——礦山電工學課程設(shè)計

1、礦山電工學課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目: 煤礦企業(yè)地面356kV變電所設(shè)計 助學院校:河南理工大學 自考助學專業(yè):機電設(shè)備與管理 姓 名: 陳文舉 自考助學學號: 成 績: 指導教師簽名: 河南理工大學成人高等教育2O14 年 11 月 25 日 目 錄1 負荷計算與功率因數(shù)補償11.1概述11.2 計算各組負荷與填表31.3 各變壓器功率損耗計算31.4 計算6kV母線上補償前的總負荷并初選主變壓器41.5 功率因數(shù)補償與電容器柜選擇51.6 主變壓器校驗及經(jīng)濟運行方案61.7 擬定繪制礦井地面供電系統(tǒng)一次接線圖72短路電流計算82.1概述82.2 選取短路計算點并繪制等效計算圖92.3設(shè)計計算

2、選擇結(jié)果匯總153 電氣設(shè)備選擇163.1 概述163.2 高壓斷路器的選擇163.3 35kV避雷器的選擇163.4 6kV電氣設(shè)備選擇164 課程設(shè)計的收獲與建議204.1 收獲204.2建議215 參考文獻221 負荷計算與功率因數(shù)補償1.1概述工礦企業(yè)負荷計算，首先需收集必要的負荷資料，按表29的格式做成負荷統(tǒng)計計算表，計算或查表求出各負荷的需用系數(shù)和功率因數(shù)，然后由低壓到高壓逐級計算各組負荷，在進行負荷歸總時，應(yīng)計入各低壓變壓器的損耗，考慮組間同時系數(shù)后，就可求得礦井kV母線上的總計算負荷，作為初選主變壓器臺數(shù)容量的主要依據(jù)功率因數(shù)的補償計算與主變壓器的容量、負荷率及運行方式密不可分

3、，題意是要求將35kV母線的功率因數(shù)提高到0.9以上，故應(yīng)將主變壓器的功率損耗也計入總的負荷中，在計算過程中將會存在估算與最后驗算的反復(fù)。擬定供電系統(tǒng)，主要是綜合考慮礦井負荷性質(zhì)，主變壓器的臺數(shù)、容量及電源線的情況來決定礦井地面356kV變電所的主接線方式。并繪制供電系統(tǒng)一次接線圖。本章可按以下八步去計算。（一）計算各組負荷并填入表29中1114各欄。（二）選擇各低壓變壓器并計算其損耗。（三）計算6kV母線上補償前的總負荷并初選主變壓器。（四）功率因數(shù)補償計算與電容器柜選擇。（五）主變壓器校驗及經(jīng)濟運行。（六）全礦電耗與噸煤電耗計算。（七）擬定并繪制礦井地面供電系統(tǒng)一次接線圖。（八）設(shè)計計算選

4、擇結(jié)果匯總。某年產(chǎn)90萬噸原煤的煤礦，其供電設(shè)計所需的基本原始數(shù)據(jù)如下：礦年產(chǎn)量：90萬噸；服務(wù)年限：75年；礦井沼氣等級：煤與沼氣突出礦井；立井深度：0.36 km ；凍土厚度： 0.35 m ； 礦井地面土質(zhì)：一般黑土；兩回35kV架空電源線路長度： 兩回35kV電源上級出線斷路器過流保護動作時間：本所35kV電源母線上最大運行方式下的系統(tǒng)電抗：本所35kV電源母線上最小運行方式下的系統(tǒng)電抗井下6kV母線上允許短路容量：電費收取辦法：兩部電價制，固定部分按最高負荷收費；本所35kV母線上補償后平均功率因數(shù)要求值：地區(qū)日最高氣溫： 最熱月室外最高氣溫月平均值： 最熱月室內(nèi)最高氣溫月平均值：最

