络及短路点的选择(25)短路电流的计算(26)第2章电器设备的选择(27)2.1 断路器的选择(27)隔离开关的选择(27)谢词(28)参考文献(29)第一章1.1 绪论变电站名称及重要性：WTZ矿35KVT井地面变电站变电站名称：WTZT35KV矿井地面变电站重要性及主要概念：变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变化和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输电流、高电

5、压的网络，故又称为一次接线。1.2.1 原始资源矿井概况煤田、地址概况：峰峰集团有限工司WTZ矿位于河北省邯郸市峰峰集团矿区东南部，磁县西部，北距邯郸市60KM南临风景优美的岳成水库，国家南北交通大动脉一一京广铁路线和107国道在矿井东部15KM穿过，地理条件优越，交通十分便利。井田南北长11.5KM,东西宽0-5KM,面积37.36K2主采煤层2号煤，灰分平均为15%硫分平均为0.6%，磷分平均为0.01%，挥发分平均为30%，属国家紧缺的优质肥煤。气象水文资料：区煤源充足，附近有河流经过。并用大水库，水量丰富。厂址地区交通方便，有铁路干线径路，地质条件较好，地势不大平坦，属于6级地震区，冻

6、土层深1.5米，最大风速20米/秒，年平均气温+5C，最高气温+38C，最低气温-20C。1.2.2 电力系统概况该变电站由石桥220KV变电站，110KV母线引两回110KV变电站，输电线路长3.8KM,导线截面LGJ-185mmFF110KV变电站的35KV母线接引两回35KV线路至WTZT新建变电站，输电线路长10KM导线截面LGJ-150mm变电站主变压器二次侧的6KV母线向全矿生产和其他负荷供电2*31.3MVA石桥220kV变电站110Kv3.8km2*LGZ-185mm峰峰110kV35Kv6kmWTZ矿35kV变电站2*LGZ-150mm变电站图11电源来源6Kv1.2.3负荷

7、资料矿井工业场地35/6KV母线上计算负荷:有功功率：15491.52KW无功功率：7887.05KVar视在功率：17697.5KVA自热功率因素：COS=0.8961.3设计内容本课题的主要研究内容为：WTZ35KV变电站电气主接线及高压电器的选择1电气主接线的方案：2主变压器容量及台数的确定：3短路电流的计算4电气设备的选择与校检：5防雷保护设备的规划：1.4设计要求毕业设计成品包括：1. 设计说明书一份2. 计算书一份3. 图纸2-3张电气主接线图（一次）电气平面布置图（一次）防雷保护范围图（一次）第二章变电站电气主接线方案的确定2.1主接线设计基本原则及基本要求主接线代表了变电所电气

8、部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活的经济运行。211主接线设计的基本原则电气主接线的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针，政策，技术规定，标准为准绳，结合工程实际情况。以保证供电可靠，调度灵活，满足各项技术要求的前提下，频顾运行，维护方便，尽可能的节约投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性遇可靠性，坚持可靠，先进，设用，经济，美观

9、的原则。212主接线设计的基本要求矿山供电系统的主接线应保证供电可靠，接线力求简单操作方便运行安全灵活，经济合理。供电可靠些供电可靠些是指供电系统不间断供电的可靠程度。应根据负荷等级来保证其不同的可靠性。不可片面强调供电可靠性而造成不应有的浪费。在设计时，不考虑双重事故。操作方便，运行安全灵活主接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时，便于操作和检修，以及运行维护安全可靠。为此应简化结线，减少供电层次和操作程序。经济合理结线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下，应力求简单，以减少设备投资和运行费用，以提高供电安全性。具有发展和扩建地可能性随着建设事业的高速发展，往往需要对已投产地发电厂或变

