电力系统继电保护课程设计-某煤矿变电所35KV母线、主变和6KV出线的保护.doc

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1、西北民族大学课程设计任务书2012-2013学年 二 学期学院：电气工程及其自动化 编号：41课程名称电力系统继电保护指导老师学 院电气工程专 业电气工程及其自动化学生姓名班 级学 号课题概述：设计某煤矿变电所35KV母线、主变和6KV出线的保护课题具体内容：1. 确定主变的保护配置方案并说明原因；2. 确定35KV母线的保护配置方案并说明原因；3. 确定6KV出线的保护配置方案并说明原因；4. 对主变和6KV出线的保护进行整定计算。原始资料及主要参数：1. 某地区降压变电站35KV的主接线如图所示，35KV为电源侧，其低压侧没电源；2. 主变的容量比为35/6；3. 6KV出线数/长度为2/

2、50（回/km）；引出线的最大负荷为18 MW；引出线的最小负荷为16 MW，=0.8；线路的正负序电抗：。4. 35KV侧系统阻抗取0.36（标幺值）。5. 电压互感器的变比：nTV =350,000/1；6. 计算中t=0.3s，其他参数已标注于图中。35kv母线6kv母线355%/65% S716000/35T1T2QF1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF8参考资料：1 蓝之达，主编供用电工程。中国电力出版社，1996年3月2 顾永辉，等。煤矿电工手册（第二分册）矿井供电（上）煤炭工业出版社，1999年2月第1版3 胡本臣，容观海等，主编。朱家琪，刘广田等编。煤矿电工手册（第四分册

3、）。1999年11月第1版4 中国电力出版社工厂常用电气设备手册。1998年1月1日5 刘延绪，主编煤矿供电。1999年5月第一版6 电力工业部电力规划设计总院，编。电力系统设计手册。1998年6月第二版。7 王崇林，主编供电技术。1997年5月第一版。8 刘宝林，主编电气设备选择 施工安装 设计应用手册 中国水利水电出版社设计成果要求：1、说明书(论文) 2、计算书3、图 纸进度计划安排起 止 日 期要 求 完 成 的 内 容2013.6.6-2013.6.82013.6.9-2013.6.112013.6.12-2013.6.142013.6.15-2013.6.172013.6.18-2

4、013.6.201 确定主变、线路和母线保护的配置方案；2 绘制保护原理接线图和展开图；3 短路电流计算；4 保护的整定计算，结果列表；5 整理成果，包括设计图纸和报告，二者装订成册。审核摘 要本设计初步完成了煤矿地面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、继电保护方案及保护原理的绘制。通过对煤矿35KV变电站的负荷统计，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依据。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

5、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 目录1 概述11.1设计依据11.2设计目的及范围11.3 矿井基础资料12系统接线方案的选择12.1 变电所电气主接线确定12.2 主变压器选择22.3 母线的选择32.3.1 35kV母线的选择32.3.2 6kV母线的选择43短路电流计算53.1下井电缆根数的确定53.2短路计算点的确定原则53.3计算短路电流63.3.1 35kV母线K1点短路63.3.2 6kV母线K2点短路73.3.3 6kV母线至各用点设备的短路阻抗84继电保护94.1 35kV进线与联

6、络开关的继电保护整定94.1.1进线的保护整定94.1.2 35kV母线联络开关保护整定104.2变压器的继电保护整定104.3 6kV母联开关及各出线开关的保护整定134.3.1 6kV母联开关的保护整定134.3.2 各出线开关的保护整定135 保护回路接线原理图的设计195.1定时限过电流保护原理接线图195.2 变压器差动保护21结论21参考文献21附录231 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35kV110kV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

7、）。1.2设计目的及范围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。1.3 矿井基础资料1 供电电压等级：35kV2 离矿井地面变电所的距离：4km3 系统电抗最大运行方式： =0.4193最小运行方式：=0.73894 输电方式：架空线双回路5 出线过流保护动作时间：3秒6 某煤矿用电负荷统计表（见附表）2系统接线方案的选择2.1 变电所电气主接线确定本变电所是35/6KV，双电源进线的终端变电所，属双回路供电。主变容量16000KVA，故选用全桥接线。全桥接线，它由进线的两台断路器、变压器一次侧的两断路器和35KV汇流母线上

