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矿业工程学院毕业设计题目某C煤矿采区供电设计专业采矿工程作者袁龙龙指导老师曹金燕摘要本设计初步设计了煤矿地面35kV变电系统用需用系数法进行全矿负荷计算,再进行无功率补偿,根据补偿后的负荷结果确定出该站主变压器的台数、容量及型号对供电系统进行了短路电流计算,选择了电缆型号及长度,制定了矿井变电所的主结线方式、运行方式、继电保护、防雷与接地保护方案选择了断路器、隔离开关、继电器、变压器等电气设备,绘制了供电系统图对矿山企业进行可靠、安全、经济、合理的供电,对提高经济效益及保证安全生产方面都十分重要关键字负荷计算;负荷统计;变电站;运行方式;经济;安全AbstractThedesignofthecoalmineground35kVsubstationdesign.Accordingtotheresultsofloadcalculationthemaintransformerofthesubstationisdeterminedbytheloadstatisticsof35KVsubstation..Theshort-circuitcurrentforpowersupplysystemiscalculatedandthemainknotlinemodeoperationmodeandrelayprotectionschemeofthesubstationareformulated..Selectthecircuitbreakerisolatedswitchrelaytransformerandotherelectricalequipment.Itisveryimportantforthemineenterprisetocarryonthereliablesafeeconomicalandreasonablepowersupplywhichisveryimportanttoimprovetheeconomicbenefitandguaranteethesafety..Keywords:loadcalculation;loadstatistics;substation;operationmode;economy;safety.目录TOC\o1-3\h\z\u摘要2前言
11.概论
21.1供电设计目的
21.2井上供电设计一般步骤
21.3供电设计的基本要求
32.全矿负荷统计
42.1负荷计算的目的
42.2负荷计算方法
42.3负荷计算过程
52.4全矿井上下合计
112.5无功补偿计算及电容器柜选择
113.主变压器的选择
133.1变压器的选取原则
133.2变压器选择计算
133.3变压器损耗计算
143.4变压器经济运行
234.井上供电系统的接线方案
204.1井上供电系统的拟定原则
214.2井上供电系统图
225.短路电流计算
235.1短路电流计算的目的
235.2短路电流计算中应计算的数值
235.3三相短路电流计算的步骤
235.4短路电流计算过程
236.10kv供电线路的选择
296.1电缆选择原则
296.2电缆长度的确定
296.3电缆型号的确定
297.35kv供电线路选择
347.1供电线路选择原则
347.2选择步骤
368.电气设备的选择
368.1电气设备的选择原则
368.25v开关柜的选择
368.3断路器的选择
378.4电流互感器的选择
388.510kv开关柜的选择
388.6断路器的校验
388.7电流互感器的校验
399.继电保护设定
409.
1.断路器上保护的设置与配合
409.2各10KV低压馈出线断路器的设置与配合
409.310KV联络开关的保护设置与配合
409.4变压器的保护设置
409.5变压器的气体保护
409.6变压器的差动保护
409.7变压器过负荷保护
409.8变压器的过流保护
4210.变电所的防雷与接地
4310.1变配电所的防雷设计
4310.2变电所的防雷措施
4410.3接地装置的设计及计算
4510.
3.1保护接地方案设计
4510.
3.2保护接地装置计算45设计总结47致谢语46参考文献47文献翻译50前言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煤矿变电所的设计原则,对某C矿井地面35KV变电所设计展开了全面的设计与研究首先根据需要系数法进行了负荷计算,并进行无功补偿,选定变压器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10kV母线采用单母分段接线形式采用标幺值法进行了短路电流计算按安装地点、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,并在变电所四周装设避雷针.
1、概论煤矿的供电系统有着很高的要求,这些要求是
1、供电可靠所谓供电可靠,就是要求供电不间断一旦煤矿供电中断,将会给煤矿人身及财产安全带来严重威胁《煤矿安全规程》规定矿井应有两回路来自不同变电所的电源线路,当任一回路发生故障停止供电时,另一回路应能担负矿井全部负荷
2、供电安全 井下供电容易导致触电或由电火花引起的瓦斯煤尘爆炸等事故,所以,必须采取一系列技术措施,制定严格的管理制度,保证安全供电
3、供电质量良好对煤矿供电,不但要求电能数量满足生产需要,而且要求供电电能质量良好即频率波动范围不得超过额定频率的±
0.5赫兹,电压波动范围不得超过额定电压的±5%
4、供电经济煤矿供电设备耗电量很大,如果供电系统设计不合理,电器设备使用不当,会造成功率因数降低,线路损耗加大,使生产成本上升因此,保证煤矿供电的经济性意义重大
1.1供电设计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
1.2井上供电设计一般步骤
1.负荷统计计算
2.无功功率计算及补偿
3.全矿变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
4.全矿变电所主接线设计
5.高压配电系统设计
6.全矿供、配电系统短路电流计算
7.变电所高、低压侧设备选择
8.电路保护
1.3供电设计的基本要求
1.供电安全供电安全具有两个方面的意义,即防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、煤尘爆炸事故煤矿井下空间狭小、潮湿阴暗,井下电气设备的受潮和机械损伤容易发生人身触电事故;供电线路和用电设备的损伤和故障产生的电气火花,会造成火灾或瓦斯、煤尘爆炸事故因此,为了避免事故的发生,在煤矿供电工作中,应按照有关规定,采取防爆、防触电、过负荷及过流保护等一系列技术措施和管理制度,消除各种不安全因素,确保供电的安全
2.保证供电质量衡量供电质量高低的技术指标是频率的稳定性和电压的偏移交流电的频率对交流电动机的性能有着直接的影响,频率的变动会影响交流电动机的转速按照《电力工业技术管理法规》规定,对于额定频率为50Hz的工业用交流电,其频率相对于额定值的偏差不允许超过±
0.2-±
0.5Hz,即为额定频率的±
0.4-±1%电压偏移是衡量供电质量的又一重要指标所谓电压偏移,是指用电设备在运行中,实际的端电压与其额定电压的偏差用电设备对—定范围内的电压偏移具行适应能力,但随着电压偏移的增大,用电设备的性能将会恶化,严重时会造成设备的损坏
3.技术经济合理技术经济合理是指在满足上述三项要求的前提下,使供电系统的投资和运行达到最佳的经济效益供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展
2、全矿负荷统计
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就可以表征普遍的计算方法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,kWkvar,kVA式中、、——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷;——该用电设备组的设备总额定容量,kW;——功率因数角的正切值;——需要系数,由表查得
2、多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上,常有多个用电设备组同时工作,但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现,因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时,应再计入一个同时系数具体计算如下、式中、、——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷;——同时系数;m——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数;——分别对应于某一用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量
2.3负荷计算过程1各用电设备组负荷计算
(1)对主提升机=
0.82,=
0.85,=
0.62P=638KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;
(2)对材料斜井绞车=
0.75,=
0.80,=
0.7P=400KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;
(3)主斜井皮带辅助设备=
0.70,=
0.70,=
1.02P=31KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;
(4)材料斜井绞车房=
0.7,=
0.7,=
1.02P=56KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;表2—1主斜井负荷统计表序号负荷名称需用系数Kx功率因数cosφtgφ有功(kW)无功kvar视在KVA1主斜井提升机
0.
860.
850.
62553.
2337.
8629.42材料斜井绞车
0.
750.
800.753202853843主斜井皮带辅助设备
0.
70.
71.
0225.
320.8324材料斜井绞车房
0.
70.
71.
0239.
240.
866.0总计
0.
92931.
8613.
91126.9
(1)对回风斜井主风机=
0.93,=
0.85,=
0.62P=950KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;
(2)对皇后风井主风机=
0.93,=
0.85,=
0.62P=
4、1500KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;
(3)对程庄风井压风机=
0.75,=
0.85,=
0.62P=280KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;
(4)皇后风井压风机=
0.75,=
0.85,=
0.62P=280KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA;表2—2风机配电负荷统计表序号负荷名称需用系数Kx功率因数cosφtgφ有功(kW)无功kvar视在KVA1回风斜井主扇风机
0.
930.
850.
62878.
3556.
81047.42皇后风井主扇风机
0.
930.
850.
621415.
0864.
91641.23程庄风井压风机
0.
750.
850.
62210.
0130.
2251.74皇后风井压风机
0.
750.
850.
62210.
1130.
2247.1总计
0.
912698.
51673.