10、电所进行扩建，所以在设计主接线时应留有发展的余地，不仅要考虑最终接线的实现，而且还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。22电气主接线方案的确定221主接线的分析1.一般原则矿区或矿井变电所的主变压器一般选用两台。当一台停止运行时，尚应保证安全和原煤生产用电负荷，且不小于全部负荷的75%。有两回进线的变电所和各级电压主母线，一般采用单母线分段。变电所高低压配电装置应留不少于总安装数25%的各用位置。决定无功补偿时，应符合供用电规则的要求，即高压供电的工业用户必须保证功率因数在0.9以上。矿井用电设备对供电可靠性的要求。1 ）下列安全用电负荷的配电装置必须由两个独立电源供电： 矿井主要通风机和

11、分区通风机： 井下主排水泵： 立井经常提人的绞车：2 ）下列负荷的配电装置一般由两回线路供电，并引起不同的母线段： 矿井主提升设备 原煤生产的用电设备 采煤用的或大型矿井的地面空气压缩机： 大型矿井井底车场的整流设备： 供井筒防冻用的水循环泵：等等2主接线图变电所主接线图包括主变压器一、二次侧母线及其出线的主要设备。主接线图应满足外部系统的要求。考虑操作和运行维护的安全与方便，遵守有关规程规范和前述一般原则的要求。（1）主变压器一次侧的接线35110千伏侧的接线，应根据具体情况选择合适的接线方式。本设计选择两台主变压器，采用全桥结线，并扩展为单母线分段。全桥结线适应性强，对线路、变压器的操作均

12、方便，运行灵活，在一回线路或一台变压器故障时，能够迅速调整系统，确保矿井供电的可靠性。单母线分段便于穿越负荷的接入。35kV(2)主变压器二次侧的接线35110KV变电所设计规范规定，当变电所装有两台主变压器时，610KV侧宜采用单母线分段，矿井变电所一般采用单母线分段。单母线分段比双母线所用的设备少，系统简单、经济、操作安全。6kV图2-2主变压器6kV接线图2. 2.3电气主接线方案的确定通过分析，确定电气主接线如下图35kV6kV图2-3电器主接线图2.3主变压器的选择2.3.1变电所6千伏母线的负荷计算1.用负荷表计算6千伏母线的计算负荷将变电所供电的各种用电设备和用户的设备容量、需用

13、系数、所用容量的最大连续有功及无功负荷等数据列表计算。汇总表中最大连续负荷乘以同时系数Ks。汇总后有功最大连续负荷在5000千瓦以下时，Ks取0.9:在5000千瓦以上时，Ks取0.85:无功最大连接负荷对应取0.95和0.90计算后的6千伏母线计算负荷。2，无功功率补偿及主要变压器损失计算用6千伏母线计算负荷按要求选择电力电容器进行无功补偿，一般补偿后6千伏母线的功率因数应达到0.9以上。补偿后6千伏母线计算负荷即主变压器应输出的电力负荷，此时计算主变压器损失，在未选型之前上述计算负荷按下式近似计算：Pt=2.02PQt=0.1Q式中Pt主变压器损失的有功部分，千瓦： Qt主变压器损失的无功

14、部分，千乏：P补偿后6千伏母线计算的有功最大连续负荷，千瓦：Q补偿后6千伏母线计算的无功最大连续负荷，千乏：补偿后6千伏母线计算负荷加上主变压器损失之后即变压器实际需要的容量的计算数据。2.3.2主变压器的选择用电负荷计算结果见表21表21负荷计算结果表序号负荷名称所用电母线最大负荷功率因数COS有功（Kvy无功(KVar)视在(KVA-一一地面6KV负荷1主井提升164012300.802副井提升890783.20.753压风机600-290.64-0.94地面低压配电室693.41636.540.745通风设备600-290.64-0.96锅炉房330.43290.780.757瓦斯泵房1

15、86.93143.840.798居民区518.8398.30.799选煤厂26951185.5补后0.92:10水源泵207175.950.7611矸石山86.7876.360.7512所以电4030小计8488.354369.199546.83二二二井下负荷最大排水9942.37261.90.81正常排水6679.75239.10.787-三合计一、二最大排水18430.6511631.09正常排水15168.059608.29需用系数0.850.9最大排水15666.05104680.831:正常排水12892.88647.460.83动丿J变损耗190.94954.68四6KV母线总计算

