煤礦礦井地面10kv變電所設計(畢業(yè)論文)

1、煤礦礦井地面10kv變電所設計(畢業(yè)論文) 網(wǎng)絡與繼續(xù)教育學院畢 業(yè) 論 文 論文題目:西上莊鴻升煤礦礦井地面10kv變電所設計 學 校: 武漢理工大學 _ 層 次: 專科_ 專 業(yè): 礦山機電 姓 名: 指導老師: 完成設計時間: 2013年9月2日目錄摘要1Abstract2緒論3第1章 西上莊鴻升煤礦10KV地面變電所設計4設計原始資料及任務書4 1.1性質(zhì)4 1.2地理位置4 1.3自然條件4第2章礦井地面10KV變電所設計概述4 2.1地面變電所概貌及特點4 2.2礦井供電概況及供電特點5 2.3負荷級別如下5 2.4供電的特殊要求6第3章供電電源的確定6 3.1 礦區(qū)電源的地理結構

2、6 3.2 采區(qū)變電所的位置和硐室布置6 3.3 綜采工作面供電與工作面配電點7第4章 負荷統(tǒng)計、無功補償及主變壓器選擇9 4.1 負荷統(tǒng)計計算9 4.2無功功率補償94.2.1無功功率補償?shù)母拍?4.2.2補償裝置的接線94.2.3配電網(wǎng)補償94.2.4變電站集中補償94.2.5配電變低壓補償104.2.6配電線路固定補償114.2.7用電設備隨機補償11第5章地面變電所供電系統(tǒng)12 5.1 10KV主結線12 5.2電氣主接線的確定13 5.2.1外橋接線對變壓器13 5.2.2按發(fā)熱條件校驗13 5.3 變電所一次設備的初選14第6章短路電流計算15 6.1供電系統(tǒng)運行方式的確定156.

3、1.1TN系統(tǒng)156.1.2TT系統(tǒng)156.1.3IT-統(tǒng):156.1.4中性線、保護接零、保護接地在TV、TT系統(tǒng)中,166.1.5保護接零PE166.1.6保護接地PEE:166.1.7 TN系統(tǒng)的應用166.1.8 TN系統(tǒng)比TT系統(tǒng)普遍采用的原因17 6.2繪制短路電流阻抗圖17 6.3用絕對值法計算高壓網(wǎng)絡的短路電流176.3.1計算依據(jù)176.3.2短路電流計算176.3.3主要設備的選擇186.3.4繼電保護及自動裝置18第7章高壓電器與線路的選擇19 7.1高壓隔離開關的選擇19 7.2電流互感器的選擇19第8章 繼電保護裝置的整定計算20 8.1主變壓器的保護整定計算20 8

4、.1.1整定計算原則20 8.2 電力電容器保護23 8.3保護控制原理24第9章防雷保護裝置的設計計算24 高壓電動機的保護259.1保護整定原則259.2差動電流速斷保護259.3縱差保護259.4相電流速斷保護 26 9.5負序電流保護269.6接地保護269.7過熱保護279.8.電動機289.9長啟動保護 289.10正序過流保護289.11低壓保護28參考文獻 29致謝 30西上莊鴻升煤礦礦井地面10KV變電所設計摘 要 在編制本說明書過程中,根據(jù)設計要求,依據(jù)變電所在煤礦供電系統(tǒng)中的地位,著重進行了供電電源的確定、負荷統(tǒng)計、無功補償及主變壓器選擇、地面變電所供電系統(tǒng)、 短路電流計

5、算、高壓電器與線路的選擇、繼電保護裝置的整定計算,同時介紹了變電所防雷保護裝置的設計計算和高壓電動機的保護。關鍵詞:變電所主接線電壓保護 短路電流Zhuang Hong rose on the Western mining 10KV substation designAbstract In prepared this manual process in the,according to design requires,pursuant to substation in coal mine power in the of status,focuses on for has powered pow

6、er of determines, and load statistics, and no power compensation and the main transformer select,and ground substation power, and short-circuit current calculation, and high pressure electric and line of select,and following electric protection device of whole set calculation, while introduced has s

7、ubstation anti-Ray protection device of design calculation and high pressure motor of protection。 Key words: Substationthe main cablesvoltage protection short circuit current 緒論 我礦礦井以立井為主,電源接入方式基本采用簡易地面變電或線路變壓器組方式,但仍存在諸多的問題,如接線方式、運行方式和控制方式大都能滿足礦山電力設計規(guī)范和煤礦安全規(guī)程的有關要求。 在煤礦的供電系統(tǒng)設計中應該嚴格遵守國家煤礦設計的有關規(guī)定,保證煤礦供

8、電的安全性,供電系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性,盡量避免和減少因系統(tǒng)供電和設備保護問題給煤礦帶來的不安全因素。 本設計論述了在10KV變配電中的一些問題,包括電氣主接線設計、電氣設備的選擇、短路電流計算、繼電保護設計和過電壓保護。特別是對主接線方式的選擇,變壓器的選擇,還有一些電氣設備如斷路器、電流互感覺器、電壓互感器等的選擇校驗作了詳細的說明。 解決了目前我礦供電中存在的一些不規(guī)范問題。西上莊鴻升煤礦礦井地面10KV變電所設計第1章 鴻升煤礦10KV地面變電所設計原始資料及任務書1.1性質(zhì) 主要向礦井供電的變配電裝置1.2地理位置 修建于礦井附近,直接以10KV線路供礦井用是為主。1.3自然條件