8、的联络短路器组成。这种接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越负荷时）。基于本变电所主变容量较大以及煤矿对供电可靠性运行的灵活性，操作方便等的严格要求，结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线方式。35kv母线6kv母线 355%/65% S716000/35T1T2QF1QF2QF3QF4QF5QF6QF7QF82.2 主变压器选择由于煤矿变电所有一级负荷，并且有两个回路供电，必须选择两台变压器。经统计全矿一、二级负荷的计算负荷为：有功功率12705kw,无功功率7394.1kvar.所以总的视在容量为占全矿计算负荷的

9、比例为当两台同时工作的时候，每台变压器的容量为：查资料可确定S716000/35型变压器，其技术参数如表1所示：型号额定电压（kV)额定损耗（Kw)阻抗电压空载电流连接组重量外形尺寸,m高压低压空载短路%S7-16000/35356.3197780.7Yn,d1126.1t3.56*3.47*3.582.3 母线的选择2.3.1 35kV母线的选择35kV输电线和母线选用同型号的导线1、按经济电流密度选择截面积当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV侧母线的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，35kV侧母线的电流为：=242.5A考虑通常情况下过负荷5%，则其最大长时负荷电流为=242

10、.51.05=254.6A。由于两台主变分裂运行，正常情况下线路也分裂运行，故每一回路的工作电流为： 254.6=127.3A铝绞线的经济电流密度为0.9()，导线的经济截面为：A=141.4可初选LGJ-150型钢芯铝绞线；2、按长期允许电流校验：查表得LGJ150型导线长期允许电流为445A大于长时负荷电流127.3A故符合要求。3、按电压损失校验导线截面：取几何间距为3.5m，线路长为4000m，查资料知：线路电阻r=0.21；感抗=0.398，考虑导线为多股相扭绞，按比实际增长5%则：架空线的总电阻：r=1.05r0L=1.050.214=0.882架空线的总电抗：x=1.05x0L=

11、1.050.3984=1.67所以电压损失为：U=912.5V则：=2.61%6%故电压损失满足校验要求，所选用LGJ-150型钢芯铝绞线满足要求。2.3.2 6kV母线的选择1、按正常持续工作电流选择，并考虑最大长时工作时变压器可能过载5%，=1322.3A，选用LJ185型矩形铝母线，在25C时其载流量为9.38kA，考虑温度修正系数，在环境温度为40时，修正系数为：=0.82则修正后的长时载流量为，=0.829.38=7691.6A=1322.3A；满足系统要求。2、热稳定性校验：最小需用截面： （2.1）式中：C热稳定系数，工作在40度时，取C=99；肌肤效应系数，取1.1；短路发热的

12、等值时间（限时速断的时间2.0秒，加上故有时间0.2s）则：=147.4mm21000mm2；满足要求。3、动稳定校验：按短路条件校验母线动稳定性：由于三相母线位于同一平面布置，其产生的最大机械应力为：（） （2.2）-跨距，厘米；W-母线抗弯距；a-母线相间距离；则：=1.7=419.36所以700，满足要求；又系统要求LmaxL；Lmax=； （2.3）k计算系数，对应取2570L最大允许值125cm；于是：Lmax =2570=537.2cm125cm；由以上校验知LGJ-150型母线满足系统要求；3短路电流计算3.1下井电缆根数的确定下井电缆根数Cn可按下式来确定： （3.1）式中，P

13、p、Qp井下主排水泵计算有功，无功负荷Pd、Qd井下低压总的计算有功，无功负荷“360”150m下井电缆经最高45C修正后的安全载流量“1”规程规定所必须的备用电缆。计算=2.8则至少选3根电缆，又因井下电缆应为偶数，故下井电缆根数应为4根。3.2短路计算点的确定原则本设计将35kV母线、6kV母线、各6kV出线端选为短路计算点。3.3计算短路电流3.3.1 35kV母线K1点短路设Ex=1，Sj=100MVA,Uj1=6.3kV, 短路参数1.56kA,0.43=0.088.在最大运行方式下：=0.4193图3-1 35kv侧最大运行方式k1点等效电路图短路标幺值：三相短路电流：kA短路电流