16、负荷:最大排水15856.9911422.6819542.820.81正常排水13083.749602.1416229.150.81无功补偿-5000补偿后6KV母线负荷最大排水15856.996422.6817105.70.927正常排水13083.744602.140.943考虑主变压器的损耗t84.531464.37主变压器选择计算负荷（35KV母线）最大排水15941.527887.0517791.90.896正常排水13168.276066.5114502.50.908将用户的电负荷按负荷性质分别汇总，分别是安全用电负荷、主要生产负荷和其他负荷。由表可看出该矿原煤及安全生产占全矿总负

17、荷：正常排水时86.8%,最大排水时89.5%其他负荷占总负荷的很少一部分，即变压器的负荷都供给了生产和安全用电。若选两台16000KVA的变压器，一台工作能保证原煤及安全生产的要求，故应选两台16000KVA的主变压器。正常情况下，一台变压器运行，一台备用。主变压器参数见表22表22型号容量KVA额定电压KV阻抗电压%连接组别咼压低压SFL7-16000/3516000356.38Y/-11第三章短路电流的计算31短路电流计算的目的及基本假定311短路电流计算目的为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在变电所和供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流的计算，以解决下列问题。（1）选择电气设

18、备和载流导体：（2）选择和整定继电保护装置：（3）确定限流措施。312短路电流计算的基本假定（1）正常工作时，三相系统对称运行：（2）忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的各元件参数为恒定：（3）忽略各元件的电阻：（4）忽略短路点的过渡电阻。32短路电流的计算方式和结果321短路电流的计算方法本设计按无限容量供电系统计算三相短路电流，采用标么值法，对于较复杂的高压供电系统。计算短路电流时采用标么值进行计算比较简单。现将其计算方法简述如下：某一电气量的标么值就是它的实际值与一个预先选定的单位的基准值的比值。因此，用标么值表示电气参数时，首先要选择基准值，如选择功率、电压、电流和电抗的基准值分别为

19、Sj、Uj、Ij、和Xj。四个基准量中，如果给定了两个，则其他两个基准量也就确定了。通常选择Sj和Uj，Sj选为100MVA,Uj选为线路各级平均电压Up。选定基准值后，S、U、I、X的标么值分别由下式表示：_S飞U,3UjirSj*SjUjljXj=XVjU2供电线路中各元件(如电源系统、变压器、电抗器和输电线路)的电抗计算公式都可推导出，但一般工程中都可手册中查得。短路回路中各元件的标么电抗查出后，即可根据供电系统单线图做出它的等值电路图，然后计算出回路的总标么电抗X*,最后根据欧姆定律的标么值形式，计算短路电流周期分量标么值Id为*1Id*XI短路电流周期分量的实际值，可由标么值定义按下

20、式计算Id-1d1j2.2短路电流计算结果表短路电流计算结果见表31所示。短路占八、平均电压(KA基准电流(KA阻抗标么值短路电流标幺值短路电流计算值短路容量(MVAI(KA)I(KAI(KA)d137,.560.22684.4096.8817.5410.46440.9d26.39.160.47682.09719.2148.9829.20209.7第四章电气设备的选择1.1电器设备选择的要求4.1.2一般原则（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展（2）应该当地环境校核：（3）应力求技术先进和经济合理：（4）与整个工程的建设标准应一致：（5）同类设备应尽量减少品种：

