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1、绪论1第1章负荷计算与变压器选择31.1 .计算负荷定义31 .1.1计算负荷目的32 .1.2计算负荷方法31.2 矿井用电负荷计算31.3 功率因数的改变71.4 主变压器的选择81.4.1 变压器台数选定原则81.4.2 变压器容量选择原则81. 4.36kV380v变压器的选择91.5全矿年电耗与吨煤电耗9第2章供电系统的确定与短路计算102. 1主接线的设计原则和要求102.1.1主接线112.1.2桥形接线112.1.3单母线分段接线122.2短路电流的分类与计算方法122.2.1短路的原因122.2.2短路的种类122.2.3短路的危害132.2.4短路电流计算的目的132.2.
2、5短路电流计算的标幺值法132. 3短路电流计算132.1.1 计算各元件的电抗标幺值142.1.2 短路电流计算16第3章电气设备的选择203. 1电气设备选择的一般条件203.1.1 电气设备选择的一般原则203.1.2 电气设备选择的技术条件203.1.3 1.3环境条件213.2各种电气设备的选择223.2.1断路器的选择223.2.2隔离开关的选择223.2.3电流互感器的选择与校验223.2.4电压互感器的选择233.2.5配电所高压开关柜的选择233.3母线的选择及校验233. 3.135kv架空线、母线的选择234. 3.26kV母线的选择235. 3.3下井电缆型号及截面的选
3、择24第4章变电所二次回路245.1 二次回路的定义和分类255.2 高压断路器的控制255.3 电测量仪表与绝缘监视装置264. 3.1电测量仪表266. 3.2绝缘监视装置274.4供电系统的自动装置27第5章继电保护方案及整定287. 1概述287.1 继电保护的优化配置及整定原则297.2 供电系统继电保护配置情况295.435kv进线保护305.4.1电流速断保护的整定计算305.4.2过流保护的整定计算305.4.335kv进线开关保护315.5主变器保护315.5.1主变差动保护315.5.2主变过流保护335.5.3主变过负荷保护345.66kV母联保护345.76kV出线保护
4、35第6章变电所室内外布置376.1 电气总平面布置的特点376.2 变电站土建要求376.3 电气照明38第7章变电所防雷保护及接地397.1变电所的防雷397.1.1 变电所的防雷设计原则397.1.2 1.2变电所的防雷措施397.1.3 变电所主要防雷设备407.2变电所的接地设计427. 2.1设计原则428. 2.2,简单接地设计43致谢44附录46附录A外文资料46附录B变电所主接线图53附录C设备选型汇总表54附录D变电所平面布置图55本文详细介绍了某煤矿地面35kV变电所的设计。文中对该变电所的负荷计算与变压器的选择、供电系统的拟定与短路计算、变电所电器设备的选择、继电保护方
5、案的拟定与整定以及变电所的防雷与接地皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择和校验作了详细的说明和分析。其中还对变电所的主接线，平面布置，高低压侧的一些保护装置等通过CAD制图直观的展现出来。本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电所。设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护，通过电力监控综合自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电所的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学化、规范化、并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，
6、充分发挥整体优势，进行全系统的信息综合管理。在本次设计中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。关键词：短路电流计算继电保护断路器AbstractThispaperintroducessomscoalmine35kVsubstationdesignground.Inthispaper,theloadcalculationandtransformersubstationofchoice,powersupplysystemwithshortcircuitcalculation,substationworkedelectical,relayprotectio
7、nschemewithsettingandworkedthelightningprotectionandgroundingsubstationisdetailedinstructions.Italsodiscussesthechoiceofmainwiring,highpressureequipmentandallkindsoftheprotectionofrelay,thecalculationofload,shortcurrentandsoonindetail,especially,thechoiceofmainwiring,transformerandsomeelectricequipm
8、entsuchascircuitbreaker,currentandVoltagesensor.Itshowsmainwiringofsubstation,thedistributionofplaneandsomeprotectionequipmentofhighandlowVolUgebythegraphicsofCADThisdesigniscloselyrelatedtorealityinordertodesignthesuitablesubslationbystudyingalotofmaterials.Thedesignnotonlyadoptssomestable-fbrmandg
9、eneralprotectionsbutalsoadoptsPCprotection.Thesyntheticalautomationsystemofelectricpowersupervision,whichcanmakeworkersondulycontrolthesituationofsubstationtimely,operatetheequipmentsdirectly,knowthebreakdownanddealwithitwithoutdelay,sothatthesystemofpowersupplyisscientificandstandardinmanagement.Wh