9、根據(jù)地質(zhì)報告提供的氣象資料,本區(qū)屬暖溫帶大陸性季風型氣候,四季分明,春季干燥多風,夏季炎熱多雨,秋季天高氣爽,冬季寒冷少雪。年均氣溫為9,一月最冷,平均-21,極端低溫-27;七月最熱,平均22.9,極端高溫為37。無霜期180天,年均凍結天數(shù)100天,最大凍結深度63cm,全年平均日照時數(shù)2482.34小時,據(jù)長治縣氣象站統(tǒng)計資料,年降水量最大是1976年,為680.20mm,年均降水量535.54mm,年蒸發(fā)量為1610.13m,平均風速2-3m/s。第2章礦井地面10KV變電所設計概述2.1 地面變電所概貌及特點 礦井工業(yè)場地10KV變電所改造后,10KV及0.38kv 系統(tǒng)均采用單線線

10、分段接線方式,10KV側設有的XGN-10型高壓開關柜18臺,0.38kV側設有GGD2型低壓配電屏10臺, S9-1000/10,10/0.4型變壓器 2臺(一用一備)。 由于風井相對于主井工業(yè)場地較遠,所以在風井場地設一變電亭,亭內(nèi)設有S9-200/10,10/0.4 型變壓器2臺一用一備。 無功補償采用10kV側集中補償,設XGN-10RC型高壓無功功率補償柜2臺,補償容量為1000kvar。斷路器操作系統(tǒng)采用彈簧操作機構,操作電源、繼電保護和事故照明用電選用一套60Ah、220V微機控制開關直流電源系統(tǒng),內(nèi)設閥控式免維護鉛酸蓄電池。在變電所10KV母線上裝設閥型避雷器,以防止雷電波侵入

11、圣電氣設備的破壞,由于高壓開關柜內(nèi)設有真空斷路器,容易產(chǎn)生電壓,因此,每臺真空斷路器均配用HY5WZ型過電壓保護器,用以防止內(nèi)部過電壓對電氣設備的損壞。 變電所內(nèi)設有以水平接地極為主的環(huán)形接地網(wǎng),接地網(wǎng)外緣閉合,內(nèi)敷水平帶,其接地電阻不大于1。2.2 礦井供電概況及供電特點 山西晉城市西上莊鴻升煤業(yè)有限公司煤礦位于晉城市西約4KM處的西上莊村?葉家河?帶,原有的供電回路為雙回10KV供電,一回10KV電源引自成莊110KV變電站110KV供電,一回10KV電源引自成莊110變電站10KV母線段,導線型號為LGJ-70mm2,輸電距離約5KM,另一回10KV變電站10KV線路引自八義110V變電

12、站10KV線線段,導線型號為LGJ-70 mm2,輸電距離約4KM,采用鋼筋混凝土電桿架設。 礦井地面高壓10KV配電系統(tǒng)采用放射式,系統(tǒng)采用TN-C-S系統(tǒng),動照合一。以樹干式和放射式為主,個別距供電點遠,彼此相近、容量較小的用電設備采用鏈式配電。 工業(yè)場地10KV變電所以兩回10KV線路(不同母線段)向井下主變電所供電,以兩回0.38KV線路(不同線線段)向主、副提升機、空壓機、鍋爐房、地面生產(chǎn)系統(tǒng)等供電。 主通風機的配電利用礦井原有的風井變電亭,亭內(nèi)設有2臺S9-200/10 10/0.4kV型變壓器,一備一用,做為礦井通風機的專用變壓器。風井變電亭的兩回電源引自工業(yè)場地10kV變電所的

13、不同10kV母線段。 在生產(chǎn)輔助區(qū)建一座容量為315kVA的戶外箱式變電站向機修車間、綜采設備庫、井下水處理設施等供電,箱變的電源引自工業(yè)場地10kV變電所10kV母線段。 在生活行政福利區(qū)建一座容量為200kVA的戶外箱式變電站向辦公樓、綜合樓、生產(chǎn)調(diào)度樓、公寓樓等供電,箱變的電源引自工業(yè)場地10kV變電所10kV母線段。2.3 負荷級別如下: 設備總臺數(shù):134臺 設備工作總臺數(shù):114臺 設備工作容量:3695.1kW 計算有功負荷:1924.21kW 計算無功負荷:1807.92kVAR 視在負荷:2640.3kVA 自然功率因數(shù):0.73 無功功率補償:-1000kVAR 補償后無功

14、負荷:807.92kVAR 補償后功率因數(shù):0.93 補償后視在功率:2086.94kVA 礦井年耗電量:11124180 kW?h 礦井噸煤耗電量:18.5kW?h2.4 供電的特殊要求 八義110kV變電站位于鴻升煤礦正南方向約4km,安裝有2臺變壓器,其容量均為40MVA,電壓為110/35/10kV,電源可靠,供電質(zhì)量有保證。 成莊110kV變電站位于鴻煤礦正北方向約5km。安裝2臺變壓器,其容量均為40MVA,電壓為110/35/10kV,電源可靠,供電質(zhì)量有保證。第3章 供電電源的確定3.1 礦區(qū)電源的地理結構采區(qū)變電所結線二3.2 采區(qū)變電所的位置和硐室布置 采區(qū)變電所位置的確定