21、（6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式签定合格。4.1.3导体和电器的选择及校检项目项目电器正常工作状态短路条件环境条件其它额定电压（kV）额定电流（kA）开断容量（kVA）准确等级动稳疋热稳定温度海拔高度断路器VVVOOOO切断长线时应检验过电压负荷开关VVVOOOO隔离开关VVOOOO熔断器VVV选择保护熔断特性电抗器VV选择电抗百分值电流互感器VV电压互感器VV导线V电晕及允许电压校检注：表中“V”代表选择项目：“O”代表校检项目4.1.4隔离开关的选择4.1.5隔离开关选择的技术条件UgwUn(2)lgmaxIn(3)lchImax(2)4.1.6隔离开关的选择结果隔离开关

22、的选择结果见表42所示表42电压等级KV型号计算数据实际参数6GN10-10T/4000Un6KV10KVImax3.080KA4KAIch29.20KA90KA35GW4-35/600Un35KV35KVImax0.528KA6KAIch10.46KA29KA4.2断路器的选择4.2.1断路器选择的技术条件(1) 电压：Ug(电网电压)wUn(2) 电流：Ig.max(最大持续工作电流)wIN(3) 开断电流(或开断容量)：Id.twIdr(或Sd.twSkd)Id.t断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量:Idr断路器的额定开断电流：Sd.t断路器t秒的开断容量:Skd断路器的额定开断容

23、量。动稳定：ichwimaxIch三相短路电流冲击值:Imax断路器极限通过电流峰值。(5)热稳定：Irw、trw分别为断路器的热稳定电流及该电流所对应的热稳定时间L:、tj分别为短路稳定电流及该电流作用下的假设时间4.2.2断路器的选择结果断路器的选择结果如图43所示表43电压等级KV型号计算数据头际参数35SN10-35/600Ugs35KVImax0.528KAich17.54KAIch10.46KA35KV0.6KA40KA16KA6SN310Ugs6KVImax3.080KAich48.98KAIch29.20KA6KV3.5KA75KA43.5KA4.2.3其他相关设备的选择4.2

24、.4电流互感器的选择(1)条件型式：应根据使用环境条件和产品情况来选择。对620KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构：对35KV及以上的，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式，有条件的应采用套管式电流互感器。一次回路电压：Ug|U1UNUN-电压互感器一次额定电压。 二次电压U2根据使用情况选择。 标准等级；根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。 二次负荷S2:S2WSNSN对应于测量仪表所要求的最高准确等级下电压互感器的容量。电压互感器的选择结果35KV母线选用JDZX-35型单相环氧浇注绝缘电压互感器。10KV母线侧选用JSZX16F型环氧浇注绝缘电

25、压互感器。第五章防雷保护设施规划矿井地面变电站是煤矿电力系统的中心环节。如果发生雷击事故，将造成很大面积的停电。严重影响煤矿和正常生产和安全。因此矿井地面变电站的防雷保护必须是十分可靠的。矿井地面变电站遭受可能来自两个方面，雷击变电站：雷击线路，沿线路向变电站入侵的雷电波。对直击雷的保护，一般采用避雷针或避雷线。对于35KV及以下的高压配电装置架构或房顶不宜装设避雷针。在此，我们根据升压开关站的面积，经过计算，最终采用四避雷针布置法。经校检符合防雷保护规定。详情见防雷保护范围图。由于线路落雷频繁，所以沿线路入侵的雷电波是发电厂所遭受雷害的主要原因。在此，采用阀行避雷器以限制入侵雷电波的幅值，设

26、备上的过电压不超过其冲击耐压值：在变电站的进线上设置进线保护段，以限制流进避雷器的雷电流和限制入侵雷电波的陡度。此外，对直流与架空线相连的旋转电机还要在电机母线上装设电容器，限制入侵雷电波陡度一保护电机匝间和中性点绝缘。第二部分计算部分第一章短路电流计算1各元件的参数系统的网络图如图11所示图1-1系统的网络图1主变压器参数额定容量:连接组别:SFL116000/3516000KVAY/11低压侧电压：阻抗电压（%:6.3KV81. 2各元件的参数化简选取基准容量Sj=100MVA基准电压Uj=Up,再将各元件的参数化为基准值下的标么值。各元件的化简如下:1.2.1变压器的参数化简变压器的标么

