山西大同煤礦變電所設(shè)計(jì).doc

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前言本設(shè)計(jì)目的是通過(guò)本次設(shè)計(jì)鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)技能。電力是企業(yè)生產(chǎn)的主要能源。對(duì)企業(yè)應(yīng)做到可靠、安全和生產(chǎn)的需要，供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，由電氣設(shè)備及配電線路按一定的接線方式所組成；它從電力系統(tǒng)取得電能，通過(guò)其變換、分配、輸送與保護(hù)等功能，將電能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地送到每一個(gè)用電設(shè)備的裝設(shè)場(chǎng)所，再利用電氣控制設(shè)備來(lái)決定用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，最終使電能為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活服務(wù)。本設(shè)計(jì)的礦變電所位于山西省大同市境內(nèi)，是一個(gè)終端變電所，只供煤峪口礦用電，設(shè)計(jì)的電壓等級(jí)為35/6kV，考慮的對(duì)象是年產(chǎn)280萬(wàn)噸礦井的35K變電所設(shè)計(jì)，立井深度650m，按照一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷供電方式設(shè)計(jì)變電所。上級(jí)變電所至此變電所的供電電壓等級(jí)為35KV，且二者相距54km，設(shè)計(jì)供電方式為雙回路架空線供電，出線斷路器過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì)動(dòng)作時(shí)間為2.5s。 變電所所在地點(diǎn)有其獨(dú)特的氣候地質(zhì)特點(diǎn)，最熱月室外最高氣溫月平均值為35；室內(nèi)最高氣溫月平均值為25；土壤最高氣溫月平均值為27；凍土厚度為0.45，土質(zhì)為沙質(zhì)粘土。西北風(fēng)，年降水量384mm,礦井的涌水量最大為220m3/h,正常為170 m3/h，礦山年工作天數(shù)為300天，工作制為“四班六小時(shí)”。目錄 一.電力負(fù)荷計(jì)算11.1 概述11.2 負(fù)荷計(jì)算方法的比較11.3功率因數(shù)的提高41.31 電容數(shù)量和補(bǔ)償方式的確定5二、高壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選擇72.1 初選變壓器72.2 主變壓器的校驗(yàn)及技術(shù)方案的比較92.3 變壓器運(yùn)行方式的選擇102.4.高壓主接線系統(tǒng)的選擇102.5短路電流計(jì)算122.6變電所位置的選擇和變電所的分類(lèi)13三、導(dǎo)線截面積的選擇153.1 高壓側(cè)導(dǎo)線截面積的選擇和校驗(yàn)153.1.1 6KV配出線選擇153.2 6KV側(cè)母線的選擇校驗(yàn)203.3民用導(dǎo)線的選擇和校驗(yàn)21四、高壓電氣設(shè)備的選擇224.1 高壓斷路器的選擇和校驗(yàn)224.2 隔離開(kāi)關(guān)的選擇和校驗(yàn)234.3高壓熔斷器選擇和校驗(yàn)244.4電流互感器選擇和校驗(yàn)254.5電壓互感器的選擇和校驗(yàn)254.6高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)的選擇和校驗(yàn)25五、低壓設(shè)備的選擇275.1 低壓斷路器的選擇和校驗(yàn)275.2低壓熔斷器的選擇和校驗(yàn)27結(jié)束語(yǔ)28參考文獻(xiàn)29 一.電力負(fù)荷計(jì)算1.1 概述工礦企業(yè)負(fù)荷計(jì)算，首先需收集必要的負(fù)荷資料，按表29的格式做成負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算表，計(jì)算或查表求出各負(fù)荷的需用系數(shù)和功率因數(shù)，然后由低壓到高壓逐級(jí)計(jì)算各組負(fù)荷，在進(jìn)行負(fù)荷歸總時(shí)，應(yīng)計(jì)入各低壓變壓器的損耗，考慮組間同時(shí)系數(shù)后，就可求得礦井kV母線上的總計(jì)算負(fù)荷，作為初選主變壓器臺(tái)數(shù)和容量的主要依據(jù) ,功率因數(shù)的補(bǔ)償計(jì)算與主變壓器的容量、負(fù)荷率及運(yùn)行方式密不可分 。1.2 負(fù)荷計(jì)算方法的比較供電設(shè)計(jì)常采用的電力負(fù)荷計(jì)算方法有：需用系數(shù)法、二項(xiàng)系數(shù)法、利用系數(shù)法和單位產(chǎn)品電耗法等。