3-5KVv煤矿供电系统设计毕业论文.doc

目目 录录 1 1 绪论绪论 1 1 1 基本情况简介 1 1 2 煤矿原始情况 1 1 2 1 地面用电负荷统计 1 1 2 2 井下采区设计原始资料 2 2 2 35KV35KV 煤矿供电设计方案及论证煤矿供电设计方案及论证 5 2 1 煤矿总体设计方案 5 2 2 方案的可行性论证 5 2 2 1 技术方面论证 5 2 2 2 经济方面论证 6 3 3 矿井地面变电所设计矿井地面变电所设计 7 3 1 地面用电负荷计算 7 3 2 地面变电所位置选择 10 3 3 地面变电所的主接线 11 3 3 1 35kV 侧主接线 11 3 3 2 10kV 侧主接线 12 4 4 井下中央变电所及供电设计井下中央变电所及供电设计 15 4 1 井下电力负荷计算 15 4 1 1 井下负荷的计算方法 15 4 2 2 井下负荷的计算 16 4 3 井下中央变电所位置选择原则 17 4 4 井下中央变电所主接线 18 5 5 短路电流计算短路电流计算 20 5 1 短路电流计算选择 20 5 2 计算短路电流的目的 20 5 3 三相短路电流的计算方法 21 5 3 1 电源为无限容量时的短路电流计算 21 5 3 2 电源为有限容量时的短路电流计算 22 5 4 短路电流计算 23 6 6 设备选择设备选择 30 6 1 一般的选择方法 30 6 2 短路动 热稳定性校验原则 31 6 3 变压器选择 31 6 4 地面设备选择举例 31 6 4 1 35kV 设备的选择 32 6 4 2 10kV 设备的选择 34 6 5 井下设备选择 35 6 5 1 电缆选择计算 35 6 5 2 井下开关选择 37 7 7 保护装置保护装置 38 7 1 继电保护装置 38 7 2 防雷保护及接地 39 7 2 1 变电所防雷装置 39 7 2 2 地面变电所保护接地网 40 7 2 3 井下保护接地网 40 8 8 结结 论论 43 致致 谢谢 44 参考文献参考文献 45 摘摘 要要 本设计是在煤矿实习的基础上完成的 通过对 煤矿的实地考察 结合该矿现有 生产水平和未来发展前景 在原有供电系统的基础上根据煤炭生产行业的有关规定进 一步规范和完善 煤矿系 240 万吨大煤矿 供电系统设计内容包括 地面变电所设计 井下供电 设计 短路电流计算 地面及井下高低压设备选择 保护装置 地面及井下接地等 本设计主供电系统由来自不同地方的两路 35kV 线路供电 经主变压器变为 10kV 由单 母分段的接线方式分别向地面和井下供电 根据煤矿供电系统特点 本设计系统主线 路均以最大运行方式进行整定 并以此对线路及其设备进行选择 煤矿 35kV 供电系统包括井上供电系统和井下供电系统两个部分 为保证供电的 安全 可靠 又考虑 煤矿 50 年的服务期限 从经济和技术两个方面对本矿进行整体 设计 以达到满足对 煤矿设计的合理性 关键词 煤矿 35KV 供电 设备选择 Abstract The design is based on the completion of the internship in the coal mine Da Liao Gap of Ningwu Coal Mine through field visits in conjunction with the existing level of production plant and the prospects for future development in the power supply system on the basis of the relevant provisions of the coal production industry further standardize and improve Da Liao Gap of Ningwu Coal Mine is 30 million tons and coal mines power system design include ground substations design mine supply design short circuit current calculations ground and underground high low voltage equipment selection protection devices ground and underground grounded From the design of the power supply system in different parts of the two roads 35kV power line the main 10kV transformers into the single parent separately to the above ground and underground wiring electricity According to the characteristics