煤矿35kv变电所设计

山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠1绪论XXXX矿是XXX矿业集团下属一个子矿，位于XXXXXX。其设计生产能力、入洗能力均达90万吨/年。矿井位于煤田东部，井田面积22.3平方公里，现在部分设备正处于更新中，其属于厚砾石层覆盖区，比较突出的采煤技术是单体支柱放顶煤开采，井深约在400米左右，由于其地下水丰富，该矿总共配有12台大型潜水泵，由于大型潜水泵的使用，其年耗电量大大增加。按其采煤量计算耗电总耗电时间是4000h/年。XXXX矿供电系统由三条35kv进线供电。其矿内变配电所占地约2200平方米，三条进线分别到所内室外三个35/6kv主变压器，平常起用一台主变，地下水丰富的夏季一般开两台主变，室外部四脚分别设置四个15米高的避雷器。采用单母分段的主接线形式，主母线分为三段，每段母线间以断路器隔开．使用高压六氟化硫断路器，稳定性及灭弧能力较高。2负荷计算与变压器选择2.1负荷分级与负荷曲线2.1.1供电负荷分级及其对供电的要求根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电。井花沟矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。井花沟矿属于比较重要的工业部门，其供配电采用三条进线，下设三个35kv的电力变压器，平常用一台主变，当地下水丰富的春夏季一般采用两台运行，一台备用。山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠22.1.2负荷曲线年最大负荷：就是指一年中典型日负荷曲线（全年至少出现3次的最大工作班负荷曲线）中的最大负荷，即30min内消耗电能最大时的平均负荷。并分别用符号maxP、maxQ、maxS表示年有功、无功和视在最大负荷。年最大负荷小时是这样一个假想时间，电力负荷按照年最大负荷maxP持续运行maxT时间所消耗的电能恰好等于该电力负荷全年实际消耗电能。如图2-2所示，年最大负荷maxP延伸到maxT的横线与两坐标轴所包围的矩形面积，恰好等于年负荷曲线与两坐标轴所包围的面积，既全年实际消耗的电能pA。因此年最大负荷利用小时：PATpdefmaxmax，h（2-1）式中pA——全年消耗的有功电能，kw.h。而一般计算矿用最大负荷利用小时可以用公式近似计算：5max1504WT（2-2）2.2矿井用电负荷计算2.2.1设备容量确定将不同工作制的铭牌功率换算为统一的功率。山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠3电动机1）长期工作制（连续运转时间在2小时以上者）的电动机，按电动机的额定容量。2）短时工作制（连续运转时间在10分钟至2小时范围内）的电动机按电动机的额定容量确定。如此类电动机正常不使用（事故或检修时用）支线上的负荷按额定容量确定；干线上的负荷可不考虑。3）反复短时工作制（运转时为反复周期地工作，每周期内的接电时间不超过10分钟者）的电动机，按电动机暂载率为25%时的额定容量确定，当电动机铭牌上的额定容量不是25%的暂载率时，应按下式换算：eeeenPPP225(2-3)式中nP——换算的额定容量，千瓦；eP——与某一暂载率相应的电动机铭牌功率，千瓦；e——与eP相对应的暂载率；25——换算的暂载率，既25%。2.2.2需用系数的含义以一组用电设备来分析需用系数dK值的含义。设该组用电设备有n台电动机，其额定总容量为NeP（kw）。则当此用电设备组满载运行时需从电网接用容量NeNePP；KW（2-4）式中NeP——用电设备从电网吸收容量，KW；——n台电动机的加权平均效率，nininNnNNPPPP12211......（2-5）然而n台电动机同时运行的可能性很小。我们可以定义同时运行系数siK量全部电动机的总额定容的总和行的电动机的额定容量在最大负荷期间投入运siK本次设计所需用席数按照参考质料均已记入表中山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠42.2.3需用系数法计算电力负荷在确定了容量后可以按需用系数法计算负荷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、需用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，可以根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为：ndcaPKPKWtanncaPQKVA22cacacaQPSKVA)3(ncacaUSIA（2－6）式中caP、caQ、caS——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷；nP——该用电设备组的设备总额定容量，KWnU——额定电压，Vtan——功率因数角的正切值caI——该用电设备组的计算负荷电流，AdK——需用系数2）多个用电设备组的计算负荷在配电干线上或矿井变电所低压母线上，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矿井变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数siK。具体计算公式如下：miindisicaPKKP1)(i=1，2，3…….mmiiindisicaPKKQ1)tan(22cacacaQPS)3(ncacaUSI(2-7)式中caP、caQ、caS——为配电干线或变电站低压母线有功、无功、视在功率计山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠5算负荷；siK——同时系数m——为配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数;nU——该干线或低压母线上的额定电压，VcaI——该干线变电站低压母线上的计算负荷电流，AdK——需用系数dK、itan、inP——分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角的正切值、总设备容量。