15、原則,與中央變電所基本相同,但是根據(jù)采區(qū)生產(chǎn)的特殊性還要求:每個采區(qū)最好只設一個變電所向全采區(qū)供電,如不可能,也應盡量少設變電所,并盡量減少變電所的遷移次數(shù) 根據(jù)以上要求,通常將采區(qū)變電所設置在采區(qū)裝車站附近,或在上下山與運輸平巷交叉處,或兩個上下山之間的聯(lián)絡巷中。 采區(qū)變電所的防水、防火、通風等安全措施與中央變電所相同。采區(qū)變電所設備的變壓器可與配電設備布置在伺一硐室內(nèi);變電所的高、低壓設備應分開布置;檢漏繼電器放置在固定于硐室墻壁的支架上。各設備之間、設備與墻壁之間均應留有維護和檢修通道,不從側面和背后檢修的設備不留通道。 采區(qū)變電所設備布置圖 3.3 綜采工作面供電與工作面配電點 3.3

16、.1.綜采工作面供電 綜采工作面機電設備布置 (1)高壓深入負荷中心。 (2)組成:采區(qū)配電所?移動變電站?工作面。 (3)綜采工作機電設備布置:移動變電站通常設置在距工作面150300m的順槽中,工作面每推進100?200m,變電站向前移動一次。 綜采工作面機電設備布置圖3.3.2.工作面配電點的布置 工作面配電點的布置 (1)引入:停送電方便,設備多或距離采區(qū)變電所較遠。 (2)組成:采區(qū)變電所-工作面配電點方式。工作面配電點可分為采煤與掘進兩種。采煤工作面配電點,一般距采煤工作面5080m;掘進工作面配電點,一般距掘進工作面80?100 m,工作面配電點隨工作面推進而定期前移。采煤工作面

17、配電點的布置及配電示意圖 第4章 負荷統(tǒng)計、無功補償及主變壓器選擇4.1負荷統(tǒng)計計算4.2 無功功率補償 4.2.1.無功功率補償?shù)母拍?無功功率補償?shù)幕驹硎前丫哂腥菪怨β守摵傻难b置與感性功率負荷并聯(lián)接在同一電路,當容性負荷釋放能量時,感性負荷吸收能量;而感性負荷釋放能量時,容性負荷卻在吸收能量,能量在兩種負荷之間互相交換。這樣,感性負荷所吸收的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償,這就是無功功率補償?shù)幕驹怼?4.2.2.補償裝置的接線 裝置測量點的接線,主要是補償裝置的電容器組和電流的引入點,特別是電流的引入點,在實際接線中往往被忽視。電容器組的引入點,是指電容器組的總進線在

18、被補償系統(tǒng)中的“T”接點;電流的引入點,是指補償裝置使用的電流互感器在被補償系統(tǒng)中的安裝點。正確的方法是:以負荷的供電電源為參考點,電流互感器的安裝點必須在電容器組的總進線“T”接點電源之間,即電流互感器測量的電流必須包含流過電容器組的電流。否則,在電容器分組投、切狀態(tài)中,無功補償裝置測量顯示的有功、無功功率和COS值都不會變化,造成無功補償裝置投、切效果無法判斷。 4.2.3.配電網(wǎng)補償 配電網(wǎng)無功網(wǎng)補償方案比較 配電網(wǎng)無功補償方案有變電站集中補償、配電變低壓補償、配電線路固定補償和用電設備分散補償。 4.2.4.變電站集中補償 變電站集中補償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止補償器等,主

19、要目的是平衡輸電網(wǎng)的無功功率,改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù),提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓,補償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。這些補償裝置一般集中接在變電站10kV母線上,因此具有管理容易、維護方便等優(yōu)點,但這種補償方案對10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。 圖 1? 配電網(wǎng)常見無功補償方式示意圖 為實現(xiàn)變電站的電壓/無功綜合控制,通常采用并聯(lián)電容器組和有載調(diào)壓抽頭協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。 4.2.5.配電變低壓補償 配電變低壓補償是目前應用最普遍的補償方法。由于用戶的日負荷變化大,通常采用微機控制、跟蹤負荷波動分組投切電容器補償,總補償容量在幾十至幾百千乏不等。目的是提高專用變用戶功率因數(shù),實現(xiàn)無功的就地平衡,

20、降低配電網(wǎng)損耗和改善用戶電壓質(zhì)量。 配變低壓無功補償?shù)膬?yōu)點是補償后功率因數(shù)高、降損節(jié)能效果好。但由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點分散,因此補償工程的投資較大,運行維護工作量大,也因此要求廠家要盡可能降低裝置的成本,提高裝置的可靠性。圖2 機電一體開關無功補償裝置接線圖 4.2.6. 配電線路固定補償 大量配電變壓器要消耗無功,很多公用變壓器沒有安裝低壓補償裝置,造成的很大無功缺額需要變電站或發(fā)電廠承擔,大量的無功沿線傳輸使得配電網(wǎng)的網(wǎng)損居高難下,這種情況下可考慮配電線路無功補償。 線路補償既通過在線路桿塔上安裝電容器實現(xiàn)無功補償。由于線路補償遠離變電站,因此存在保護難配置、控制成本高、維護工作

