供电技术课程设计兴华煤矿地面变电所部分设计.doc

供电技术课程设计题目： 兴华煤矿地面变电所部分设计院（系、部）： 电气工程及其自动化班 级： 自升本10-1 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表学 期2011-2012(1)姓 名胡建波专 业电气工程及其自动化班 级自升本10-1课程名称电气控制与PLC应用课程设计论文题目兴华煤矿地面变电所部分设计评 定 指 标评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师时 间年 月 日备 注课 程 设 计 任 务 书一、设计题目兴华煤矿地面变电所部分设计二、设计任务完成兴华煤矿供电系统负荷计算，及变电所的部分设计和变压器的选择三、设计计划第1天-教师讲述课程设计的目的、任务、要求和注意事项；第2天-完成文献检索，在阅读分析所检索文献的基础上确定课程设计总体方案（包括主要技术数据）；第3天-接线图纸设计设计；第4天- 负荷计算；第5天-整理资料，撰写课程设计论文四、设计要求1、 明确自己课程设计的设计目的、设计内容和设计要求，明确所要设计装置（或电路）的主要技术数据（通过图书馆和Intel网广泛检索和阅读自己设计题目方向的文献资料）；2、 确定自己的课程设计接线图纸；3、 完成主电路中电力电子器件的参数计算；4、 完成控制电路及保护电路设计（画出电路图）；撰写课程设计说明书。指 导 教师：罗伟时 间： 年 月 日目录前言11. 变电所主接线方式设计21.1变电所主变压器一次侧接线方式21.1.1内桥接线21.1.2 外桥接线21.1.3 全桥接线31.2 变电所主变压器二次侧接线方式41.2.1单母线制41.2.2单母线分段制41.2.3双母线制51.3变电所主变压器的运行方式设计61.3.1一台工作，一台备用61.3.2两台同时工作61.3.2.1并列运行61.3.2.2 分列运行61.3.3两台工作，一台备用71.3.4 有功功率损失计算71.3.5煤矿年电能损耗的计算72.负荷统计与变压器的选择82.1负荷计算82.2 兴华矿负荷的计算92.2.1 根据各设备需用系数及功率因数进行计算102.2.1.1 地面高压组102.2.1.2 地面低压组102.2.1.3 井下用电的计算112.2.2 考虑同时系数并计算负荷112.3主变压器的选择12结束语15参考文献：16附表：17前言一个完善的供电系统是企业能够安全、稳定生产的基础，工厂的变电所是工厂接收、变换、分配电能的环节，是供电系统中极其重要的组成部分，所以合理的变电所设计对一个企业的生产和发展是尤为重要的。工厂供电系统是否需建变电所决定于工厂和电源间的距离，工厂的总负荷及其在各车间的分布，以及变电所建的相对位置，厂区内的配电方式和本地区电网的供电系统等等。工厂的变电所是终端降压变电所，它的具体设计需要考虑许多因素，本设计是针对兴华煤矿地面变电所部分设计。兴华煤矿简介： 兴华煤矿年产80万吨，服务年限30年，矿井分为两个水平开采，-365米，-615米。立井开采。井下开采水量不大，是瓦斯矿井。该矿井负荷见附表。本矿从阜新发电厂直接供电距离20km，另一回是从阜新发电厂经民主村变电所供电系统距离20km。1. 变电所主接线方式设计1.1变电所主变压器一次侧接线方式变电所的接线要能满足不同类型负荷的不中断供电要求，需要按照国家标准和规范的规定来选择电气设备和保护系统，同时还要保障工厂的灵活和经济运行。总体来说兴华煤矿变电所的接线设计应该考虑到安全、可靠、灵活和经济等具体因素。考虑到兴华煤矿的不断扩大再生产，在设计时应分析研究企业在进一步发展情况下如何作到使原有接线方式易于合理的改造，应避免发生由于接线方式凌乱、复杂，互不衔接而影响了供电的可靠性和灵活性，防止在建设投资上造成极大的浪费。在本设计中采用具有双回路电源进线的变电所桥形接线，就是将两回“线路变压器组”单元接线的高压侧用一条跨接的“桥”相连。桥形接线有：内桥和外桥两种形式。1.1.1内桥接线内桥接线方式用在并联工作时某一元件故障时候，以减轻电压的损失。这种接线方式“桥”靠近变压器侧，对电源、线路导换方便，一次侧不需要继电保护，设备投资和占地面积都比较少，主要用在供电线路较长，故障率较高，变电所没有穿越功率，变压器切换少的变电所。如图1.1中a所示。1.1.2 外桥接线这种接线方式“桥”靠近线路侧，对变压器的切换方便，比内桥接线方式少用了两个隔离开关，继电保护简单，易于过度到全桥，而且投资较少，占地面积小，因此适用于工厂负荷不太均衡，变压器需要经常切除和投入，以减少功率及电能的损失，供电线路短，故障率较少，变压器切换频繁的终端变电所。