需用系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)于任何性質(zhì)的企業(yè)負(fù)荷均適用，且計(jì)算結(jié)果基本上符合實(shí)際，尤其對(duì)各用電設(shè)備容量相差較小，且用電設(shè)備數(shù)量較多的用電設(shè)備組，因此，這種計(jì)算方法采用最廣泛。二項(xiàng)系數(shù)法主要適用于各用電設(shè)備容量相差大的場(chǎng)合，如機(jī)械加工企業(yè)、煤礦井下綜合機(jī)械化采煤工作面等。利用系數(shù)法以平均負(fù)荷作為計(jì)算的依據(jù)，利用概率論分析出最大負(fù)荷與平均負(fù)荷的關(guān)系，這種計(jì)算方法目前積累的實(shí)用數(shù)據(jù)不多，且計(jì)算步驟較繁瑣，故工程應(yīng)用較少。單位指標(biāo)法適用于設(shè)備功率不明確的各類(lèi)項(xiàng)目，例如民用建筑等。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，采用需要系數(shù)法。主井絞車(chē)：Pc1=Kx1PN1=0.842200=1848kw Qc1=PC1tan=8400.70=1290kvarSC1=2254kva副井絞車(chē)的計(jì)算容量如下：Pc2=Kx1PN1=0.851600=1360kw Qc2=PC1tan= 13600.40=801kvarSC2= =1581kva壓風(fēng)機(jī)的計(jì)算容量如下：Pc3=Kx3PN3=0.88400=1700kw Qc2=PC3tan=1700(-0.79)=-731kvarSC3=1850.5kva對(duì)于壓風(fēng)機(jī)，由同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其cos標(biāo)出負(fù)值，其原因是：同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)負(fù)荷率0.9，且在過(guò)勵(lì)磁的條件下，其功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，故為負(fù)值。 主扇風(fēng)機(jī)的計(jì)算容量如下：Pc4=Kx4PN4=0.88800=704kw Qc4=PC4tan=704(-0.65)=-162kvarSC4=7224kva又如，對(duì)于扇風(fēng)機(jī)，由同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其cos標(biāo)出負(fù)值，其原因是：同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)負(fù)荷率0.9，且在過(guò)勵(lì)磁的條件下，其功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，故為負(fù)值。 水庫(kù)的計(jì)算容量如下：Pc5=KxPN5=0.7900=630kw Qc5=PCtan=6300.56=782kvarSC5=1400kva廣場(chǎng)照明的計(jì)算容量如下：Pc6=KxPN6=0.7354=248kw Qc6=PC6tan=2470.67=170kvarSC6=3894kva水源井的計(jì)算容量如下：Pc7=KxPN7=0.842200=1848kw Qc7=PC7tan=8400.54=1290kvarSC7=2254kva選煤廠的計(jì)算容量如下：Pc8=Kx8PN8=0.82200=170kw Qc8=PC8tan=1700.75=105kvarSC8=1754kva住宅區(qū)的計(jì)算容量如下：Pc9=Kx1PN1=0.8750=588kw Qc9=PC9tan=5880.60=349kvarSC9=684kva醫(yī)院的計(jì)算容量如下：Pc10=Kx1PN1=0.5680=477.4kw Qc10=PC1tan=477.40.55=487kvarSC10=682kva行政樓的計(jì)算容量如下： Pc11=Kx1PN1=0.75500=345kw Qc11=PC1tan=3450.43=259kvarSC11=431kva主排水泵的計(jì)算容量如下：Pc12=Kx1PN1=0.884000=3400kw Qc12=PC1tan=34000.66=1938kvarSC12=3914kva采區(qū)供電的計(jì)算容量如下：Pc13=Kx1PN1=0.81647=1294kw Qc13=PC1tan=12940.58=1141kvarSC13=1725.3kva井底車(chē)場(chǎng)的計(jì)算容量如下：Pc14=Kx1PN1=0.6642=385.3kw Qc13=PC1tan=385.20.85=289kvarSC14=482kva綜采機(jī)組的計(jì)算容量如下：Pc15=Kx1PN1=0.7642=450kw Qc15=PC1tan=4500.77=395kvarSC15=642kva負(fù)荷總計(jì)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最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)， ，則：=0.914165 =12658.5kw=0.958538.5=8111.6kvar=15034.41kva cos=0.841.3功率因數(shù)的提高 提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)在生產(chǎn)中，盡量采用鼠籠式異步發(fā)電機(jī)，避免電動(dòng)機(jī)與變壓器的轉(zhuǎn)載運(yùn)行；對(duì)不需調(diào)速的大型設(shè)備，盡量采用同步機(jī)，采用高壓電動(dòng)機(jī)等。