5、熱月土壤最高氣溫月平均值：全礦負荷統(tǒng)計分組及有關(guān)需用系數(shù)、功率因數(shù)等如表28所示。 表28 全礦負荷統(tǒng)計分組表設(shè)備名稱負荷等級電壓V線路類型電機類型單機容量kW安裝臺數(shù)工作臺數(shù)工 作設(shè) 備總?cè)萘縦W需用系數(shù)Kd功率因數(shù)cos離35kV變電所的距離km12345678910111 主機提升26000CY10001/110000.950.850.282 副井提升16000CY6301/16300.940.840.203 扇風機116000kT8002/18000.88-0.911.54 扇風機216000kT8002/18000.88-0.911.55 壓風機16000CT2504/25000.9

6、-0.890.366 地面低壓1380C8700.720.780.057 機修廠3380C7500.60.70.208 洗煤廠2380K9200.750.780.469工人村3380K4800.760.852.010支農(nóng)3380K3600.750.852.711主排水泵16000CX5005/315000.880.860.6512井下低壓2660CX23780.70.76注1：線路類型：C電纜線路；k架空線路。注2：電機型式：Y繞線異步；X鼠籠異步；D直流；T同步。試對該礦地面356kV變電所初步設(shè)計中的負荷計算、主變壓器選擇、功率因數(shù)補償及供電系統(tǒng)擬定等各內(nèi)容進行設(shè)計計算。1.2 計算各組負

7、荷與填表利用表28中811各列的數(shù)據(jù)和公式,分別算出各設(shè)備或設(shè)備組的Pca、Qca、及Sca,并填入表中1214列。例如，對于主井提升機有又如，對于扇風機1，由同步電動機拖動，表28中其cos標出負值，其原因是：同步電動機當負荷率0.9，且在過勵磁的條件下，其功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，故為負值。此時同步電動機的無功補償率約為4060%，近似計算取50%，故其補償能力可按下式計算：在合計欄中，合計有功負荷9591 kW和無功負荷5357 kvar是表中12列、13列的代數(shù)和，而視在負荷10986 kVA，則是據(jù)上述兩個數(shù)值按公式計算得出，視在容量的代數(shù)和無意義。1.3 各變壓器功率損耗計

8、算因采用高壓6kV集中補償功率因數(shù)，故對各低壓變壓器均無補償作用，選擇時據(jù)表29中的計算視在容量按公式的原則進行。洗煤廠變壓器選用兩臺S9-800，60.4kV型銅線電力變壓器。單臺變壓器的功率損耗按公式計算；兩臺變壓器一般為分列運行，其功率損耗應(yīng)為按0.5運行的單臺變壓器損耗的兩倍；對于井下低壓負荷，因表29中未作分組，故不選變壓器，其損耗按近似公式計算。例如，對于500kVA工人村變壓器，據(jù)附表1中的有關(guān)參數(shù)，可算得 又如，對于地面低壓兩臺800 kVA變壓器，同樣可算得井下低壓負荷的變壓器損耗,按近似公式計算，即同理可得其它各低壓變壓器的損耗如表210所示。表210 各低壓變壓器功率損耗

9、計算結(jié)果負荷名稱地面低壓機修廠洗煤廠工人村支 農(nóng)井下低壓ST.N，kVA2×8008002×800500400(2196)PT，kWQT，kvar6.5376.132.97.3414.721.73.515.733132合計PT61kW；QT280kvar1.4 計算6kV母線上補償前的總負荷并初選主變壓器各組低壓負荷加上各低壓變壓器的功率損耗后即為其高壓側(cè)的負荷，因Pca=9591 kW，故查表23得Ksi=0.85，忽略礦內(nèi)高壓線路的功率損耗，變電所6kV母線補償前補償前功率因數(shù)根據(jù)礦井一、二級負荷占的比重大與Sca.6=9501kVA，可初選兩臺主變壓器，其型號容量按附

