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1、您的学校Yourschoo1.毕业论文（设计）设计题目：某煤矿35变IOKV变电所供电系统设计学院：上海XXX学院班级：采矿工程XX班姓名：XX指导教师：XX完成日期：2023年X月XX日本设计依据煤矿对供电的要求和变电所综合自动化技术的进展，进行了煤矿35/10KV矿35/10KV变电所微机保护系统,进行了综合自动化系统微机保护的组态设计，设计满足了设计任务书的各项要求。该设计可实现煤矿变电所无人值守。关键词：变压器；短路电流；继电保护；微机保护；综合自动化3510KVPowerSystemDesignofSubstationinCoa1.MineAdstractThisdesignbase
2、doncoa1.forpowersupp1.yanddemandsofthesubstationintegratedautomationtechno1.ogyprogress,the35kv/10kvsubstationpowersupp1.ysystemofcoa1.mine.0nthebasisofthedesignspecificationtoprovidecoa1.1.oad,the1.oadstatistics,se1.ectionofreactivepowercompensation,meetthedesignrequirementsoftransformer.Basedonthe
3、1.oadsideofthestatisticsandthepowersupp1.yrequirements,determinethepowersupp1.ymodeandthemainconnectionmodechoice;Throughthesystemshortcircuitca1.cu1.ation,determinethepower1.inesande1.ectrica1.equipment.Thisdesignaccordingtotherequirementsofthepowersupp1.yintegratedautomation,coa1.mine35kv/10kvsubs
4、tationofmicrocomputerprotectionsystemisdesigned,theintegratedautomationsystemconfigurationdesignofmicrocomputerprotectionrthedesignp1.andescriptionsofthedesigncanmeettherequirement.Thisdesigncanachieveunattendedsubstationincoa1.mine.Keywords：transformer;short-circuitcurrent;re1.ayingprotection;micro
5、processor-basedPrOtectiOreintegratedautomation目录JW1Adstract1第一章绪论11.I矿井概况及供电方式11.2 矿井自然条件11.3 变电站位置确定11.4 负荷统计表2第二章负荷统计32.1 需用系数法统计负荷32.2 井上负荷统计42.3 井下负荷统计52.4 矿区总负荷统计6第三章无功补偿及变压器选型设计83.1 功率因数的提高83.1.1 提高负荷的自然功率因数83.1.2 人工补偿法提高功率因数83.2 变电所主变压器选型设计103.2.1 主变压器选型103.2.2 变压器损耗103.2.3 35kv根质荷统计103.2.4 经
6、济运行放11第四章电气主接线设计及短路计算124.1 电气主接线设计124.2 短路电流计算134.2.1 进行短路计算基本架设134.2.2 短路电流计算14第五章电力线路及一次侧设备选型设计195.1 负荷电流计算195.2 35kV架空线选型设计195.3 IOkV架空线及电缆选型设计215.3.1 至主井架空线避削215.3.2 至井下中央变电所电缆选择设计225.4 电气一次侧设备选择设计245.4.1 35kv侧设备选型设计245.4.2 IokV侧设备选型设计29第六章微机保护设计366.1 微机保护系统介绍366.1.1 微机保护装置功能介绍376.2 变压器微机保护设计396
7、21变压器微机保护选型396.2.2变压器保护原理416.3 35kv线路保护原理446.4 IOkv出线侧彳耕设计456.4.1 IOkv出线柜电流互感器变比选择456.4.2 配电变压器保护设计456.4.3 IOkV母线分段保护设计476.5 配电变压器二次接线设计486.6 35kvIokV供电系统组态设计49第七章防雷保护及接地设计517.2接地装置52第八章结论54参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。附录55英文文献72第一章绪论1.1矿井概况及供电方式(1)本矿为年产量120万吨，服务年限为50年的矿井。(2)井筒深度为500m,主副两井距离为100m。(3)开拓方式