of coal supply system the design of the main lines are the largest operation of the system means the set of lines and equipment and to choose Ningwu coal 35kV electricity supply system includes two parts of the Underground power supply system and above ground power supply system Considering the three years service of Ningwu mine in order to ensure the security of electricity supply reliable the paper designs the engineering system which is reasonable for Lingbei mine from the economic and technical aspects Key words Lingbei Coal Mine 35kV Power Supply electrical equipment selection 1 绪论绪论 本设计为了保证 煤矿供电质量 保证供电系统运行的安全性 可靠 性和经济性 不但要求监测监控和保护效果要好 而且重要的一点要求在 煤矿的供电设计中严格遵守国家煤矿设计的有关规定 保证其供电的可 靠性和安全性 尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的 不安全因素 1 1 基本情况基本情况简简介介 位于山西省境内中部 南同蒲铁路 大运高速和大运二级公路由本 区东南部经过 介休至阳泉曲和介休至柳林铁路支线由扩区北部通过 其 中大运二级公路距拟建的矿井工业场地仅 4km 距南同蒲铁路仅 4 5km 向井田东北方向经介休抵达太原 向井田东南方向经灵石县抵达临汾和运 城 区内均有简易公路与干线公路相通 采用汽车外运煤炭可通过大运高 速和大运二级公路直接运往全国各地 在南同蒲铁路的一侧建有河溪沟矿 井铁路装车站 本矿井煤炭可通过汽车运往该装车站装火车运往全国各地 矿区交通十分便利 1 2 煤煤矿矿原始情况原始情况 本次设计主要针对 煤矿进行设计 位于矿井工业场地东南面15km 处 有灵石110kV变电站一座 内设两台31500kVA 110 35 10kV变压器 高峰负荷20000kW 其110kV电源两回 有35kV及10kV出线间隔 位于矿井工业场地东北面20km处 有北村110kV变电站一座 内设 两台20000kVA 110 35 10kV变压器 高峰负荷15000kW 其110kV电源两 回 无35kV及10kV出线间隔 位于矿井工业场地西南面8km处 有矿区发展规划拟建的北王中 110kV变电站一座 内设两台20000kVA 110 35 10kV变压器 其110kV 电源两回 有35kV及10kV出线间隔 矿井地面工业场地设一座 35kV 变电站 其两回 35kV 电源均引自拟建 的北王中 110kV 变电站的 35kV 母线 供电电源十分可靠 1 2 1 地面用地面用电负电负荷荷统计统计 地面用电负荷主要包括主副井提升机 扇风机等一级地面用电负荷 此外还包括机修车间 室内照明 工业场地照明和其它的一些常规负荷 这些负荷构成了 煤矿的地面用电系统 煤矿设计地面用电负荷统计如表 1 1 所示 表表 1 11 1 地面用电负荷统计表地面用电负荷统计表 序号设备名称型号规格数量 容量 单台 kW 电压 V 1 提升机 JK 2 5 20X2280380 2 扇风机 BDK618 8 2 1 台备 用 160380 3 机修车间 20380 4 室内照明 10220 5 工业场地 照明 10220 6 其它 50 1 2 2 井下采区井下采区设计设计原始原始资资料料 井下采区巷道及设备布置如图 1 1 所示 图图 1 11 1 14111411 采区巷道及设备布置图采区巷道及设备布置图 说明 说明 为用电设备负荷 其具体设备如为用电设备负荷 其具体设备如 14111411 采区用电设备负荷统计表采区用电设备负荷统计表 1 21 2 中中 1 1 2 2 所示所示 煤矿采区具体情况如下 1 该矿为低瓦斯较高涌水量矿井 年产量设计为 240 万吨 煤层南 北走向 倾角 11 度 北高南低 斜井开拓 井深 120 米 煤质中硬 厚 度为 3 6 米 顶 底板中等稳定 2 1411 采区为中间上山开采 采区分三个区段 区段总长度 345 米 工作面长 100 米 东翼走向长度 400 米 采用国产 80 机组采煤 煤巷掘 进用放炮落煤 皮带机运输 西翼最大长度走向 280 米 为炮采工作面 3 井下中央变电所配出电压为 6kV 配出开关的断流容量为 500MVA 其到上山巷道下部的距离 1600 米 