汾西正令煤業(yè)供電系統(tǒng)

1、1 前言汾西正令煤業(yè)是經(jīng)煤碳部及國家計委批準(zhǔn),有霍煤集團公司于1992年9月開工建設(shè)的現(xiàn)代化礦井,設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模300萬噸。礦井可采儲量22080萬噸,服務(wù)年限為73.6年。其變電站供電的質(zhì)量直接影響到煤礦的生產(chǎn),因此對其變電站進行優(yōu)化設(shè)計是很有必要的。1.1 正令煤業(yè)供電系統(tǒng)概況正令煤業(yè)供電系統(tǒng)的電源來自平陌110KV變電站。正令煤業(yè)站為35KV變電站,有兩趟35kv電源進線.有兩臺容量均為8000KVA型號為SF7-8000/35,電壓比為35/6.3KV的主變壓器。1#主變的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為7.58%,2#主變的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為7.5%。1.2 正令煤業(yè)站目前采用的系統(tǒng)運行方式正令煤業(yè)站目

2、前采用的運行方式是主變一臺運行一臺備用的方式。采用該運行方式的原因主要是二臺主變?nèi)萘恐械娜我慌_都能滿足變電站全部負(fù)荷的要求,為了節(jié)省固定電費,該站采用了此方式。但此方式是否符合該站的實際情況還須在以下章節(jié)進行討論。主變一臺運行一臺備用的運行方式的優(yōu)點是繼電保護簡單,短路電流小,系統(tǒng)操作方便,固定電費低。但也存在不少缺點,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,運行不經(jīng)濟;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,易造成全部停電,企業(yè)一二級負(fù)荷的供電要受到較長時間的影響;六是當(dāng)變電站帶較大的常變動的負(fù)荷時,易形成較大的電壓波動,影響供電質(zhì)量；七

3、是系統(tǒng)過載能力低,供電設(shè)備與線路負(fù)擔(dān)重。1.3 正令煤業(yè)站的繼電保護現(xiàn)狀 高壓電源進線保護高壓電源進線應(yīng)該設(shè)保護,如果電源進線不設(shè)保護,高壓母聯(lián)也沒設(shè)保護,則高壓母聯(lián)的故障要靠上級變電站進行保護。因此,當(dāng)高壓發(fā)生故障時就會發(fā)生越級跳閘,另外保護時間也比較長。 主變保護 主變保護主要采用差動保護、過流保護、過負(fù)荷保護、瓦斯保護和溫度保護,主變保護的方案還是比較完善的。 低壓出線保護 低壓出線采用過流保護方案,但是否合適還須進一步研究。1.4 本設(shè)計完成的主要工作本設(shè)計需要對正令煤業(yè)站35KV變電站進行全面設(shè)計,包括負(fù)荷統(tǒng)計與計算、主變壓器的選擇、短路電流計算及各種設(shè)備的選擇、系統(tǒng)運行方式的選擇、

4、繼電保護整定計算及繼電保護裝置的設(shè)置。最終使供電系統(tǒng)的運行和繼電保護的可靠性、選擇性、快速性、和靈敏性達到最佳狀態(tài)。2 負(fù)荷計算與主變壓器的選擇2.1 正令煤業(yè)站負(fù)荷統(tǒng)計2板，副井車房（），400KW，30A，0.3km3板，PT4板，主井車房（），800KW，80A，0.3km5板，進線6板，井下（）,120mm,60A,0.5km7板，井下（），120mm，60A，0.45km8板，9板，聯(lián)絡(luò)10板，井下（），120mm，90A，0.45-0.5km11板，井下（）（與2板互備）12板，進線13板，PT14板，主井車房（備用）31板，北風(fēng)井（），500KW2，100A，1km30板，鍋爐房

5、，70mm，1300KW，0.4km29板，備用28板，生活區(qū)，315KVA為變壓器，22A，0.7km27板，動力變，400KVA，運行26板，東風(fēng)井（），50A，3km25板，電容器，50A24板，電容器，50A23板，東風(fēng)井（）（小煤礦），40A，5km22板，鍋爐房（），備用21板，備用20板，動力變，400KVA，運行，0.05km19板，北風(fēng)井（），備用2.2 負(fù)荷計算 用電設(shè)備計算負(fù)荷的公式P=UI cosP=K×PQ= P×tanS= P/ S式中: P 、Q、S該用電設(shè)備的有功、無功、視在功率P用電設(shè)備組的總額定容量cos功率因數(shù)tan -功率因數(shù)角的正切

6、值；K -需用系數(shù) 用電設(shè)備組的計算負(fù)荷P=KsPQ=KsPS= P/cos式中P、Q、S配電干線的有功、無功、視在計算負(fù)荷Ks同時系數(shù)K對應(yīng)于某一組的需用系數(shù)例如，計算東風(fēng)井(): 查表可得：cos=0.85, K=0.66 PKW QKPKW Q= KS=KVA I=A其它負(fù)荷計算方法與此相同，如下表2.3主變壓器的選擇由上節(jié)負(fù)荷計算可得：變電所總的有功功率為9700KW，無功功率為6946K?？紤]同時需用系數(shù)K，有功功率取0.85，無功功率取0.9，得：總的有功功率為8245KW，總的無功功率為6251 K。計算可得功率因數(shù)為0.8，需用電容器補償。設(shè)補償后的功率因數(shù)為0.93，則有功功

