山西大同煤矿变电所设计.doc

前言本设计目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力以及实际工程设计的基础技能。电力是企业生产的主要能源。对企业应做到可靠、安全和生产的需要，供电系统是电力系统的一个重要环节，由电气设备及配电线路按一定的接线方式所组成；它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，将电能安全、可靠、经济地送到每一个用电设备的装设场所，再利用电气控制设备来决定用电设备的运行状态，最终使电能为国民经济和人民生活服务。本设计的矿变电所位于山西省大同市境内，是一个终端变电所，只供煤峪口矿用电，设计的电压等级为35/6kV，考虑的对象是年产280万吨矿井的35K变电所设计，立井深度650m，按照一级和二级负荷供电方式设计变电所。上级变电所至此变电所的供电电压等级为35KV，且二者相距54km，设计供电方式为双回路架空线供电，出线断路器过流保护的设计动作时间为2.5s。 变电所所在地点有其独特的气候地质特点，最热月室外最高气温月平均值为35；室内最高气温月平均值为25；土壤最高气温月平均值为27；冻土厚度为0.45，土质为沙质粘土。西北风，年降水量384mm,矿井的涌水量最大为220m3/h,正常为170 m3/h，矿山年工作天数为300天，工作制为“四班六小时”。目录 一.电力负荷计算11.1 概述11.2 负荷计算方法的比较11.3功率因数的提高41.31 电容数量和补偿方式的确定5二、高压供配电系统的设计和选择72.1 初选变压器72.2 主变压器的校验及技术方案的比较92.3 变压器运行方式的选择102.4.高压主接线系统的选择102.5短路电流计算122.6变电所位置的选择和变电所的分类13三、导线截面积的选择153.1 高压侧导线截面积的选择和校验153.1.1 6KV配出线选择153.2 6KV侧母线的选择校验203.3民用导线的选择和校验21四、高压电气设备的选择224.1 高压断路器的选择和校验224.2 隔离开关的选择和校验234.3高压熔断器选择和校验244.4电流互感器选择和校验254.5电压互感器的选择和校验254.6高压负荷开关的选择和校验25五、低压设备的选择275.1 低压断路器的选择和校验275.2低压熔断器的选择和校验27结束语28参考文献29 一.电力负荷计算1.1 概述工矿企业负荷计算，首先需收集必要的负荷资料，按表29的格式做成负荷统计计算表，计算或查表求出各负荷的需用系数和功率因数，然后由低压到高压逐级计算各组负荷，在进行负荷归总时，应计入各低压变压器的损耗，考虑组间同时系数后，就可求得矿井kV母线上的总计算负荷，作为初选主变压器台数和容量的主要依据 ,功率因数的补偿计算与主变压器的容量、负荷率及运行方式密不可分 。1.2 负荷计算方法的比较供电设计常采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，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小，且用电设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业、煤矿井下综合机械化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算步骤较繁琐，故工程应用较少。单位指标法适用于设备功率不明确的各类项目，例如民用建筑等。结合本设计的实际情况，采用需要系数法。主井绞车：Pc1=Kx1PN1=0.842200=1848kw Qc1=PC1tan=8400.70=1290kvarSC1=2254kva副井绞车的计算容量如下：Pc2=Kx1PN1=0.851600=1360kw Qc2=PC1tan= 13600.40=801kvarSC2= =1581kva压风机的计算容量如下：Pc3=Kx3PN3=0.88400=1700kw Qc2=PC3tan=1700(-0.79)=-731kvarSC3=1850.5kva对于压风机，由同步电动机拖动，其cos标出负值，其原因是：同步电动机当负荷率0.9，且在过励磁的条件下，其功率因数超前，向电网发送无功功率，故为负值。 主扇风机的计算容量如下：Pc4=Kx4PN4=0.88800=704kw Qc4=PC4tan=704(-0.65)=-162kvarSC4=7224kva又如，对于扇风机，由同步电动机拖动，其cos标出负值，其原因是：同步电动机当负荷率0.9，且在过励磁的条件下，其功率因数超前，向电网发送无功功率，故为负值。 水库的计算容量如下：Pc5=KxPN5=0.7900=630kw Qc5=PCtan=6300.56=782kvarSC5=1400kva广场照明的计算容量如下：Pc6=KxPN6=0.7354=248kw Qc6=PC6tan=2470.67=170kvarSC6=3894kva水源井的计算容量如下：Pc7=KxPN7=0.842200=1848kw Qc7=PC7tan=8400.54=1290kvarSC7=2254kva选煤厂的计算容量如下：Pc8=Kx8PN8=0.82200=170kw Qc8=PC8tan=1700.75=105kvarSC8=1754kva住宅区的计算容量如下：Pc9=Kx1PN1=0.8750=588kw Qc9=PC9tan=5880.60=349kvarSC9=684kva医院的计算容量如下：Pc10=Kx1PN1=0.5680=477.4kw