10、表2選為SF7-10000，356.3kV，由于固定電費按最高負荷收費，故可采用兩臺同時分列運行的方式，當一臺因故停運時，另一臺亦能保證全礦一、二級負荷的供電，并留有一定的發(fā)展余地。1.5 功率因數(shù)補償與電容器柜選擇選擇思路：題意要求35kV側(cè)的平均功率因數(shù)為0.9以上，但補償電容器是裝設(shè)聯(lián)接在6kV母線上，而6kV母線上的總計算負荷并不包括主變壓器的功率損耗，這里需要解決的問題是，6kV母線上的功率因數(shù)應(yīng)補償?shù)胶沃挡拍苁?5kV側(cè)的平均功率因數(shù)為0.9級以上?分析解決此問題的思路如下：先計算無補償時主變壓器的最大功率損耗，由于無功損耗與負荷率的平方成正比，故出現(xiàn)變壓器最大功率損耗的運行方式應(yīng)

11、為一臺使用，一臺因故停運的情況，據(jù)此計算35kV側(cè)的補償前負荷及功率因數(shù)，并按公式（252）求出當功率因數(shù)提至0.9時所需要的補償容量，該數(shù)值就可以作為6kV母線上應(yīng)補償?shù)娜萘浚豢紤]到礦井35kV變電所的6kV側(cè)均為單母線分兩段接線，故所選電容器柜應(yīng)為偶數(shù)，據(jù)此再算出實際補償容量，最后重算變壓器的損耗并校驗35kV側(cè)補償后的功率因數(shù)。計算選擇電容器柜與實際補償容按表27選用GR-1C-08型，電壓為6kV每柜容量qc=270 kvar的電容器柜，則柜數(shù)取偶數(shù)得Nf=6實際補償容量：折算到計算補償容量為補償后6kV側(cè)的計算負荷與功率因數(shù)因補償前后有功計算負荷不變，故有補償后35kV側(cè)的計算負荷與

12、功率因數(shù)校驗合乎要求。1.6 主變壓器校驗及經(jīng)濟運行方案由表29負荷統(tǒng)計計算表可知、全礦三級負荷約占總負荷的15%，故可取負荷保證系數(shù)Kgu=0.85。 則有 合乎要求。按此參數(shù)亦可選容量為8000 kVA的主變壓器，但設(shè)計上為了留有余地并考慮發(fā)展，選10000 kVA為宜。 兩臺主變壓器經(jīng)濟運行的臨界負荷可由公式求出，即 對于工礦企業(yè)變電所，可取Kq=0.06，上式Q0、Qk由公式求得，臨界負荷為 得經(jīng)濟運行方案為：當實際負荷S s6128 kVA時，宜于一臺運行，當時，宜于兩臺同時分列運行。全礦電耗與噸煤電耗計算按表21，一般大型礦井取上限。中小礦井取下限，取年最大負荷利用小時小時，故全礦

13、年電耗1.7 擬定繪制礦井地面供電系統(tǒng)一次接線圖擬定礦井地面供電系統(tǒng)圖，應(yīng)從35kV電源線開始，依次確定電源進線回路、35kV和6kV主接線，再考慮各6kV負荷的分配與聯(lián)接來構(gòu)思。至于下井電纜的回路數(shù)，主要由負荷電流和井下開關(guān)最大額定電流，并兼顧是否設(shè)置限流電抗器來統(tǒng)籌考慮。最后繪制地面供電系統(tǒng)一次接線圖。1電源進線與主接線按已知原始數(shù)據(jù)，上級變電所提供兩回35kV架空電源線路，故電源進線回路為2。對于煤礦企業(yè)，因一、二級負荷占總量的23以上，故35kV側(cè)宜用全橋接線，6kV則可采用單母線分兩段的接線方式。2負荷分配考慮一、二級負荷必須由聯(lián)于不同母線段的雙回路供電，而主、副井提升機因相距較近（