7、率保持不變，無功補償后為3259 K?？紤]主變壓器的損失：P=0.028245=165KW Q=0.1=326 K 則主變壓器選擇的計算負(fù)荷為：有功功率為8410KW，無功功率為3585 K，視在功率為9142KVA 分析正令煤業(yè)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)一臺變壓器工作時，不得低于全礦計算負(fù)荷的0.87,另外考慮到供電容量的發(fā)展情況，兩臺主變壓器的型號為SF8000/35，其主要技術(shù)參數(shù)：電壓比：35/6.3KV 短路電壓百分?jǐn)?shù)U%=7.5%空載電流I：0.8% 空載損耗P：11.5KW短路損耗P：45KW 額定容量：8000KVA因一臺變壓器工作時的負(fù)荷率為0.56，一臺

8、工作機即滿載，故采用一臺運、一臺備用的運行方式。采用一臺運行一臺備用的運行方式的原因要在下一章詳細(xì)分析。3 正令煤業(yè)站系統(tǒng)運行方式及主接線形式的確定3.1 系統(tǒng)的運行方式煤礦變電站屬于一級負(fù)荷,通常采用二個獨立電源供電或雙回路供電。為此,煤礦供電系統(tǒng)存在多種運行方式。如下圖1所示: 當(dāng)斷路器1DL-8DL的通斷狀態(tài)不同時,大致出現(xiàn)8種運行方式。 圖3-1 煤礦典型供電系統(tǒng)圖3.2 正令煤業(yè)站系統(tǒng)運行方式的設(shè)計3.2.1 正令煤業(yè)站的基本情況介紹(1) 有二趟35KV電源進線，都來自平陌110KV變電站，架空線截面和長度分別為120mm、18.3km。(2) 有二臺等容量主變，型號為SF-800

9、0/35，主要技術(shù)參數(shù)如下：a額定容量：8000KVAb電壓比：35/6.3KVc短路電壓百分?jǐn)?shù)：U%：7.5%d電流比：132/733Ae空載電流I：0.8%f空載損耗P：11.5KWg短路損耗P：45KW3總負(fù)荷：9142KVA4功率因數(shù)cos66KV出線：18路5現(xiàn)采用的運行方式：一路運行、一路備用7主要負(fù)荷種類：礦井負(fù)荷 3.2.2 綜合分析及結(jié)論由上述分析可見，系統(tǒng)分裂運行的線路年損耗費只比一路運行一路備用的少7.5萬元，但固定電費比一路運行一路備用的多201.6萬元，況且，一路運行一路備用時主變運行最經(jīng)濟。因此，對正令煤業(yè)站來講，一路運行一路備用的運行方式為最優(yōu)運行方式。3.3 主

10、接線形式的確定正令煤業(yè)站35KV側(cè)采用全橋接線方式，該接線方式的優(yōu)點是對變壓器、線路的操作方便、運行靈活。且易于擴展成單母線分段形式。其缺點是設(shè)備多、投資大，變電所占地面積大。但考慮正令煤業(yè)站的實際情況，此接線方式是合適的。正令煤業(yè)站6KV側(cè)采用單母線分段接線方式，其優(yōu)點是當(dāng)某回受電線路或變壓器因故障及檢修停止運行時，可通過母線分段斷路器的聯(lián)絡(luò)，保證繼續(xù)對兩段母線上的重要負(fù)荷供電。且操作方便、運行靈活，可實現(xiàn)自動切換以提高供電的可靠性。其缺點是當(dāng)其中任一段母線需要檢修或發(fā)生故障時，接于該段母線的全部進、出線均停止運行。因此，一、二級負(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

11、站采用雙回路供電。4. 正令煤業(yè)站35KV變電站短路電流計算4.1 計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_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)生很大的電動力，并使載流體溫度急劇上升而破壞設(shè)備。同時短路點電壓將降為零，在短路點附近，電壓也相應(yīng)顯著下降，造成這些地方的供電中斷或嚴(yán)重影響電動機工作。在發(fā)生接地短路時所出現(xiàn)的不對稱短路電流，還將對與架空線路平行敷設(shè)的通訊線路產(chǎn)生干擾。更危險的是當(dāng)短路點離發(fā)電廠很近，而且短路的持續(xù)時間較長時，可造成發(fā)電機失去同步，而使整個電力系統(tǒng)的運行解列，這是最嚴(yán)

12、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大，需要 進行一系列的計算及采取相應(yīng)的措施，以保證系統(tǒng)正?；蚬收蠒r，做到安全，可靠又經(jīng)濟。掌握短路電流計算很重要。因此，計算短路電流的目的，可歸納為一下幾點：a作為系統(tǒng)主接線方案比較的項目之一，以便判斷哪種主接線方式更能保障供電的安全和可靠，然后再決定系統(tǒng)的主要運行方式。b作為校驗電氣設(shè)備的依據(jù)，以便確定所選的設(shè)備，在發(fā)生短路故障時是否會被損壞。c正確的選擇和校驗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確定選擇和校驗繼電保護裝置所需的各項參數(shù)。e根據(jù)故障的實際情況，進行故障分析，找出事故的原因。4.2 正令煤業(yè)站短路電流計算正令