如图中1.1中b所示。1.1.3 全桥接线这种接线方式优点是设备多，操作灵活,适应性强，易于发展成单母线分段的中间变电所；它的缺点是设备多，投资大，占地面积大。如图中1.1中c所示。因此，本设计采用外桥接线的方式。 图a 内桥接线 图b 外桥接线图c 全桥接线图1.1桥形接线图1.2 变电所主变压器二次侧接线方式本设计变压器二次侧采用母线制，母线制分为单母线制、单母线分段制和双母线制。1.2.1单母线制一回进线只能采用单母线制，当然这种母线制的可靠性和灵活性都较低，母线及母线隔离开关发生故障将影响全部负荷的用电，直到故障全部消除为止。而清扫和修理母线和母线隔离开关时，必须停止整个供电系统。如图1.2.1所示。图1.2.1 单母线制1.2.2单母线分段制在两回进线的条件下，便可实现单母线分段制。单母线可以采用隔离开关或者断路器分段。用隔离开关分段可以消除不分段单母线的部分缺点。如图1.2.2所示。（a） 用隔离开关分段 （b）用断路器分段图1.2.2 单母线分段制1.2.3双母线制当工厂负荷大，重要负荷多，以致使馈电回路太多，采用单母线分段制存在一定的困难时，则可以考虑采用双母线制。所以本次设计采用双母线制。如图1.2.3所示。图1.2.3 双母线制1.3变电所主变压器的运行方式设计变电所变压器的运行方式有三种：1.一台工作，一台备用；2.两台同时运行，分为并列运行和分列运行；3.两台工作，一台备用。下面具体介绍三种运行方式的特点：1.3.1一台工作，一台备用这种运行方式从经济的角度来考虑应该是不是很经济的。因为电业部门是按照变压器的台数及容量收取电费的，而不是看每一时刻具体有几台变压器在工作，因此，作为备用的那台变压器便消耗了用电费用，所以该运行方式适合于小型的工业企业。1.3.2两台同时工作1.3.2.1并列运行优点是线路及变压器担负的负荷平均分配，能量损耗最少，当工厂变电所距离电源较远时，单独供电电压损失大，需要采用调压装置，冲击负荷对电压的波动较小。但当一台出现故障时，另一台必须保证工厂的生产用电。1.3.2.2 分列运行优点是短路时电流小，继电保护装置简单，便宜，冲击电压波动影响面积小。要求则与并列运行一样。选用两台变压器，无论采用并列运行还是分列运行方式，每台都只能承担全煤矿负荷的50%，正常情况先的负荷率为70%左右，当发生故障时一台变压器约承担100%的全煤矿负荷，所以这种情况下，年用电费用和年消耗电能也是比其他运行方式要大。1.3.3两台工作，一台备用该种运行方式，变压器台数较多，开支较大，大多用于特大及大型工矿企业。下面讨论变压器中的功率损耗问题，可按照以下的方法来计算，如下所示：1.3.4 有功功率损失计算-变压器的有功功率损失，单位为kw；-变压器的空载有功功率损失，单位为kw;-变压器在额定负载下的铜耗，单位为kw;-负荷的视在容量，单位为kVA;-变压器的额定容量，单位为kVA；可以在设计手册上查到，当=10000kVA，12000kVA的和的值，从而可以计算出的值。具体参考与计算结果见下表：100005358.511.529056591200010846.3213.570.6970从上表可以看出，选择两台10000kVA的变压器，分列运行的功率损失比现选两台12000kVA的一台运行，一台备用的功率损失要少。1.3.5煤矿年电能损耗的计算显然，功率损耗大者，年电能损耗也大，另外从变压器的投资上看，两台10000kVA的变压器总价为15.64万元，而两台12000kVA变压器的总价为17.94万元，相差2.3万元。从以上比较来看，本次设计选用两台10000kVA的变压器，采用并列运行和分列运行之一为宜。分列运行：继电保护简单，具有一定的供电可靠性，当一台运行故障时，另一台变压器可以保证80%的供电，减少了停电的机会，保证了生产的连续进行。它的母线开关，在对操作要求不多的情况下，可以只装隔离开关，所以投资较少。并列运行：这种运行方式继电保护整定复杂，母线要装设隔离开关和断路器，同时要装过电流保护装置所以维修不方便，投资比分列运行方式多。通过以上的分析和比较得出最终的选择。确定了变电所的主变压器一次侧接线方式，选用外桥接线，变压器二次侧接线方式选择双母线制，运行采用两台同时工作的分列运行方式，从而确定了变电所的主接线方式，而这些选择是正确而合理的。2.负荷统计与变压器的选择2.1负荷计算变电所负荷计算，应力求准确可靠，并应考虑矿井负荷的发展远景。