14、80m），可采用環(huán)形供電；將下井電纜與地面低壓等分配于兩段母線上，力圖在正常生產(chǎn)時兩段6kV母線上的負荷接近相等。具體分配方案見圖2。3下井電纜回數(shù)確定由表29中11、12行，考慮0.96的同時系數(shù)得井下總負荷井下最大長時負荷電流（計算電流）根據(jù)井下開關(guān)的額定電流最大為400A，而煤礦安全規(guī)程規(guī)定。所以，本例至少應(yīng)選用3回，考慮到負荷分配和運行的靈活性，最后確定4回下井電纜，應(yīng)在短路計算完成后，根據(jù)井下6kV母線上的短路容量是否超出原始資料中不大于100MVA的要求來決定。經(jīng)粗略估算，本例可以不設(shè)置限流電抗器。2短路電流計算2.1概述本章要求對圖2所示的供電系統(tǒng)進行短路計算，故根據(jù)短路計算的目

15、的，首先要在圖1上選定合理的短路計算點，并根據(jù)此繪制等效短路計算圖。本題可按以下四步求解。一、選取短路計算點并繪制等效計算圖二、選擇計算各基準值三、計算各元件的標么電抗四、計算各短路點的總標么電抗與短路參數(shù)按前面給定的條件，對圖2所示的供電系統(tǒng)進行短路電流計算。要求計算出有關(guān)短路點最大運行方式下的三相短路電流、短路電流沖擊值以及最小運行方式下的兩相短路電流。根據(jù)第一章的計算可列出短路電流計算所需的原始資料如下：該礦地面變電所35kV采用全橋接線，6kV采用單母分段接線；主變壓器型號為SF710000，35/6.3型，Uk%=7.5；地面低壓變壓器型號為S9800，60.4型，U k%= 4.5

16、；35kV電源進線為雙回路架空線路，線路長度為6.5km；系統(tǒng)電抗在最大運行方式: X*s.min =0.12，在最小運行方式: X*s.max =0.22。6kV母線上的線路類型及線路長度如表37所示。序號設(shè)備名稱電壓（kV）距6kV母線距離(km) 線路類型1234567891 01 1主井提升副井提升扇風機1扇風機2壓風機地面低壓機修廠洗煤廠工人村支農(nóng)井下6kV母線666660.40.40.40.40.460.280.21.51.50.360.050.20.4622.70.65CCKKCCCKKKC表37 地面變電所6kV母線上的線路類型及線路長度注：C電纜線路 K架空線路2.2 選取短

17、路計算點并繪制等效計算圖一般選取各線路始、末端作為短路計算點，線路始端的最大三相短路電流常用來校驗電氣設(shè)備的動、熱穩(wěn)定性，并作為上一級繼電保護的整定參數(shù)之一，故本題在圖2中可選35kV母線，6kV母線和各6kV出現(xiàn)末端為短路計算點。由于本題35/6kV變電所正常運行方式為全分列方式，故任意點的短路電流由系統(tǒng)電源通過本回路提供，且各短路點的最大、最小短路電流僅與系統(tǒng)的運行方式有關(guān)，故可畫得如圖1所示的等效短路計算圖。圖1 等效短路計算圖選擇計算各基準值選基準容量Sd100MVA，基準電壓Ud137kV，Ud26.3kV，Ud30.4kV 則可求得各級基準電流為 電源的電抗變壓器電抗主變壓器電抗

18、地面低壓變壓器電抗 線路電抗35kV架空線電抗 下井電纜電抗 扇風機1饋電線路電抗 扇風機2饋電線路電抗 主井提升饋電線路電抗 地面低壓饋電線路電抗 洗煤廠饋電線路電抗 工人村饋電線路電抗 機修廠饋電線路電抗 支農(nóng)饋電線路電抗 計算各短路點的短路參數(shù)K35點短路電流計算1最大運行方式下的三相短路電流 2最小運行方式下的兩相短路電流K66點短路電流計算1最大運行方式下的三相短路電流2最小運行方式下的兩相短路電流點短路電流計算（折算到6kV側(cè)）1最大運行方式下的三相短路電流6kV側(cè)的短路電流參數(shù) 2最小運行方式下的兩相短路電流6kV側(cè)的最小兩相短路電流為 井下母線短路容量計算（K7點）井下6kV母