13、煤業(yè)站35KV變電站裝有二臺8000/35變壓器，平時一臺運行一臺備用，其阻抗為7.5%，供電處提供變電所35KV母線的系統(tǒng)阻抗標(biāo)么值為：最大運行方式時：x=0.9141，最小運行方式：x=0.9835。 短路電流計算系統(tǒng)圖及等值電路圖 短路電流計算系統(tǒng)圖如圖4-1所示： 等值電路圖如圖4-2所示： 短路電流計算a計算各元件的電抗標(biāo)么值選取基準(zhǔn)容量：S=100MVA選取短路點所在母線的平均電壓為基準(zhǔn)電壓，即計算K點時，選取V=37KV。計算K及其余短路點時選取V=6.3KV。對應(yīng)于V=37KV的基準(zhǔn)電流值為I=KA對應(yīng)于V=6.3KV的基準(zhǔn)電流值為I=KA圖4-1 短路電流計算系統(tǒng)圖系統(tǒng)阻抗：

14、x=0.9141， x=0.9835。變壓器 x=0.9375電纜線路 x=xL=0.080.3=0.0605 圖4-2 等值電路圖x= xL=0.080.4=0.0806x= xL=0.080.5=0.1008 x= xL=0.080.7=0.1411架空線路 x= xL=0.41 =1.008x= xL=0.43 =3.023 x= xL=0.45=5.039b短路電流計算 K點短路 （1）最大運行方式 x=0.9141 I=I=I=II=1.71S=S=S=109MVAi=2.55 I=2.551.71=4.36KA I=1.52 I=1.521.71=2.60KA（2）最小運行方式 x

15、=0.9835I=1.56=1.59KA I=0.866=1.37KAK點短路 （1）最大運行方式 x=0.9141+0.9357=1.8516 I= I=I=I=4.95KA S= S=S=MVAi=2.55 I=2.554.95=12.62KA I=1.52 I=1.524.95=7.52KA（2）最小運行方式 x=0.9835+0.9375=1.9210I=KA I=0.866KAK點短路 (1) 最大運行方式 x=0.9141+0.9375+0.0605=1.9121I=4.79KA S=MVA i=2.55=12.22KA(2)最小運行方式 x=0.9835+0.9375+0.060

16、5=1.9815 I=4.62KA I=0.8664KA以上計算了三個點短路時的情況，其余六點的短路電流計算方法同上，計算結(jié)果見表4-1。表 4-1 正令煤業(yè)站短路參數(shù)計算結(jié)果匯總表運行方式最大最小備注短路參數(shù)I，KAS,MVAi,kAI,kAI,kA短路點K1.711094.362.061.3735KV母線處K4.955412.67.524.136KV母線處K4.7952.312.227.2842板,副井東房電纜K4.745212.097.23.9630板，鍋爐房電纜K4.6951.211.967.133.926板，下井電纜K4.65011.736.993.8528板，生活區(qū)電纜K3.235

17、8.164.862.7131板,北風(fēng)井架空線K1.8820.54.792.861.626板,東風(fēng)井架空線K1.3314.53.392.021.1423板,東風(fēng)井架空線4.3 35kv電氣設(shè)備的選擇4.3.1 35KV架空線、母線的選擇變電所中各種電壓配電裝置的母線,以及電器間的連接大都采用銅、鋁或鋼的矩形、圓形、管形裸導(dǎo)線或多芯絞線。銅的導(dǎo)電性好，抵制化學(xué)侵蝕性強，因此在大電流裝置中或在由化學(xué)侵蝕的地區(qū)宜采用銅導(dǎo)線。鋁導(dǎo)線比重小，比較經(jīng)濟，在屋內(nèi)外配電裝置中都廣泛采用鋁母線。母線的截面形狀，35KV及以下的屋內(nèi)配電裝置中，都采用矩形截面。因為它的冷卻條件好，對交流肌膚效應(yīng)的影響小。35KV室外

18、高壓架空線、母線一般選用鋼芯鋁絞線，導(dǎo)線截面應(yīng)按經(jīng)濟電流密度選擇，按長時允許電流進行校驗，并應(yīng)校驗其電壓損失是否合乎要求。高壓線路的電壓損失不允許超過5%，此外架空線路的導(dǎo)線應(yīng)有足夠的機械強度，不應(yīng)由于機械強度不夠而發(fā)生事故。a. 按經(jīng)濟電流密度計算：A=I/J（mm）式中A導(dǎo)線經(jīng)濟截面積，mm；J經(jīng)濟電流密度， A/ mm；I最大工作電流， I=P1.05/Ucos=6500×1.05/×35×0.9=120A式中 U線路額定電壓，千伏； P最大負(fù)荷，千瓦； cos功率因數(shù)； 由最大負(fù)荷利用小時數(shù)在30005000之間，得J=1.15A=120/1.15=104

19、 mm,選A=120 mm，其型號為鋼芯鋁絞線LGJ120b. 按長時允許電流校驗，查得LGI120的屋外載流量為380A(25),鋼芯鋁絞線最高溫升不超過+70，假設(shè)導(dǎo)線長期工作溫度為40，則40時的載流量為：I=380×=329A159符合要求c. 三相架空線路損失校驗按下式計算 U%=式中R線路單位長度電阻，/km；取0.255X線路單位長度電抗，/km；取0.371設(shè)線間幾何間距為2m，已知P=7572、L=16km、tan=0.25U%=3.44<5 校驗合格d. 母線按短路熱穩(wěn)定進行校驗 A 已知t=1.255s I=2310A, 式中A所選導(dǎo)線截面，mm；C材料熱