13174.8
(1)副井井口及平车场=
0.7,=
0.7,=
1.02P=60KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA
(2)主井地面生产系统=
0.7,=
0.7,=
1.02P=128KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA
(3)锅炉房=
0.7,=
0.75,=
0.88P=342KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA
(4)热风炉及空气加热设备=
0.75,=
0.75,=
0.88P=148KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率.3kVA
(5)机电修理车间=
0.3,=
0.65,=
1.17P=216KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA
(6)渔场取水泵房=
0.8,=
0.85,=
0.62P=138KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA表2—3车间配电负荷统计表序号负荷名称需用系数Kx功率因数cosφtgφ有功(kW)无功kvar视在KVA1副井井口及平车场
0.
70.
71.
0246.
047.
862.02主井地面生产系统
0.
70.
71.
0282.
587.
1121.83锅炉房
0.
70.
750.
88224.
5216.
4302.74热风炉及空气加热设备
0.
750.
750.
88115.
583.
7182.05机电修理车间
0.
30.
651.
1763.
173.
1103.96渔场取水泵房
0.
80.
850.
62111.
66575134.8总计
0.
92565.
4454.
3678.8
(1)皇后风井生活泵房=
0.8,=
0.8,=
0.75P=3KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA
(2)生活污水处理设备=
0.7,=
0.75,=
0.88P=
19.7KW则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA则;有功功率kW;无功功率kvar;视在功率kVA表2—4皇后风井功率负荷统计序号负荷名称需用系数Kx功率因数cosφtgφ有功(kW)无功kvar视在KVA1皇后风井生活泵房
0.
80.
80.
753.
11.
93.72生活污水处理设备
0.
70.
750.
8815.
813.
121.43井下水处理车间
0.
70.
71.
0217.
318.
826.84煤泥泵房
0.
750.
750.
883.
13.
95.55空气加热室
0.
750.
750.
8817.
815.
226.06联建行政福利
0.
30.
80.
7529.
722.
339.17煤样化验室
0.
60.
80.
757.
85.
99.28皇后风井生活泵房
0.
800.
800.
752.
41.
83.3总计
0.
997.
884.
3137.
32.4全矿井上下合计取系数K=O.9无补偿时功率因数为
2.5无功补偿计算及电容器柜选择1无功补偿计算当采用提高用电设备自然功率因数的方法后,功率因数仍不能达到供用电规则所要求的数值时,就需要增设人工补偿装置在工矿企业用户中,人工补偿广泛采用静电电容器作为无功补偿电源用电力电容器来提高功率因数时,其电力电容器的补偿容量用下式计算式中——平均负荷系数,——补偿前功率因数角的正切值;——补偿后要达到的功率因数角的正切值;本设计要求功率因数达到
0.9及以上假设补偿后10kV侧功率因数,,取
0.82,则所需补偿容量由公式计算得kvar2电容器柜的选择及实际补偿容量计算本设计采用高压集中补偿方式因矿井地面变电所10kV母线为单母分段接线,故所选电容器柜应分别安装在两段母线上,即电容器柜数应取偶数现选用GJZK-1-03型高压静电电容柜,每柜安装容量360kvar,据此可计算出电容器柜的数量为取偶数N=10则实际补偿容量为kvar折算为计算容量为kvar补偿后10kV母线侧总计算负荷及功率因数校验功率补偿后10kV侧有功功率kW无功功率代入数据得大于
0.9满足要求补偿后的无功功率因此kva
3、主变压器的选择
3.1变压器的选取原则变电所的容量是有其装设的主变压器容量所决定的从供电的可靠性出发,变压器台数是越多越好但变压器台数增加,开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大所以,变压器台数与容量的确定,应全面考虑技术经济指标,合理选择当企业绝大多数负荷属三级负荷,其少量负荷或由邻近企业取得备用电源时,可装设一台变压器如企业的
一、二级负荷较多,必须装设两台变压器两台互为备用,并且当一台出现故障时,另一台能承担全部
一、二及负荷特殊情况下可装设两台以上变压器例如分期建设大型企业,其变电站个数及变压器台数均可分期投建,从而台数可能加多
3.2变压器选择计算
1、用电负荷分析一级负荷包括副提升机、主扇风机、井下主排水泵各项,其总负荷为2184kW,占全矿总负荷的
33.6%二级负荷包括主提升机、压风机、选煤厂、地面低压(生产负荷占75%)、一采区、二采区、井底车场各项,其总负荷为
3171.5kW,占全矿总负荷的
48.8%.三级负荷包括矿综合厂、机修厂、地面低压负荷的15%、工人村、支农各项,其总负荷为
1142.5kW,占全矿总负荷的
17.6%
2、根据矿井主变压器的选择条件,一般选两台,当一台故障停运时,另一台必须保证
一、二级负荷的用电在上述分析中
一、二级负荷占全矿总负荷的
82.4%,当两台变压器中一台停止运行时,另一台必须保证
82.4%的正常供电,再考虑将来的发展情况,矿井不断延伸,负荷不断增加,故选用两台S7-12500-/35型铜线双绕组无励磁调压变压器,其技术参数如表所示表3—1主变压器技术参数型号S7-12500-/35容量kVA12500连接组别Yd11电压
38.
510.5阻抗电压8空载电流
0.7损耗(kW)空载
16.0负载
63.0两台主变压器采用分列运行方式,备用方式为暗备用
3.3变压器损耗计算计算主变压器各项损耗空载无功损耗则有功损耗kW;无功损耗kvar;总的有功计算符合总的无功计算符合数据代入cosΦ=P/S得到功率因数cos=
0.93大于
0.9所以所选择的主变压器符合设计要求
3.4变压器经济运行分析方法
1.无功功率经济当量的概念电力系统的有功损耗,不仅仅与设备的有功功率损耗有关,而且还与设备的无功功率损耗有关,这是由于设备消耗的无功功率,也是由于电力系统供给得到的由于无功功率的存在,使系统中的电流增大,从而使得电力系统的有功功率损耗增加为了计算电气设备的无功功率损耗在电力系统中引起的有功功率损耗,引入一个换算系数K,称为无功功率经济当量它表示当电力系统输送1kvar的无功功率时,在电力系统中增加的有功功率损耗千瓦数,单位是KW/kvar无功功率经济当量Kec的值与输电距离、电压变换次数等因素有关对于工矿企业变,配电所Kec=
0.02~
0.1对于发电机直配用户Kec=
0.02~
0.04对于经两级变压的用户Kec=
0.05~
0.07对于经三级及以上变压的用户Kec=
0.08~
0.