27、值计算公式为：Xbj二Ud%，所以变压器的参数为:SXbj16=0.51.2.2线路的参数计算电缆线路得标么值计算公式为：x；=0.08!Sj，所以各线路的参数为:Uj0.6km线路：X*/.86100=0.1216.31.3等值网络及短路点的选择系统接线的等值网络图及短路点的选择如图12所示35kV35kVd135kVUd%=8SFL1-16000/350.5d26kV6kVd1卜0.226835kV0.56kV:d20.1210.121d36kV矿务局提供的系统阻抗即变电站35KV主变以前的阻抗为0.2268，据此计算各短路点的短路电流。1.4di点短路电流计算Ij1=1.56kA*11I

28、d14.409X0.2268I；=1；山=4.409“.56=6.88kAich1=2.556.88=17.54kAIch1=1.526.88=10.46kAS；1=1004.409=440.9MVAd2点短路电流计算Ij2=9.16kAId2=2.097X50.2268052=ld2lj2=2.0979.16=19.21kAich2=2.5519.21=48.98kA1ch2=1.5219.21=29.20kASd1=1002.097=209.7MVA第二章主要电路的选择和校检计算2.1断路器的选择2.1.1选择选择结果见表21所示表2-1断路器的选择结果表电压等级（KV型号额定电压（KV额

29、定电流（A）热稳定动稳定额定开断电流（KA）Ich(KA)Ich(KA)35:SN135/60013560016(4s)40166SH3106350043.5(4s)7543.52.1.2校检（1）35KV电压等级侧:电压：电网工作电压Ug=35K*UN=35KV电流：最大持续工作电流lg.max=528AItrw=6.88x=5.102kA(满足要求) 电压：电网工作电压Ug=6kVcUN=6kV 电流：最大持续工作电流Ig.max=3.080kAIN=3.5kA（满足要求）（满足要求）（2）6KV电压等级侧（满足要求）开断电流：Id.0=29.20kAItrw=19.21X-4=14.25

30、kA(满足要求)2隔离开关的选择2.1选择选择结果见表22所示表22隔离开关选择结果表电压等级（KV型号额定电压（KV额定电流（KA）动稳定电流峰值（KA热稳定电流（KA35GW4-35/600356006014(5s)6:GN10-10T/4000:104P16080(5s)1. 2.2校检（1）335KV侧 电压：电网工作电压Ug=35KVCUN=35KV（满足要求） 电流：最大持续工作电流lg.max=528AI=4.564kA（满足要求）（2）6KV侧 电压：电网工作电压Ug=6K*UN=10KA（满足要求） 电流：最大持续工作电流Ig.max=3.080KAI二trw=19.212.

31、2=12.74kA（满足要求）这次毕业设计从2009年6月开始，我们利用了每一个周末的休息时间，时间虽然很短，但我却在其中学到了不少东西，很是值得总结一下。我觉得在这次设计中使我受益最大的就是加深了我对电气主接线的认识，设备的选择与校检，以及多人合作的经验。这是在课本上所学不到得。在这次论文的编写过程中，指导老师及我的队友给予了我很大的支持和帮助。在这里我特别感谢老师对我的论文的整体框架及结构的指导！当热，由于本人的理论知识水平有限，所以在某些问题的论述上可能有些欠缺。措词、观点不够明确，还请各位老师指正！中国电力出版社1998年中国电力出版社2004年中国电力出版社1995年中国电力出版社1995年中国电力出版社2004年煤炭工业出版社1990年参考文献1、电力工程电气设计手册（电气一次部分）水利水电出版社1989年2、电力工程电气设备手册（电气2次部分）中国电力出版社1991年3、电力系统设计手册4、高电压技术（第二版）5、电力系统暂态分析（弟二版）6、电力系统稳态分析（第二版）7、电力系统电器设备选择与实用计算8、煤炭电工手册