【正文】 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 1 1 前言 霍州煤電集團(tuán)回坡底煤礦是經(jīng)煤碳部及國家計(jì)委批準(zhǔn) ,有霍煤集團(tuán)公司于 1992 年 9月開工建設(shè)的現(xiàn)代化礦井 ,設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模 300 萬噸。礦井可采儲(chǔ)量 22080 萬噸 ,服務(wù)年限為 年。其變電站供電的質(zhì)量直接影響到煤礦的生產(chǎn) ,因此對(duì)其變電站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是很有必要的。 回坡底煤礦供電系統(tǒng)概況 回坡底煤礦供電系統(tǒng)的電源來自平陌 110KV 變電站?；仄碌渍緸?35KV 變電站 ,有兩趟 35kv 電源進(jìn)線 .有兩臺(tái)容量均為 8000KVA 型號(hào)為 SF78000/35,電壓比為 35/ 的主變壓器。 1主變的阻抗電壓 百分?jǐn)?shù)為 %,2主變的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為 %。 回坡底站目前采用的系統(tǒng)運(yùn)行方式 回坡底站目前采用的運(yùn)行方式是主變一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用的方式。采用該運(yùn)行方式的原因主要是二臺(tái)主變?nèi)萘恐械娜我慌_(tái)都能滿足變電站全部負(fù)荷的要求 ,為了節(jié)省固定電費(fèi) ,該站采用了此方式。但此方式是否符合該站的實(shí)際情況還須在以下章節(jié)進(jìn)行討論。主變一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用的運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)是繼電保護(hù)簡單 ,短路電流小 ,系統(tǒng)操作方便 ,固定電費(fèi)低。但也存在不少缺點(diǎn) ,一是主變與電源線路的電能損耗大 。 二是系統(tǒng)電壓損失大 。 三是主變荷率太大 ,運(yùn)行不經(jīng) 濟(jì) 。四是接地電流大 ,易產(chǎn)生弧光接地過電壓 。五是6KV 母線故障時(shí) ,易造成全部停電 ,企業(yè)一二級(jí)負(fù)荷的供電要受到較長時(shí)間的影響 。六是當(dāng)變電站帶較大的常變動(dòng)的負(fù)荷時(shí) ,易形成較大的電壓波動(dòng) ,影響供電質(zhì)量；七是系統(tǒng)過載能力低 ,供電設(shè)備與線路負(fù)擔(dān)重。 回坡底站的繼電保護(hù)現(xiàn)狀 高壓電源進(jìn)線保護(hù) 高壓電源進(jìn)線應(yīng)該設(shè)保護(hù) ,如果電源進(jìn)線不設(shè)保護(hù) ,高壓母聯(lián)也沒設(shè)保護(hù) ,則高壓母聯(lián)的故障要靠上級(jí)變電站進(jìn)行保護(hù)。因此 ,當(dāng)高壓發(fā)生故障時(shí)就會(huì)發(fā)生越級(jí)跳閘 ,另外保護(hù)時(shí)間也比較長。 主變保護(hù) 主變保護(hù)主 要采用差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、瓦斯保護(hù)和溫度保護(hù) ,主變保護(hù)的方案還是比較完善的。 低壓出線保護(hù) 低壓出線采用過流保護(hù)方案 ,但是否合適還須進(jìn)一步研究。 本設(shè)計(jì)完成的主要工作 本設(shè)計(jì)需要對(duì)回坡底站 35KV 變電站進(jìn)行全面設(shè)計(jì) ,包括負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與計(jì)算、主變壓器的選擇、短路電流計(jì)算及各種設(shè)備的選擇、系統(tǒng)運(yùn)行方式的選擇、繼電保護(hù)整定計(jì)算及繼電保護(hù)裝置的設(shè)置。最終使供電系統(tǒng)的運(yùn)行和繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、快速性、和靈敏性達(dá)到最佳狀態(tài)。 2 負(fù)荷計(jì)算與主變壓器的選擇 回坡底站負(fù)荷統(tǒng) 計(jì) 2 板，副井車房（Ⅱ）， 400KW， 30A， 3 板， PT 4 板，主井車房（Ⅱ）， 800KW， 80A， 5 板，進(jìn)線 6 板，井下（Ⅲ） ,120mm2 ,60A, 7 板，井下（Ⅱ）， 120mm2 ， 60A， 8 板， 9 板，聯(lián)絡(luò) 10 板，井下（Ⅰ）， 120mm2 ， 90A， 11 板，井下（Ⅰ）（與 2 板互備） 12 板，進(jìn)線 13 板， PT 14 板，主井車房（備用） 31 板，北風(fēng)井（Ⅰ）， 500KW?2， 100A， 1km 30 板，鍋爐房Ⅰ， 70mm2 ， 1300KW， 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 29 板，備用 28 板，生活區(qū)， 315KVA 為變壓器， 22A， 27 板，Ⅰ 動(dòng)力變， 400KVA，運(yùn)行 26 板，東風(fēng)井（Ⅰ）， 50A， 3km 25 板，Ⅰ 電容器， 50A 24 板，Ⅱ 