12.变压器的经济运行变压器的有功功率损耗是变压器运行时自身的损耗,而变压器的无功功率损耗会引起系统有功功率损耗的增加因此,应将变压器的无功功率损耗换算成等效的有功功率损耗然后,计算变压器运行时总的功率损耗当变压器运行时的功率损耗最小时,运行费用最低,此时变压器的运行方式即为经济运行方式单台变压器运行时其功率损耗可按下式计算式中Kec——无功功率经济当量,KW/kvar;Sa.c——变电所的负荷容量(此时为变压器的实际负荷容量),KV·A;两台同容量变压器并联运行时,其总运行功率损耗应为此时单台变压器运行损耗的2倍同理,当n台同容量变压器并联运行时,其总运行功率损耗为此时一台变压器运行损耗的n倍,即由于本设计中要求两台变压器一用一备,所以每台变压器的容量都应大于全矿计算负荷,因此,此处在对变压器经济运行分析时,应按照单台变压器运行时功率损耗计算,其中Kec取
0.09可得变压器的经济运行根据负荷的变化情况,调整变压器的运行方式,使其在功率损耗最小的条件下运行,称为变压器的经济运行对于单台运行的变压器,要使变压器运行经济,就必须满足变压器单位容量的有功功率损耗换算值ΔP1/S最小令可求得单台变压器的经济负荷Sec为单台变压器运行时的经济负荷率βec为式中Sec——经济运行临界容量,KVA;SN.T——变压器额定容量,KVA;ΔP0——变压器空载有功损耗,KW;ΔQ0——变压器空载无功损耗,kvar;ΔPNT——变压器满载有功损耗,KW;ΔQNT——变压器满载无功损耗,kvar;Kec——无功功率经济当量,大型矿井一般取Kec=
0.09变压器功率损耗ΔP1与变压器负荷S的关系曲线ΔPΔPⅠΔPⅡAOScrS图3-2变压器经济运行的临界负荷图中,ΔPⅠ为一台变压器运行的损耗;ΔPⅡ为两台变压器并联运行时的损耗由图可见,两条曲线的交点A所对应的负荷Scr就是变压器经济运行的临界负荷由图3-2可以看出当SScr时,因ΔPⅠΔPⅡ,一台变压器运行经济;当SScr时,因ΔPⅠΔPⅡ两台变压器运行经济当S=Scr,则ΔPⅠ=ΔPⅡ,即由此可求得两台变压器并联经济运行的临界负荷Scr为当一台变压器运行与两台同容量变压器并联运行损耗相同时,称βec为一台变压器运行时的临界负荷率,即同理,当变电所设置n台容量相同的变压器时,则n台与n-1台经济运行的临界负荷Scr为本矿若采用2台变压器经济运行的临界容量为因此,当实际负荷容量S5366KVA时,系统采用一台变压器运行经济;当实际负荷容量S5366KVA时,系统采用两台变压器运行经济由于该煤矿供电系统中35kV侧全矿计算负荷为Sca=
11882.9KVA且大于两台变压器经济运行的临界容量Scr=12500KVA,故宜选用2台变压器同时运行的方案,这样变压器自身和电力系统的有功功率损耗最小,从而获得最佳经济效益的运行方式
4、井供上电系统的接线方案
4.1井上供电系统的拟定原则在确定变电所主接线前,应首先明确其基本要求
(1)安全可靠应符合国家标准和有关技术规范的要求,充分保证人身和设备的安全此外,还应负荷等级的不同采取相应的接线方式来保证其不同的安全性和可靠性要求,不可片面强调其安全可靠性而造成不应有的浪费
(2)操作方便,运行灵活供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时,便于操作和维修,以及运行灵活,倒闸方便
(3)经济合理接线方式在满足生产要求和保证供电质量的前提下应力求简单,以减少设备投资和运行费用
(4)便于发展接线方式应保证便于将来发展,同时能适应分期建设的要求原则如下
(1)保证供电可靠,力求减少使用开关、起动器、使用电缆的数量应最少
(2)原则上一台起动器控制一台设备
(3)采区变电所动力变压器多于一台时,应合理分配变压器负荷,通常一台变压器担负一个工作面用电设备
(4)变压器最好不并联运行
(5)采煤机宜采用单独电缆供电,工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电上山及顺槽输送机宜采用干线式供电
(6)配电点起动器在三台以下,一般不设配电点进线自动馈电开关
(7)工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线,以减少起动器间连接电缆的截面
(8)供电系统尽量减少回头供电
(9)低沼气矿井、掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电,局部扇风机实行风电沼气闭锁,沼气喷出区域、高压沼气矿井、煤与沼气突出矿井中,所有掘进工作面的局扇机械装设三专(专用变压器、专用开关、专用线路)二闭锁设施即风、电、沼气闭锁
4.2井上供电系统图为了保证对
一、二级负荷进行可靠供电,在企业变电所中广泛采用由两回电源受电和装设两台变压器的桥式主接线桥式接线分为外桥、内桥全桥三种因上一级变电站距本矿变电所输电线路不远,可以选内侨,且一次侧采用内桥接线,二次侧采用单母线分段接线,35kV架空线路由两条线路送到本矿变电所,正常时两台变压器分列运行一级负荷由于涉及到人身安全和重要经济部门,所以对于一级负荷的供电必须采用双回路,此处先从10kv线路的俩段母线分别向负荷供电,来保障一级负荷不会断电设计采用内桥式接线的总降变电所主接线,这种主接线,其一次侧的高压断路器QF3跨接在俩路电源进线之间,犹如一架桥梁,而且处在线路断路器QF1和QF2的内侧,靠近变压器,因此称为内桥式接线这种主接线的运行灵活性好,供电可靠性较高,适用一,二级负荷的工厂如果某路电源例如wl1线路停电检修或发生故障时,则断开QF1,投入QF3,即可由wl2恢复对变压器的供电这种内桥接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多,变压器不需要经常切换的总降压变电所单母线分段接线提高了供电的可靠性和灵活性母线分段后,对于重要用户可由分别接于俩段母线上的俩条出线同时供电,当任一祖母线发生故障或者检修时,重要用户仍可以通过正常段母线继续供电.图4—1供电系统拟定图根据井上变电所供电系统拟定原则,如上图(供电系统拟定图)所示
5、短路电流计算
5.1短路电流计算的目的计算各种情况下的短路电流,对供电系统的拟定、运行方式的比较、电气设备的选择及继电保护整定都有重要意义短路产生的后果极为严重,为了限制短路的危害和缩小故障影响范围,在供电设计和运行中,必须进行短路电流计算,以解决些列技术问题1选择电气设备和载流导体,必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度2设置和整定继电保护装置,使之能正确地切除短路故障3确定限流措施,当短路电流过大造成设备选择困难或不经济时,可采取限制短路电流的措施4确定合理的主接线方案和主要运行方式等
5.2短路电流计算中应计算的数值
1、短路电流即三相短路电流周期分量第一周期的有效值它可供计算继电保护装置的整定值和计算短路冲击电流及短路全电流最大有效值之用
2、三相短路容量,用来判断母线短路容量是否超过规定值、作为选择限流电抗器的依据,并可供下一级变电所计算短路电流之用;
3、短路电流稳态有效值可用来校验设备、母线及电缆的热稳定性;
4、短路冲击电流及短路全电流最大有效值,可用来校验电器设备、载流导体及母线的动稳定性
5.3三相短路电流计算的步骤
1、根据供电系统绘制等值网络
(1)选取基准容量Sj和基准电压Uj,并根据公式决定基准电流值Ij
(2)求出系统各元件的标么基准电抗,将计算结果标注在等值网络图上
(3)按等值网络各元件的联接情况,求出由电源到短路点的总阻抗
(4)按欧姆定律求短路电流标么值对于电源是无限大容量的系统,其短路电流标么值可求出且短路后各种时间的短路电流标么值与短路容量标么值都相等,即
(5)求短路电流和短路容量;为了向供电设计提供所需的资料,应下列短路电流和短路容量
①求出次暂态短路电流和短路容量;;
②求出短路冲击电流和短路全电流最大有效值kAMVAkAkA
5.4短路电流计算过程在三相电路中,标幺值相量等于线量,三相功率和单相功率的标幺值相同,当电网的电源电压为额定值时,功率标幺值与电流标幺值相等,且等于电抗标幺值的倒数俩个标幺值相加或相乘,仍得到统一基准下的标幺值由于以上优点,用标幺值法计算短路电流可使计算简便,且结果明显,便于迅速判断计算结果的准确性短路各元件阻抗参数计算1苇泊变电站变压器:2燕龛变电站变压器;
(3)SF7-12500/35型变压器:
(4)A变电站
9.5KM线路
(5)B变电站变压器
2.77KM线路
(6)主提升机、副提升机电缆:
(7)风机配电线路(架空线)
(8)车间配电(电缆)
(7)生活配电(架空线)
(8)办公配电线路(电缆)
(9)井下线路(电缆)
(10)地面照明线路
5.5最大运行方式通过各短路阻抗元件参数可得,上级电源取自燕龛变电站的电源使电源处阻抗最小,35kv变电站俩台变压器同时工作时阻抗最小,10kv母线各符合均采用双回路同时工作时阻抗最小,所以确定最大运行方式如图所示图5—1最大运行方式图当K1点发生短路当k2点发生短路
5.6最小运行方式通过各短路阻抗元件参数可得,上级电源取自B变电站的电源使电源处阻抗最大,35kv变电站俩台变压器只有一台工作时阻抗最大,10kv母线各负荷均采用单回路工作时阻抗最大,所以确定最小运行方式当k1点发生短路时基准电流总电抗短路电流次暂态值表5—2两相短路电流统计表序号短路点名称1K
12.
832.852K
24.
953.373K
33.
472.494K
43.
122.835K
53.
142.386K
62.
762.847K
74.
113.598K
83.
863.389K
93.
883.7810K
103.
943.46表5—3最大短路电流表序号短路点名称1K
16.
8810.
1817.374212K
210.
4715.
5826.471793K
38.
6412.3720841364K
48.
3712.
1720.71375K
58.
8012.
4920.71376K
65.
818.
7114.951207K
79.
3714.
2924.581728K
89.
2313.
7423.931539K
99.
6514.
2324.3816610K
109.
5513.
8423.