21、量大、受安裝環(huán)境限制等問題。因此,線路補償?shù)难a償點不宜過多;控制方式應從簡,一般不采用分組投切控制;補償容量也不宜過大,避免出現(xiàn)過補償現(xiàn)象;保護也要從簡,可采用熔斷器和避雷器作為過電流和過電壓保護。 線路補償主要提供線路和公用變壓器需要的無功,工程問題關鍵是選擇補償?shù)攸c和補償容量,文獻4給出了補償?shù)攸c和容量的實用優(yōu)化算法。線路補償具有投資小、回收快、便于管理和維護等優(yōu)點,適用于功率因數(shù)低、負荷重的長線路。線路補償一般采用固定補償,因此存在適應能力差,重載情況下補償度不足等問題。自動投切線路補償仍是需研究的課題。 4.2.7. 用電設備隨機補償 在10kV以下電網(wǎng)的無功消耗總量中,變壓器消耗占3

22、0%左右,低壓用電設備消耗占65%以上。由此可見,在低壓用電設備上實施無功補償十分必要。從理論計算和實踐中證明,低壓設備無功補償?shù)慕?jīng)濟效果最佳,綜合性能最強,是值得推廣的一種節(jié)能措施。 感應電動機是消耗無功最多的低壓用電設備,故對于油田抽油機、礦山提升機、港口卸船機等廠礦企業(yè)的較大容量電動機,應該實施就地無功補償,即隨機補償。與前三種補償方式相比,隨機補償更能體現(xiàn)以下優(yōu)點: 1)線損率可減少20%; 2)改善電壓質(zhì)量,減小電壓損失,進而改善用電設備啟動和運行條件; 3)釋放系統(tǒng)能量,提高線路供電能力。 由于隨機補償?shù)耐顿Y大,確定補償容量需要進行計算,以及管理體制、重視不夠和應用不方便等原因,目

23、前隨機補償?shù)膽们闆r和效果都不理想。因此,對隨機補償需加補償方式變電站集中補償配電變低壓補償配電線路固定補償用電設備隨機補償補償對象變電站無功需求配電變無功需求配電線路無功基荷用電設備無功需求降損范圍主變壓器及輸電網(wǎng)配電變及輸配電網(wǎng)配電線路及輸電網(wǎng)整個輸配電系統(tǒng)網(wǎng)調(diào)壓效果較好較好較好最好單位投資較大較大較小較大設備利用率較高較高很高較低維護方便性方便較方便方便不方便強宣傳力度,增強節(jié)能意識,同時應針對不同用電設備的特點和需要,開發(fā)研制體積小、造價低、易安裝、免維護的智能型用電設備無功補償裝置。 根據(jù)以上常用無功補償方案的分析、討論,我們可歸納、整理出四種補償方案的特點和基本性能如表1所示。表1

24、 四種無功補償方法的特點比較第5章地面變電所供電系統(tǒng)5.110KV主結線 主接線的事基本有單母線接線、又母線接線、橋式接線等多種 單母線接線 這種接線的優(yōu)點是接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置; 缺點:不夠靈活可靠,任一元件故障檢修,均需要使整個配電裝置停電,在用隔離開頭將故障的母線段分開才能恢復非故障段的供電。適用范圍:適應于容量較小,對供電可靠性要求不高的場合,出線回路少的小型配電所,均需要使整個配電裝置停電,在用隔離開頭將故障的母線段分開才能恢復非故障段的供電。 適用范圍:適應于容量較小,對供電可靠要求不高的場合,出線回路少的小型配電所,一般供三級負荷,兩性路電源

25、進線的單線可供二級負荷。 單母線分段接線保留了單母線的優(yōu)點,又在一定程度上克服了它的缺點,如縮小了母線故障的影響范圍、分別從兩段母線上引出兩路出線可保證對一級負荷的供電等。5.2 電氣主接線的確定 煤礦為了保證對一、二級的負荷進行可靠供電,在35KV變電站中經(jīng)常采用的是雙回路電源受電和安裝兩臺主變壓器橋式接線。全橋接線適應性強,對線路、變壓器的操作都方便,運行靈活,易于擴展成單母線分段式中間變電所。但是設備多、投資大、變電站占地面積大。 5.2.1 .外橋接線對變壓器 切換方便,比內(nèi)橋少兩組隔離開并,繼電保護簡單, 容易過度到全橋或單母線分段的接線,投資少,占地面積小。介是倒換線路時候操作不便

26、,變電站一側沒有線路保護。 內(nèi)橋接線一次側可以設線路保護,倒換線路時候操作方便,設備投資與占地面積都比全橋少,但是操作變壓器和擴建成全橋或單母線分段不如外橋方便。 綜合本礦選用應選用全橋接線。 全礦井有功功率:1924.21KW,功功補償后功功率:807.92KW,無功補償后視在功率2086.94kVA,補償后功率因數(shù):0.93。的確定電源進線一回引自成莊110kV變電站10kV母線段,架空導線選用LGJ-3120型鋼芯鋁絞線,距離該礦井5km;另一趟引自八義110kV變電站無功補償后視10kV母線段,架空導線選用LGJ-3120型鋼芯鋁絞線,距離該礦井4KM. 10KV電源進線均選用鋼芯鋁絞