14、冲击值：短路容量：最小运行方式下：图3-2 35kv侧最小运行方式k1点短路等效电路图短路电流的标幺值：三相短路电流：两相短路电流：3.3.2 6kV母线K2点短路令Sj=100MVA,Uj=6.3kV,则9.16kA在最大运行方式下：图3-3 6kv侧最大运行方式k2点短路等效电路图=0.4193，0.43=0.088.=0.4193+0.088+0.469=0.9763最小运行方式下：图3-4 6kv侧最小运行方式k2点短路等效电路图=0.7389+0.088+0.469=1.2963.3.3 6kV母线至各用点设备的短路阻抗至地面广场的输电线路阻抗：=2.27地面广场变压器阻抗：至地面广

15、场总阻抗：至立井锅炉房阻抗：=1.01至机修厂阻抗：=0.353至坑木厂阻抗：=0.504至选煤厂阻抗：=0.242至水源井阻抗：=0.151至工人村阻抗：=0.524至通风机阻抗：=0.121至主提升机阻抗：=0.403至压风机阻抗：=0.121至副提升机阻抗：=0.403至下井阻抗：=0.091至低压设备阻抗：=0.054继电保护4.1 35kV进线与联络开关的继电保护整定4.1.1进线的保护整定1、35kV进线的定时限过流保护的整定计算动作电流：按躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自启动电流下继电器能可靠返回进行整定。最大工作电流=254.6A =4.7A （4.1）返回系数，取0.85

16、；可靠系数，取1.2；自启动系数，取1.5；电流互感器的变比；接线系数为1。查资料可选DL-34型电流继电器，其动作电流的整定范围为2.510A，线圈串联时动作电流为2.55A动作时间为0.03s，动作时限与上级变电所的出线定时限过电流保护相配合，查资料可知选用DS-122型时间继电器，时间整定范围为：0.253.5s，系统要求整定到2.5s。灵敏度校验：要求对本条线路及下一条线路或设备相间故障都有反应能力=2.81.5,满足要求。2、限时电流速断保护整定计算(1)动作电流：按躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进行整定，本设计中按6kV母线上的来整定:由短路计算知=6.12kA，折算到

17、35kV侧为=则，动作电流为：=12.96A （4.2）查表可选DL-34型电流继电器，其动作整定范围为：12.550A，动作时间不大于0.03s，选用DS-121型时间继电器，时间整定范围为0.11.3s，在本设计中系统要求整定到0.5s。(2)灵敏度校验：用保护末端35kV母线上最小两相短路电流来校验。=1.611.2;满足系统要求。4.1.2 35kV母线联络开关保护整定只设瞬时速断保护（1）动作电流：按躲开6kV母线上的最小两相短路电流来整定。=23.87A （4.3）（2）灵敏度校验：可按保护装置安装处的两相短路电流校验即：=1.7531.5，符合要求 （4.4）查表可以选DL-34

18、型电流继电器，整定范围为：12.550A4.2变压器的继电保护整定变压器的采用差动保护，选用三个BCH-2型差动继电器作差动继电保护，接线原理图见图6-1。1、变压器原、副边两侧的额定电流，电压互感器的变比，各侧二次回路的额定电流，列表如下参数名称各侧数值额定电压（kV）35kV侧6kV侧变压器额定电流（A）=249.7=923.8互感器接线方式Y电流互感器变比：=100=200二次回路额定工作电流（A）=4.89从以上计算可以看出，可以选6kV为基准侧。2、（1）计算6kV侧的一次动作电流 （4.5）=1.3（110.1+0.05+0.05）6.12103=1594.2A式中：为可靠系数，1

19、.3为非周期分量引起的误差，1为互感器的同时系数，不同型号取1，同型号取0.5，为互感器引起的最大误差，0.1为变压器改变分接头调压引起的相对误差，0.05为继电器整定匝数不等产生的相对误差，取0.05（2）按躲过励磁涌流=1906.2A （3）按躲过电流互感器二次断线，因为最大工作电流770A， =172A 因此，取1906.2A作为一次动作电流计算值，确定差动线圈匝数3、确定差动线圈和平衡线圈的匝数计算基本侧的二次动作电流=9.531A 计算差动线圈的匝数：=6.3，取=6匝。 依BCH-2内部接线选择实际整定匝数为6匝，其中取差动线圈匝数5匝，平衡线圈匝数1匝。确定35kV侧的平衡线圈的