841836、10kv供电线路的选择
6.1电缆选择原则供电电缆是根据机械设备配置图拟定,应符合安全、经济、操作灵活、系统简单、保护完善、便于检修等项要求原则如下
1.保证供电可靠,力求减少使用开关、起动器、使用电缆的数量应最少原则上一台起动器控制一台设备
2.采区变电所动力变压器多于一台时,应合理分配变压器负荷,通常一台变压器担负一个工作面用电设备
3.变压器最好不并联运行
4.采煤机宜采用单独电缆供电,工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电上山及顺槽输送机宜采用干线式供电
5.配电点起动器在三台以下,一般不设配电点进线自动馈电开关
6.工作面配电点最大容量电动机用的起动器应靠近配电点进线,以减少起动器间连接电缆的截面
7.供电系统尽量减少回头供电
6.2电缆长度的确定为了便于安装维护,便于设备移动,确定电缆长度时还应考虑以下几点
(1)移动设备的电缆,须增加机头部分活动长度3~5m
(2)当电缆有中间接头时,应在电缆两端头各增加3m
(3)对半固定设备的电动机至就地控制开关的电缆长度,一般取5~10m
(4)掘进配电点的电源电缆长度,一般按设计矿井投产时标准再加100m配备
(5)掘进配电点至掘进设备的电缆长度,按配电点移动距离考虑,但电缆长度以不超过100m为宜
6.3电缆型号的确定
1、10kV电缆的选择按长时允许电流初选导线截面,并按短路条件校验其动稳定和热稳定
(1)按正常持续工作电流选择,考虑最大长时工作电流时A按长时允许电流校验导线截面本所环境温度为60℃,故环境温度为36℃时,导线的温度修正系数A查表土壤修正系数Ktr=
1.5,并排修正系数Kp=
0.93故差表可知交联聚乙烯系绝缘聚氯乙烯护套3*12mm铜芯电缆允许截流量I=386A电缆允许电流Ial=KtKpKtrIal=
392.1A满足要求查表可知,R0=
0.18Ω/kmX=
0.095Ω/km线路损耗ΔΔ井下线路的总功率允许电压损失校验ΔU%=PR+QX/10=
5122.32×
1.0×
0.18+
5080.57×
1.0×
0.
0951.4%5%满足电压损失要求经济电流密度校验查表得知铜芯电缆在年最大负荷利用小时数为5000小时以上时,是比较经济的
(2)热稳定校验按热稳定选择最小截面为式中C—热稳定系数,铝母线取95;—集肤效应系数,取1;—稳态短路电流,=
9.12kA;—假想时间,=1+
0.2=
1.2s(继电保护1S,断路器固有动作时间
0.2S)则最小热稳定截面为,满足要求所选电缆型号见表序号符合名称电缆型号1井下负荷交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3×1202车间配电交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3×163生活配电交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3×184办公配电交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆3×
186.410kV架空线的选择按经济电流密度选择导线截面,按长时允许电流校验导线截面,并进行热稳定和电压损失校验
(1)瓦斯抽泵站
①按经济电流密度选择导线截面负荷电流为A本所环境温度为70℃,故环境温度为36℃时,导线的长时允许载流量为查表选择LGJ-35型钢芯铝绞线,40度时允许截流量I=137AI=137*
0.87=
119.2A满足要求查表得线路损耗ΔΔ瓦斯抽放泵站线路的总功率允许电压损失校验ΔU%=PR+QX/10=
721.63×
1.0×
0.89+
637.83×
1.0×
0.
430.91%5%满足允许电压损失要求机械强度校验查表得钢芯铝绞线最小截面为
16.所以LGJ-35满足机械强度要求主斜井配电,风机配电,瓦斯抽放泵站,地面照明均选择架空线,选择方法同上,经过校验允许电压损失,机械强度,均符合设计要求所选架空线型号见表表6—1架空线型号表序号符合名称架空线型号1主斜井配电LGJ-352风机配电LGJ-353瓦斯抽放泵站LGJ-354地面照明LGJ-
357、35kv供电线路选择
7.1供电线路选择原则
1、按经济电流密度计算选定电缆截面,对于输送容量较大,年最大负荷利用的小时数较高的高压电缆尤其应按经济电流密度对其截面进行计算
2、按最大持续负荷电流校验电缆截面,如果向单台设备供电时,则可按设备的额定电流校验电缆截面
3、按系统最大运行方式时发生的三相短路电流校验电缆的热稳定性,一般在电缆首端选定短路点井下主变电所馈出线的最小截面,如果采用的铝芯电缆时,应该不小于50mm
24、按正常负荷及有一条井下电缆发生故障时,分别校验电缆的电缆的电压损失
5、固定敷设的高压电缆型号按以下原则确定1)在立井井筒或倾角45°及其以上的井筒内,应采用钢丝铠装不滴流铅包纸绝缘电缆,钢丝铠装交联聚乙烯绝缘电缆,钢丝铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢丝铠装铅包纸绝缘电缆1)在水平巷道或倾角45°以下的井巷内,采用钢带铠装不滴流铅包纸绝缘电缆,钢带铠装聚氯乙稀绝缘电缆或钢带铠装铅包纸绝缘电缆1)在进风斜井,井底车场及其附近,主变电所至采区变电所之间的电缆,可以采用铅芯电缆,其它地点必须采用铜芯电缆
6、移动变电站应采用监视型屏蔽橡胶电缆
7.2选择步骤
1、按经济电流密度选择电缆截面:A1=In/nJ=
7.2/1×
1.73=
4.2mm2式中A——电缆的计算截面mm2;In——电缆中正常负荷时持续电流,In=SB1/×Ue=
74.13/×6=
7.2A;n——同时工作的电缆根数,n=1;J——经济电流密度,A/mm2见《设指》表2-18,取J=
1.73Amm2;A2=In/nJ=
13.84/1×
1.73=
7.92mm2式中In——电缆中正常负荷时持续电流,In=SB2/×Ue=
143.8/×6=
13.84A;查取电缆型号为L1ZLQP20-60003×50;L2ZLQP20-60003×
702、校验方法
(1)、按持续允许电流校验电缆截面KIP=
55.875へ
167.5×10A>Ia=
7.2A式中IP——环境温度为25度时电缆允许载流量A由《设指》表查取IP=125;K——环境温度不同时载流量的校正系数由《设指》表查取
0.447≤K≤
1.34;Ia——持续工作电流Ia=SB1/×Ue=
74.13/×6=
7.2A;KIP=
55.875へ
167.5>Ia符合要求
(2)电缆短路时的热稳定条件检验电缆截面取短路点在电缆首端取井下主变电所容量为50MVA则Id
(3)=Sd/×Up=50×103/×
6.3=
4582.4AAmin=Id
(3)×/C=
4582.4×/90=
25.46mm2A1=50mm2式中Amin——电缆最小截面mm2;Id
(3)——主变电所母线最大运行方式时的短路电流A;tj——短路电流作用假想时间S;对井下开关取
0.25S;C——热稳定系数由《设指》表查取C=90;符合要求
3、按电压损失校验电缆截面△U%=KPL/1000=
2.498×
111.2×
0.3/1000=
0.08%7%式中△U%——电缆电缆中电压损失的百分数;K——兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失百分数由《设指》表查取10KV铝芯电缆兆瓦公里负荷矩电缆中电压损失K=
2.498;PL——电缆输送的有功功率;7%——允许电压损失百分数;故满足要求因此所选ZLQP20-60003×50的高压电缆符合要求
8、电气设备的选择
8.1电气设备的选择原则变电所主要的电气设备有高压断路器;隔离开关;熔断器;电压互感器;电流互感器;避雷器;母线和绝缘子;成套配电装置(包括高压开关柜和低压配电屏)
1.电气设备选择的原则对各种电气设备的基本要求是正常运行时安全可靠,短路通过短路电流时不致损坏,因此,电气设备必须按正常工作条件进行选择,按短路条件进行校验a.按正常条件选择1环境条件电气设备在制造上分户内、户外两大类此外,选择电气设备,还应根据实际环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔区或湿热地区等方面的要求
②按电网额定电压选择电气设备的额定电压在选择电器时,一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压的条件选择,即
③安最大长时负荷电流选择电气设备的额定电流电气设备的额定电流应不小于通过它的最大长时负荷电流,即2按短路情况校验
①按短路情况来校验电气设备的动稳定和热稳定2按装置地点的三相短路容量来校验开关电器的断流能力
8.235v开关柜的选择根据设计要求与据算,我们选择KYN61-
40.5铠装移开式交流金属封闭开关柜作为发电厂、变电站及工矿企业接受和分配电能的之用,对电路起到控制、保护和检测等功能,还可以用于控制频繁操作的场所KYN61-
