1、 摘 要电力是煤矿系统的主要能源，供电系统是由电气设备及配电线路按一定的接线方式所组成。本设计为煤矿 35kV 地面变电所设计，目的是建立 35kV 地面变电所，为煤矿提供可靠的电源。整个设计包括 35kV 变电所设计的所有内容，同时考虑到煤矿供电系统的特点，对变电所的负荷进行了分组。通过对短路电流的计算，确定了系统主接线及运行方式，同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的
2、灵活性。使其更加贴合实际，更具现实意义。关键词： 35kV 变电所 设计AbstractElectric power is the main energy in coal mine system, power supply system is composed of electrical equipment and the distribution line according to a certain mode of connection.The design for the 35kV coal mine surface substation design, aims to establis
3、h the 35kV ground substation, provide reliable power supply for coal mine.The design includes the design of 35kV substation all content, taking into account the characteristics of mine power supply system, the load on the substation grouping. Through the calculation of short-circuit currents, determ
4、ine the system main connection and operation mode, at the same time for substation primary equipment reasonable selection. This design choice of two main transformers, other equipment such as a circuit breaker, isolating switch, current transformer, voltage transformer, reactive power compensation d
5、evice and relay protection device and so on in accordance with the specific requirements for the selection, design and configuration, and strive to achieve reliable running, simple operation, convenient, economical and reasonable, with expansion and the possibility of change operation mode when the
6、flexibility. To make it more practical, more practical.Key words: 35kV; substation; design目录摘 要 .- 1 -Abstract.- 2 -1 前言 .- 1 -2 原始资料 .- 2 -2.1 电力系统接线图 .- 2 -2.2 系统情况 .- 2 -3 负荷统计和无功补偿的计算 .- 4 -3.1 负荷计算的目的 .- 4 -3.2 负荷计算方法 .- 4 -3.3 负荷计算过程 .- 5 -3.4 无功补偿 .- 6 -3.4.1 无功补偿概述 .- 6 -3.4.2 无功补偿的计算 .- 6 -
7、3.4.3 无功补偿装置 .74 主变压器与所用变压器的选择 .84.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定 .84.2 主变台数的确定 .84.3 主变容量的确定 .84.4 主变形式的选择 .84.5 所变的选择 .85 电气主接线设计 .105.1 电气主接线概述 .105.2 主接线的设计原则 .105.3 主接线设计的基本要求 .105.4 主接线设计 .105.4.1 35kV 侧主接线设计 .105.4.2 10kV 侧主接线设计 .116 短路电流计算 .136.1 概述 .136.1.1 产生短路的原因和短路的定义 .136.1.2 短路的种类 .136.1.3 短路电流计
8、算的目的 .136.2 短路电流计算的方法和条件 .136.2.1 短路电流计算方法 .136.2.2 短路电流计算条件 .146.3 短路电流的计算 .156.3.1 短路电流的计算 .156.3.2 三相短路电流计算结果表 .177 电气设备的选择 .187.1 电气设备选择的一般条件 .187.1.1 电气设备选择的一般原则 .187.1.2 电气设备选择的技术条件 .187.2 高压开关柜的选择 .207.2.1 35kV 侧高压开关柜的选择 .207.2.2 10kV 侧高压开关柜的选择 .217.2.3 选择的高压开关柜型号表 .217.3 母线的选择及校验 .227.3.1 母线
9、导体选择的一般要求 .227.3.2 35kV 母线的选择 .227.3.3 10kV 母线的选择 .237.3.4 母线选择结果 .247.4 互感器的选择 .247.4.1 电流互感器的选择 .247.4.2 电压互感器的选择 .257.6 熔断器的选择 .257.6.1 熔断器概述 .257.6.2 35kV 侧熔断器的选择 .267.6.3 10kV 侧熔断器的选择 .268 继电保护的设置 .278.1 电力变压器保护 .278.1.1 电力变压器保护概述 .278.1.2 电力变压器纵差保护 .278.1.3 纵差动保护的整定计算 .278.1.4 变压器瓦斯保护 .288.1.5
10、 过电流保护 .298.2 母线保护 .299 变电所的防雷保护 .319.1 变电所防雷概述 .319.2 避雷针的选择 .319.3 避雷器的选择 .32致 谢 .34参 考 文 献 .351 前言电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。变电所作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。煤矿矿井变电
11、所有自己的特点，合理的煤矿变电所不仅能保证煤矿用电的安全可靠，还能有效地减少投资和资源浪费。本次设计根据煤矿变电所设计的步骤进行设计，包括：负荷统计、补偿电容器柜及主变压器选择；确定主接线方案；短路电流的计算；高压电气设备的选择及输电线路选择；继电保护方案的初步拟定；变电所的防雷与接地等几大块。并依据相关规定和章程设计其中个个步骤，所以能满足一般变电所的需求。根据我国变电所目前现有电气设备状况以及今后发展趋势，应选用新型号、低损耗、低噪声的电力变压器及性能好、时间长、免维护的真空断路器及高压开关柜。为此新的设备选择也在设计中得以体现。由于时间仓促和自身知识的局限，导致在设计中难免有遗漏和错误之