電容器， 50A 23 板，東風(fēng)井（Ⅱ）（小煤礦）， 40A， 5km 22 板，鍋爐房（Ⅱ），備用 21 板，備用 20 板，Ⅱ 動(dòng)力變， 400KVA，運(yùn)行， 19 板，北風(fēng)井（Ⅱ），備用 負(fù)荷計(jì)算 用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的公式 Pca= 3 UN I cosφ Pca=Kd P ?N Qca = Pca tanφ Sca = Pca/ S ?max 式中 : Pca 、 Qca 、 Sca —— 該用電設(shè)備的有功、無功、視在功率 P ?N—— 用電設(shè)備組的總額定容量 cosφ —— 功率因數(shù) tanφ 功率因數(shù)角的正切值； Kd 需用系數(shù) 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 Pca =Ks1mKdi? PNi? Qca =Ks1mKdi? PNi? Sca = Pca /cosφ 式中 Pca 、 Qca 、 Sca —— 配電干線的有功、無功、視在計(jì)算負(fù)荷 Ks—— 同時(shí)系數(shù) Kdi —— 對(duì)應(yīng)于某一組的需用系數(shù) 例如，計(jì)算東風(fēng)井 (Ⅰ ): 查表可得： cosφ =, Kd = 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 P 4 4 ??????? U I C O S有 KW Q ????? tgP有無KVar P 669 ??? dca KP有KW Qca = ????tgP ca KVar Sca = 787 ???CO SPcaKVA Ica = 76637873 ???NcaUSA 其它負(fù)荷計(jì)算方法與此相同，如下表 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 由上節(jié)負(fù)荷計(jì)算可得：變電所總的有功功率為 9700KW，無功功率為 6946KVar ?？紤]同時(shí)需用系數(shù) Ks ，有功功率取 ，無功功率取 ，得：總的有功功率為 8245KW，總的無功功率為 6251 KVar 。計(jì)算可得功率因數(shù)為 ，需用電容器補(bǔ)償。設(shè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)為 ，則有功功率保持不變，無功補(bǔ)償后為 3259 KVar 。 考慮主變壓器的損失： Δ P=?8245=165KW Δ Q= 3259? =326 KVar 則主變壓器選擇的計(jì)算負(fù)荷為：有功功率為 8410KW，無功功率為 3585 KVar ，視在功率為 9142KVA 分析回坡底站的主要負(fù)荷性質(zhì)，為了保證全部礦井生產(chǎn)用電，當(dāng)一臺(tái)變壓器工作時(shí)，不得低于全礦計(jì)算負(fù)荷的 ,另外考慮到供電容量的發(fā)展情況，兩臺(tái)主變壓器的型號(hào)為 SF7 — 8000/35， 其主要技術(shù)參數(shù)： 電壓比： 35/ 短路電壓百分?jǐn)?shù) Uk %=% 空載電流 I0 ： % 空載損耗 Δ P0： 短路損耗 Δ Pk ： 45KW 額定容量： 8000KVA 因一臺(tái)變壓器工作時(shí)的負(fù)荷率為 ，一臺(tái)工作機(jī)即滿載，故采用一臺(tái)運(yùn)、一臺(tái)備用的運(yùn)行方式。采用一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用的運(yùn)行方式的原因要在下一章詳細(xì)分析。 3 回坡底 站系統(tǒng)運(yùn)行方式及主 接線形式的確定 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 煤礦變電站屬于一級(jí)負(fù)荷 ,通常采用二個(gè)獨(dú)立電源供電或雙回路供電。為此 ,煤礦供電系統(tǒng)存在多種運(yùn)行方式。如下圖 1所示 : 當(dāng)斷路器 1DL8DL 的通斷狀態(tài)不同時(shí) ,大致出現(xiàn) 8種運(yùn)行方式。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 圖 31 煤礦典型供電系統(tǒng)圖 回坡底站系統(tǒng)運(yùn)行方式的設(shè)計(jì) 回坡底站的基本情況介紹 (1) 有二趟 35KV 電源進(jìn)線，都來自平陌 110KV 變電站，架空線截面和長度分別為120mm2 、 。 (2) 有二臺(tái)等容量主變，型號(hào)為 SF7 8000/35，主要技術(shù)參數(shù)如下： a．額定容量： 8000KVA b．電壓比： 35/ c．短路電壓百分?jǐn)?shù)： Uk %： % d．電流比： 132/733A e．空載電流 I0 ： % f．空載損耗 Δ P0 ： g．短路損耗Δ P： 45KW 3．總 負(fù)荷： 9142KVA 4．功率因數(shù) cosφ : 6． 6KV 出線： 18 路 5．現(xiàn)采用的運(yùn)行方式：一路運(yùn)行、一路備用 7．主要負(fù)荷種類：礦井負(fù)荷 綜合分析及結(jié)論 由上述分析可見，系統(tǒng)分裂運(yùn)行的線路年損耗費(fèi)只比一路運(yùn)行一路備用的少 萬元，但固定電費(fèi)比一路運(yùn)行一路備用的多 萬元，況且，一路運(yùn)行一路備用時(shí)主變運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。