8、：中央斜井，立井开拓。(4)瓦斯等级：轻沼气矿。供电压等级：35KVo(6)供电方式：架空线双回路供电(两点区IIOKV变电所电源)(7)到井下中央变电所距离：2km(8)35kV母线最大短路参数Sdmax=450MVA1.2矿井自然条件(1)夏季年平均气温：40(2)风向和最大风速：西风4ms(3)冻土层厚度：0.3m(4)土壤温度：20(5)地震烈度：7度13变电站位置确定变电所位置合适与否，将直接关系到供电的可靠性、经济性和安全性。因此变所的所址应符合以下几项要求：接近负荷中心；进出线方便；接近电源侧；设备吊装、交通方便；不应设在有剧烈振动的场所；照顾附近居民用电；不宜设在多尘、水雾或有
9、腐蚀性气体的场所，如无法远离时不应设在污源的上风侧；所址不应为积水浸没，具有生产或生活用水的可靠水源：不应设在爆炸危险场所以内和有火灾危险场所的正上方或正下方；高层建筑地下层配变电所的位置，要选择在通风、散热条件较好的场所。配变电所位于高层建筑（或其他地下建筑）的地下室时，不要设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。避免洪水或积水从其他渠道淹渍配变电所的可能性；留有适当的发展余地。综上所述,来确定变电站位置，如图I-Io选煤厂变电所主井副井其他车间图1-1变电所布置图1.4负荷统计表见附表。第二章负荷统计2.1需用系数法统计负荷在实际工作中，用电设备往往不是满负荷运行，
10、实际的负荷容量小于其额定容量。本设计选用较为精确的需用系数法。用电设备实际的负荷容量与额定容量的比值，称为需要系数。根据用电设备额定容量及需用系数计算实际负荷的方法，称为需用系数法。其公式为：PMsPNKW(2-1)20二匕tan。KvarSCa=JB1.+GaKVAI=-1.A6UnA式中以、Qa、SCa分别是有功、无功、视在功率计算负荷；ZR用电设备的总额定容量；UN额定电压；tan。功率因数角的正切值；ca该用电设备的计算负荷电流；Kd需用系数。注：以下章节各公式详细标注见附录。2.2 井上负荷统计一、主井系统负荷统计：匕1=0.86630+0.729+0.775+0.6525=630.
11、9kQcax=0.866300.62+0.7291.02+0.7751.02+0.65250.88=424.5kvarSca1.=y*匾=630.92+424.52=760.4k1.A二、副井系统负荷统计：匕2=0.75400+0.756+0.760+0.7220=535.2kWca2=0.75x400x0.75+0.7x56x1.02+0.7x60x1.02+0.7x220x0.88=443.6左varSca2=+fa2=535.22+443.62=695.IkVA三、回风斜井负荷统计：匕3=093x950=883.5kWQvai=0.93950X0.62=547.SkvarSca3=+0.
12、9SCaX5197.2324经济运行方式电力设备的经济运行是指使自身与电力系统的有效功率损耗最小而获得最佳经济效益的运行方式，求得两台变压器经济运行的临界容量：c_c2AR+keAQ一工矿企业变、配电所经济当量kec=0.020.1=6300=2824.8k VA15.25+00x30.24V35.06+0.1472.5所以当矿井负荷大于2824.8kVA时采用两个变压器同时工作，当负荷小于2824.8kVA时采用单台变压器单独工作。第四章电气主接线设计及短路计算4.1 电气主接线设计电气主接线表示电能从电源分配给用电设备的主要电路,主接线图应该表示所有的电气设备极其连接关系。对于电气主接线的
13、基本要求是安全、可靠、灵活、经济。电气主接线分为有母线和无母线两种形式。有母线又分为单母线接线和双母线接线,无母线包括线路一变压区组、桥式接线。本设计中，35kv侧电源来自A、B两地IIOkV变电站供电,为双回路供电,主变容量为6300KVA,故采用桥式接线。桥式接线分为内桥、夕M乔和全桥。为方便变压器的投切和故障的检修，选用全桥方式。IokV侧选用单母线分段设计。1主井IH产茶疑井下生产条跳-井下IH产票统到井工产茶统图4-1电气主接线图4.2 短路电流计算4.2.1 进行短路计算基本架设供电系统短路的物理过程是很复杂的而且影响因数很多。为了简化分析和分析和计算，进行如下假设：(1)忽略磁炉
14、饱和与磁滞，假定各元件参数为恒定。(2)高压电网的各种电气元件，其电阻一般比电抗小得多。(3)认为整个三相系统对称，每相元件参数相同。(4)计算短路电流时，取平均电压。根据以上假设和实际情况的要求进行计算，计算采用标幺值法，计算分为最大运行方式和最小运行方式。4.2.2 短路电流计算一回主供电源引自A地IIOkV变电站，长度12.6km;另一备用电源线路引自B地I1.OkV变电站，长度6.82kmo35kV母线最大短路参数SdmaX=450MVA,变电所距井下中央变电所2km,至主井系统架空线长度Ikm,至副井系统架空线长度0.8km,至回风井系统架空线长度2km,至机电车间架空线长度0.5k
