180万吨地面变电所设计—本科毕业设计论文.doc

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1、摘 要本设计根据年产为180万吨煤矿的电力负荷的资料，做出了该矿的60kv总降压变电所的整体设计，包括负荷计算及无功补偿，系统主接线方案的选择，高压电气设备的选择，短路电流的计算对所选的高压电气设备的校验，继电保护的设计，防雷及接地的设计等，本设计以实际负荷为依据，以变电所最佳运行方式为基础，按照有关规定和规范，做出了满足该矿生产需求的设计。设计中先对负荷进行了统计和计算，选出了所需主变压器的型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路电流对系统的严重影响，设计中进行了短路电流计算。设计中还对主要的高压设备做出了选择和计算，如断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器等。此

2、外还进行了继电保护以及防雷保护的设计与计算，提高了整个变电所的安全性。关键词：60kv 变电所 负荷计算 主接线设计 短路电流计算 高压电气设备选择 继电保护ABSTRACTThis design according to the mine power load material make the attained general voltage 60kv substation design specification of the overall design including load calculation and reactive compcnsation,system of mai

3、n wiring schemse choose ,high voltage electrical equipment choice.the calculation of short-circuit current and of selected high votage electrical equipment calibration relay protection design lightning protection and grounding design .etc.This design to the actula load as the basis the best operatio

4、n way in substation based in accordance with the relevant regulations and atandard make a meet, the design of mine produetion requiremants.Design the firt to load to seleat the statistical and computational got the main transforner models,and then based on the load properties and worked on the power

5、 supply reliability require ments considering the Lord wiring design the serious influence of system short cicuit design the short circuit calculation .Design of high pressure of the main eletrical eqquipment selection and caculation such as breaker isolating suitch .voltage transformer current tran

6、sformer ,etc.In addition also carried out the relay protetion and lightion protection design and calcutation improve the security of the whole substation .Keywords: 60kv substation ；Lord calculation;Lord wiring design ；short-cicuit current calculation;Electrical equipment selection ;Relay protection

7、目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1选题的意义11.2国内外发展情况11.3原始资料分析31.3.1 设计题目及原始资料31.3.2 本设计的指导思想41.3.3 设计内容4第2章 负荷统计主变压器的选择72.1 负荷来源72.2负荷统计与负荷计算72.3主变压器选择122.3.1无功功率补偿122.3.2主变的选择152.3.3变压器的经济运行问题16第3章 地面供电系统的设计183.1变电所位置的选择183.1.1变电所位置选择的条件183.2 变电所电源结线的确定183.2.1一次结线二次母线及配出线的结线18第4章 短路电流的计算204.1 计算短路电流的目的和任务

8、204.2 短路点的选择204.3 短路电流的计算224.4 短路计算结果27第5章 变电所高压电气设备选择285.1 概 述285.2 60千伏设备的选择295.2.1 60kv隔离开关的选择295.2.2 60KV油断路器的选型305.2.3 互感器及其选择315.2.4 变电所母线装置的选择325.3 6KV电气设备的选择345.3.1 6kv进线柜的选择345.3.2 6KV联络柜的选择375.3.3 6KV电压互感器柜选择385.3.4 6KV配出柜的选择385.3.5 补偿电容器控制柜的选型395.3.6 变电所用电柜的选择395.3.7 6KV母线的选择395.3.8 6KV配出

9、线的选择405.3.9 高压穿墙管的选择415.4母线支柱绝缘子的选择425.4.1 护外支柱绝缘子的选择425.4.2 户内支柱绝缘子的选择。425.5 60kV及6kV输电线路的选择与敷设425.5.1 导线材料的选择425.5.2 绝缘子的选择425.5.3 金具的选择435.5.4电杆的选择435.5.5 架空线路的敷设43第6章 继电保护的规划设计446.1继电保护的概述446.2主变保护和整定446.2.1 本变电所对主变压器采用如下保护：446.2.2 主变压器保护的接线方式446.2.3 保护装置的选择446.2.4 主变保护装置的整定计算456.3 60KV线路保护计算486