根据要求及需用系数负荷计算公式，分别计算矿用负荷1）主井提升机(公式2-6)eP=1400kwdK=0.87cosφ=0.84tanφ=tan(artcosφ)=0.6410P=dK·eP=0.87×1400=1218kwQ10=10P·tanφ=1218×0.64=779.52kvaS10=P10／cosφ=210210QP=1176/0.84=1450kvaI10=S10/3UN=1450kva/1.732×6000=139.5a2)副井提升机eP=1000kwdK=0.85cosφ=0.82tanφ=tan(artcosφ)=0.698020P=dK·Pe=0.85×1000=850kwQ20=20P·tanφ=850×0.698=593kvaS20=20P／cosφ=220220QP=850/0.82=1036kvaI20=S20/3UN=1036/1.732×6000=99a3)扇风机1eP=800kwdK=0.87cosφ=0.82tanφ=tan(artcosφ)=0.698030P=dK·Pe=0.87×800=696kwQ30=30P·tanφ=696×0.698=485kvaS30=30P／cosφ=230230QP=696/0.82=848kva山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠6I30=S30/3UN=848/1.732×6000=81a4)扇风机2eP=800kwdK=0.87cosφ=0.82tanφ=tan(artcosφ)=0.698040P=dK·Pe=0.87×800=696kwQ40=40P·tanφ=696×0.698=485kvaS40=40P／cosφ=240240QP=696/0.82=848kvaI20=S20/3UN=1060/1.732×6000=81a5)压风机eP=300kwdK=0.86cosφ=0.82n=3eP=3×300=900kwtanφ=tan(artcosφ)=0.698050P=dK·Pe=0.86×900=774kwQ50=50P·tanφ=774×0.698=540kvaS50=50P／cosφ=250250QP=774/0.82=943kvaI50=S50/3UN=943/1.732×6000=90a6）排水泵eP=680kwdK=0.86cosφ=0.86n=4eP=4×680=2720kwtanφ=tan(artcosφ)=0.593360P=dK·Pe=0.86×2720=2339kwQ50=60P·tanφ=2339×0.5933=1388kvaS60=60P／cosφ=260260QP=2399/0.86=2789kvaI60=S60/3UN=2789/1.732×6000=268a这样井下6kv低压母线上（不包括排水泵）低压母线有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流如下：miindisicaPKKP1)(＝1176＋850＋696＋696＋774=3538kw山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠7miiindisicaPKKQ1)tan(=779.52+593+485+485+540=2882kva22cacacaQPS=4563kva)3(ncacaUSI=4563/1.732×6000＝439a同理可得380v线上各负荷的有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流以及（表2－1）380v线上的有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流：miindisicaPKKP1)(＝1026＋270＋336＋360＋912=2904kwmiiindisicaPKKQ1)tan(=716+243+270+270+731=2230kva22cacacaQPS=3661kva这样可求得变电所变电所总的有功功率为11493KW，无功功率为8118KVar。考虑同时需用系数Ks，有功功率取0.8，无功功率取0.9，得：总的有功功率为9194KW，总的无功功率为7306KVar。计算可得功率因数约为0.79，需用电容器补偿。2.3功率因数的改变经计算全矿功率因数cosΦ＝9194/11743=0.7830.95需要电容器的容量：Qc＝Pz（tgΦ1－tgΦ2）(2-8)式中Qc——补偿电容器的容量，单位：千乏Pz——总有功功率，单位：千瓦tgΦ1——补偿前的功率因数，tgΦ2——补偿后的功率因数,95.0cos789.0cos21计算可知，tgΦ1＝0.776,tgΦ2=0.329Qc＝9194×(0.776-0.329)=4109选择GR-1C-08型电容柜，容量为270千法。需用电容柜的数量：山东科技大学信息与电气工程学院课程设计—陈忠8N=4109÷270=15.2取16个柜利用电力电容补偿容量为Qc＝270×16＝4320千法补偿后变电所总无功功率：Qz＝7306-4320=2986千法补偿后的功率因数：cosø＝0.951满足要求。2.4主变压器的选择2.4.1变电站主变压器容量的确定主变压器容量的确定（1）主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。（3）同级电网的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。2.4.2主变压器台数的确定(1)对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。(2)对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。(3)对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。2.