因此，對(duì)回坡底站來講，一路運(yùn)行一路備用的運(yùn)行方式為最優(yōu)運(yùn)行方式。 主接線形式的確定 回坡底站 35KV 側(cè)采用全橋接線方式，該接線方式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)變 壓器、線路的操作方便、運(yùn)行靈活。且易于擴(kuò)展成單母線分段形式。其缺點(diǎn)是設(shè)備多、投資大，變電所占地面積大。但考慮回坡底站的實(shí)際情況，此接線方式是合適的。 回坡底站 6KV 側(cè)采用單母線分段接線方式，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)某回受電線路或變壓器因故障及檢修停止運(yùn)行時(shí)，可通過母線分段斷路器的聯(lián)絡(luò)，保證繼續(xù)對(duì)兩段母線上的重要負(fù)荷供電。且操作方便、運(yùn)行靈活，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換以提高供電的可靠性。其缺點(diǎn)是當(dāng)其中任一段母線需要檢修或發(fā)生故障時(shí)，接于該段母線的全部進(jìn)、出線均停止運(yùn)行。因此，一、二級(jí)負(fù)荷必須由接在兩母線上的環(huán)形系統(tǒng)或雙回路供電，以便 互為備用。本站采用雙回路供電。 4. 回坡底 站 35KV 變電站短路電流計(jì)算 計(jì)算短路電流的目的 發(fā)生短路故障后，短路回路中將出現(xiàn)數(shù)值很大的短路電流。在煤礦供電系統(tǒng)中，短路電流要比額定電流大幾十甚至幾百倍，通?？蛇_(dá)數(shù)千安。這樣大的電流通過電氣設(shè)備和導(dǎo)線必然要產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，并使載流體溫度急劇上升而破壞設(shè)備。同時(shí)短路點(diǎn)電壓將降為零，在短路點(diǎn)附近，電壓也相應(yīng)顯著下降，造成這些地方的供電中斷或嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)工作。在發(fā)生接地短路時(shí)所出現(xiàn)的不對(duì)稱短路電流，還將對(duì)與架空線路平行敷設(shè)的通訊線路產(chǎn)生干擾。更危險(xiǎn)的是當(dāng) 短路點(diǎn)離發(fā)電廠很近，而且短路的持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，可造成發(fā)電機(jī)失去同步，而使整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行解列，這是最嚴(yán)重的后果。 為了防止發(fā)生短路所造成的危害及限制故障的擴(kuò)大，需要 進(jìn)行一系列的計(jì)算及采取相應(yīng)的措施，以保證系統(tǒng)正?；蚬收蠒r(shí)，做到安全，可靠又經(jīng)濟(jì)。掌握短路電流計(jì)算很重要。因此，計(jì)算短路電流的目的，可歸納為一下幾點(diǎn)： a．作為系統(tǒng)主接線方案比較的項(xiàng)目之一，以便判斷哪種主接線方式更能保障供電的安全和可靠，然后再?zèng)Q定系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。 b．作為校驗(yàn)電氣設(shè)備的依據(jù)，以便確定所選的設(shè)備，在發(fā)生短路故障時(shí)是否會(huì)被損壞 。 c．正確的選擇和校驗(yàn)限制短路電流所需的設(shè)備，以確保電器設(shè)備不被電流損壞。 d．確定選擇和校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置所需的各項(xiàng)參數(shù)。 e．根據(jù)故障的實(shí)際情況，進(jìn)行故障分析，找出事故的原因。 回坡底站短路電流計(jì)算 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 回坡底 站 35KV變電站裝有二臺(tái) 8000/35 變壓器，平時(shí)一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，其阻抗為 %，供電處提供變電所 35KV 母線的系統(tǒng)阻抗標(biāo)么值為：最大運(yùn)行方式時(shí)：x*min =，最小運(yùn)行方式： x*max =。 短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖及等值電路圖 短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖如圖 41 所示： 等值電路圖如圖 42 所示： 短路電流計(jì)算 a．計(jì)算各元件的電抗標(biāo)么值 選取基準(zhǔn)容量： Sb =100MVA 選取短路點(diǎn)所在母線的平均電壓為基準(zhǔn)電壓，即計(jì)算 K1 點(diǎn)時(shí)，選取 Vb =37KV。 計(jì)算 K2 及其余短路點(diǎn)時(shí)選取 Vb =。 對(duì)應(yīng)于 Vb =37KV的基準(zhǔn)電流值為 Ib = 1003 37?KA 對(duì)應(yīng)于 Vb = Ib = 1003 ?KA 圖 41 短路電流計(jì)算