10、.3.1 60kV线路保护486.3.2 6kV配出线路保护计算496.4 6kV系统漏电保护516.4.1 漏电保护装置516.5 6kV电力电容器的保护526.6 6kV母线联络柜保护原理及整定546.6.1 保护装置的装设原则546.6.2 保护装置的接线方式546.6.3 保护装置的整定计算54第7章 防雷保护与安全接地规划设计567.1过电压的原因及危害567.2 防直击雷的保护567.2.1 防直击雷的措施567.2.2 避雷针的高度及位置的确定577.2.3 作避雷针保护范围平面图587.2.4 内过电压的抑制587.2.5 对60kV进线段的保护587.3 对雷电入侵波的防护5

11、87.4 接地措施597.4.1保护接地597.4.2 接地装置的敷设607.4.3 接地电阻的计算607.5避雷针的设计61第8章 变电所室内外配电装置的设计628.1室内外概况628.2室内布置63结 论64致 谢65参考文献66 DirectoryAbstract（chinese）AbstractChapter 1 Intertuction11.1 The significance of topic selection 11.2 Development situation at home and abroad21.3 Analysis the original data31.3.1 De

12、sign subject and raw materials31.3.2 The design guiding ideology41.3.3 Design content4Chapter 2 The selection of main transformer load statistics72.1 Source load72.2 The load statistics and load calculation72.2.1 Demand factor method to calculate the load72.2.2 Safety load and statistics of producti

13、on load82.2.3 The ground substation capacity calculation82.3 The choice of the main transformer122.3.1 Reactive power compensation122.3.2 The choice of the main transformer152.3.3 Transformer economic operation problem16Chapter 3 Ground power supply system design183.1 Substation location choice183.1

14、.1 Substation location choice conditions183.2 Determination of substation power supply connection183.2.1 Substation main connection and with wire connection18Chapter 4 The calculation of short-circuit current204.1 The purpose of calculation of short circuit current and tasks204.2 Short circuit point

15、 selection204.3 The calculation of short-circuit current224.4 Short circuit calculation results27Chapter 5 substation high voltage electrical equipment selection285.1 Above285.2 60 kV equipment selection295.2.1 60 kV disconnecting switch selection295.2.2 60 kV oil circuit breaker selection305.2.3 Re

16、quires transformer and selection315.2.4 Substation busbar installation options325.3 6 kV electrical equipment choice345.3.1 6 kV line into the cabinet345.3.2 6 kV contact tank375.3.3 6 kV voltage transformer cabinet choices385.3.4 6 kV distribution out of choice395.3.5 Compensation capacitor in the

17、selection of control cabinet395.3.6 Substation electricity cabinet choices395.3.7 6 kVbusbar selection405.3.8 6 kV distribution line choice415.3.9 High-voltage through walls425.4 Busbar selection of post insulator425.4.1 Pillar insulator option 425.4.2 Indoor post insulator choice425.5 60 kv and 6 k

18、v transmission line selection and installation435.5.1 Conductor material choice435.5.2 Insulator choice435.5.3 The choice of hardware435.5.4 The choice of the pole 435.5.5 Overhead line laying43Chapter 6 The relay protection planning and design446.1 Overview of relay protection446.2 Main transformer

19、 protection and setting446.2.1 The substation protection for main transformer used as follows446.2.2 The connection mode of the main transformer protection446.2.3 Protection device of choice446.2.4 Main transformer protection setting calculation456.3 60 kV line protection is calculated486.3.1 60 kV

20、line protection486.3.2 6 kV distribution line protection calculation496.4 6 kV system leakage protection516.4.1 Leakage protection device516.5 Protection of 6 kV power capacitor526.6 6 kv busbar contact tank protection principle and setting546.6.1 Installed principles of protective device546.6.2 The

21、 connection mode of protection device546.6.3 Protective device setting calculation54Chapter 7 Grounding lightning protection and security planning and design567.1 Reason and harm of the overvoltage567.2 Prevent direct lightning protection567.2.1 Lightning prevention measures577.2.2 The height of the

22、 lightning rod and the determination of position577.2.3 Lightning rod protection plan587.2.4 The over-voltage suppression587.2.5 For 60 kv line protection287.3 Protection of the lightning invasion wave587.4 Grounding measures597.4.1 Protective earthing607.4.2 Laying grounding device607.4.3 Grounding

23、 resistance calculation607.5 Grounding lightning rod61Chapter 8 Substation indoor and outdoor decorating628.1 Indoor and outdoor628.2 Indoor decorate63Conclusion64Acknowledgements65References6699第1章 绪 论1.1选题的意义电力是当今世界使用最为广泛，地位最为重要的能源。变电所是电力系统在实际运用中的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能