在本設(shè)計(jì)中，扇風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)就采用了同步電動(dòng)機(jī)，它對(duì)該礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)具有一定的補(bǔ)償作用。 人工補(bǔ)償法多采用同步調(diào)相機(jī)和靜電電容器等人工補(bǔ)償裝置。目前礦井變電所多在6KV母線上裝設(shè)靜電電容器來(lái)進(jìn)行集中補(bǔ)償。并聯(lián)移相電容器的簡(jiǎn)單原理：主要是利用電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率與電感負(fù)載的無(wú)功功率相互交換，從而減小負(fù)載向電網(wǎng)吸取的無(wú)功功率，提高了整個(gè)負(fù)荷相對(duì)電源的功率因數(shù)。綜上所述，由于礦井設(shè)備的自然功率差，并聯(lián)電容器補(bǔ)償法有投資少，有功功率損耗小，運(yùn)行維修方便，故障范圍小、無(wú)震動(dòng)與噪聲、安裝地點(diǎn)靈活等優(yōu)點(diǎn)，宜選用人工補(bǔ)償法。1.31 電容數(shù)量和補(bǔ)償方式的確定 1、利用電容器補(bǔ)償所需的容量目前礦井變電所多在6KV母線上裝設(shè)靜電電容器來(lái)進(jìn)行集中補(bǔ)償。因全礦自然功率因數(shù)=0.748369A，故合格。按短路電流校驗(yàn)電纜的熱穩(wěn)定礦35kV變電所6kV母線上最大三相穩(wěn)態(tài)短路電流I 為4640A。短路電流作用的假想時(shí)間 取斷路器動(dòng)作時(shí)間tbr=0.15 s ，其過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tse，因當(dāng)一路供電時(shí)，斷路器是控制兩級(jí)6kV終端負(fù)荷，可定為0.6s（時(shí)限級(jí)差0.3s）。電纜最小熱穩(wěn)定截面為 S=I/C=4640*/95=43.68mm2由于43.68mm2185 mm2 ，故所選VV22-6-3185型電力電纜滿足要求。6kV下井電纜選擇按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇下井電纜截面一路供電其中一回電纜的負(fù)荷電流 I=0.75222.6=83.475A按Tmax30005000h，銅芯電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度Jec2.25 A/mm2。電纜的經(jīng)濟(jì)截面積為 S=I/J=83.475/2.25=37.1mm2初選VV22-6-350型銅芯電纜，其25時(shí)允許載流量為155A。按長(zhǎng)時(shí)允許負(fù)荷電流校驗(yàn)電纜直埋地下，并途經(jīng)立井井筒,該地區(qū)最熱月土壤最高氣溫月平均值為29，則修正后的長(zhǎng)時(shí)允許負(fù)荷電流為I=155=137.29A0.88137.29=120.8A83.475A，合格。按短路電流校驗(yàn)電纜的熱穩(wěn)定礦35kV變電所6kV母線上最大三相穩(wěn)態(tài)短路電流I為4640A。短路電流作用的假想時(shí)間 取斷路器動(dòng)作時(shí)間tbr=0.15 s ，其過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tse因是控制6kV下井電纜，井下6kV電網(wǎng)還有24級(jí)才到移動(dòng)變電站終端負(fù)荷，故應(yīng)定為0.9s（時(shí)限級(jí)差0.3s），有利于井下6kV系統(tǒng)選擇性過(guò)流保護(hù)的時(shí)限設(shè)置。 電纜最小熱穩(wěn)定截面積為 S=4640*/140=34.76mm2由于 34.76146.4 合格按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面查表得35kV鋼芯鋁絞線在非居民區(qū)的最小允許截面為25mm2，居民區(qū)為35mm2，均不大于所選截面95mm2，故機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)合格。