20、穩(wěn)定系數(shù)，C=95；K集膚效應(yīng)系數(shù)，取1；I短路穩(wěn)定的最大有效值；A=28 mm<120 mm 校驗合格所以35KV母線和架空線，均選用LGJ120型鋼芯鋁絞線 母線瓷瓶及穿墻套管35KV室外母線瓷瓶，選用懸式絕緣子組成絕緣串，作為母線絕緣瓷瓶。室內(nèi)6KV選用母線支持瓷瓶，在穿墻的地方選用穿墻套管。a.高壓穿墻套管按電壓、電流選用CWLB10/600型室外穿墻套管。b.熱穩(wěn)定校驗I=5.22=2.02KA<12KA 滿足要求c.動穩(wěn)定校驗 查得穿墻套管受力公式P=FF=1.76 i10kg 已知 L=120cm，L=36.2cm, a=40cmi=3.88KA L=（120+36.

21、2）/2=78.1cmP=1.76=6.09kg<450kg 滿足要求 電壓互感器、熔斷器的選擇本設(shè)計為終端變電所，不進行絕緣檢測，只需測量線路電壓，可選兩臺雙圈油浸互感器，其型號為JDJ35，屬戶外式電壓互感器，采用V型接法分別接在35KV兩段母線上，配用二個RN35型限流熔斷器，該產(chǎn)品僅作為電壓互感器短路保護之用，其最大切斷電流為17KA，最大切斷容量1000MVA。另外選用兩個RW35/200800戶外跌落式熔斷器，配合兩臺所變壓器。 電流互感器的選擇電流互感器選用LCW35型戶外支持式、多匝油浸瓷絕緣的高壓電壓互感器，單獨裝設(shè)，利用一次線圈的串并聯(lián)，可得到不同的變比，選用額定電流

22、變比為151000/5，準(zhǔn)確級次0.5，1S熱穩(wěn)定倍數(shù)65，動穩(wěn)定倍數(shù)100。4.3.5 35KV避雷器選擇一般選用變電站避雷器FZ-35型，選兩組分放在35KV兩段母線上，與電壓互感器供用一個間隔。 帶接地刀閘的隔離開關(guān)選型項目實際需要值GW-35GD/600電壓電流動穩(wěn)定熱穩(wěn)定35kvI=1.05S/U=173.2Ai=3.88KAI2.31=1.16KA35kv600A50KAI=14KA 從上表計算中可知，該電器的額定值都大于實際值，選用該設(shè)備符合要求，其操作機構(gòu)配套選用CSG型。 隔離開關(guān)的選擇其計算值與相同，不同之處在它們不帶接地刀閘，因此可選用GW35/600型隔離開關(guān)，其操作機

23、構(gòu)配套選用CDX型。 斷路器的選擇項目實際需要值ZN-35額定值電壓35KV35KV電流173.2A630A動穩(wěn)定i=3.88KA20KA熱穩(wěn)定I=2.31=1.38KA8KA斷路容量S=97.58MVA100MVA上述數(shù)據(jù)表明ZN35真空斷路器合乎要求，考慮室外設(shè)備操作人員的安全和今后的發(fā)展，選用CD240G電磁操作機構(gòu)。4.4 6千伏電氣設(shè)備的選擇 斷路器選擇斷路器選擇項目實際需要值SN10I/63電壓U=6.3kvU=10kv電流I=1010AI=3000A斷路容量S=57MVAS=500MVA斷流量I=5.22KAI=43.5KA動穩(wěn)定i=13.31KAi=75KA熱穩(wěn)定I=5.22=

24、2.26KAI=25.8KA上述數(shù)據(jù)表明所選斷路器符合要求，其操動機構(gòu)配電選用CD型，電動操作。 隔離開關(guān)選擇其所選型號有GN1910c、GN1910c/630、GN1910/630、GN1010、GN1910c/400等，其操動機構(gòu)配套選用手動CS61T型。項目實際需要值GN1910c/400GN1910/630電壓6.3KVU=10kv同左電流1010AI=400AI=600A動穩(wěn)定i=13.31KAi=75KA同左熱穩(wěn)定I2.26KAI=25.8KAI=15.9KA對上述兩種最小額定值的隔離開關(guān)校驗符合要求，故都符合要求。 電流互感器器選擇電流互感器確定選用LMJC10，變比為50/5、

25、100/5、150/5、600/5、1000/5、6000/5等級為0.5/C型，其型號含義是母線式磁絕緣接地保護。還有LQJ10，變比為5100/5，等級為0.5/3，型號含義為環(huán)氧樹脂澆注式電流互感器。 LQJC10，變比為150400/5，等級為0.5/C，型號含義為環(huán)氧樹脂澆注式瓷絕緣接地保護的電流互感器。經(jīng)過動、熱穩(wěn)定性校驗，都大于實際值，這三種型號的電流互感器能滿足要求。 母線的選擇6KV母線一般選用矩形鋁母線，其截面按長時允許電流選，按動、熱穩(wěn)定性進行校驗。(1) 按長時允許電流選已知長時允許電流算得I=1010A，查得鋁母線LMY100×8平放在40，其最大允許載流量