27、線,導線截面的選擇:按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面,計算線路最大正常工作電流: 根據(jù)礦井年最大負荷利用時間為4900小時,則線路的電流密度J選取1.15A/mm2選擇標準截面型號為LGJ-3120鋼芯鋁絞線。 5.2.2. 按發(fā)熱條件校驗查表知LGJ-3*120在40時,滿足發(fā)熱條件。 5.2.3.按允許電壓損失校驗導線截面 按允許電壓損失校驗導線截面 5.2.3.1引自成莊110kV變電站10kV母線段,導線型號為LGJ-3120,距離該礦井5km; 查表求得10V架空線路單位負荷距時的電壓損失百分數(shù),得 LGJ-3120當0.95時,則 5%。 所以引自成莊110kV變電站10kV母線段,架空

28、導線LGJ-3120滿足電壓降的要求。 5.2.3.2)引自八義110kV變電站10kV母線段,導線型號為LGJ-3120,距離該礦井4km; 5%。 (4)按機械強度校驗導線截面 查表可知10kV鋼芯鋁絞線的最小截面為Amin25m2120m2,滿足機械強度要求。 所以引自八義110kV變電站10kV母線段,架空導線LGJ-3120滿足電壓降的要求。 由上述校驗得知礦井兩回路電源線路均滿足礦井全部負荷的要求。線路選擇在地形平坦、開闊,接近道路便于施工的地方,盡量繞過村莊和居民區(qū),交叉跨越不多,當電源線路進入礦區(qū)時盡量避開煤田,少壓煤;當不能避開時,應考慮在煤田境界或斷層線上架設,以便利用安全

29、煤柱。當無境界或斷層線可利用時,應盡量垂直煤田走向架設,以縮短通過煤田線段的長度。5.3變電所一次設備的初選 井下主變電所兩回10kV電源引自礦井工業(yè)場地10kV變電所10kV不同母線段,接線方式采用單母線分段接線。 井下主變電所設BGP43-10礦用隔爆型高壓真空配電裝置7臺;KBZ型礦用隔爆型低壓真空饋電開關帶選擇性漏電保護7臺及KBZ型低壓饋電開關(聯(lián)絡用)1臺,ZBZ-4.0MX型照明綜合保護裝置2臺及2臺KBSG-500/10 ,10/0.69kV型礦用隔爆型干式變壓器(一用一備),擔負主水泵、井底車場、總運輸巷帶式輸送機和運輸大巷帶式輸送機、總軌道大巷調(diào)度絞車等負荷用電。 在采區(qū)設

30、有一采區(qū)變電所,該變電所兩回電源引自井下主變電所10kV不同母線段。該變電所內(nèi)設BGP43-10礦用隔爆高壓配電裝置6臺,KBSG-400/10 ,10/0.69kV 型變壓器1臺,KBSG-50/10 ,10/0.69kV型變壓器1臺(局部通風機專用),擔負采區(qū)除15101回采工作面運輸順槽采掘設備以外的全部負荷用電。15101回采工作面運輸順槽設一臺KBSGZY-1250/10 ,10/1.2kV 型移動變電站,在15101回采工作面回風順槽設KBSGZY-315/10, 10/0.69kV 型移動變電站。局部通風機采用了“三專兩閉鎖”方式供電,且采用QBZ-280SF型“雙風機、雙電源”

31、自動切換開關,從而保證了局部通風機供電的可靠性和連續(xù)性且實現(xiàn)互投。 高壓開關的選擇: 礦井為低瓦斯礦井,根據(jù)煤礦安全規(guī)程及有關規(guī)定,結合礦井現(xiàn)有設備,選擇BGP43-10礦用隔爆型高壓真空配電裝置作為主變電所及采區(qū)變電所的配電開關,該配電裝置采用微電腦智能高壓綜合保護裝置,具有過載、短路、漏電、絕緣監(jiān)視、過壓、欠壓、通訊等保護功能。根據(jù)負荷統(tǒng)計,流過入井電纜的長時最大工作電流IN99.4A。 所以該礦井井下主變電所進線選用BGP43-10-200(200A)型高壓配電裝置,其余選用BGP43-10-100(100A)型高壓配電裝置。第6章短路電流計算6.1供電系統(tǒng)運行方式的確定 三種供電運行方

32、式 我國低壓供電系統(tǒng)主要有三種運行方式:TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。 6.1.1.TN系統(tǒng):把變壓器低壓側中性點直接接地。再從接地點引出中性線N俗稱零線。系統(tǒng)中,所有用電設備的金屬外殼、構架均采用保護接零方式。TN系統(tǒng)又分為:TN-C系統(tǒng);TN-C-S系統(tǒng);IN-S系統(tǒng)。 6.1.2.TT系統(tǒng):把變壓器低壓側中性點直接接地,再從接地點引出中性線N。系統(tǒng)中,所有用電設備的金屬外殼、構架均采用保護接地方式。 6.1.3.IT-統(tǒng):變壓器低壓側中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地。系統(tǒng)中,所有用電設備的金屬外殼、構架均采用保護接地方式。 在IT系統(tǒng)中,由于變壓器低壓側中性點不允許配出中性線作為220V單相電