Qc10=PC1tan=477.40.55=487kvarSC10=682kva行政楼的计算容量如下： Pc11=Kx1PN1=0.75500=345kw Qc11=PC1tan=3450.43=259kvarSC11=431kva主排水泵的计算容量如下：Pc12=Kx1PN1=0.884000=3400kw Qc12=PC1tan=34000.66=1938kvarSC12=3914kva采区供电的计算容量如下：Pc13=Kx1PN1=0.81647=1294kw Qc13=PC1tan=12940.58=1141kvarSC13=1725.3kva井底车场的计算容量如下：Pc14=Kx1PN1=0.6642=385.3kw Qc13=PC1tan=385.20.85=289kvarSC14=482kva综采机组的计算容量如下：Pc15=Kx1PN1=0.7642=450kw Qc15=PC1tan=4500.77=395kvarSC15=642kva负荷总计如下：1848+1360+1700+704+630+1110+140+1900+588+477.4+345+3400+5528.6=14165kW1290+801-731-162+782+170+105+1424+349+487+259+1938+3754=8538.5kvar最大负荷同时系数， ，则：=0.914165 =12658.5kw=0.958538.5=8111.6kvar=15034.41kva cos=0.841.3功率因数的提高 提高用电设备本身的功率因数在生产中，尽量采用鼠笼式异步发电机，避免电动机与变压器的转载运行；对不需调速的大型设备，尽量采用同步机，采用高压电动机等。在本设计中，扇风机和压风机就采用了同步电动机，它对该矿供电系统的功率因数具有一定的补偿作用。 人工补偿法多采用同步调相机和静电电容器等人工补偿装置。目前矿井变电所多在6KV母线上装设静电电容器来进行集中补偿。并联移相电容器的简单原理：主要是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功功率相互交换，从而减小负载向电网吸取的无功功率，提高了整个负荷相对电源的功率因数。综上所述，由于矿井设备的自然功率差，并联电容器补偿法有投资少，有功功率损耗小，运行维修方便，故障范围小、无震动与噪声、安装地点灵活等优点，宜选用人工补偿法。1.31 电容数量和补偿方式的确定 1、利用电容器补偿所需的容量目前矿井变电所多在6KV母线上装设静电电容器来进行集中补偿。因全矿自然功率因数=0.748369A，故合格。按短路电流校验电缆的热稳定矿35kV变电所6kV母线上最大三相稳态短路电流I 为4640A。短路电流作用的假想时间 取断路器动作时间tbr=0.15 s ，其过流保护动作时间tse，因当一路供电时，断路器是控制两级6kV终端负荷，可定为0.6s（时限级差0.3s）。电缆最小热稳定截面为 S=I/C=4640*/95=43.68mm2由于43.68mm2185 mm2 ，故所选VV22-6-3185型电力电缆满足要求。6kV下井电缆选择按经济电流密度选择下井电缆截面一路供电其中一回电缆的负荷电流 I=0.75222.6=83.475A按Tmax30005000h，铜芯电缆的经济电流密度Jec2.25 A/mm2。电缆的经济截面积为 S=I/J=83.475/2.25=37.1mm2初选VV22-6-350型铜芯电缆，其25时允许载流量为155A。按长时允许负荷电流校验电缆直埋地下，并途经立井井筒,该地区最热月土壤最高气温月平均值为29，则修正后的长时允许负荷电流为I=155=137.29A0.88137.29=120.8A83.475A，合格。按短路电流校验电缆的热稳定矿35kV变电所6kV母线上最大三相稳态短路电流I为4640A。短路电流作用的假想时间 取断路器动作时间tbr=0.15 s ，其过流保护动作时间tse因是控制6kV下井电缆，井下6kV电网还有24级才到移动变电站终端负荷，故应定为0.9s（时限级差0.3s），有利于井下6kV系统选择性过流保护的时限设置。 电缆最小热稳定截面积为 S=4640*/140=34.76mm2由于 34.76146.4 合格按机械强度校验导线截面查表得35kV钢芯铝绞线在非居民区的最小允许截面为25mm2，居民区为35mm2，均不大于所选截面95mm2，故机械强度校验合格。最后确定扇风机1双回路6kV架空线路每路均选为LGJ95型铝绞线， 同理可确定其他3个6kV负荷组的导线型号、截面与长度如下：水库：LGJ95型铝绞线广场照明：LGJ35型铝绞线，两路总长度为3km；水源井：LGJ50型铝绞线，两路总长度为0.92km；架空线、电线电缆选择结果如下：35V高压侧导线LGJ-150主、副井绞车VV22-6-3185下井电缆VV22-6-350压风机VV22-6-335主扇风机LGJ-95广场照明LGJ-35水源井LGJ-503.2 6KV侧母线的选择校验1）按发热条件选择母线截面积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%，=716A，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=7691.6716A；满足系统要求；2）热稳定性校验：最小需用截面：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：（）-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LmaxLLmax=；k计算系数，对应取2570L最大允许值125cm；于是：Lmax=2570*/11.83=5431cm125cm由以上校验知LGJ-150型母线满足系统要求。