12、处，望读者予以批评指正。2 原始资料2.1 电力系统接线图待设计变电所进线如图 1 所示：图 2.1 变电所进线示意图2.2 系统情况矿井地面变电所距上级变电所 6km，采用双回路架空线供电。上级变电所最大运行方式下的系统阻抗为 0.36，最小运行方式下系统阻抗为 0.69，35kV过流整定时限为 3s。2.3 10kV 负荷情况 10kV 负荷情况如表 2-1 所示。表 2-1 全矿电力负荷统计设备容量(kW)序号 负荷名称 电压 （kV）电机型号电机容量(kW)安装台数安装容量工作容量需用系数KX功率因数cos tan离地面变电所的距离(km)备注1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
13、11 12 13一、 地面部分1 主提升机 10 绕线 800 1/1 800 800 0.89 0.80.75 0.2 离副井 80m2 副提升机 10 绕线 630 1/1 800 800 0.8 0.80.75 0.23 主扇风机 10 同步 1000 2/1 2000 1000 0.83 -0.9-0.48 1.24 压风机 10 同步 250 3/2 750 500 0.8 -0.9-0.48 0.25 矿综合厂 0.38 330 290 0.62 0.80.75 0.5 三类负荷6 机修厂 0.38 620 550 0.52 0.750.88 0.25 三类负荷7 选煤厂 0.38
14、 800 650 0.75 0.780.80 0.458 地面低压 0.38 800 700 0.7 0.750.88 0.05 变压器在所内，生产负荷占 75%9 井下主排水泵 10 鼠笼 500 4/2 2000 1000 0.85 0.850.62 0.5 井下 10kV 电缆 14km10 一采区 10 680 650 0.65 0.780.80 11 二采区 10 1100 950 0.7 0.760.86 待设计变电所上一级变电所6km12 井底车场 0.66 165 165 0.7 0.750.88 13 工人村 0.38 450 360 0.85 0.81 0.72 1.5 三
15、类负荷14 支农 0.38 310 310 0.8 0.80 0.75 2.5 三类负荷3 负荷统计和无功补偿的计算3.1 负荷计算的目的为一个企业或用电户电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量的变压器等问题，这就需要进行负荷的统计合计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置、选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。负荷计算的目的是为了解用电情况，合理选择供配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热的危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确
16、的负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。3.2 负荷计算方法供电设计常用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法、和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际。公式简单，计算方便只用一个原始公式就可以表征普遍的计算方法。该公式对用电设备组、车间变电站乃NXcaPK至一个企业变电站的负荷计算都适用。对不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，查取方便，因而为我国设计部门广泛采用。本设计采用需要系数法进行负荷计算，步骤如下：用电设备组计算负荷的确定用电设备组
17、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：，kW NcaKxP, kvar （3-1 ）tnQ，kVA 2cacS式中 、 、 该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；caPa该用电设备组的设备总额定容量，kW ；NP功率因数角的正切值；tan需用系数，由表 2-1 查得。XK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 。
18、具体计算如下：sKmiiNxscaPK1)(（3-2）i iixscaQ1)tan(式中 caP、 、为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；caS同时系数；sKm该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角iNiiPx、 tan正切值、总设备容量；3.3 负荷计算过程各用电设备组负荷计算1、用电设备分组，由表 1-1 确定各组用电设备的总额定容量。2、由表 1-1 查出各用电设备组的需要系数 和功率因数 ，根据公Kxcos式 2-1 计算出各用电设备组的计算负荷。（1）对主提升机=0.89， =0.8， =0.75Kxcosta
19、n则;有功功率 kW；712809.NaKxP无功功率 kvar；534712tcQ视在功率 kVA；922caaS2cacaPS用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表 3-2-1 全矿电力负荷计算负荷表中。注：主扇风机、压风机等因功率因数超前，其无功电流为容性，即提供无功功率，起无功补偿的作用，故它们的计算无功功率为负值。 3.4 无功补偿3.4.1 无功补偿概述电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、感应炉等。都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电动机约占全部负荷的 50%以上。电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功电源
20、，才能维持一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。电力系统中的无功电源由三部分组成：1、 发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的 40%50%） 。2、 无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。3、 110kV 及以上电压线路的充电功率。电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。电压低于额定电压值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大，并容易导致电网震荡而解列，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。电压下降到额定电压值的 60%70%时，用户的电动机将不能启动甚至造成烧毁。所以进行无功补偿是非常有必要的。3.4.2 无功补偿的计算补偿前 cos =0.88，要求补偿后达到 0.95。因此可以如下计算：1设需要补偿 XMva 的无功则 cos = = =0.95 （3-）2SP221.396.5）（ X解得 X=1.3MVar