24、的作用。变电所是电力系统的枢纽，在生产和生活中占有特殊重要的地位。 电力系统的运行要求安全可靠，电能质量高，经济性好，便于扩建。但是电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖地域辽阔，因此，受自然条件，设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常的运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种形式的短路。为此，需要安装各种形式的的保护装置，用分层控制方式实施安全全监控系统，对包括正常运行在内的各种运行状态实施监控，以确保电力系统安全正常且更好的运行。因此，矿区供电设计，应根据煤矿电力负荷的分布和发展情况，结合地区的电力规划，合理确定供电电源，电压等级，供电方式，矿区变电所的位置和建设的

25、顺序，并留有发展余地。所以，设计一个符合矿山时间情的变电所就变得尤为重要。本设计为年产180万吨煤矿地面变电所电气部分的设计，分析变电所所在的位置和变电所将要承担的供电任务，来确定变电所的主接线，通过负荷计算确定主要变压器的台数，容量及型号，根据短路计算的结果，对变电所的一次设备进行了选择和校验，同时完成配电装置的布置，防雷保护及接地装置方案的设计，最后进行有效的系统保护，最终完成本设计的终极目标，即为与年产为180万相近煤矿提供安全，可靠，经济的供电任务。 1.2国内外发展情况电力业是国民经济的重要部门之一，是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它

26、为国民经济的其他各部门的快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。随着智能电网概念的提出.对变电站技术提出了进一步的要求:通过全网运行数据分层分级的广域实时信息统一断面采集，实现变电站智能柔性集群及自协调区域控制保护，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用;设备信息和运维策略与电力调度实现全面互动，实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理:变电站主要设备逐步实现智能化，为坚强实体电网提供坚实的设备基础;在全面实现数字化变电站的基础上，

27、进一步拓展变电站自动化系统的功能，逐步向智能化变电站转变。1傲宇化变电站技术特点数字化变电站的技术核心是数字化的一次设备和网络化的二次设备，在过程层、间隔层及站控层上，按照国际标准工Ec61850，实现变电站内部以及变电站与集控站间的信息共享互操作过程。数字化的一次设备。数字化一次设备包含电子式互感器、智能开关、以及站内其它智能设备。通过实现设备的就地数字化，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，实现了从常规变电站的装置冗余向现代变电站的信息冗余的转变、并为信息集成化应用提供了坚实的基础。近年来随着我国经济的持续飞速发展，电力需求在不断增加，电力行业

28、作为国民经济命脉，对现代化建设所体现出的重要性越来越明显，因此对变电站内各类主要设备运行和人员操作都提出了更高的要求，保证供电系统的安全运行已经成为电力管理部门的首要任务。在现代化的供电系统中，变电所管理的网络化、数字化和自动化是电力发展要求的必然趋势，变电所的无人值守、综合管理和安全管理是电网现代化的必由之路。变电站综合自动化和变电站无人值班技术是变电站监控和保护发展的主流和必然趋势。随着无人值守变电站管理模式的全面推广，在监控中心通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，

29、使电网调控运行更为安全、可靠。远程视频监控系统最基本的目的是将变电站的各个监视点，如主控制室的设备运行情况、主变、断路器、隔离刀闸等的运行状态实时图像、防火防盗等智能设备报警信息传输到监控中心，监控人员可通过实时图像和远动信息对变电站的运行情况进行综合监控、分析。为加强对重要变电站及无人值守变电站的监视，非常有必要建立安全防范、环境监控系统，对各变电站全站现场进行监视。南京南自信息技术有限公司自主设计开发了适应变电站视频监控的多种数字安防监控设备和系统软件平台，广泛应用于国内电网的几千个变电站（750KV、500KV、220KV、110KV、66KV、35KV各电压等级均有成功案例）。随着IE