26、為1210AI=1010A ，所選型號滿足要求。(2) 按動穩(wěn)定性校驗單條母線三相位于同一平面布置時，產(chǎn)生的最大應(yīng)力為：=1.76（）i 10（kg/cm）其中L跨距，cm ；a母線相間的距離,cm；i短路沖擊電流，KA；w母線抗彎矩，cm；查得電纜LMY100×8的抗彎矩w=13.4 cm、L=120cma=25cm、i=5.22KA 。代入得=1.76=2.06 kg/cm<700 kg/cm滿足要求(1)按熱穩(wěn)定校驗A 已知 t=0.75s I=5.22KA 查得C=95 K=1 A=47.59 mm<800 mm滿足要求。 高壓電纜型號及截面的選擇高壓電纜型號根據(jù)

27、敷設(shè)地點及敷設(shè)方法選，在地面一般選油侵紙絕緣鋁包鎧莊電纜，若采用直埋時，電纜外面應(yīng)有防腐層，除立井井筒中敷設(shè)電纜外，一般采用鋁芯，井筒中敷設(shè)電纜應(yīng)選用鋼絲鎧裝，并根據(jù)井筒深度選用不滴流或干絕緣電纜，電纜芯線應(yīng)為銅質(zhì)芯線。 電纜芯線截面應(yīng)按經(jīng)濟電流密度選，按長時允許電流最小熱穩(wěn)定截面校驗，同時注意長時允許電流與電纜敷設(shè)方式與根數(shù)有關(guān)。 電壓互感器的選擇電壓互感器選用JDZJ系列，為單相三卷澆注絕緣戶內(nèi)。供中性點不接地系統(tǒng)，做電流、電能測量及單相接地保護用。用三臺JDJZ型可取代JSJW型電壓互感器，產(chǎn)品能在1.1倍額定電壓下長期運行，并能在八小時內(nèi)無損傷地承受2倍額定電壓。選擇型號為JDZJ10

28、，額定電壓原線圈6/,副線圈0.1/,輔助線圈0.1/，選用0.5級額定容量為30MVA。 配電柜的選擇6KV進線開關(guān)柜選用一次方案編號為GG1A（FII）兩個開關(guān)柜組成，進線直接從穿墻套管引入。聯(lián)絡(luò)柜選GG1A（FII）11和GG1A（FII）95各一臺，配合使用。出線柜:短路器兩端都有隔離開關(guān)的選用GG1A (FII）07型高壓開關(guān)柜，斷路器前有隔離開關(guān)的選用GG1A（FII）03出線柜。選用GG1A (FII)54電壓互感器與避雷器柜。5 正令煤業(yè)站繼電保護的設(shè)計5.1概述供電系統(tǒng)在運行中可能發(fā)生一些故障和不正常的運行狀態(tài)。常見的主要故障是相間短路和接地短路，以及變壓器、電動機和電力電容

29、器等可能發(fā)生的匝間或?qū)娱g局部短路故障。不正常的運行狀態(tài)主要是指過負(fù)荷，一相斷線、一相接地及漏電等不正常工作情況。短路故障往往造成嚴(yán)重后果，并伴隨著強烈的電弧、發(fā)熱和電動力，使回路內(nèi)的電氣設(shè)備遭受損壞。長期過負(fù)荷使設(shè)備絕緣老化；一相斷線易引起電動機過負(fù)荷；對于中性點不接系統(tǒng)，一相接地可能形成電弧接地過電壓，并使其它兩相對地電壓升高倍，兩種過電壓都可能引起相間短路。在煤礦井下，接地能引起火災(zāi)或瓦斯、煤塵爆炸。因此，當(dāng)故障或不正常運行狀態(tài)發(fā)生時必須及時消除。為了保證安全可靠地供電，供電系統(tǒng)的主要電氣設(shè)備及線路都要裝設(shè)繼電保護裝置。為了使繼電保護裝置能準(zhǔn)確地及時完成上述保護任務(wù)，在設(shè)計和選擇繼電保護裝

30、置時，一般應(yīng)滿足以下四個基本要求。（1） 選擇性選擇性是指當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護裝置應(yīng)該使離故障點最近的斷路器首先跳閘，切除故障點的電源，使停電范圍盡量縮小，從而保證非故障部分繼續(xù)運行。（2） 快速性快速切除故障可以減輕故障的危害程度，加速系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，為電動機自起動創(chuàng)造條件。（3） 靈敏性靈敏性是指保護裝置對保護范圍內(nèi)故障的反應(yīng)能力，一般用靈敏系數(shù)K衡量，靈敏系數(shù)是以被保護設(shè)備或線路發(fā)生故障時，其故障參數(shù)和保護裝置整定值來確定。（4） 可靠性可靠性是指在保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置應(yīng)正確動作，不應(yīng)拒動；在不該動作時，不應(yīng)誤動。保護裝置動作的可靠性是非常重要的，任何時候拒動都將使事故擴

31、大，造成嚴(yán)重的后果。5.2 繼電保護的優(yōu)化配置及整定原則繼電保護的設(shè)置與系統(tǒng)的運行方式密切相關(guān)，所以繼電保護的優(yōu)化配置要以系統(tǒng)的主要或經(jīng)常采用的運行方式為主，并兼顧系統(tǒng)故障后或因停電檢修時而轉(zhuǎn)換成其它運行方式。為了保證可靠性，供電系統(tǒng)中任何一臺設(shè)備，任何一段線路都必須具有雙重及以上的保護。在保證選擇性方面，以保證主保護的選擇性為主，并兼顧后備保護的選擇性，特殊情況下，可放棄后備保護的選擇性，保證其可靠性。在保證快速性方面，以保證主保護的快速性為主，并兼顧后備保護的快速性，即使后備保護的快速性盡量提高。在保證靈敏性方面，以保證主保護和近后備保護的靈敏性為主，并兼顧遠(yuǎn)后備保護的靈敏度，后備保護的靈