40.5Z型铠装移开式交流金属封闭开关柜系三相交流50Hz、额定电压
40.5kV的户内成套配电装置作为发电厂、变电站及工矿企业接受和分配电能的之用,对电路起到控制、保护和检测等功能,还可以用于控制频繁操作的场所 ■ 使用环境条件 环境温度上限+40℃,下限-10℃; 相对湿度日平均值不大于95%,月平均值不大于90%; 海拔高度不超过1000m; 饱和蒸汽压日平均值不大于
2.2×10-3Mpa月平均值不大于
1.8×10-3Mpa; 地震烈度不超过8度; 水蒸气压力日平均不超过
2.2Pa月平均不超过
1.8Pa; 无火灾、爆炸危险、严重污染、化学腐蚀及剧烈震动的场所
8.3断路器的选择高压断路器是供电系统中最重要的电气设备之一它具有完善的灭弧装置,是一种专门用于切断和接通电路的开关设备正常运行时把设备或线路接入或退出运行,起着控制作用当设备或线路发生故障是,能快速切出故障回路,保证无故障部分正常运行,起着保护作用高压断路器除按电气设备的一般原则选择外,还必须按断路器的功能校验其额定断流容量(或开断电流)、额定关合电流等各项指标根据数据以及设计要求,与开关柜配套的断路器为ZN-
40.5,额定电压35kv与设计相符,符合要求查表可知所选ZN-
40.5型断路器额定工作电流为1250A显然有显然,故该断路器满足要求该断路器使用温度-5到40度,海拔不高于1000,湿度不大于90,使用条件与上述条件符合,故满足环境需求查表可知所以大于
5.89即所选断路器满足热稳定需要查表可知所以隔离开关满足动稳定要求=
10.37KA所以断路器满足开断能力要求综上所述,ZN-
40.5满足设计要求由于所选开关柜的不同结线方案中的型号相同,同理,校验方法相同,所以,所选方案的断路器均符合要求
8.4电流互感器的选择本设计中所选所选的KYN1-61-
40.5型开关柜中的电流互感器型号为Lcz-35,查表得该电流互感器额定短时热电流为18kA
5.89KA.所以该电流互感器满足热稳定性要求
8.510kv开关柜的选择根据设计要求与据算,我们选择KYN1-10型开关柜KYN1-10型开关柜系三相交流50Hz、额定电压3-10kV的户内成套配电装置作为发电厂、变电站及工矿企业接受和分配电能的之用,对电路起到控制、保护和检测等功能,还可以用于控制频繁操作的场所 ■ 使用环境条件 环境温度上限+40℃,下限-10℃; 相对湿度日平均值不大于95%,月平均值不大于90%; 海拔高度不超过1000m; 饱和蒸汽压日平均值不大于
2.2×10-3Mpa月平均值不大于
1.8×10-3Mpa; 地震烈度不超过8度; 水蒸气压力日平均不超过
2.2Pa月平均不超过
1.8Pa; 无火灾、爆炸危险、严重污染、化学腐蚀及剧烈震动的场所由资料可知,厂矿环境完全符合该型号开关柜的使用条件
8.6断路器的校验根据数据以及设计要求,与开关柜配套的断路器为ZN10-10,额定电压10kv与设计相符,符合要求可知所选ZN10-10型断路器额定工作电流为1250A有显然,故该断路器满足要求该断路器使用温度-5到40度,海拔不高于1000,湿度不大于90,使用条件与上述条件符合,故满足环境需求查表可知所以大于
9.02即所选断路器满足热稳定需要查表可知所以隔离开关满足动稳定要求=
13.77KA所以断路器满足开断能力要求综上所述,ZN-
40.5满足设计要求
8.7电流互感器的校验本设计中所选所选的KYN1-10型开关柜中的电流互感器型号为LFSQ-10,查表得该电流互感器额定短时热电流为63kA....
889.02kA.所以该电流互感器满足热稳定性要求综上所述,通过校验,所选方案中的KYN61-
40.5型开关柜和KYN1-10型开关柜均符合设计要求
9、继电保护设定
9.
1.断路器上保护的设置与配合这是两台主变压器侧的控制开关,变压器主保护采用差动保护和气体保护,但为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流,并作为差动保护和气体保护的后备,还必须设置定时过流和过负荷保护对于单侧电源的双绕组变压器,定时过流保护和过负荷保护装设在电源侧,保护动作时同时变压器两侧的开关跳闸其中定时电流的动作应比QF
1、QF2短一个限极差为了避免重叠和增加时限配合的困难,QF6、QF7可仅设差动保护
9.2各10KV低压馈出线断路器的设置与配合用于控制保护10KV馈出线的各断路器,供电于终端负荷,故可按规定设置瞬时速断和定时过流两段式保护但瞬时速断的动作电流若安常规方法整定,对于10KV线路保护范围就很短,有些情况下几乎为零,故可用瞬时速断作为主保护(保护全长),而定时过流为近后备保护
9.310KV联络开关的保护设置与配合QF8用作10KV母线分段开关,它的过流保护设置,主要考虑故障运行情况如主变压器T2因故停运,有T1单独供电,QF8合闸运行情况此时若QF8不设保护,则当6KV的母线右端发生短路时,将使QF4跳闸而使全企业停电,如设有保护,则此时QF8跳闸,切除右端母线,左端母线仍可继续供电,因此提高了供电系统的可靠性为了与6KV出线的瞬时速断保护配合,QF8上可设置限时速断保护
9.4变压器的保护设置变压器是电力系统的主要设备之一,他的正常运行对供电系统的可靠性意义重大,电力变压器的常用保护装置有气体保护、差动保护、过电流保护和过负荷保护等
9.5变压器的气体保护气体保护主要用于变压器油箱内部故障的主要保护以及油面过低保护气体保护是利用安装于油箱和油枕间管道中的机械式气体继电器来实现的气体保护的主要优点是动作快,灵敏度高,稳定可靠,接线简单,能反应变压器油箱内部的各种类型的故障,特别是短路匝数很少的匝间短路,其他保护可能不动作,对这种故障气体保护具有特别重要的意义,所以气体保护式变压器内部故障的主要保护之一
9.6变压器的差动保护差动保护用于变压器内部绕组、绝缘套管及出线相间短路的主保护
9.7变压器过负荷保护变压器过负荷大都是三相对称的所以负荷保护可采用单电流继电器接线方式,经过一定延时作用于信号,在无人值班的变电所内,也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷
9.8变压器的过流保护为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流,并作为差动和气体保护的后备,变压器还必须装设过电流保护对于单侧电源的变压器,过流保护安装在电源侧,过流保护动作时切断变压器各侧开关过流保护安躲过最大工作电流整定,启动值比较大,不能满足灵敏要求可设电压闭锁的过电流保护以提高灵敏度
10、变电所的防雷与接地
10.1变配电所的防雷设计变电所是供电系统的枢纽,一旦遭到雷击造成停电故障,将会对社会生产生活造成很大的影响,故必须装设可靠的防雷设备,对直击雷和线路侵入的雷电波进行防护故本设计在35kV线路上各装设一组FZ-35型避雷器,并在10kV侧的两段母线上装设两组FZ-6型阀型避雷器,置于互感器内,为了限制入侵波的幅值及陡度,保证阀型避雷器的应有工作条件,变电所进线段设置保护,在变电所四周设置四根避雷针
10.2变电所的防雷措施
1、35kV进线段保护在进入变电所前两公里的线段上设置GJ-35型避雷线,并在进入变电所时在35kV进线处装设管型避雷器,据35kV母线的最大短路电流为
2.89kA,最小短路电流为
1.79kA的条件选用GXS135/
0.5~4型管型避雷器其断流量下限为
0.5kA上限为4kA,满足要求
2、装设避雷针
(1)避雷针的布置布置如图所示,在变电所四周装设四支避雷针,每支针距构件在5米以上,接地体在地下应与设备接地线相距3米以上
(2)避雷针有效高度的计算避雷针的高度图中四支避雷针所形成的长方形可将其分为两个三角形,每个三角形外侧按双支避雷针的方法计算,当三角形相邻各对避雷针的时,则全部面积被保护由双支避雷针保护范围计算可知,当时,其条件为针
1、2的距离等于针
3、4的距离,即针
1、3的距离等针
2、4的距离,即针
1、4的距离等针
2、3的距离,即由以上计算可知,针
1、2的高度为
7.3+4=
11.3m,针
3、4的高度为为
7.3+
6.18=
13.48m,考虑留有一定富裕度取19m,两针间距与针高之比不宜大于5,故选用19m高避雷针量取各D/2作相应的两针间连接的中垂线,量取各相应的值,由端点作对应针的保护圆的切线,即得全部保护范围若变电所的所有被保护物均被包括在内,即达到保护要求从上述计算可知,均大于零,即变电所全部被保护在其保护范围
(3)避雷针的接地避雷针的接地采用独立的接地般,与所内接地网应保持5米间距,采用5根直径50mm,
2.5m长的镀锌钢管构成多边形,40ⅹ4的镀锌扁钢引至墙外,埋入
0.35米深的冻土层
3、高压侧装设阀式避雷器主要用来保护主变压器,以免雷电流冲击波沿高压线路侵入变电所,损坏了变电所这一最关键的设备为此要求避雷器应尽量靠近变压器安装,其接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地,
10.3接地装置的设计及计算
10.