33、源供電,所以,不適用居民和一般工廠生產(chǎn)用電。該系統(tǒng)的主要特點:1人員意外發(fā)生單相觸電時,所造成的危害程度大大降低;2電網(wǎng)供電線路如發(fā)生單相對地短路故障時,供電系統(tǒng)仍可帶病運行,保證電氣設備繼續(xù)正常工作。所以,其主要應用在要求少停電場合,如礦山、井下及易燃易爆等危險場所。 6.1.4.中性線、保護接零、保護接地在TV、TT系統(tǒng)中,從變壓器低壓側中性接地點引出的中性線N,主要作用有三點:可供系統(tǒng)內(nèi)單相用電設備用電;把系統(tǒng)內(nèi)三相電源中的不平衡電源和單相用電電流,流回變壓器低壓側中性點;減小因三相用電負荷的不平衡而造成的電壓偏移。 6.1.5.保護接零PE:把電氣設備的金屬外殼、構架與系統(tǒng)中的零線可靠

34、連接在一起。當電氣設備發(fā)生漏電、絕緣損壞或單相電源與設備外殼、構架短路時.零線短路的較大故障電流.可使線路上的保護裝置動作,切斷故障線路的供電,保護人身安全。保護接零應用在TN低壓供電系統(tǒng)。 6.1.6.保護接地PEE:把電氣設備的金屬外殼、構架與專用接地裝置可靠連接在一起。當電氣設備發(fā)生漏電或單相電源對設備外殼短路時,如果流向接地體的故障電流足夠大.線路上保護裝置動作,切斷故障線路上的供電;假如流向接地體的故障電流不足以使保護裝置動作時.由于人體電阻遠大于保護接地的電阻,所以,可以避免接觸人員的觸電危險。保護接地應用在TT、IT低壓供電系統(tǒng)。在同一供電系統(tǒng).不準存在保護接零和保護接地混用的現(xiàn)

35、象。 6.1.7. TN系統(tǒng)的應用 由于我國早期電氣設備單一、數(shù)量少,家用電器也未大量進入家庭.所以低壓供電普遍采用比較經(jīng)濟的TN-C系統(tǒng),即整個系統(tǒng)的中性線零線與保護線PE是合在一起共用的一個系統(tǒng)PEN。隨著電氣化發(fā)展,生產(chǎn)及家庭用電設備數(shù)量劇增,加上線路老化、嚴重過負荷以及維護上的疏漏。當零干線斷線時致使采用保護接零的電氣設備外殼帶電。為了提高保護接零的可靠性.從TN-C系統(tǒng)衍生出TN-C-S系統(tǒng)。即從變壓器低壓側中性接地點至用電配電箱的這一段,零線N和保護線PE是共用的.從配電至各用戶則是分成兩路,分別引入用戶設備,從而太大提高了保護接零的可靠性。但是,由于系統(tǒng)中的PEN線始終會有一定量

36、的不平衡電流流過,所以,還不能滿足對設備安全及電磁抗干擾性要求很高的場所。這樣,就有了進一步的TN-S系統(tǒng),俗稱三相五線制。在TN-S系統(tǒng)中,.PE線與零線N在系統(tǒng)中始終是分開的,平時PE線上無電流通過.只有在設備發(fā)生漏電或單相電源對設備金屬外殼短路時,才會有故障電流流過,使用電系統(tǒng)的可靠性、安全性、電磁抗干擾性方面得到了進一步的提高.但其投資也是TN系統(tǒng)中最高的。 6.1.8.TN系統(tǒng)比TT系統(tǒng)普遍采用的原因 我國過去普遍采用TN低壓供電系統(tǒng),既有經(jīng)濟上的原因,也有用電環(huán)境所限的原因。在我國同一臺變壓器的低壓供電系統(tǒng)的用電戶成百上千。而且有相當一部分生活用電和生產(chǎn)用戶并存.假如由各用電戶分別

37、采取把電氣設備外殼保護接地,其保護接地的接地電阻、機械強度、維修維護將難以保證,特別是居民用電,更可能形成五花八門的接地方式。比如,從自來水管上接出保護接地線或在墻角敲下一根鋼條作為接地體等等。既不規(guī)范又不美觀,且投資也較大,還不如直接由專用PE線接地更簡單、安全。6.2繪制短路電流阻抗圖6.3用絕對值法計算高壓網(wǎng)絡的短路電流 6.3.1.計算依據(jù) 煤礦電工手冊第二分冊煤炭工業(yè)出版社第二章。 6.3.2.短路電流計算 設成莊110kV變電站和八義110kV變電站的10kV母線短路容量均為無窮大,按短路電流計算基準容量為100MVA進行短路電流計算。短路電流計算結果見表10-3-1。 短路電流計