10、at,smore,itcanexchangedatawithotherautomaticsystemsandgivefullplaytowholeadvantageinordertomanageinformationinallsystemsasawhole.Keyword:thecalculationofshortcurrenttheprotectionofrelaycircuitbreaker本煤矿的设计生产能力为300万吨/年。矿井的深度为650米，由于该煤矿的矿井地下水含量丰富，我们为该煤矿共配备有7台大型潜水泵，用以抽取地下水，因为大型潜水泵的使用，使该煤矿年耗电量大大增加。按其采煤量
11、计算总耗电时间大约是4800h年。该煤矿供电系统由两条35kv进线供电。两条进线分别到变电所两个356kv主变压器，平时起用一台主变压器，另一台备用，同时为该变电所设置四个避雷器。该煤矿的供电系统采用单母线分段的主接线形式，主母线分为两段，每段母线之间使用稳定性及灭弧能力较高的高压六氟化硫断路器隔开。矿井简介：本设计是356kV煤矿的地面变电所设计。矿井年产量300万吨,井筒深度为0.65km,采用一对竖井开拓，中央边界式通风，服务年限为120年。该矿井为低沼气矿井。（全矿的负荷统计如表IT所示）：1 .矿区冻土带厚度为0.45m,变电所土质为砂质粘土；2 .两回35kV架空电源线路长度：L1
12、=L2=8km；3 .两回上级35kV电源出线断路器过流保护动作时间：1=2=2.5s；4 .本所35KV电源母线最大运行方式下的系统抗：Xxmin=0.03；5 .本所35kV电源母线最小行方式下的系统电抗：Xxmax=0.07；6 .井下6kV母线上允许短路容量：、=100MVA；7 .本所6kV母线上补偿后功率因数要求值：cos=0.95；8 .最热月室外最高气温月平均值：/=4SC；9 .最热月室内最高气温月平均值：=32。；10 .最热月土壤最高气温月平均值：。=29。表17全矿负荷统计表设备名称负荷等级电压(V)线电单机普容量型式(kW)安装/工作设备需用系数M如离变电所距离(km
13、)工作台数总容量(kW)KdCOSe1主井提升26000CD22002/122000.840.820.402副井提升16000CY16002/116000.850.860.403扇风机116000CY16002/116000.880.93.04扇风机216000KT16002/116000.880.93.05压风机16000CT16002/116000.880.93.06地面低压1380C15000.780.820.057机修厂3380C5800.650.700.358综采车间3380C7800.650.700.359洗煤厂2380K15000.800.750.7010工人村3380K7500
14、.800.863.011支农3380K5000.750.803.512主排水泵16000CX10007/440000.850.871.113井下低压26000CX46470.710.760.65第1章负荷计算与变压器选择1.1 .计算负荷定义所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念，不可混淆。在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定尖峰电流和确定一极、二级负荷的容量已及季节性负荷的容量。1.1.1 计算负荷目的计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影
15、响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。1.1.2 计算负荷方法目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等.常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数K,然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。此设计采用的
16、是需用系数法来对电力负荷计算的。1.2 矿井用电负荷计算多个用电设备组的计算负荷：在配电干线上或矿井变电所低压母线上，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矿井变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数Ksi,具体计算公式如下：Pa=K、反(KdiPm)i=l,2,3.m(M)Z=IQ(a=KSi汇(KMzjtani)(1-2)Z=ISealPul(1-3)ICa=SJ(6U,J(1-4)式中，心、QcaSCa为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率计算负荷；Kxi一一同时系数；m-为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数；Un
17、该干线或低压母线上的额定电压，V；Ica-该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，A；Kd需用系数；Kd、tanPllli分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切值、总设备容量。根据要求及需用系数负荷计算公式，分别计算矿用负荷(1)主井提升机Pe=2200kWKd=0.84COSe=0.82tan=tan(arccos?)=0.70%=%xp-1848kWQlo=%Xtan=18480.70=1293.6kvarSIO=0/cose=7o2+Go2=1848/0.82=2253.7Z10=SIo/QUN=2253.7/1.7326(XX)=216.9A(2)副井提升机Pe=1600k
18、WKd=0.85CO印=0.86tan-tan(arccos)=0.5934Bo=KdXP136OkWQ20=P20Xtan=1360X0.5934=807kvarS20=0cos=+20=1360/0.86=1581kVAI20=S20/3Un=1581/1.732X6000=152A(3)扇风机1Pe=600kwKd=O.88cos=0.9tan=tan(artcos)=0.4843G)=KdPe=0.881600=1408kWQ30=Aotan=1408X0.4843=681.89kvarS30=Aocos=J+Q=1408/0.9=1564.44kVAI30=S30/3Un=1564.