负荷大小，是确定变电所的供电系统，选择变压器容量，导线截面和仪表容量的依据。同时这也是继电保护整定的重要数据，而设计的基本原始资料是工艺部门提供的，用电设备安装容易，但品种多，数量大，工作情况复杂，如何根据这些资料正确估计工厂所需的电力和电量是个非常重要的问题，估算的准确程度将影响工厂电力设计的复杂过程。如果估算过高，将增加用电设备的容量，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量，由于工厂企业是国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。估计过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过流，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。求计算负荷的这项工作称为负荷计算。显然，计算负荷是根据已知的工程的用电设备安装容量的确定的预期不变的最大假想负荷，这个负荷是设计的作为选择工厂电力系统供电系统线路的导线截面，变压器容量。开关电器及互感器等额定参数的依据，由此可见是非常重要的。不同种类的工矿，由于设备容量与生产方式的差异，计算负荷的方法也各不相同，以下为几种负荷的计算方法：1. 需要系数：由于一个设备的额定容量，往往大于其实际负荷的容量：一组设备中，根据生产的需要，所有设备一般不同时工作；同时工作的设备，其最大负荷出现的时间也不同。所以变电所各设备的实际负荷总容量，总是小于它的联结的额定总容量，其比值叫需要系数，根据接于变电所的设备总容量及需要系数，来计算变电所实际负荷的方法，叫需要系数法。2. 利用系数：可定义为用电设备组在最大负荷工作班消耗的平均功率与该用电设备组总额定容量的比值。3. 形状系数：考虑了用电设备的数量和大容量用电设备对负荷的影响，结果往往偏大，此外，这种方法本身的推荐方式和系数，也仅仅限于机械加工业。4.附加系数：利用此方法得到的负荷，一般比上几种方法，接近实际组计算过程麻烦但系数值累积不多，接近实际，但目前采用并不大广泛。综上所述，需要系数法计算比较简单，适用于初步估计和方案估算。对于长期工作的飞机可采用此方法，在我国煤矿变电所的负荷计算中，目前采用系数法，所以，本设计采用需要系数法进行负荷计算2.2 兴华矿负荷的计算地面高压组包括：主井提升，副井提升，压风机，通风机。地面低压组包括：选煤厂，机修厂，办公室，工人村，浴室。井下用电组：主排水水泵，整流房，井低车厂，采掘用电。2.2.1 根据各设备需用系数及功率因数进行计算2.2.1.1 地面高压组Pa1=Kd1Pna1=0.88800=704kwQa1=Pa11=7040.72=506.9kvarPa2=Kd2Pna2=0.90750=675kwQa2=Pa22=6750.67=452.3kvarPa3=Kd3Pna3=0.89750=667.5kwQa3=Pa33=667.50.51=340.4kvarPa4=Kd4Pna4 =0.861000=860kwQa4=Pa44=8600.56=481.6kvarPa=Pai= (Pa1+ Pa2+ Pa3+ Pa4=704+675+667.5+860=2906.5kwQa=Qai= Qa1+ Qa2+ Qa3+ Qa4=506.9+452.3+340.4+481.6=1781.2kvar2.2.1.2 地面低压组Pb1=Kd1Pnb1=0.731200=876kwQb1=Pb11=8760.80=700.8kvarPb2=Kd2Pnb2=0.581720=997.6kwQb2=Pb22=997.61.07=1067.4kvarPb3=Kd3Pnb3=0.807.0=5.6kwQb3=Pb33=5.61.52=8.5kvarPb4=Kd4Pnb4=0.75150=112.5kwQb4=Pb44=112.50.80=90kvarPb5=Kd5Pnb5=0.6810.1=6.9kwQb5=Pb55=6.90.96=6.6kvarPb=Pbi= Pb1+ Pb2+ Pb3+ Pb4+ Pb5=876+997.6+5.6+112.5+6.9=1198.6kwQb=Qbi= Qb1+ Qb2+ Qb3+ Qb4+ Qb5=700.8+1067.4+8.5+90+6.6=1873.3kvar2.2.1.3 