30、C61850标准的推广应用，数字化变电站概念已在工程中获得实践，全国已建成一定数量的数字化变电站。同时我国智能电网的研究已经启动，作为电网重要组成部分，数字化变电站领域的研究和试点工作也将为智能电网的发展打下基础， 变电站安防系统将会按照数字化变电站、变电站无人值班发展趋势不断演进。 1.3原始资料分析1.3.1 设计题目及原始资料设计题目：年产180万吨煤矿地面变电所电气部分的设计1.煤矿概况煤田储量18670万吨，可采储量3367万吨，全矿年生产能力：180万吨，生产能力6000吨，服务年限：一井28年，二井116年。工作制：年工作日为300天，每天三班作业，采煤两班作业，一班准备，掘进三

31、班作业。 2.地质及气候条件该变电所它的土质属较为松散的黄土，距地表1米以下，土质比较结实，距地表2-3米的黄土更为密实，地基承载能为20吨/m3，因此，可以看出变电所地质条件很好，通过“变电所初步设计说明”知其自然气候如下：最低气温为-37oC；最高气温为38oC；最大风速为34米/秒；最大降雨量500毫米土壤冻结深度2.2-2.4米；最大雷厚度0.5米；复水厚度10毫米；主导风向，西南风；地震列度6以上;没发生过大地震;最大雷电日20日3. 矿井用电负荷特点本矿用电负荷主要是地面高压，地面低压，井下高压及井下低压，本矿区电力分三级：一级用户如矿井主通风机，主要提升设备，主排水设备，对这负荷

32、采用不同电源的两回路进行供电；二级用户如煤矿集中提煤设备，地面空气压缩机以及向采区工作面供电的采区变电所等，对这类负荷采用双回路供电；三级用户，如井口机修厂及生活福利设施等，对这类负荷只设一回路供电。1.3.2 本设计的指导思想本设计的设计依据主要是根据设计规范、煤矿安全规程、煤矿供电、电力工程设计手册、煤矿电工手册、变压器经济运行、煤炭工业设备手册、工厂常用电气设备手册、高压开关柜二次线路方案、工厂配电设计手册、全国供用电规则等书籍，并在指导教师高柏臣老师的精心指导下设计完成的。指导思想是：保证本设计在供电方面达到如下要求：（1）供电可靠；（2）供电安全；（3）经济技术合理；（4）设备更新，

33、以满足矿井正常生产的需要。1.3.3 设计内容1.矿井设计指标煤田储量18670万吨，可采储量3367万吨，全矿年生产能力：180万吨，日生产能力6000吨，服务年限：一井28年，二井116年。工作制：年工作日为300天，每天三班作业，采煤两班作业，一班准备，掘进三班作业。2.设计原始数据VJ1=63KVVJ2=6.3KVSJ=100MVA(1) 负荷统计：见表1.1(2) 供电电源：上级电源母线短路阻抗（标准值）：基准值0最大运行方式：Xmax=0.55098最小运行方式：Xmin=0.883通过甲乙两回架空线供电，甲线距矿区工业广场为25里，乙线距矿区工业广场为30公里，变电所6000伏侧

34、见图1.1供电系统图，按无穷大系统计算。3.设计要求：(1)负荷统计：主变的选择主结线的确定(2)短路电流的设计(3)高压电气设备的选择 (4)继电保护装置的整定 (5)防雷保护及保护接地(6)必须完成的图纸： 变电所主结线系统图变电所平面布置图 主变保护原理图防雷及保护接地平面布置K1K4K5K6K2K3一井中央变二井中央变电所一井风井二井风井图1.1 供电系统图第2章 负荷统计主变压器的选择2.1 负荷来源本矿电气负荷统计是根据老师所下任务的设备负荷表来进行的，统计表见1.1表。2.2负荷统计与负荷计算本设计变电所负荷计算，力求准确可靠，并考虑到矿井负荷的发展远景，利用需用系数法以及附表格

35、形式进行矿变电所的负荷统计，考虑到后几章的继电保护整定，架空线路，电缆选择等，一般按生产环节分组进行。1.需用系数法计算负荷（1）单一负荷需用系数 （2-1）式中：Kx-用电设备的需用系数 P-实际负荷 （KW） PO-设备的额定容量（KW） -设备实际负荷时的效率b-线路效率一般取0.90.95（2）成组负荷需用系数Kx= （2-2）式中：Kt-设备同时系数 Kt= Kf-该组设备的负荷系数 L-线路效率 pj-同时工作设备的加权平均效率以下以水泵为例计算容量：己知：水泵的工作容量为850千瓦，需用系数取0.85 cos=0.85 tan=0.62计算：有功功率：PM=KXPN=0.8585