3.1保护接地方案设计本所地质为砂质粘土,冻土层厚
0.35米,土壤电阻率100,拟采用水平接地长网,埋于
0.8米深的冻土之下,和变电所共用一个接地装置,查得扁钢接地电阻为1Ω时,40ⅹ4扁钢约为200米长,,在室内外均铺设人工接地网,采用长孔网布置,且将边角作成圆弧状,以减弱该处场强
10.
3.2保护接地装置计算110kV接地电流本所10kV电缆长度=
16.1km,6kV架空线网=6km,则允许接地电阻为35kV、6kV均为中性点不接地的小电流系统,高低压共用接地网,规定接地电阻≤10Ω,而计算允许值为≤
12.29Ω,故所选择接地体应使其接地电阻≤10Ω
(2)接地电阻计算
①土壤电阻率地网总面积为接地网总长度选用40ⅹ4的镀锌扁钢作为接地体,
②接地体的实际接地电阻满足要求设计总结本论文对某C矿井地面35KV变电所设计这一课题展开设计,主要完成以下方面的设计任务
(1)针对矿井的用电需求情况,用需要系数法进行了负荷计算,进行无功功率补偿,据此全矿总负荷对主变压器进行选择
(2)根据变电所主接线设计原则,对变电所的主接线进行了设计高压35kV侧采用全桥接法10kV的母线采用单母分段接线形式
(3)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依据
(4)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了选择,并对它们进行动稳定和热稳定等方面的校验
(5)防雷与接地保护是变电所保护中不可或缺的一项重要保护措施,在论文中也对其进行了介绍采用了在线路上安装阀型避雷器进行防雷保护,并在变电所四周安装了避雷针进行保护致谢语在本论文设计过程中曹老师给予了悉心的指导在毕业设计期间,她给予了我极大的指导和帮助,她那认真负责的工作作风、诲人不倦的精神风范、严谨求实的治学态度给了我很大的鼓舞和激励她在指导中所讲的知识使我受益匪浅,她的教诲我将铭记在心,这将对我以后的工作和生活产生重大的影响,并将终生受益在本论文完成之际,特向曹老师表示我最衷心的感谢和祝福我还要感谢大学四年里所有的老师们,感谢他们在大学四年中诲人不倦的教导,他们在课堂上说传授的知识将使我受益终身,他们那认真负责的态度,和优秀的职业道德是我学习的楷模,在以后的工作中我将以他们我标杆端正自己的工作态度和职业道德正是得益于他们的辛勤培养,我才有能力完成此次毕业设计,在此特向所有恩师表示我最崇高的敬意和最诚挚的谢意!参考文献
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[12]刘荣玉.矿山照明信号与通讯.徐州中国矿业大学出版社,1989FaultsonPowerFirstintroductionanidealelectricalpowersystemisbythesoleconstantfrequencyandthestipulationpeak-to-peakvalueregulatedvoltagepowersupply.Butinfactasaresultoftherecentyearsalongwithsciencesandtechnologysunceasingdevelopmentthehighefficiencytradedtheclassequipmentandthemodulatorusehighintheelectricalpowersystempressesthenonlinearelementwhichthedirectcurrenttransmissiontheapplicationthemassivemisalignmentloadsappearanceaswellasthepowersupplysystemitselfexistedandsoontocauseinthesystemsvoltagewaveformdistortiontobegettingmoreandmoreserioushascausedtheverybigharmtotheelectricalpowersystemforexample:Causesinthepowersupplysystemtheparttoloseincreasesreducescurrentcollectorsservicelifetodisturbthecommunicationsystemandsoon.Seriouswhenevencanalsocauseequipmentthedamageautomaticcontrolmalfunctionrelayprotectionmisoperationthuscreatesthepowercutaccidentandsoonandotherquestions.So-calledthefriendknowsotherisundefeatedinmanybattlesthereforemustrealizetotheelectricalnetworkovertonecomprehensiveprogramofpublicordermustmakecleartheovertoneoriginandtheelectricalnetworkinundertheeachdifferentmovementwaytheovertonetidalcurrentdistributedsituationadoptsthecorrespondingmeasurelimitandtheharmoniccancellationthuschangesthefriendlypowersupplysystempowersupplyqualityandguaranteessystemssecurityeconomymovement.Eachyearnewdesignofpowerequipmentbringaboutincreasedreliabilityofoperation.Neverthelessequipmentfailuresandinterferencebyoutsidesourcesoccasionallyresultinfaultsonelectricpowersystems.Ontheoccurrenceofafaultcurrentanvoltageconditionsbecomeabnormalthedeliveryofpowerfromthegeneratingstationtotheloadsmaybeunsatisfactoryoveraconsiderableareaandifthefaultedequipmentisnotpromptlydisconnectedfromtheremainderofthesystemdamagemayresulttootherpiecesofoperatingequipment.Afaultyistheunintentionalorintentionalconnectingtogetheroftwoormoreconductorswhichordinarilyoperatewithadifferenceofpotentialbetweenthem.Theconnectionbetweentheconductorsmaybebyphysicalmetalliccontactoritmaybethroughanarc.Atthefaultthevoltagebetweenthetwopartsisreducedtozerointhecaseofmetal-to-metalcontactsortoaverylowvalueincasetheconnectionisthroughanarc.Currentsofabnormallyhighmagnitudeflowthroughthenetworktothepointoffault.Theseshort-circuitcurrentswillusuallybemuchgreaterthanthedesignedthermalabilityoftheconditioninthelinesormachinesfeedingthefault.Theresultantriseintemperaturemaycausedamagebytheannealingofconductorsandbythecharringofinsulation.Intheperiodduringwhichthefaultispermittedtoexistthevoltageonthesysteminthenearvicinityofthefaultwillbesolowthatutilizationequipmentwillbeinoperative.Itisapparentthatthelateconditionsthatexistduringafaultandprovideequipmentproperlyadjustedtoopentheswitchesnecessarytodisconnectthefaultedequipmentfromtheremandingofthesystem.Ordinarilyitisdesirablethatnootherswitchesonthesystemareopenedassuchbehaviorwouldresultinunnecessarymodificationthesystemcircuits.Adistinctionmustbemadebetweenandanoverload.Anoverloadimpliesonlythatloadsgreaterthanthedesignedvalueshavebeenimposedonsystem.Undersuchacircumstancethevoltageattheoverloadpointmaybelowbutnotzero.Thisundervoltageconditionmayextendforsomedistancebeyondtheoverloadpointintotheremainderofthesystem.Thecurrentintheoverloadequipmentarehighandmayexceedthethermaldesignlimits.Neverthelesssuchcurrentsaresubstantiallylowerthaninthecaseofafault.Servicefrequentlymaybemaintainedbutatbelow-standardvoltage.Overloadsarerathercommonoccurrencesinhomes.Forexampleahousewifemightplugfivewaffleironsintothekitchencircuitduringaneighborhoodpart.Suchanoverloadifpermittedtocontinuewouldcauseheatingofthewiresfromthepowercenterandmighteventuallystartafire.Topreventsuchtroubleresidentialcircuitsareprotectedbyfusesorcircuitbreakerswhichopenquicklywhencurrentsabovespecifiedvaluespersist.Distributiontransformersaresometimesoverloadsascustomersinstallmoreandmoreappliances.Thecontinuousmonitoringofdistributioncircuitsisnecessarytobecertainthattransformerssizesareincreasedasloadgrows.Faultsofmanytypesandcausesmayappearonelectricpowersystems.Manyofusinourhomeshaveseenfrayedlampcordswhichpermittedthetwoconductorsofthecordtocomeincontactwitheachother.Whenthisoccursthereisaresultingflashandifbreakerorfuseequipmentfunctionsproperlythecircuitisopened.Overheadlinesforthemostpartareconstructedofbareconductors.Therearesometimesaccidentallybroughttogetherbyactionofwindsleetstreescranesairplanesordamagetosupportingstructures.Overvoltagesduetolightingorswitchingnaycauseflashoverofsupportingorfromconductortoconductor.Contaminationoninsulatorssometimesresultsinflashoverevenduringnormalvoltageconditions.Theconductorsofundergroundcablesareseparatedfromeachandfromgroundbysolidinsulationwhichnaybeoil-impregnatedpaperoraplasticsuchpolyethylene.Thesematerialsundergosomedeteriorationwithageparticularlyifoverloadsonthecableshaveresultedintheiroperationatelevatedtemperature.Anysmallvoidpresentinthebodyoftheinsulatingmaterialwillresultsinionizationofthegascontainedthereintheproductsofwhichreactunfavorablywiththeinsulation.Deteriorationoftheinsulationmayresultinfailureofthematerialtoretainitsinsulatingpropertiesandshortcircuitswilldevelopbetweenthecableconductors.Thepossibilityofcablefailureisincreasediflighteningorswitchingproducestransientvoltageofabnormallyhighvaluesbetweentheconductors.Transformerfailuresmaybetheresultofinsulationdeteriorationcombinedwithovervoltageduetolightningorswitchingtransients.Shortcircuitduetoinsulationfailurebetweenadjacentturnsofthesamewindingmayresultfromsuddenlyappliedovervoltage.Majorinsulationmayfailpermittingarcstobeestablishedbetweenprimaryandsecondarywindingsorbetweenwindingandgroundedmetalpartssuchasthecoreortank.Generatorsmayfailduetobreakdownoftheinsulationbetweenadjacentturnsinthesameslotresultinginashortcircuitinasingleturnofthegenerator.Insulationbreakdownmayalsooccurbetweenoneofthewindingandthegroundedsteelstructureinwhichthecoilsareembedded.Breakdownbetweendifferentwindingslyinginthesameslotresultsinshort-circuitingextensivesectionofmachine.Balancedthree-phasefaultslikebalancedthree-phaseloadsmaybehandledonalineto-neutralbasisoronanequivalentsingle-phasebasis.Problemsmaybesolvedeitherintermsofvoltsamperesandohms.Thehandingoffaultsonsingle-phaselinesisofcourseidenticaltothemethodofhandingthree-phasefaultsonanequivalentsingle-phasebasis.Faultsmaybeclassifiedaspermanentortemporary.Permanentfaultsarethoseinwhichinsulationfailureorstructurefailureproducesdamagethatmakesoperationoftheequipmentimpossibleandrequiresrepairstobemade.Temporaryfaultsarethosewhichmayberemovedbydeenergizingtheequipmentforashortperiodoftimeshortcircuitsonoverheadlinesfrequentlyareofthisnature.Highwindsmaycausetwoormoreconductionstoswingtogethermomentarily.Duringtheshortperiodofcontact.Anarcisformedwhichmaycontinueaslongaslineremainsenergized.Howeverifautomaticequipmentcanbebroughtintooperationtoserviceassoonastheareisextinguished.Arcsacrossinsulatorsduetoovervoltagesfromlightingorswitchingtransientsusuallycanbeclearedbyautomaticcircuit-breakeroperationbeforesignificantstructuredamageoccurs.Electricalpowersystemovertonesoriginintheelectricalpowersystemtheovertonesourceismanyandvaried.Mainlyhasthefollowingseveralkinds:in1systemseachkindofmisalignmentcurrentcollectorforexample:Tradestheclassequipmentthemodulatortheelectrificationrailroadthearcfurnacefluorescencethelampthedomesticelectricappliancesaswellaseachkindofelectronicenergyconservationcontroldeviceandsoonistheelectricalpowersystemovertoneimportantsource.Eveniftheseequipmentsuppliesitsidealsinewavevoltageitusestheelectriccurrentisalsonon-linearnamelyhastheharmoniccurrentexistence.Andthesetheequipmentproducestheharmoniccurrentwillalsopourintotheelectricalpowersystemwillcausesystemeachplacevoltagetohavetheharmoniccomponent.Theseequipmentsharmonythewavecontentdecidedthatinitscharacteristicandtheworkingconditionbasicallyhasnothingtodowiththeelectricalpowersystemparametermayregardasovertoneconstantflowthesource.2thepowersupplysystemitselfexiststhenonlinearelementisovertoneanotherorigin.Thesenonlinearelementmainlyhasthetransformertostirupthecapacitorwhichthereactorgroupthemagnetismlegthealternatinganddirectconvertorstationssilicon-controlledrectifiercontrollingelementthesilicon-controlledrectifiercontrolandsoon.3rdlikethefluorescentlampthedomesticelectricappliancesandsoonsinglecapacityisnotbigbutquantityandspreadsverygreatlyineachplaceelectricpowerdepartmentwithdifficultymanagementcurrentcollector.Iftheseequipmentscurrentharmonicscontentisoversizedwillthenhavetheseriousinfluencetotheelectricalpowersystemtothiskindofequipmentscurrentharmonicscontentwhenmanufacturenamelyshouldlimitincertainquantityscope.4thegeneratorsendoutovertoneelectricpotential.Thegeneratorwillsendouttheovertoneelectricpotentialatthesametimealsotohavetheovertoneelectricpotentialproductionitsovertoneelectricitythepotentialwillbedecidedbygeneratorsstructureandtheworkingconditionbasicallywillhavenothingtodowiththeexternalconnectionimpedance.Thereforemayregardasovertoneconstantpressuresourcebutitsvalueisverysmall.thethreeelectricalpowersystemovertonetidalcurrentcalculatestheso-calledelectricalpowersystemovertonetidalcurrentcomputationisthroughsolutionnetworkequationIn=YnUnn=
357......n:Agreeswavenumberthenumber.Inistheovertonesourceloadpoursintoelectricalnetworksnsubharmonicelectriccurrentrowvector.Yniselectricalnetworksnsubharmonicconductance.Unisintheelectricalnetworkavariousnodesbusbarnsubharmonicvoltagerowvector.Obtainsintheelectricalnetworkvariousnodesbusbartheharmonicvoltageenterstoobtaininvariouslegsharmoniccurrent.Whenintheelectricalpowersystemtheexistencehastheovertonesourcethistimeinthesystemthecontactvoltageandthebranchcurrentwillhavethehigherharmonic.Forthedeterminationharmonicvoltageandharmoniccurrentsinpowersupplysystemdistributionneededtocarryontotheovertoneimpedanceconstitutionequivalentcircuitthetidalcurrentcomputationwhensimultaneouslyintherectifierunitpowersupplysystempossessedforbearancethepartexistedbutmustactaccordingtovariouslegsovertoneimpedancethenatureandthesizewhetherthereisexaminedtheresonantsituation.carriesontheovertonetidalcurrentcomputationmustfirstdeterminetheelectricalnetworkpartsovertoneimpedance.