32、敏度過低，也可放棄遠(yuǎn)后備保護。 一路運行、一路備用繼電保護的優(yōu)化方案一路運行、一路備用的典型供電系統(tǒng)如圖5-1所示：（1）35KV電源進線的整定原則及配合動作電流：I=k 式中 k可靠系數(shù)，取1.21.3，6KV母線短路時（最大運行方式），流經(jīng)保護裝置的最大三相短路電流。動作時限：靈敏度按35KV母線上的最小三相短路電流來校驗，即k1.52 式中 限時速斷的動作電流，1 # 進線 2進線 1QF 2QF 3QF 35KV母線 4QF 5QF 1主變 2主變 6QF 7QF 8QF 6KV母線 短 長 電 低 井 井 低 電 長 短 出 出 容 壓 下 下 壓 容 出 出 線 線 器 變 變 器

33、 線 線圖51 一路運行一路備用的典型供電系統(tǒng)圖35KV母線上的最小三相短路電流。若靈敏度校驗不合格，則動作電流可按35KV母線上的最小二相短路電流除以1.5來整定，且無須作靈敏度校驗。（2）進線的過流保護的整定原則及配合由于進線的過流保護要作為變壓器保護的近后備保護，又要作6KV出線的遠(yuǎn)后備保護，所以其動作電流和動作時限按以下原則整定。動作電流：式中 可靠系數(shù)，一般取1.151.25， 電機自起動系數(shù)，可取1.5，干線取小值，支線取大值， 繼電器的返回系數(shù)，對電磁式繼電器取0.85， 線路的最大長時負(fù)荷電流。動作時間：+0.5s式中 變壓器過流保護的動作時間靈敏度校驗：近后備：式中 35KV

34、母線上的最小二相短路電流。遠(yuǎn)后備： 式中 6KV母線上短路流過保護裝置的最小二相短路電流。（3）35KV母聯(lián)開關(guān)3QF：無須設(shè)保護。因為任何情況下只有一臺主變運行，一趟電源線路運行，不存在選擇性配合問題。（4）主變壓器的開關(guān)4QF或5QF的保護設(shè)置，整定原則及配在主變壓器的開關(guān)4QF或5QF上設(shè)置常規(guī)的瓦斯保護，差動保護，過流保護和過負(fù)荷保護。其中瓦斯保護作為變壓器內(nèi)部故障的主保護；差動保護作為變壓器內(nèi)外部故障的主保護，過流保護作為變壓器的后備保護，和6KV母線的主保護，同時兼作6KV出線的遠(yuǎn)后備保護。當(dāng)過流保護的靈敏度不夠時，可采用低電壓連鎖的過流保護。整定原則及配合同常規(guī)的一樣。（5）6K

35、V進線開關(guān)6QF或7QF的保護裝置，整定原則及配合在6QF或7QF上與4QF一起設(shè)置差動保護，不再設(shè)其它保護。差動保護的整定原則及配合同常規(guī)的一樣。（6）6KV母聯(lián)開關(guān)8QF的保護設(shè)置、整定原則及配合a. 保護設(shè)置設(shè)置限時速斷保護。它可作遠(yuǎn)離變壓器的一段6KV母線的保護，也可作該段6KV母線上的所有出線的后備保護。但更主要的是有了這限時速斷保護，當(dāng)遠(yuǎn)離主變壓器的一段母線發(fā)生故障時，6KV母聯(lián)開關(guān)8QF跳閘，切除該段母線，而不影響另一段母線進的繼續(xù)供電，提高了供電的可靠性。b. 整定原則及配合8QF上的限時速斷主要是保護遠(yuǎn)離主變壓器的一段6KV母線，又由于6KV出線都要設(shè)置速斷保護或無時限的過流

36、保護，所以，其動作電流按下式整定：動作電流： 式中 6KV母線的最小二相短路電流，1.5為靈敏系數(shù)。動作時間：=0.5s（7）6KV出線保護的設(shè)置，整定原則及配合1）對井下，出線較長的線路（大于500m）和變電站附近的動力變壓器。a. 保護裝置通常設(shè)置速斷保護，過流保護。速斷保護作為主保護，主變的過流保護作遠(yuǎn)后備保護。b. 整定原則及配合(a) 速斷保護因為速斷保護要作為主保護，即要能保護線路的全長，所以速斷保護的動作電流不能再按常規(guī)的方法進行整定（保護范圍太小，速斷基本上不起作用，等于虛設(shè)），可按保護范圍末端（線路的末端）的最小相短路電流除以1.5來整定，且不再作靈敏度校驗，即動作電流：(b