38、算系統(tǒng)圖及等值電路圖見圖10-3-1、10-3-2。 表10-3-1短路計算統(tǒng)計表(基準容量為100MVA)回路名稱短路點短路電流穩(wěn)態(tài)值IdKA沖擊電流瞬時值ichKA沖擊電流有效值IchKA短路容量SMVA備 注工業(yè)場地變電所10KV母線K13.037.744.5855.1韓店110/10kV5km處電源K13.669.35.5366.56八義110/10kV4km處電源井下變電所10KV母線K22.987.594.554.2成莊110/10kV5km處電源K23.589.125.465.1八義110/10kV4km處電源 6.3.3.主要設備的選擇 見主要設備選擇表10-3-2。 主 要

39、設 備 選 擇 表短路點計 算 值設 備 允 許 值工作電壓KV工作電流A沖擊瞬時值ichKA沖擊有效值IKA短路電流穩(wěn)態(tài)值IdKA設備名稱設備型號額定電壓KV額定電流A動穩(wěn)定iKA熱穩(wěn)定IKA額定開斷電流KAK110120.59.35.533.66真空斷路器ZN28A-1212630401625隔離開關GN30-101063031.512.5電流互感器LZZJ-10122004016LZZJ-10121004016LZZJ-1012504016 經(jīng)校驗,礦井主要電氣設備均滿足動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的要求。礦井工業(yè)場地10kV銅芯電纜最小截面不小于25mm2。10kV電流互感器允許使用的最小變比為50

40、/5。 6.3.4.繼電保護及自動裝置 變電站采用220V直流操作系統(tǒng),繼電保護采用變電所綜合保護,其保護型式為: 6.3.4.1所內(nèi)低壓變壓器設速斷、過流、單相接地保護。 6.3.4.2母線由進線斷路器的過電流速斷及過電流裝置進行保護。 6.3.4.310kV饋出線設電流速斷保護和過電流保護,速斷保護為主保護,過流保護為后備保護。在10kV饋出線上安裝零序電流互感器,構成單相接地保護,單相接地保護動作于信號。 6.3.4.4電容器柜設無時限過電流,保護動作于跳閘。過電壓保護、單相接地保護。 6.3.4.5低壓饋線利用開關自身的過流脫扣器實現(xiàn)保護。第7章高壓電器與線路的選擇7.1 高壓隔離開關

41、的選擇 高壓隔離開關的作用:高壓隔離開關是在無載下斷開或接通高壓線路的事輸電設備,以及對被檢修的高壓母線、斷路器等設備與帶電的高壓線路進行電氣隔離的設備。 形式結構:高壓隔離開頭一般有底座、支柱絕緣子、導電刀閘、動觸頭、靜觸頭傳動機構等組成,一般配有獨立的電動或手動的操動機構,單相或三相操動。高壓隔離開關主刀閘與接地刀一般都機械連鎖裝置,確保兩者之間操作順序正確。各類高壓隔離開關、接地開關根據(jù)不同的安裝場所有各種不同的安裝方式。 根據(jù)設計及條件選用GW5-35G/600型。7.2 電流互感器的選擇 電流互感器是一次電路與二次電路間的連接元件,用以分別向測量儀表和繼電器的電壓線圈供電。電流互感器

42、的結構特點是;一次繞組匝數(shù)少,導體相當粗,而二次繞組匝數(shù)很多,導體較細。安接入電路的方式是:將一次繞組串聯(lián)接入一次電路,而將二次繞組與儀表、繼電器等的電流繞圈串聯(lián),形成一個閉合回路,由于二次儀表、斷電器等的電流線圈阻抗很小,所以電流互感器工作時二次回路接近短路狀態(tài)。二次繞組的額定電流一般為5A. 電流互感器的選擇條件:額定電壓大于等于電網(wǎng)電壓:UINUN額定電流大于或等于長時最大工作電流: IIN0.2-1.5I二次側總容量應不小于該精度等級所規(guī)定的額定容量:S2NS2E校驗。電壓互感器和高壓熔斷器的選擇 電壓互感器一次側是并接在主接線高壓側,二次線圈與儀表和繼電器電壓線圈串聯(lián),一次側匝數(shù)很多

43、,阻抗很大,因而它的接入對被告測電路沒有影響,二次線圈匝數(shù)少,阻抗小而并?的儀表和繼電器的線圈阻抗大,在正常運行時,電壓互感覺器接近于空載運行。二次繞組的額定電壓一般為100V. 目前我國的電壓互感器按其絕緣方式的不同可以分為干式、澆注絕緣和油浸工三種。此設計適合用油浸式絕緣型電壓互感覺器。 熔斷器的選擇主要指標是熔件和熔管的額定電流。同時所選熔件應該在長時最大工作電流及設備啟動電流的作用下不熔斷。要求熔斷器特性與上級保護裝置的動作時限相配合,以免保護裝置越級動作。第8章 繼電保護裝置的整定計算8.1主變壓器的保護整定計算8.1.1 整定計算原則: 1.需符合電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)

44、范GB50062-92等相關國家標準。 2.可靠性、選擇性、靈敏性、速動性應嚴格保障。8.1.2 整定計算用系統(tǒng)運行方式: 1.按城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則(能源電1993228號)第4.7.1條和4 .7.2條:為了取得合理的經(jīng)濟效益,城網(wǎng)各級電壓的短路容量應該從網(wǎng)絡的設計、電壓等級、變壓器的容量、阻抗的選擇、運行方式等方面進行控制,使各級電壓斷路器的開斷電流以及設備的動熱穩(wěn)定電流得到配合,該導則推薦10KV短路電流宜為Ik16KA,為提高供電可靠性、簡化保護、限制短路電流,110KV站兩臺變壓器采用分列運行方式,高低壓側分段開關均采用備用電源自動投入。 系統(tǒng)最大運行方式:110KV系統(tǒng)由一條1