20、匝数 计算由实际匝数与计算匝数不等而产生的相对误差 因为2故满足要求。4、过流保护动作电流=3.73A （4.6）式中：Kc为接线系数，1Kk为可靠系数，2KDL为过负荷系数，1.2Igmax为单台变压器最大负荷电流选用DL-11/10型灵敏系数校验10.941.51.2动作时限定为1s，选用DS-23型，时间继电器动作时限s4.3 6kV母联开关及各出线开关的保护整定4.3.1 6kV母联开关的保护整定6kV母联开关设置时限电流速断动作电流继电器动作电流灵敏系数校验选用DL-11/50型电流继电器。动作时限定为0.5S，选用DS-112型时间继电器4.3.2 各出线开关的保护整定（1） 电容

21、器柜保护电流整定灵敏系数校验选用DL-11/5型电流继电器2台。（2） 主井提升机电流速断保护动作电流灵敏系数校验选用DL-11/10型电流继电器过流保护动作电流取2A灵敏系数校验电流继电器选用DL-11/10型。（3） 副井提升机电流速断保护动作电流灵敏系数校验选用DL-11/10型电流继电器过流保护动作电流灵敏系数校验电流继电器选用DL-11/5型。（4） 主扇风机电流速断保护动作电流灵敏系数校验选用DL-11/10型电流继电器过流保护动作电流取3A。灵敏系数校验电流继电器选用DL-11/5型。（5） 压风机电流速断保护动作电流：=61.4A灵敏系数校验选用DL-11/5型电流继电器过流保

22、护动作电流;取2A。灵敏系数校验电流继电器选用DL-11/5型。（6）地面低压瞬时速断做主保护速断保护动作电流选用DL-11/50型电流继电器变压器最大负荷电流过流保护躲过变压器的最大负荷电流继电器动作电流选用DL-11/5型电流继电器灵敏性校验动作时间t=2-0.5=1.5S选用DS-112型时间继电器=0.25S-3S（7）地面工业广场地面工业广场变压器在所内，应按低压变压器来保护。1、瞬时电流速断保护的整定计算动作电流：=6226.7A继电器动作电流：=31.1A可选DL-25C/50型电流继电器，其动作电流的整定范围为12.550A。变压器最大负荷电流为电流：=114.55A1.5选用

23、DL-13/6型电流继电器,配用DS-122型时间继电器,时间继电器时间整定范围0.253.5s,要求配合使用,整定到1.5s.（8）立井锅炉房瞬时电流速断保护的整定计算动作电流：=39.4A可选DL-11/5型电流继电器，选用DS-122型时间继电器，灵敏度校验：=11.561.5,满足要求.（9）机修厂瞬时速断保护动作电流选用DL-11/5型电流继电器变压器最大负荷电流过流保护躲过变压器的最大负荷电流灵敏性校验动作时限=2-0.5=1.5S选用DL-11/5型电流继电器,DS-112型时间继电器(10)坑木厂1、定时限过电流保护的整定计算动作电流：=13.61A 可选DL-13/0.6型电

24、流继电器，选用DS-122型时间继电器，时间整定范围为：0.253.5s，系统要求整定到1.5s。灵敏度校验：要求对本条线路或设备相间故障都有反应能力=9.641.5,满足要求.2、无时限电流速断保护整定计算动作电流：由短路计算知=2.55kA=15.3A选用DL-25C/50型电流继电器，其动作电流的整定范围为12.550A。灵敏度校验：=48.42;满足系统要求。（11）选煤厂1、定时限过电流保护的整定计算动作电流：=228.3A =3.36A可选DL-13/6型电流继电器，其动作电流的整定范围为1.56A，选用DS-122型时间继电器，时间整定范围为：0.253.5s，系统要求整定到1.