15、m,至选煤厂架空线长度4km主变压器容量63OOkVA,uk%=7.5架空线xfn=0.4Okm电缆XO2=0.08kmo计算公式:(4-1)计算如下：选取基准容量Sd=IOoMV,基准电压Uav1.=37kv,=10.5kv,则基准电流为Sd_ I(X)3Cd1. -337=1.56 kASd_ I(X)3(d2 310.5=5.50 kA各元件标幺值：1.1#、2#电源：X；,=X；2=0.222Sk4502、1#电源架空线路：X；=x011-=0.412.6=0.368Um1.373、2#电源架空线路：Xf2=x012=0.4X6.82=0.199Ugi374、变压器：X；=*圣嗑翳95
16、、到主井的架空线：X/；=a=04x1.X黑 = 0.3636、到副井的架空线：XI=XO4等=0.4x0.8黑 = 0.29U(Jy21。37、到回风井的架空线：x；5 = x015 A- = 0.4 X 2 X= 0.726Ui1U.38、到机电车间的架空线：X= x3,Sd%IOO=0.40.5- = 0.18110.529、至U选煤厂的架空线：Xi=7=04x4X黑=1.45UaV21510、到井下中央变电所的电缆：XV8=0.082-J=0.145UaV2I。5（一）最大运行方式：采用来自2#电源供电，两台变压器同时运行，采用双回路同时供电。1、内点发生短路：短路回路总阻抗的标幺值：
17、X=XX%=02220.199=0.421短路电流：序）=权=3.705kAU，N1.短路电流冲击电流：&=2.55点）=2.55X3.705=9.448kA短路电流冲击电流有效值：&=1.51Z=1.513.705=5.595M三相短路容量：SH=Via川/：?）=6x37x3.705=237MV2、同上算法求得各短路点参数如下表:表4-1最大运行方式短路点短路电抗标幺值短路电流短路电流冲击电流短路电流冲击电流有效值三相短路K1.0.4213.7059.4485.595237K21.0165.41313.8038.17498K31.1984.59111.7076.93283K41.1614.
18、73712.0797.15386K51.3793.98810.1696.02272K61.1074.96812.6687.50290K71.7413.1598.0554.77057K81.0895.05112.8807.62791图4-2最大运行方式等效阻抗图（二）最小运行方式：采用来自1#电源供电，1台变压器单独工作，采用单回路供电。1、A1.点发生短路：短路回路总阻抗的标幺值：Xk1=X；+Xf1=0.222+0.368=0.590短路电流：/?=袅=恐=2.644抬J.IU短路电流冲击电流：ish=2.55/；/=2.552.644=6.742M短路电流冲击电流有效值：Is1.1.=1.
19、51/3=1.512.644=3.992M三相短路容量：Sk1.=3（tfv1.=3372.644=169V2、同上算法求得各短路点参数如下表：表4-2最小运行方式短路点短路电抗标幺值短路电流短路电流冲击电流短路电流冲击电流有效值三相短路K1.0.5902.6446.7243.992169K21.7803.0907.8794.66656K32.1432.5666.5453.87547K42.0702.6576.7754.01248K52.5062.1955.5973.31640K61.9612.8057.1524.23651K73.2301.7034.3422.57231K81.9252.85
20、77.2864.31452第五章电力线路及一次侧设备选型设计5.1 负荷电流计算负荷电流.=高表5-1负荷电流统计负荷电压等级/kA负荷容量kVA负荷电流/A主变一次侧355197.285.7主变二次侧105151.6297.4主井设备10760.443.9副井设备10695.140.1回风井设备101039.560.0机电车间10788.245.5选煤厂101701.998.3井下设备102937.9169.65.2 35kV架空线选型设计(1)按经济电流密度选择主变一次侧负荷电流Zca=85.7A(5-1)导线经济截面为：A=-=95.2mm2JCC09故初选1.GJ-95型钢芯铝绞线,最
21、高允许温度为70,长时允许载流量1.=335A(2)按长时允许电流选择若站内的环境温度为45oCz则导线的长时允许电流应该按下式进行修正：(3)按正常运行电压损失选择取线路的长度为12.6km,单位长度电阻IO=O.33。/碗,单位长度电抗X0=0.368。/火ZnArrPR+QXc、/匚o、AU=(Proo)(5-3)UNUN(=-=-(Pr0+)=-(4905.60.33+1716.30.368)=810.2VUNUN35u%=X100%=目=IX1.OO%=2.315%43,9A满足要求。(3)按正常运行电压损失选择取线路的长度为Ikm,单位长度电阻r=0.45碗，单位长度电抗XO=O.
