煤矿地面35kV变电站的设计毕业设计(论文)

摘要本设计初步设计了煤矿地面35kV变电站的设计。

其设计过程主要包括负荷计算、主接线设计、短路计算、电气设备选择、继电保护方案、变电所的防雷保护与接地等。

通过对煤矿35KV变电站做负荷统计，用需用系数法进行负荷计算，根据负荷计算的结果确定出该站主变压器的台数、容量及型号。

用标幺值法对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供了数据。

根据煤矿供电系统的特点，制定了矿井变电所的主结线方式、运行方式、继电保护方案。

其中35KV 侧为全桥接线，6KV主接线为单母分段。

两台主变压器采用分列运行方式。

并根据电流整定值以及相关数据的校验，选择了断路器、隔离开关、继电器、变压器等电气设备。

关键字：负荷计算; 变电站; 继电保护;运行方式目录摘要 (1)ABSTRACT .............................. 错误！未定义书签。

1 概述 (1)1.1 设计依据 (1)1.2 设计目的及范围 (1)1.3 矿井基础资料 (1)2 负荷计算 (4)2.1 负荷计算的目的 (4)2.2 负荷计算方法 (4)2.3 负荷计算过程 (5)2.3.1 各用电设备组负荷计算 (5)2.3.2 低压变压器的选择与损耗计算 (8)2.3.3 6kV母线侧补偿前总计算负荷 (11)2.3.4 无功补偿计算及电容器柜选择 (11)2.3.5 补偿后6kV母线侧总计算负荷及功率因数校验 . 123 变电所主变压器选择 (13)3.1 变压器的选取原则 (13)3.2 变压器选择计算 (13)3.3 变压器损耗计算 (14)3.4 35kV侧全矿负荷计算及功率因数校验 (15)3.5 变压器经济运行方案的确定 (15)4 电气主接线设计 (16)4.1 对主接线的基本要求 (16)4.2 本所电气主接线方案的确定 (16)4.2.1 确定矿井35kV进线回路 (16)4.2.2 35kV、6kV主接线的确定 (17)4.2.3下井电缆回数的确定 (17)4.2.4 负荷分配 (18)5 短路电流计算 (20)5.1 短路电流计算的目的 (20)5.2 短路电流计算中应计算的数值 (20)5.3 三相短路电流计算计算的步骤 (20)5.4短路电流计算过程 (21)5.5短路参数汇总表 (30)5.6 负荷电流统计表 (32)6 高压电气设备的选择 (33)6.1 高压电气设备选择原则 (33)6.2 高压开关设备的选择及校验 (34)6.2.1 高压断路器的选择及校验 (34)6.2.2 本所断路器的选择及校验 (34)6.2.3 隔离开关的选择及校验 (36)6.2.4 限流电抗器的选择 (38)6.2.5 高压熔断器的选择 (40)6.3 互感器和避雷器的选择及校验 (41)6.3.1 电流互感器的选择及校验 (41)6.3.2 电压互感器的选择及校验 (42)6.3.3 35kV避雷器选择 (42)6.4 6kV高压开关柜的选择 (43)6.5 电力线路的选择 (44)6.5.1 35kV输电线路及母线的选择与校验 (44)6.5.2 6kV母线、电缆及架空线的选择 (46)6.5.3 母线支柱绝缘子、穿墙套管及室外构架的选择 . 536.6 设备选择汇总表 (55)7 继电保护方案的初步拟定 (58)7.1 变电所各断路器过流保护的设置与配合 (58)各断路器编号如图4-5所示 (58)7.1.1 QF1、QF2、QF3断路器保护的设置与配合 (58)7.1.2 QF4、QF5断路器上保护的设置与配合 (58)7.1.3 各６KV低压馈出线断路器的设置与配合 (59)7.1.4 6KV联络开关（QF8）的保护设置与配合。

(59)7.2 变压器的保护设置 (59)7.2.1 变压器的气体保护 (59)7.2.1 变压器的差动保护 (60)7.2.3 变压器过负荷保护 (60)7.2.4 变压器的过流保护 (60)8 变电所的防雷与接地 (61)8.1 变配电所的防雷设计 (61)8.1.1 变电所的防雷措施 (61)8.2 接地装置的设计及计算 (64)8.2.1 保护接地方案设计 (64)8.2.2 保护接地装置计算 (64)结论 (66)致谢 (67)参考文献 (68)前言本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力及实际工程设计的基本技能。