井下用电的计算Pc1=Kdc1Pnc1=0.811950=887kwQc1=Pc11=8870.67=594.3kvarPc2=Kdc2Pnc2=0.82250=205kwQc2=Pc22=2050.77=157.9kvarPc3=Kdc3Pnc3=0.65150=97.5kwQ c3=P c33=97.51.02=99.5kvarPc4=Kdc4Pn c4=0.783450=2691kwQ c4=P c44=26910.75=2018.3kvarPc=Pci= Pc1+ Pc2+ Pc3+ Pc4=887+205+97.5+2691=3880.5kwQc=Qci= Qc1+ Qc2+ Qc3+ Qc4=594.3+157.9+99.5+2018.3 =3711.1kvar2.2.2 考虑同时系数并计算负荷此时取同时系数 ；P= (Pa+ Pb+ Pc ) )k=(2906.5+1198.6+3880.5)k=7106.7 kw计算无功功率时 Q=( Qa +Qb +Qc ) k=(1781.2+1873.3+3711.1) k=6555.4 kvarS=9668.4 kVA=P/S=7106.7/9668.4=0.740.89(tan=0.84)根据计算，需要进行功率因数补偿，这时取cos=0.92（tan=0.4260）则静电电容器补偿容量为：Q补偿=P(-1)=7106.7(0.84-0.4260)=2942.2kvarP实际=7106.7kw Q实际=6555.4-2942.2=3613.2kvar2.3主变压器的选择1.当变电所的受电电压在35千伏及以上时（如受电电压为10千伏但矿井高压设备为6千伏），应选择主变压器，变压器容量按变电所总的计算负荷及变压器数目来确定。当矿井自然功率因数小于0.9时应按人工补偿后的实际功率因数，重新算出变电所的视在功率，作为选择主变压器容量的依据。选择总降压变电所变压器的数目和容量时，应考虑以下的条件。（1）用电负荷的分类及不能供电中断的程度；（2）电源可供电进线的条件；（3）工厂负荷的均衡性，为减少电能损耗，有时需要现在两台；（4）工厂中有无大型冲击负荷，如大型高压电动机、大型电炉等；（5）运输及建筑物高度等；2.根据负荷的性质，对供电可靠性需求过高，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求，因此，便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。补偿装置的选择：作为提高功率因数的补偿装置有同步补偿和静电电容器。目前，国内外在工矿企业广泛采用的补偿装置三静电电容器，单台静电电容器能够发出的无功功率数少，容易组成所需的补偿电容，所以采用静电电容器作为补偿装置。下面介绍静电电容器的选择：3.并联电容器组提高功率因数的原理 图2.1 并联电容的补偿原理图 （1） 补偿前，在U的作用下， 电流比电压滞后角很低。（2） 并联电容组后， 比超前可知与的夹角， 则4. 电容器组接线方式的确定：可以采用接与Y接两种方式，本设计采用接，其原因是：（1） 接可以防止电容器容量不对称时由于中性点位移而使相电压有欠压，从而造成电容器组损坏。（2） 若发生相断线时，只影响各自补偿容量，不至于严重不平衡；（3） 接线可以充分发挥电容器组的补偿能力。5.补偿后系统容量（P、S、Q）及各相补偿电容器个数并联电容器可选择国家生产的BW系列电容器，单台容量为6-10KV为12Kvar一台的电容器。则每项补偿的容量 由于采用二次侧组接线为单母线分段制，又把补偿容量分成两组电容器分成两组电容器去补偿，可是对于单组而言，每相补偿的容量 则每项每组并联电容器个数：则每组每相用36个12Kvar的电力电容器并联进行无功补偿。6.本设计采用了两台变压器分别运行，其中一台故障时，另一台变压器可以保证安全和原煤生产的用电，并不得少于全矿总负荷的80%，即每台变压器的容量为 式中-故障系数，即事故时负荷保证系数。根据矿井1，2级负荷所占 比重决定，两台分别运行时取Ksb=0.8。P-计算负荷-经补偿后的功率因数所以，本设计 查电工手册选出满足要求的变压器型号为两台，其有关数据如下表型号额定电压（KV）Uk%Ik%空载损耗（KW）短路损耗（KW）SL-6700/3535/6.37.5415.956结束语通过本次的设计，让我对自己的专业知识有了更浓厚的兴趣，使我进一步巩固了工厂供电技术这门课的相关知识，同时了解到自己还有很多不足，对变电所的各部分组成及作用有了更为深入的理解。进一步体会到了变电所在工厂供电系统中所处的重要地位。通过学习和相关资料的查找让我有了很大的收获，自己的逻辑理解能力也得到了提高，可谓是受益匪浅。