19、441.732600O=150.54A(4)扇风机2Pe=1600kwKd=0.88cos=0.9tan=tan(artcos)=0.4843P4Q=KdPe=0.881600=1408kWQ4O=P4qtan=1480X0.4843=681.89kvarS40=/0cos=7+40=4080.9=1564.44kVAI40=S20/3Un=1564.44/1.732X6000=150.54A(5)压风机2=1600kWCj=0.88cos=0.9n=l,=lX1600=1600kWtan=tan(artcos)=0.4843P5q=KdXPe=0.881600=1408kWQ50=P5()t
20、an=14080.4843=681.89kvarS50=-ocos=J*Q点=1408/0.9=1564.44kVAI50=S50/3Un=1564.44/1.7326000=150.54A(6)排水泵E=IoOOkWKd=O.85cos=0.87n=4,=41000=4000kWtan=tan(artcos)=0.5667P=Kd,=0.85X4000=340OkWQo=&Xtan=3400X0.5667=1926.78kvarS6O=%)cos=Jj+Q1=3400/0.87=3908.05kVAIo=S63Un=3908.051.7326000=376A这样井下6kv母线上母线的有功、无
21、功、视在功率、负荷电流如下：切Pca=K,EkKdiP毋）=1848+1360+1408+1408+1408+3400Z=I=10832kWQca=KKdiPnZitana）=1294+807+682+682+682+1927=6074kvarZ=I加3+%=i2419kVAIca=Sc（3lrt）=12419/1.732X6000=1195A同理可求得380V母线上各负荷的有功、无功、视在功率以及负荷电流.6kv以及380v母线上的有功、无功、视在功率、负荷电流见（表12）：表1-2负荷计算结果汇总表设备名称以（kW）2JkVar)S3kVA)MA)主井提升机18481293.62253.7
22、216.9副井提升机13608071581152扇风机11408681.891564.44150.54扇风机21408681.891564.44150.54压风机1408681.891564.44150.54排水泵34001926.783908.05376地面低压11708171427137.3机修厂37738553951.9综采车间50751772469.7洗煤厂120010581600154工人村60035669867.1支农37528146945.1井下低压329928214341417.7这样井下380v低压母线上低压母线的有功、无功、视在功率、负荷电流如下：Pca=7(z)=1170
23、+377+507+1200+600+375+3229=7528kWZ=I小Qc0=KSE(K出Pmtani)Z=I=817+385+517+1058+356+281+282l=6235kvarSd*Q1=9775kVA这样可求得变电所总的有功功率为18360kW,无功功率为12309kvaro考虑同时需用系数K5,有功功率取0.8,无功功率取0.9,得:总的有功功率为14688kW,总的无功功率为11078kvar0计算可得功率因数约为0.798,需用电容器补偿。1.3 功率因数的改变经计算全矿功率因数COSe=I4688/J146882+110782巾.798maxIfL=iItn9.16=
24、4.22kA检X*2217max=0.866/：=0.8664.22=3.66kA仆点短路：（1）最大运行方式：（下井电缆两并行运行）Vmin=XI+x3+l=1.63+0.5+0.131/2=2.20=!9.16=4.16kA2.20=!100=45.45MVA2.20=2.55(=2.55x4.16=10.61kA&3=1.527=1.524.16=6.32kA(2)最小运行方式：Xv=X1+X.+/max1J2=1.67+0.5+0.131=2.24=7rf2=9.16=4.09kA/X*-22.24ZmaX%=0.866/1=0.8664.09=3.54kA以上只对短路点K,K2f/C
25、15,（进行了计算，其它的短路点计算结果,列表2-4给出，不再列出详细的计算过程。表2-4短路参数计算结果汇总表运行方式最大运行方式最小备注短路参数(kA)3X(MVA)(kA)%(kA)/0(kA)Kl0.9661.352.451.460.8135kV母线4.3046.9510.966.543.666kV母线&4.1645.4510.616.323.54井下变电所降1.9220.924.902.921.65工人村KS4.2846.7310.916.513.64地面低压61.9220.924.902.921.65扇风机24.1445.2510.566.293.52主井提升机短路点Kg4,1445.2510.566.293.52副井提升机K94.1645.4510.616.323.54机修厂KlO3.3536.568.545.093.30扇风机1短路点Kn3.3336.408.495.062.85洗煤厂4.1645.4510.6