36、0=723KW 无功功率：QM=tanPM=0.62723=448KW视在功率：SM=2.安全负荷与生产负荷的统计（1）安全负荷：主扇风机，主排水，副井提升，累计负荷5241KW占全矿总负荷18073.5KW的29%。（2）生产负荷：吊挂皮带，压风机，采煤输送机，空气加热，装储设备等。累计负荷：9302KW占全矿总负荷18073.5KW的51%。（3）其它负荷累计：其它负荷共计3530.5KW占全矿负荷18073.5KW的20%。3.地面变电所的总容量的计算PZ=（P1j+P2j+P3j+Pnj）KspQZ=（Q1j+Q2j+Q3j+Qnj）KspKsp 、Ksq-各组用电设备最大负荷不可能同

37、时出现的组间最大负荷同时系数，组数越多其值越小，一般取Ksp =0.850.95, Ksq=0.97。变电所的功率因数为cos= 总的有功功率：PZ=18073.50.9=16266.2KW总的无功功率：QZ=11087.10.95=10532.7（KVAR）总的视在功率：Sz= 全矿自然功率因数：cosz= = =0.839 表1.1 负荷统计表序号用电设备名称电动机型式电压设 备 容 量计 算 系 数计 算 负 荷总容量KW工作容量kccostanP(KW)Q(KVAR)S(KVA)一 井1一井主提升吊挂皮带绕线0.661881880.750.71.021411442012一井副提升绞车绕

38、线63803800.80.850.623041883583压 风 系 统同步0.386645270.850.80.75422-3165274通 风 系 统绕线0.382601300.880.840.65114741365一 井 主 排 水绕线617008500.850.850.627234488506井 底 车 场绕线0.66121.466.40.70.71.0246.547667一采区生产负荷系统绕线19501303.40.60.71.0278279211178一井排矸系统绕线1911910.70.750.881341181799一井原煤上仓系统绕线0.3852520.60.71.02313

39、24510与二井公用地面系统绕线0.38329.52500.60.71.02150153214表1.1（a）序号用电设备名称电动机型式电压设 备 容 量计 算 系 数计 算 负 荷总容量KW工作容量kccostanP(KW)Q(KVAR)S(KVA)11选煤 厂绕线0.38630.2460.20.60.71.0227628239412广场及生活区锅炉绕线0.38388.1373.30.60.750.8822419729813矿 灯 房绕线0.38181.71660.60.71.0210010214314机 修 厂绕线0.38387.4387.40.40.71.0215515822115地面电机

40、车绕线1881410.40.90.4956286216照明及其他912.2771.20.80.90.4961730268717其它安全系统146814680.850890.51248624139518其它生产系统325032500.60.890.5119509952189一井合计1314.510923.60.690.840.64747343709081二井生产系统19主井提升设备绕线68108100.750.71.02608620868表1.1(b)序号用电设备名称电动机型式电压设 备 容 量计 算 系 数计 算 负 荷总容量KW工作容量kccostanP(KW)Q(KVAR)S(KVA)21

41、副井提升系统绕线64204200.80.850.6233620839522上 仓 系 统 绕线0.3844440.60.71.0226273723排 矸 系 统绕线0.38166.5166.50.70.750.88116.5102.615524通 风 系 统绕线613606800.80.850.6254433764025二采区轨上绞车绕线62402400.80.850.6219211922626二井主排水绕线617008500.850.850.6272344885027井底车场设备绕线266.3183.80.750.80.7513810317228压风设备合计同步802.55350.80.80

42、.75428-32153529采掘设备合计绕线353033830.60.71.022029.82071289930其它安全系统146814680.850.890.51248624139531其它生产系统325232520.60.890.5195197621822.3主变压器选择2.3.1无功功率补偿根据全国供用电规则的规定：高压供电的工业用户功率因数应在0.90以上。所以，当变电所的功率因数低于0.90时，应采取人工补偿措施，补偿后的功率因数应不低于0.95。目前35（63）KV变电所一般采用在6（10）kV母线上装设并联电容器进行集中补偿的方法，来提高变电所的功率因数。当某配电线路负荷较大、线路较长时，为了提高补偿效果，可先在该配电线路末端或配电变压器的低压侧进行补偿，然后计算变电所的总计算负荷和