45、10KV系統(tǒng)阻抗小的電源供電,本計算稱方式1。 系統(tǒng)最小運行方式:110KV系統(tǒng)由一條110KV系統(tǒng)阻抗大的電源供電,本計算稱方式2。 在無110KV系統(tǒng)阻抗資料的情況時,由于335KV系統(tǒng)容量與110KV系統(tǒng)比較相對較小,其各元件阻抗相對較大,則可認為110KV系統(tǒng)網(wǎng)絡容量為無限大,對實際計算無多大影響。 本計算:基準容量Sjz100MVA,10KV基準電壓Ujz10.5KV,10KV基準電流Ijz5.5KA。8.1.3 10KV系統(tǒng)保護參數(shù)只設一套,按最大運行方式計算定值,按最小運行方式校驗靈敏度(保護范圍末端,靈敏度KL1.5,速斷KL2,近后備KL1.25,遠后備保護KL1.2)。8.

46、1.4 短路電流計算:110KV站一臺31.5MVA,10KV 4Km電纜線路(電纜每Km按0.073,架空線每Km按0.364)0.07340.2910KV開關站1000KVA:(至用戶變電所電纜長度只有數(shù)十米至數(shù)百米,其阻抗小,可忽略不計)。8.1.5. 整定計算: 開關站出線(10DL):當變壓器采用過電流而不采用差動保護時,其電源線路較短時,例如電纜長度小于3Km時,采用線路-變壓器組保護裝置(即線路與受電變壓器保護共用)。 A. 速斷動作電流:躲過變壓器低壓側最大三相短路電流:t0S靈敏度校驗: B.過流保護動作電流:躲過可能出現(xiàn)的過負荷電流,如干變按Kgh1.5,如大的風機、水泵等

47、啟動電流,按實際換算到10KV側電流,Kgh可能為1.2、1.3等,微機保護按廠家提供資料,返回系數(shù)Kh0.95。,t0.3S靈敏度校驗: 如靈敏度不夠,改為低電壓閉鎖的過電流保護,電流元件按躲開變壓器的額定電流整定,而低電壓閉鎖元件的起動電壓則按照小于正常情況下的最低工作電壓及躲過電動機自起動的條件來整定。 C.對變壓器超溫,瓦斯保護需跳閘者,變壓器高壓側設負荷開關帶分勵脫扣器,作用于跳閘。 開關站進線8DL:按規(guī)范可不設,本方案設的目的作為出線保護及其相關元件故障如電磁線圈斷路而拒動時的后備保護及310KV母線的保護。 A.限時速斷動作電流:同開關站所有出線的最大一臺變壓器速斷保護相配合,

48、配合系數(shù)Kph1.1,t0.3靈敏度校驗: B. 時限過流動作電流: t0.6S靈敏度校驗: 區(qū)域站10KV出線5DL: A.限時速斷動作電流:同開關站出線8DL限時速斷保護相配合,配合系數(shù)Kph1.1,t0.4S靈敏度校驗: B.時限過流動作電流:躲過線路過負載電流如大電動機啟動電流,某些實驗時的沖擊電流等,t0.7S靈敏度校驗: 區(qū)域站10KV分段開關2DL: 僅設充電保護,按躲開10KV母線充電時變壓器勵磁涌流,延時t0.2S動作,充電后保護退出,t0.2S靈敏度校驗: 開關站10KV分段開關(7DL):同2DL原則,t0.2S靈敏度校驗: 開關站出線帶2臺及以上變壓器: A.速斷動作電

49、流:躲過中最大者,t0S B.時限過流動作電流:躲過線路過負載電流,t0.3S。 區(qū)域站至住宅小區(qū)供電線路(單線單環(huán)或雙環(huán)、開環(huán)進行): A.限時速斷動作電流:同6.A原則,t0.4S同小區(qū)變壓器的高壓熔斷器配合)。 B.時限過流動作電流:同6.B原則,t0.7S(同小區(qū)變壓器的高壓熔斷器配合)。 區(qū)域站主變低壓側開關1DL、3DL:設過電流保護(作為主變低后備保護,10KV母線保護及出線遠后備保護),其動作電流按躲過主變的最大負荷電流(當一臺主變故障或檢修時的負荷電流及電動機啟動等),對K-2點要求KL2,對K-3點要求KL1.2。保護為一段二時限,第一時限1.1S跳10KV分段開關,第二時限1.5S跳本側開關。 關于時間級差說明: A.對微機保護,開關站t為0.3S,對區(qū)域站為提高可靠性t為0.4S。 B.對電磁繼電器保護,選精度較好的時間繼電器,t在開關站,區(qū)域站t均為0.4S。 為避免CT飽和,可采用保護與測量CT分開,用不同的變比,如保護用300/5A等。 對10KV中性點非直接接地電力網(wǎng)中的單相接地故障: A.在10KV母線上,裝設接地監(jiān)視裝置,作用于信號。PT開口三角電壓繼電器整定值:Udz