3.1electricalnetworkeachkindofpartsovertoneimpedance:1synchronousgeneratorsovertoneimpedancethequalifiedgeneratorselectricpotentialisthepuresinedoesnotincludethehigherharmonicitsgeneratorelectricpotentialonlyexistsinthefundamentalwavenetwork.inhigherharmonicnetworkbecausethegeneratorovertoneelectricpotentialisverysmallthistimethevisiblegeneratorovertoneelectricpotentialiszero.Thereforeitsandsoonthevalueelectriccircuitisthejunctorendandneutralpointovertonereactance.Becauseofthischaracteristicoffaultsonlinesmanycompaniesoperatefollowingaprocedureknownashigh-speedreclosing.Ontheoccurrenceofafaultthelineispromptlydeenergizedbyopeningthecircuitbreakersateachendoftheline.Thebreakersremainopenlongenoughforthearctoclearandthenrecloseautomatically.Inmanyinstancesserviceisrestoredinafractionofasecond.Ofcourseifstructuredamagehasoccurredandthefaultpersistsitisnecessaryforthebreakerstoreopenandlockopen.供电故障一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的但实际上,由于近年来随着科学技术的不断发展,在电力系统中大功率换流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重,对电力系统造成了很大的危害,如使供电系统中的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿命、干扰通讯系统等严重时甚至还能使设备损坏,自动控制失灵,继电保护误动作,因而造成停电事故等及其它问题所谓知己知彼,百战不殆,因此要实现对电网谐波的综合治理就必须搞清楚谐波的来源及电网在各种不同运行方式下谐波潮流的分布情况,以采取相应的措施限制和消除谐波,从而改善供电系统供电质量和确保系统的安全经济运行.每年新设计的电力设备都使系统的可靠性不断提高,然而,设备的使用不当以及一些偶然遇到的外在因素均会导致系统故障的发生发生故障时,电流、电压变化得不正常,从电厂到用户的送点在相当大得内不令人满意此时若故障设备不立即从系统中切除的话,则会造成其他运行设备的损坏故障是由于有意或无意地使两个或更多的导体接触造成的导体间本来是有电位存在的,而这种接触可能是金属性接触,也可能是电弧引起的如果是前者造成的故障,则两部分导体之间电压下降为零;若为后者,则电压变得很低,超常的大电流经过网络流至故障处此短路电流通常会大大超出导线以及供电发电机的热承受能力,其结果,温度的升高会导致导体烧毁或绝缘焦化在允许的期限内,最靠近故障处的电压会变得很低,致使用电设备无法正常运行显然,系统设计者必须事先考虑到故障可能发生在什么地方,能够推测出故障期间的各种情况,提供调节好的设备,以便驱动为将故障设备切除所必须断开的开关能够跳闸通常希望此时系统无其他开关打开,否则会导致系统线路不必要的修改过负荷与故障是两个概念过负荷仅指施加于系统的负荷超过了设计值发生这种情况时,过负荷处的电压可能很低,但并不等于零这种电压不足的情形可能会超过过负荷处蔓延一定距离,进而影响系统其它部分过负荷设备的电流变大而超过预定的热极限,但是这种情况比发生故障时的电流要小此时,供电虽然往往能维持,但电压较低过负荷的情况在家里发生,例如请街坊邻居聚会时,女主人可能将五个化夫饼干烘烤器的插头同时插入厨房的插座,诸如次类的过负荷倘若不能迅速处理的话,就会造成电力线发热甚至酿成火灾为了避免这种情况的发生,须采用保险丝或短路器来保护住宅区电路免受损坏断路器会在电流超出预定值时迅速切断电路当用户安装的用电器增加时,也会超过变压器负荷能力,因此有必要不时地监视配电线路以确保在负荷增加时变压器的容量也相应增加电力系统会发生各种类型,由各种原因引起的故障我们在家里看到过破损的照明灯电线,使得其两根导线相触,并会发出弧光如果此时断路器或保险丝能够正常工作,则电路能被自动切断大部分架空明线是用裸导体假设的,又是由于风、雨、雷、或大树、起重机,飞机及支撑物的损坏等因素会使导线偶然碰到一起由雷电或开关瞬变过程中引起的过电压会在支撑物或导体之间产生电弧,即使在电压正常的情况下,绝缘材料的污染也会引起电弧通常采用油浸电缆纸或聚乙烯一类固体塑料绝缘材料将埋地电缆中的导线与导线和导线与地隔开这些绝缘会随着时间的流逝而老化,尤其是在过负荷引起高温下运行时候更是如此绝缘材料内的空隙会造成气体的电离,其生成物对绝缘不利绝缘材料老化会引起绝缘性能下降而导致导线短路电缆故障的可能性会因雷电或开关瞬间引起的导线的电压骤然变高而增加变压器故障可能是由绝缘老化、加上雷电、开关瞬变过程导致的过高压造成的同一绕组相邻线圈之间由于绝缘问题造成的短路可能是由于突然遇到外加高压电所致绝缘失败会在一次绕组与二次绕组之间或绕组与接地金属部件如铁芯或变压器外壳之间产生电弧发电机故障可能是由于同一槽中相邻线圈之间绝缘被破坏而造成的,其结果会导致发电机匝内短路绝缘损坏也可能发生在某一绕组与定子铁芯的接地钢架构之间同一槽内不同绕组之间的绝缘损坏会导致电机大范围短路像处理平衡三相负荷一样,处理平衡三相故障也是依照基于由火线到零线的电路或等效单相电路的原则进行可以通过电压、电流和电阻的规律求解问题当然,单相线路上故障的处理方法也可以用于在单相等效电路下三相故障的处理中故障有永久性故障及暂时性故障之分永久性故障指绝缘或结构上的损坏,致使设备不能维修则无法运行暂时性故障指通过给设备临时断电即可排出的故障,架空线路往往就有这个特点大风可能会使两根导线瞬时间碰在一起,并产生电弧只要线路通电,此电弧会一直存在然而如果能借助自动化设备使导线迅速断电的话,就不会造成任何损失了,一旦电弧熄灭,线路即可自行恢复有雷电及开关切换产生的过电压引起的绝缘材料飞狐则可通过自动化开关设备动作,在严重的结构损坏发生之前便得到排除电力系统中谐波源是多种多样的主要有以下几种
1、系统中的各种非线性用电设备如换流设备、调压装置、电气化铁道、电弧炉、荧光灯、家用电器以及各种电子节能控制设备等是电力系统谐波的主要来源这些设备即使供给它理想的正弦波电压,它取用的电流也是非线性的,即有谐波电流存在并且这些设备产生的谐波电流也会注入电力系统,使系统各处电压产生谐波分量这些设备的谐波含量决定于它本身的特性和工作状况,基本上与电力系统参数无关,可视为谐波恒流源
2、供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源这些非线性元件主要有变压器激磁支路、交直流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、电抗器组等
3、如荧光灯、家用电器等的单个容量不大,但数量很大且散布于各处,电力部门又难以管理的用电设备如果这些设备的电流谐波含量过大,则会对电力系统造成严重影响,对该类设备的电流谐波含量,在制造时即应限制在一定的数量范围之内
4、发电机发出的谐波电势发电机发出谐波电势的同时也会有谐波电势产生,其谐波电势取决于发电机本身的结构和工作状况,基本上与外接阻抗无关故可视为谐波恒压源,但其值很小所谓电力系统谐波潮流计算,就是通过求解网络方程In=YnUnn=357…...n谐波次数In为谐波源负荷注入电网的n次谐波电流列向量Yn为电网的n次谐波导纳阵Un为电网中各节点母线的n次谐波电压列向量求得电网中各节点(母线)得谐波电压,进而求得各支路中的谐波电流当电力系统中存在有谐波源时,此时系统中个接点电压和支路电流均会有高次谐波为了确定谐波电压和谐波电流在供电系统中的分布,需要对谐波阻抗构成的等效电路进行潮流计算,同时当整流装置供电系统中有容性元件存在时,还要根据各支路谐波阻抗的性质和大小,来检验有无谐振的情况进行谐波潮流计算,首先必须确定电网元件的谐波阻抗同步发电机的谐波阻抗合格的发电机的电势是纯正弦的,不含有高次谐波,其发电机电势只存在于基波网络在高次谐波网络里,由于发电机谐波电势很小,此时可视发电机谐波电势为零故其等值电路为连接机端与中性点的谐波电抗如果需要计及网络损耗,对于发电机,可将其阻抗角按85度估计,对于输电线,变压器和负荷等元件的等值发电机,可将其阻抗角按75度估计电力系统谐波的幅值常是随着频率的升高而衰减,故在基波潮流计算尤其是高压电网中,常忽略变压器的激磁支路和匝间电容在计算谐波电流时,只考虑变压器的漏抗,且认为与谐波次数所认定的频率成正比在一般情况下,变压器的等值电路就简化为一连接原副边节点的谐波电在高次谐波的作用下,绕组内部的集肤效应和临近效应增大,这时变压器的电阻大致与谐波次数的平方成正比鉴于线路故障的这些特征,许多公司都使用一种叫做高速重合器的装置故障发生时,线路两端的断路器跳闸,电流即被切断,经过一定的时间间隔,待电弧熄灭后,断路器又自动进行再次合闸,大多数情况下,不到一秒种即可恢复正常供电当然,如果因结构损坏,故障不能很快排除的话,则断路器必须再次跳闸且保持这种跳闸状态。