22、358痴AU=PRtQX=(Pro0ro)=(630.90.45424.5X0.358)=43.59VUNUN10Af/43SQu%=100%=3100%=0.4%5%满足要求。UNI(XXX)(4)按机械强度条件选择。按要求导线截面积不应小于35mm2o故1.GJ-70满足要求。5.3.2至井下中央变电所电缆选择设计(1)按经济电流密度选择电缆截面积井下负荷电流为：1.=I69.6A导线经济截面为：A=1.=竺”=84.8mn42初选电缆为MYPT-3*1203*50型矿用移动金属屏蔽橡套电缆。(2)按长时允许电流校验截面积k*1.(5-4)kZ/?计算得：女=0.86x0.83x0.9=0
23、.642(3)按电压损失校验电缆截面积P1.AUND(5-5)P1.AUnD3169.6200.744.3x120=77.4V(a1.=100003%=300VAUvAUid=300V,电压损失满足要求。(4)按短路电流热稳定条件校验最大三相稳定短路电流为：=-=-=5.38kA3tav310.5短路电流作用的假象时间：ti=1.2+0.2=1.4s电缆最小热稳定截面为：Smin=4(5-6)S1a53801.42Smin=w,-=47.2mnC135Smin9.245KA(s,)热稳定性校验tj=0.2+0.5=0.7s综上所述此断路器满足要求。表5-435kv断路器参数名称单位数据额定电压
24、kV40.5额定电流A630、1250、1600、2000x2500额定绝缘水平Imin工频耐压（有效值）kV95/118雷电冲击耐受电压（峰值）kV185/215额定频率Hz50/60额定短路开断电流kA20、25、31.5额定短路耐受电流（4s）kA4s20、25、31.5额定峰值耐受电流kA50、63、80额定短路关合电流（峰值）kA50、63、80额定电容器组开断电流A800额定短路开断电流次数次30机械寿命次20000额定操作JII页序O-0.3s-CO-180-CO（3）电流互感器选择配套1.ZZB8-35A电流互感器。参数见表5-5o电流互感器校验：额定电压U,=35KV额定电流
25、ni=（502000A）max=1.5x85.8=128.7AIn2=5A动热稳定性满足要求。表5-535kv电流互感器参数额定一次电流（A）额定二次电流（A）准确级组合额定输出（VA）额定短时热电流（KA/s）额定动稳定电流（KA）505/10.2/5P10/5P2010/20/205/112.5750.5/5P10/5P2020/20/207.5/118.75IOO10/12515015/137.520020/15030031.5/28040031.5/3805006008000.2/10P10/5P200.5/10P10/5P2020/30/3030/30/3031.5/41301000
26、120015002000额定绝缘水平：40.5/95/185KV(4)电压互感器选择配套JDZX9-35电压互感器表5-635kv电压互感器参数额定电压比(KV)准确级组合额定输出(VA)极限输出(VA)额定绝缘水平(KV)3530.130.130.25P(3P)0.56P(3P)0.20.26P(3P)50/100100/10025/25/100100040.5/95/200电压互感器校验：UNUNS=35KV初级绕组35,次级绕组O.1.o动热稳定性满足要求。(5)熔断器选择配套XRNP-40.5高压熔断器表5-735kv熔断器参数规格额定电压(KA)额定电流(A)额定开断电流(KA)XR
27、NP-40.540.510031.5(6)避雷器选用配套HY5WZ-51/134型金属氧化物避雷器。表5-835kv避雷器参数避雷器型号HY5WZ-51/134额定电压(kV)51系统电压（kV）35持续运行电压（kV）40.8直流参考电压不小于（kV）751.5s徙波残压不大于（kV）154820s雷电残压不大于（kV）1343060s操作残压不大于（kV）1142ms方波通流容量（kA）250410s冲击通流容量（kA）65持续运行电压下的阻性电流不大于（A）200重量（kg）17.0爬电距离（cm/kV）2.85.4.2IOkv侧设备选型设计IOkV高压开关柜选型选用库柏电气有限公司生产
28、的ASN3-12铠装移开式交流金属封闭开关设备。表5-91OkV高压开关柜参数名称单位数据额定电压kV12额定电流A630、1250、1600、2000、2500额定绝缘水平Imin工频耐压（有效值）kV42/48雷电冲击耐受电压（峰值）kV75/85辅助,控制回路工频耐压（Imin）V/1.min2000额定频率Hz50/60额定短路开断电流kA20、25、31.5、40、50额定短路耐受电流（4s）kA4s20、25、31.5、40、50额定峰值耐受电流kA50、63、80、100、125额定短路关合电流kA50、63、80、100、125辅助控制回路额定电压VAC或DC110220V防护等级IP4X断路器校验同35kv侧。断路器选择配套VN3-12真空断路器。断路器的校验：电压Ue=IOKV电压符合要求流电流IN1.=7-5yv-=-=3A43Un310在此系统中统一取过负荷系数为1.5,则最大电流。4ax=1.5173=259.5Ae=63