19、線距井上35kV變電所的最小距離是：副井距35kV變電站距離+井深+距井下中央變電所的距離，即（km），其電抗標么值為該值小于井下6kV母線上允許短路容量100MVA，故不需要在地面加裝限流電抗器。其它短路點的計算與以上各點類似。各短路點的短路電流計算結(jié)果如表38所示。表38 短路計算結(jié)果參數(shù)表最大運行方式下短路參數(shù)最小運行方式下短路參數(shù)短 路 點（kA）（kA）（kA）（MVA）（ kA）（kA）K35K66K25K7K11K13K16K17K19K21K23K27K28K305.048.658.657.773.563.568.218.338.091.376.022.988.332.4212

20、.8522.0622.0619.819.089.0820.9421.2420.633.4915.357.6021.246.177.6613.1513.1511.815.415.4112.4812.6612.302.089.154.5312.663.68322.6894.3594.3583.9738.8938.8989.5890.8988.3014.9465.6432.5290.8926.453.817.907.907.103.433.437.547.647.441.355.652.897.642.373.306.846.846.152.972.976.536.616.441.174.892.5

21、06.612.05圖2 某礦35kV地面變電所供電系統(tǒng)一次接線圖2.3設(shè)計計算選擇結(jié)果匯總1補償后6kV側(cè)負荷與功率因數(shù) 2補償后35kV側(cè)負荷與功率因數(shù)； ；3主變壓器選擇：SF7-10000，356.3kV型，兩臺。4電容器柜與放電柜GR-1C-08型，6kV，270 kvar，六臺；GR-1C-03型，6kV放電柜，兩臺。5兩主變壓器經(jīng)濟運行臨界負荷：6全礦年電耗：7噸煤電耗： 總結(jié)1）在將低壓負荷功率歸算到高壓側(cè)時不可引入電壓折算，但應(yīng)加上變壓器損耗。2）由本例功率因數(shù)補償計算可以看出，補償前后主變壓器的功率損耗計算值相對變電所總負荷而言差距不大，因此在工程實際中可以直接按補償前的損耗

22、值計算。3）因為電力電容器在6kV母線上是相對長時穩(wěn)定投運的所以在用35kV側(cè)計算有功功率Pca.35由公式來計算所需的電容器柜容量Qc時，應(yīng)將Pca.35乘以平均負荷系數(shù)Klo ，換算成平均功率；而求得實際的補償容量Qc.f后，欲求其計算補償容量Qc.ca，則應(yīng)將Qc.f再除以Klo ，否則將得出錯誤的結(jié)果。4）在有功平均負荷系數(shù)與無功平均負荷系數(shù)近似相等的條件下，平均功率因數(shù)就近似等于計算功率因數(shù)。3 電氣設(shè)備選擇3.1 概述本章可按前述各設(shè)備的選擇原則，依次選擇變電所35kV與6kV電氣設(shè)備。按第一章和第二章給定的條件，對所示的供電系統(tǒng)進行主要高壓電氣設(shè)備選擇計算。3.2 高壓斷路器的選

23、擇35kV接線形式為全橋式，而運行方式采用全分列方式，所以35kV進線和變壓器回路的斷路器應(yīng)選相同型式的斷路器。按照工作室外、工作電壓為35kV和最大長時負荷電流為173A，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1250A。對ZW7-40.5型戶外真空斷路器按當環(huán)境條件和短路情況進行校驗。3.3 35kV避雷器的選擇避雷器是防護雷電入侵對電氣設(shè)備產(chǎn)生危害的保護裝置。本例中選用HY5WZ-42/134型閥型避雷器,其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：額定電壓 42kV ；系統(tǒng)電壓 35kV ；工頻放電電壓 80kV ； 傘裙數(shù) 18 ；最大雷擊殘壓 134kV 。3.4 6kV電