3.3民用导线的选择和校验按照发热条件校验IalIc Ic=188.5初选导线型号LJ-120型铝绞线，Ial=335A按照电压损失校验查表得，LJ-120型铝绞线的r=0.271 x=0.3155此导线面积满足电压损失要求。按照机械强度校验查表得，得6KV架空线路铝绞线的最小截面积35mm2,所选LJ-120型铝绞满足机械强度。按照短路热稳定校验Smin=104120mm2 满足热稳定要求。四、高压电气设备的选择4.1 高压断路器的选择和校验（1）按额定电压条件选择UrUm Um=35KV（2）按额定电流条件选择 IrIc Ic=290A可选择ZW7-40.5型户外真空断路器，其额定电压为35kV，额定电流为630A。 （3）按额定开断电流校验。Ib3=7KA290A4.2 隔离开关的选择和校验（1）按额定电压条件选择UrUm Um=35KV（2）按额定电流条件选择 IrIc Ic=290A 选用型号为GW5-35GD/630型。 （3）热稳定校验。因两回35kV电源上级出线断路器过流保护动作时间为2.5s，断路器的开断时间为0.1s，则短路电流通过断路器的最长时间为tk =tbrtpr0.1+2.52.6s，即假想时间 ti2.6s 。对于无限大容量系统有：I= 0.91KA相当于4s的热稳定电流： 0.91=0.72.32KA 则 202.32 符合要求。（5）按当地环境条件校验额定工作环境最高空气温度为 +35，实际工作环境温度为40，因此额定电流必须按当地环境温度进行修正。按当高于+35时，其允许电流一般可按每增高1，额定电流减少1.8%进行修正。 符合要求。630-(40-35) *1.8%*630=573290KA所选GW5-35型隔离开关符合要求。4.3高压熔断器选择和校验按额定电流选择Ir=(1.1-1.3)Ic=1.3=502.7KA初选RW9-35型按额定电压选择UrUm Um=35KV按照额定开断电流校验IbIb3 12KA11KA 满足要求4.4电流互感器选择和校验（1）按额定电压条件选择UrUm Um=35KV（2）按额定电流条件选择 IrIc Ic=290KA选用供ZW740.5型户外真空断路器用LZZBJ4-35型电流互感器，其额定电压为35kV，额定电流为300A。 （1）动稳定性校验。有符合要求。（2）热稳定校验。由表有， 符合要求。4.5电压互感器的选择和校验（1）按额定电压条件选择UrUm Um=35KV选用JDJ35型电压互感器。按照机械荷载校验，满足要求。4.6高压负荷开关的选择和校验（1）按额定电压条件选择UrUm Um=35KV（2）按额定电流条件选择 IrIc Ic=290KA 选用FLN36B-40.5D型高压负荷开关。（3）热稳定校验。因两回35kV电源上级出线断路器过流保护动作时间为2.5s，负荷开关的开断时间为0.1s，则短路电流通过断路器的最长时间为tk =tbrtpr0.1+2.52.6s，即假想时间 ti2.6s 。对于无限大容量系统有：I= 0.91KA相当于4s的热稳定电流： 0.91=0.72.32KA 则 202.32 符合要求。高压电气设备选择结果如下：高压断路器ZW7-40.5高压熔断器RW1035隔离开关GW535GD电流互感器LZZBJ435高压负荷开关FLN36B-40.5D电压互感器JDJ35五、低压设备的选择5.1 低压断路器的选择和校验(1)按照类别选择选择CW2-225M/3(2)按照额定电流选择IuInIc Ic=180A225A,合格。(2)按照分断能力选择IcsIk3 11KA50KA，合格。5.2低压熔断器的选择和校验(1)按照类别选择选择CM2-225H(2)按照额定电流选择IuInIc Ic=213KA225KA(2)按照分断能力选择IcsIk3 Ik3=11KA50KA 结束语本设计的完成是在我们的导师老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，在此向老师表示衷心地感谢！ 还要感谢我的同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。做课程设计是再次系统学习的过程，课程设计的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。 参考文献1王崇林主编，供电技术，煤炭工业出版社，2001年5月。2 吴再希 熊信银主编，电力工程，华中科技大学出版社，2003年10月。3 曹绳敏主编，电力系统设计参考资料，中国电力出版社，2006年。 4 傅知兰主编，电力系统电气设备选择，中国电力出版社，2004年。5 穆连生,郭增军,邸满田.煤矿综连采实用电工技术【M】.北京:煤炭工业出版社,2006.6 吴希再.电力工程【M】.武汉:华中科技大学出版社,2000.7 焦留成.实用供配电技术手册【M】.北京:机械工业出版社,2001.8 刘介才.工厂供电【M】. 北京:机械工业出版社,2000.9 张宏勋等.煤矿电工手册（修订本）（上）【M】.北京：煤炭工业出版社,1994.10 顾永辉等.煤矿电工手册（修订本）（下）【M】.北京：煤炭工业出版社,1994.11 赖昌干,刘湘元.地方煤矿供电与电气化【M】. 北京:煤炭工业出版社,1990.