37、) 保戶低壓變壓器因為速斷保護要作變壓器的主保護，所以動作電流按躲過低壓變壓器二次側(cè)的最大三相短路電流來整定，靈敏系數(shù)按低壓變壓器一次側(cè)的最小二相短路電流來檢驗，且要求靈敏系數(shù)大于2，即動作電流： 靈敏系數(shù)校驗：c. 過流保護 (a) 保護線路動作電流： 靈敏度校驗： 動作時間：0.51s(b) 保護低壓器 動作電流：式中 變壓器可能出線的最大工作電流， 可靠系數(shù)，一般取1.21.3， 返回系數(shù)，一般取0.85。動作時間： ：1s靈敏度校驗：當(dāng)保護到變壓器低壓側(cè)母線時，要求 1.52，在遠(yuǎn)后備保護范圍末端短路時，要求1.2。2）較短出線（小于500m）的保護設(shè)置、整定及配合對于出線長度小于50

38、0m的短線路，若主變過流保護能保和到該出線的末端，即主變過流保護的遠(yuǎn)后備保護靈敏度能達到1.5，而不是1.2，則該出線保護可僅設(shè)無時限的過流保護（即按過流保護整定，動作時間為0），不另設(shè)常規(guī)的速斷保護。若主變保護不能保護到該線路的末端，即主變過流保護作遠(yuǎn)后備保護的靈敏度達不到1.5，則該出線保護仍需設(shè)速斷和過流保護，其整定方法同長出線的一樣，故不多述。3）電容器的保護方案設(shè)置，整定原則及配合a. 保護設(shè)置由于電容器就在變電所的內(nèi)部安裝，其出線較短，主變的過流保護肯定能保護到電容器，故電容器的開關(guān)只設(shè)無時限的過流保護。b. 整定原則 動作電流：式中 可靠系數(shù)，一般取22.5， 電容器組的額定電流

39、。 動作時間：0 s 靈敏度校驗: 式中 保護安裝處的最小二相短路電流。5.3 正令煤業(yè)站繼電保護的設(shè)計 正令煤業(yè)站繼電保護的基本情況a有二趟35KV電源進線，都來自劉家垣110KV變電站，架空線的度為18.3km。b有二趟等容量同型號的主變壓器，型號為SF-8000/35，額定容量為8000KVA，電壓比為35/6.3KV，電流比為132/733A。c供電系統(tǒng)圖為：見大圖d總負(fù)荷：約9142KVAe現(xiàn)采用的運行方式：一路運行一路備用f最優(yōu)運行方式：一路運行一路備用 正令煤業(yè)站原繼電保護方案的主要技術(shù)分析a35KV進線設(shè)置速斷保護和過流保護這種設(shè)置是比較合適的，它可提高高壓側(cè)繼電保護的選擇性，

40、快速性，和可靠性，防止越級跳閘，但速斷保護易改成限時速斷保護，由限時速斷保護作為主變的差動保護的后備保護，這樣當(dāng)主變差動保護拒動時，線路限時速斷動作要比主變過流保護動作快0.5s，可提高后備保護的快速性，同時也可以防差動和進線保護同時動作而無選擇性的跳閘。b35KV母聯(lián)開關(guān)無保護35KV母聯(lián)開關(guān)不設(shè)保護是對的，因為一路運行一路備用的運行方式無須在35KV母聯(lián)開關(guān)上設(shè)保護。c主變壓器保護主變壓器設(shè)差動保護，低電壓閉鎖的過電流保護，過負(fù)荷保護，均屬常規(guī)保護，其中過電流保護采用低電壓閉鎖和采用Y型接線方式是比較好的，它可以提高過流保護的靈敏度。d6KV母聯(lián)開關(guān)無保護6KV母聯(lián)開關(guān)不設(shè)保護是不合適的。

41、e. 6KV出線保護（1）告24板、告25板（電容器）只設(shè)速斷是合理的。（2）其余各板均設(shè)速斷和過流保護也是合理的。 正令煤業(yè)站繼電保護設(shè)計一35KV進線保護35KV進線設(shè)置限時速斷和過流保護。1） 限時速斷保護的整定計算（1） 動作電流由前面計算的短路電流可知，6KV母線上最大三相短路電流為4.95KA，則一次動作電流為： 1.24.596.3/37=937.8A 二次動作電流=11.7A（2）靈敏度校驗由前面短路電流計算可知，35KV母線上的最小二相短路電流為1.37KA，則：=1370/937.8=1.461.5 不合格即進線的限時速斷保護的靈敏度不夠，此時，限時速斷的動作電流再改作下式

42、整定，以保證限時速斷能可靠地動作。即=1370/1.5=913A（3）動作時限：0.5 s2） 過流保護的整定計算（1）動作電流該站的總負(fù)荷約為4500KVA，則進線的最大長時負(fù)荷電流為： =74A 一次動作電流 =156.7A二次動作電流過流保護的接線方式是選用二相三繼電器接線以提高遠(yuǎn)后備的靈敏度，則接線系數(shù)=1，選用電磁型電流繼電器，返回系數(shù)=0.85，CT變比為400/5，則 =2A選用DL-31型電流繼電器，電流整定范圍為1.56A(2) 靈敏度校驗 a.近后備 由前面的短路電流計算可知，35KV母線上的最小二相短路電流=1.37A，則=1370/156.7=8.71.5 合格b.遠(yuǎn)后