最后確定扇風(fēng)機(jī)1雙回路6kV架空線路每路均選為L(zhǎng)GJ95型鋁絞線， 同理可確定其他3個(gè)6kV負(fù)荷組的導(dǎo)線型號(hào)、截面與長(zhǎng)度如下：水庫(kù)：LGJ95型鋁絞線廣場(chǎng)照明：LGJ35型鋁絞線，兩路總長(zhǎng)度為3km；水源井：LGJ50型鋁絞線，兩路總長(zhǎng)度為0.92km；架空線、電線電纜選擇結(jié)果如下：35V高壓側(cè)導(dǎo)線LGJ-150主、副井絞車(chē)VV22-6-3185下井電纜VV22-6-350壓風(fēng)機(jī)VV22-6-335主扇風(fēng)機(jī)LGJ-95廣場(chǎng)照明LGJ-35水源井LGJ-503.2 6KV側(cè)母線的選擇校驗(yàn)1）按發(fā)熱條件選擇母線截面積1、按正常持續(xù)工作電流選擇，并考慮最大長(zhǎng)時(shí)工作時(shí)變壓器可能過(guò)載5%，=716A，選用LJ185型矩形鋁母線，在25C時(shí)其載流量為9.38kA，考慮溫度修正系數(shù)，在環(huán)境溫度為40時(shí)，修正系數(shù)為：=0.82則修正后的長(zhǎng)時(shí)載流量為，=0.829.38=7691.6716A；滿足系統(tǒng)要求；2）熱穩(wěn)定性校驗(yàn)：最小需用截面：式中：C熱穩(wěn)定系數(shù)，工作在40度時(shí)，取C=99；肌膚效應(yīng)系數(shù)，取1.1；短路發(fā)熱的等值時(shí)間（限時(shí)速斷的時(shí)間2.0秒，加上故有時(shí)間0.2s）則：=147.4mm21000mm2；滿足要求。3）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)：按短路條件校驗(yàn)?zāi)妇€動(dòng)穩(wěn)定性：由于三相母線位于同一平面布置，其產(chǎn)生的最大機(jī)械應(yīng)力為：（）-跨距，厘米；W-母線抗彎距；a-母線相間距離；則：=1.7=419.36所以700，滿足要求；又系統(tǒng)要求LmaxLLmax=；k計(jì)算系數(shù)，對(duì)應(yīng)取2570L最大允許值125cm；于是：Lmax=2570*/11.83=5431cm125cm由以上校驗(yàn)知LGJ-150型母線滿足系統(tǒng)要求。3.3民用導(dǎo)線的選擇和校驗(yàn)按照發(fā)熱條件校驗(yàn)IalIc Ic=188.5初選導(dǎo)線型號(hào)LJ-120型鋁絞線，Ial=335A按照電壓損失校驗(yàn)查表得，LJ-120型鋁絞線的r=0.271 x=0.3155此導(dǎo)線面積滿足電壓損失要求。按照機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)查表得，得6KV架空線路鋁絞線的最小截面積35mm2,所選LJ-120型鋁絞滿足機(jī)械強(qiáng)度。按照短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)Smin=104120mm2 滿足熱穩(wěn)定要求。四、高壓電氣設(shè)備的選擇4.1 高壓斷路器的選擇和校驗(yàn)（1）按額定電壓條件選擇UrUm Um=35KV（2）按額定電流條件選擇 IrIc Ic=290A可選擇ZW7-40.5型戶外真空斷路器，其額定電壓為35kV，額定電流為630A。 （3）按額定開(kāi)斷電流校驗(yàn)。Ib3=7KA290A4.2 隔離開(kāi)關(guān)的選擇和校驗(yàn)（1）按額定電壓條件選擇UrUm Um=35KV（2）按額定電流條件選擇 IrIc Ic=290A 選用型號(hào)為GW5-35GD/630型。 （3）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。因兩回35kV電源上級(jí)出線斷路器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為2.5s，斷路器的開(kāi)斷時(shí)間為0.1s，則短路電流通過(guò)斷路器的最長(zhǎng)時(shí)間為tk =tbrtpr0.1+2.52.6s，即假想時(shí)間 ti2.6s 。對(duì)于無(wú)限大容量系統(tǒng)有：I= 0.91KA相當(dāng)于4s的熱穩(wěn)定電流： 0.91=0.72.32KA 則 202.32 符合要求。（5）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗(yàn)額定工作環(huán)境最高空氣溫度為 +35，實(shí)際工作環(huán)境溫度為40，因此額定電流必須按當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度進(jìn)行修正。按當(dāng)高于+35時(shí)，其允許電流一般可按每增高1，額定電流減少1.8%進(jìn)行修正。 符合要求。630-(40-35) *1.8%*630=573290KA所選GW5-35型隔離開(kāi)關(guān)符合要求。4.3高壓熔斷器選擇和校驗(yàn)按額定電流選擇Ir=(1.1-1.3)Ic=1.3=502.7KA初選RW9-35型按額定電壓選擇UrUm Um=35KV按照額定開(kāi)斷電流校驗(yàn)IbIb3 12KA11KA 滿足要求4.4電流互感器選擇和校驗(yàn)（1）按額定電壓條件選擇UrUm Um=35KV（2）按額定電流條件選擇 IrIc Ic=290KA選用供ZW740.5型戶外真空斷路器用LZZBJ4-35型電流互感器，其額定電壓為35kV，額定電流為300A。 （1）動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。有符合要求。（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。由表有， 符合要求。4.5電壓互感器的選擇和校驗(yàn)（1）按額定電壓條件選擇UrUm Um=35KV選用JDJ35型電壓互感器。按照機(jī)械荷載校驗(yàn)，滿足要求。4.6高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)的選擇和校驗(yàn)（1）按額定電壓條件選擇UrUm Um=35KV（2）按額定電流條件選擇 IrIc Ic=290KA 選用FLN36B-40.5D型高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)。（3）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。因兩回35kV電源上級(jí)出線斷路器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為2.5s，負(fù)荷開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷時(shí)間為0.1s，則短路電流通過(guò)斷路器的最長(zhǎng)時(shí)間為tk =tbrtpr0.1+2.52.6s，即假想時(shí)間 ti2.6s 。對(duì)于無(wú)限大容量系統(tǒng)有：I= 0.91KA相當(dāng)于4s的熱穩(wěn)定電流： 0.91=0.72.32KA 則 202.32 符合要求。高壓電氣設(shè)備選擇結(jié)果如下：高壓斷路器ZW7-40.5高壓熔斷器RW1035隔離開(kāi)關(guān)GW535GD電流互感器LZZBJ435高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)FLN36B-40.5D電壓互感器JDJ35五、低壓設(shè)備的選擇5.1 低壓斷路器的選擇和校驗(yàn)(1)按照類(lèi)別選擇選擇CW2-225M/3(2)按照額定電流選擇IuInIc Ic=180A225A,合格。(2)按照分?jǐn)嗄芰x擇IcsIk3 11KA50KA，合格。5.2低壓熔斷器的選擇和校驗(yàn)(1)按照類(lèi)別選擇選擇CM2-225H(2)按照額定電流選擇IuInIc Ic=213KA225KA(2)按照分?jǐn)嗄芰x擇IcsIk3 Ik3=11KA50KA 結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)的完成是在我們的導(dǎo)師老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向老師表示衷心地感謝！ 還要感謝我的同學(xué)，是你們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問(wèn)題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒(méi)有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。做課程設(shè)計(jì)是再次系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，課程設(shè)計(jì)的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開(kāi)始。 參考文獻(xiàn)1王崇林主編，供電技術(shù)，煤炭工業(yè)出版社，2001年5月。2 吳再希 熊信銀主編，電力工程，華中科技大學(xué)出版社，2003年10月。3 曹繩敏主編，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考資料，中國(guó)電力出版社，2006年。 4 傅知蘭主編，電力系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇，中國(guó)電力出版社，2004年。5 穆連生,郭增軍,邸滿田.煤礦綜連采實(shí)用電工技術(shù)【M】.北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.6 吳希再.電力工程【M】.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000.7 焦留成.實(shí)用供配電技術(shù)手冊(cè)【M】.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.8 劉介才.工廠供電【M】. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.9 張宏勛等.煤礦電工手冊(cè)（修訂本）（上）【M】.北京：煤炭工業(yè)出版社,1994.10 顧永輝等.煤礦電工手冊(cè)（修訂本）（下）【M】.北京：煤炭工業(yè)出版社,1994.11 賴昌干,劉湘元.地方煤礦供電與電氣化【M】. 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