25、5s。灵敏度校验：=2532,满足要求.2、无时限电流速断保护整定计算动作电流：由短路计算知=2.96kA=17.76A可选DL-13/50型电流继电器，灵敏度校验：=47.92;满足系统要求。(12)水源井1、无时限电流速断保护整定计算动作电流：=16.84A可选DL-11/50型电流继电器，灵敏度校验：=94.32,满足要求.2、过流保护躲过变压器的最大负荷电流灵敏度校验动作时限=2-0.5=1.5S选用DL-11/5型电流继电器,DS-112型时间继电器5 保护回路接线原理图的设计5.1定时限过电流保护原理接线图图5-1定时限过电流保护原理接线图当被保护的线路发生不同的相间短路时，电流继

26、电器一个或两个同时启动，使断路器跳闸及发出信号。其工作工程是：在交流回路中，短路电流IdLHa（或LHc或LHa及LHc）KA1（或KA2或KA1及KA2）的线圈LHa（或LHc或LHa及LHc）的末端形成回路。当短路电流大于保护的整定值时电流继电器的线圈起动，闭合常开接点，使直流回路接通。时间继电器的延时闭合常开接点用来确定时限，完成延时动作的任务。信号继电器可手动复位。图5-2交流电流回路展开图图5-3直流电流回路展开图展开图中交流回路和直流回路分开表示，分别如图5-2 图5-3所示。在展开图中，继电器线圈和触点的连接尽可能按照故障后动作顺序，自左而右，自上而下依次排列。5.2 变压器差动

27、保护图5-4 变压器差动保护原理图差动保护是保护两端电流互感器之间的故障，正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。结论此次设计基本满足了矿区的生产和生活的要求。在设计的过程中，力求使数据的计算达到精确和合理，从中得到了许多具有参考价值的数据，例如电气设备的选择、对负荷分组的确定、功率因数的提高、短路电流的计算等。对电气设备的选择应遵循合理和经济的原则。参考文献1 蓝之达，主编。供用电工程。中国电力出版社，1996年3

28、月2 顾永辉，等。煤矿电工手册（第二分册）。矿井供电（上）煤炭工业出版社，1999年2月第1版3 胡本臣，容观海等，主编。朱家琪，刘广田等编。煤矿电工手册（第四分册）。1999年11月第1版4 中国电力出版社。工厂常用电气设备手册。1998年1月1日5 刘延绪，主编。煤矿供电。1999年5月第一版6 电力工业部电力规划设计总院，编。电力系统设计手册。1998年6月第二版。7 王崇林，主编。供电技术。1997年5月第一版。8 刘宝林，主编。电气设备选择 施工安装 设计应用手册 中国水利水电出版社用电设备名称UN(kV)PN(kW)KdPca(kW)Qca(kvar)Sca(kVA)Ica(A)1

29、、地面高压主井提升机620000.90.850.62180011162117.6203.8副井提升机616000.80.850.621280793.61505.9144.9压风机612000.80.9-0.5960-460.81066.7102.62、南风井通风机68000.70.8-0.8560-42070067.4压风机65000.70.80.75350262.5437.542.1低压设备65390.70.80.75377.3283471.645.43、北风井通风机68000.70.8-0.8560-42070067.4压风机65000.70.80.75350262.5437.542.1低

30、压设备65390.70.80.75377.3283471.645.44、地面低压地面工业工场61879.60.70.770.821273.51044.31646.9158.5立井锅炉房69140.60.71.02548.4559.4783.475.4机修厂68880.40.651.17355.2415.2546.552.6坑木厂62470.40.71.0298.8100.8141.413.6选煤厂631640.60.80.751898.41423.82373228.3水源井61750.80.80.7514010517516.8工人村67350.50.71.02367.5374.952550.5

31、其它用电设备66820.50.71.02341347.8487.146.95、井下高压主排水泵高637500.90.850.623187.51976.33750360.9主排水泵正625000.90.850.6221251317.52500204.66、井下低压井底车场66420.60.80.75385.2288.9481.546.3111采区69120.60.71.02547.2558.1781.575.2113采区69050.60.71.02543553.9775.774.6124采区68990.60.71.02557.4568.5796.376.6156采区616170.80.750.881212.81067.31617.1155.6附录22