43、備 由前面的短路電流計算可知，35KV母線上的最小二相短路電流=4.13KA，則=5.21.2 合格(3) 動作時間：2 s二35KV母聯(lián)開關(guān)35KV母聯(lián)開關(guān)不設(shè)保護。三主變保護主變保護設(shè)置瓦斯保護、溫度保護、差動保護、過流保護、過負(fù)荷保護等5種保護。1） 瓦斯保護 瓦斯保護仍按常規(guī)保護，即重瓦斯：0.8m/s時動作于跳閘 輕瓦斯：300cm時動作于信號2） 溫度保護 溫度保護仍按常規(guī)保護，即55時啟動風(fēng)冷，85時作用于信號。3） 差動保護 見附錄14） 過流保護 見附錄1 5）過負(fù)荷保護見附錄1四6KV母聯(lián)保護6KV母聯(lián)保護設(shè)置限時速斷保護1） 動作電流的整定計算（1）一次動作電流由短路電流

44、計算可知，6KV母線上的最小二相短路電流=4.13A =4130/1.5=2753A（1） 二次動作電流正令煤業(yè)站6KV母聯(lián)開關(guān)的CT變比為600/5，采用V型接線，接系數(shù)k=1,則二次動作電流為= = =23A選用電磁式電流繼電器DL-31，電流調(diào)節(jié)范圍為12.550A。五各6KV出線保護出線為井下，變電站附近的低壓變壓器以及較長的線路設(shè)置速斷保護和過流保護，過流保護的動作時限為1s；對出線較短的線路和電容器一般只設(shè)無時限的過流保護，整定計算見附錄2。6. 防雷、接地裝置6.1 變電所防雷裝置 （1）避雷針 為防止直擊雷對變電所電氣設(shè)備、線路及建筑物等的侵害，變電所裝有避雷針或避雷線，通常采

45、用避雷針。避雷針高于被保護設(shè)備，并具有良好的接地，所以能起到保護作用。圖6-1為地面變電所防雷保護的平面布置圖，避雷針接地線與保護接地線在土壤中距離大于3000mm。保護范圍如圖6-1所示。圖6-1 地面變電所防雷保護平面圖（2）避雷器 避雷器是防護感應(yīng)雷對電氣設(shè)備產(chǎn)生危害的保護裝置它一端與被保護設(shè)備并聯(lián)，另一端接地，且放電電壓低于被保護設(shè)備的絕緣水平當(dāng)感應(yīng)雷(雷電波)入侵設(shè)備時，避雷器首先被擊穿并對地放電，從而使電氣設(shè)備受到保護。7結(jié)論本設(shè)計是汾西正令煤業(yè)供電系統(tǒng)設(shè)計，主要完成了以下工作：（1）對正令煤業(yè)站35KV變電站的負(fù)荷進行了統(tǒng)計，并做了負(fù)荷計算，計算所用的方法是需用系數(shù)法，此方法比較

46、簡單。根據(jù)計算結(jié)果進而對該站所需的主變壓器進行了選擇，該站原有的主變壓器容量仍能滿足負(fù)荷的要求，因此近期無需改變。（2）對煤礦的運行方式進行了詳細(xì)的分析，對正令煤業(yè)站進行了經(jīng)濟技術(shù)各方面的分析，并根據(jù)正令煤業(yè)的實際情況選擇了適合該站的運行方式，即一路運行一路備用的運行方式。（3）做了短路電流的計算，分析了短路的類型，計算短路電流的目的以及發(fā)生短路對煤礦供電質(zhì)量的影響，根據(jù)短路電流計算結(jié)果，對電氣設(shè)備進行了選擇。（4）對正令煤業(yè)站繼電保護做了詳細(xì)計算，改進了原有不合理的保護方案，對其進行了優(yōu)化。雖然在理論上對其進行了設(shè)計，但是否能符合實際情況還需進一步的驗證。設(shè)計35KV變電站是比較復(fù)雜的，涉及

47、到現(xiàn)場的每一件設(shè)備都需要嚴(yán)格的選擇，有時候雖然在理論上符合，但在現(xiàn)場就不一定適合。因此本次畢業(yè)設(shè)計只是對工程設(shè)計的一個初步了解，培養(yǎng)一種工程設(shè)計的思維方法。只是對35KV變電站進行了雛形設(shè)計，對于煤礦供電系統(tǒng)中存在的各類難題沒有涉及。要想對變電站有一個比較完善的設(shè)計，還需繼續(xù)深造學(xué)習(xí)。附錄1 一 正令煤業(yè)35KV變電站主變壓器差動保護 正令煤業(yè)35KV變電站主變壓器選用的是兩臺同型號，同容量的變壓器，容量均為8000KVAA，連接組為Y/-11，采用DCD-2差動繼電器保護。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：35KV母線歸算至平均電壓為37KV的最大運行方式三相短路電流為1.71KA，最小運行方式兩相短路電流為1.37KA，6KV母線歸算至平均電壓為6.3KV的最大運行方式三相短路電流為4.95KA，最小運行方式兩相短路電流為4.13KA。把6KV側(cè)短路參數(shù)歸算到35KV側(cè)后，最大運行方式三相短路電流為4.956.3/37=0.8428KA，最小運行方式兩相短路電流為4.136.3/37=0.703KA。一 差動保護整定計算1計算變壓器各側(cè)一次額定電流，選出電流互感器變比，并計算出各側(cè)電流互感器二次回路額定電流，計算結(jié)果如下：首先確定基本側(cè)，基本側(cè)是指繼電器中差動線圈的首端（正極性）。一般情況下，將變壓器各側(cè)電流互感器中二次電流最大的