24、氣設(shè)備選擇6kV采用室內(nèi)成套配電裝置，選用開關(guān)柜的型號為KYN28A-12（Z），即鎧裝移開式交流封閉金屬開關(guān)設(shè)備。開關(guān)柜的一次接線方案與供電系統(tǒng)圖上的要求相適。在每段母線上還需裝設(shè)電壓互感器與避雷器柜，供6kV絕緣檢測、儀表繼電保護之用。 開關(guān)柜方案編號選擇16kV進線柜方案編號選用架空進線柜019和母聯(lián)柜052以及架空進線柜021和母聯(lián)柜053配合使用，分別組成進線柜。2. 母聯(lián)柜方案編號選用母聯(lián)柜009和母聯(lián)柜052配合使用組成分段聯(lián)絡(luò)柜。3出線柜方案編號電纜出線方案編號選001號；架空出線方案編號選023號。4電壓互感器與避雷器柜選用電壓互感器與避雷器柜方案編號為043。35kV母線選

25、擇本設(shè)計中變電所室內(nèi)6kV變壓器回路母線選用矩形鋁母線且三相水平平放，其截面按長時允許電流選擇，按動、熱穩(wěn)定進行校驗。本例選擇6kV母線的已知參數(shù)與例43基本相符，故可接例43的選擇方法選用LMY80×6.3型矩形鋁母線，并經(jīng)長時允許電流、動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗合格。表411電流互感器的選擇結(jié)果所在柜名稱變比4s熱電流(kA)(有效值)動穩(wěn)定電流(kA)(峰)6kV進線6kV母聯(lián)主井提升副井提升扇風機扇風機壓風機地面低壓機修廠洗煤廠工人村支農(nóng)下井電纜電容器柜1250/51250/5150/5150/5150/5150/5150/5150/5150/5150/5100/5100/5300/

26、5150/540408.68.68.68.65.78.68.68.65.75.717.18.610010021.421.421.421.421.421.421.421.414.314.342.821.4注：副井提升和壓風機回路的電流互感器曾選變比為100/5，計算結(jié)果表明不滿足動穩(wěn)定要求，故改選變比為150/5。選擇結(jié)果匯總35kV電氣設(shè)備1高壓斷路器：ZW740.5型2隔離開關(guān)：GW535GD/630型3電流互感器：LZZBJ435型4電壓互感器：JDJ35型5熔斷器：RW1035/0.5 型6避雷器：HY5WZ42/134型 6kV電氣設(shè)備1開關(guān)柜型號：KYN28A12（Z）2開關(guān)柜一次接

27、線方案編號（1）進線柜方案編號架空進線柜019和母聯(lián)柜052以及架空進線柜021和母聯(lián)柜053配合使用（2）母聯(lián)柜方案編號選用母聯(lián)柜009和母聯(lián)柜052配合使用（3）出線柜方案編號1）電纜出線方案編號為001。2）架空出線方案編號為023。3）電壓互感器與避雷器柜的方案編號為043。3進線柜和母聯(lián)柜斷路器采用 ZN63A6/1250型戶內(nèi)真空斷路器4出線柜斷路器采用ZN63A12/630型真空斷路器5高壓開關(guān)柜配用電流互感器型號為LZZBJ912/15 6電壓互感器和避雷器柜配用JDZ1010型電壓互感器和HY5WS17/50型避雷器76kV母線采用LMY80×6.3型矩形母線86k

28、V母線戶內(nèi)支柱絕緣子選用ZNA6型96kV穿墻套管選用CLWB10/1500 型4 課程設(shè)計的收獲與建議4.1 收獲計過程通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)礦山電工方面的知識，在設(shè)中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在

29、老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！ 課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了的識別和測試；熟悉了煤礦地面35/6kv變電所的基本設(shè)計；了解了變電所的設(shè)計方法；以及如何提高地面變電所的供電性能等等。 我認為，在這學期的實驗中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會