电力是现代煤矿的动力，首先应该保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方面合理的满足生产的需要。

由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全，可靠，经济具有举足轻重的作用。

本论文根据变电所的设计原则，围绕某矿井35KV变电所设计这一课题展开了全面的设计与研究，主要完成以下工作：针对矿井负荷的用电要求，根据需要系数法进行了负荷计算。

据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。

根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行设计：高压35kV采用全桥接法,6kV母线采用单母分段接线形式。

采用标幺值法对供电系统进行了短路计算。

按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并对它们进行动稳定和热稳定校验。

为了在供配电系统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的扩大，在论文中对变电所继电保护进行了设计。

防雷保护是变电所保护中不可缺少的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在变电所装设避雷针。

1 概述1.1 设计依据1、中华人民共和国建设部及国家技术监督局联合发布的《矿山电力设计规范》。

2、中华人民共和国电力公司发布的《35kV～110kV无人值班变电站设计规程》。

3、电力工程电气设计手册（电气一次部分）。

4、煤矿电工手册（地面供电部分）。

1.2 设计目的及范围本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力。

本论文的设计范围包括：（1）对变电所的主接线进行设计：（2）对电气设备的规格型号进行选择。

（3）变电所继电保护设计。

（4）变电所防雷保护设计。

1.3 矿井基础资料1、本矿概况本矿井为年产60万吨的高沼气矿井，分主、副两井，为立井开掘，一水平井深250m，预期服役年限为80年。

主副两井距离为80m，距35kV变电所距离均为0.2km。

2、供用电协议矿井地面变电所距上级变电所6km，采用双回路架空线供电，已知上级变电所最大运行方式下的系统阻抗为0.36，最小运行方式下的系统阻抗为0.69。

35kV过流整定时限为3s。

电费收取方法采用两部电价制收费，在变电所35kV侧进行计量，固定部分按主变压器容量收费，每千瓦每月5元，流动部分为每千瓦5分。

3、自然条件（1）日最高气温43℃，日最低气温-17℃。

（2）土壤温度27℃（最热日）。

a（3）冻土层厚度为0.55m，变电所土质为沙质粘土。

（4）本矿主导风向为西北方向，最大风速为26m/s。

（5）地震烈度为7度。

4、原始负荷资料负荷资料见表1-1 全矿电力负荷统计表。

本科毕业论文3编号 设备名称 电压（kV ）电机 型号 电机容量(kW) 安装台数 设备容量（kW ） 需要系数 k d 功率因数cos φ tan φ 离地面变电所的距离（km ）备 注安装容量工作容量1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 主提升机 6 绕线 800 1/1 800 800 0.89 0.83 0.67 0.2 离副井80m2 副提升机 6 绕线 630 1/1 630 630 0.80 0.80 0.75 0.23 主扇风机 6 同步 1000 2/1 2000 1000 0.83 -0.90 -0.48 1.2 cos φ超前4 压风机 6 同步 250 3/2 750 500 0.80 -0.90 -0.48 0.2 cos φ超前5 矿综合厂 0.38 330 290 0.62 0.80 0.75 0.5 3类负荷6 机修厂 0.38 620 550 0.52 0.75 0.88 0.25 3类负荷7 选煤厂 0.38 800 650 0.75 0.78 0.80 0.458 地面低压 0.38 800 700 0.70 0.75 0.88 0.05 变压器在所内，生产负荷占75% 9 井下主排水泵 6 鼠笼 500 4/2 2000 1000 0.85 0.85 0.62 0.5 井下6kV 电缆长14km 10 一采区 6 680 650 0.65 0.78 0.80 11 二采区 6 1100 950 0.70 0.76 0.86 12 井底车厂 0.66 165 165 0.70 0.75 0.88 13 工人村 0.38 450 360 0.85 0.81 0.72 1.5 3类负荷 14支农0.383103100.800.800.752.53类负荷2 负荷计算2.1 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。

2.2 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∑=N d ca P K P 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： 1、用电设备组计算负荷的确定用电设备组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：∑=N d ca P K P ，kWϕtan ca ca P Q = , kvar （2-1）22caca ca Q P S +=，kVA式中ca P 、ca Q 、ca S ——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； ∑N P ——该用电设备组的设备总额定容量，kW ；ϕtan ——功率因数角的正切值；d K ——需要系数，由表1-1查得。