采区主要用电设备采用 1140V 电压 煤电钻和照明采用 127V 电压 4 采煤方法为长壁后退式综采采和普通机采 三班出煤 一班检修 日产量约 5000 吨 本采区服务年限为 50 年 其井下采区主要用电设备负荷统计如下页表 1 2 所示 表表 1 21 2 14111411 采区用电设备负荷统计表采区用电设备负荷统计表 序号设备名称型号规格数量 容量 单台 kW 电压 V 1 采煤机 MLQ 801801140 2 机采面运输机 SGW 44A122 221140 3 下顺槽运输机 SGW 40340660 4 炮采面运输机 SGW 22122660 5 顺槽皮带机 SPJ 800130660 6 上山皮带机 SDJ 150130 30660 7 上山绞车 JTB 1200155660 8 煤电钻 MZ2 1 2912127 9 掘进巷局扇 JBT52 2211660 10 调度绞车 JD 11 4211 4660 11 回柱绞车 JH2 17217660 12 掘进皮带机 SPJ 800230660 13 运输巷皮带机 SPJ 800130 30660 14 水泵 390 90 30660 2 35kV 煤煤矿矿供供电设计电设计方案及方案及论证论证 煤矿 35kV 供电系统设计包括井上和井下两个部分 下面对其供电 方案进行选择和论证 2 1 煤煤矿总矿总体体设计设计方案方案 本设计进线为 35kV 地面变电所设置在电源进线方向的工业广场的边 缘 将 10kV 高压电能经过敷设在副井筒中的电缆送到井下中央变电所 再由井下中央变电所通过电缆将 6KV 电能送到井下各用电设备 在井底车 场附近设置井下中央变电所 考虑可实现不间断供电 地面变电所用两路 35kV 进线电源 经变压 器降压后的 10kV 电能分别接于两段母线上 经配电装置再经变压器变压 后向地面各个用户如提升 通风 机修 照明等用电设备供电 对一类用 户分别接在两段母线上形成双回路供电 井下供电 是由地面变电所经副井筒中的高压电缆 将 10kV 的电能 送到井下中央变电所的母线上 其电源的引线为两条 当一条出故障时 其余的一条电缆能承担井下最大涌水量时排水用全部负荷 为了便于安装 和维护 电缆截面一般不超过 120mm2 为了保证供电可靠 地面变电所和井下中央变电所均采用单母线分段 井下主排水泵分别联接在变电所母线的两段上 对井底车场附近硐室和巷 道低压动力设备和采区 1140V 127V 用电 经电缆供电 2 22 2 方案的可行性论证方案的可行性论证 本设计方案主要从技术和经济两个方面来论证设计方案的可行性 总 体方面来讲 为保证供电的可靠性 变电所从不同的地方引进两条进线 设置两台 35kV 主变压器 采用外桥式接线的室外布置配电 从主变压器 出线后的 10kV 侧 采用单母线分段固定式室内高压配电柜配电 分别对 地面和井下进行供电 地面负荷用电利用两台变压器供电 其进线分别引 自 10kV 侧单母分段的两个部分 经地面变压器配出 0 4kV 侧采用低压配 电屏配电后 直接将配出电能供给地面 380V 和 220V 的用电负荷 对井下 供电设计 是用两条 10kV 电缆经副井口直接下井 在井下设置一处中央 变电所 经配电装置配电后分接两台矿用防爆变压器供井下用电 以上内容将在第三章 第四章中详细介绍 这里不再说明 2 2 1 技技术术方面方面论证论证 1 供电可靠性 主变压器 地面及井下直接供电的各变压器 均采 用双线两台变压器供电 这样当一台主变压器出现故障或需要检修时 另 一台主变压器能够保证煤矿负荷用电 使生产正常进行 当供地面用电的 一台变压器出现故障或需要检修时 其另一台变压器能够承担起煤矿地面 用电的一 二级负荷用电 如主扇风机 人员提升机等 不至于引起煤 矿事故 导致人员伤亡 当供井下用电的一台变压器出现故障或需要检修 时 其另一台井下变压器能够承担起煤矿井下最大涌水量时 井下排水泵 的负荷 以不至于出现煤矿被淹 设备被损坏的情况 2 供电质量 设计采用直接引入 35kV 供电方案 有煤矿变电所自身 进行由高压到负荷的配送电和对用电的无功补偿 在必要的时候还可以对 35KV 变压器直接进行空载调节 从而保证了供电质量 3 运行操作的灵活性 对矿用设备均设有单独的磁力起动器 可以 方便的对设备频繁操作 并在一组设备送电端设置馈电开关 作为设备的 一级保护 同时 在设备之间装设闭琐保护装置 增加了设备运行操作的 安全性和灵活性 4 维护与检修 从本设计的接线方式考虑 第三章 第四章中详细 介绍 当线路出现故障或需要检修时 可以方便的切除故障或将重要负 荷供电切换到其它线路 2 2 2 经济经济方面方面论证论证 1 投资 在对主变压器接线 变电所配电线路接线和有关设备的选用 上 均考虑了投资费用 在保证供电可靠和安全的情况下 尽量选用投资 费用较低的设备 2 年运行费用 包括各种设备的折旧费 维护费和电费等 由于设备 的折旧费一般是固定不变的 只有从降低维护费和电费的角度考虑 本设 计做到了从变电所的位置选址到设备的保护装置 都考虑了能降低维护费 的因素 由于电价是固定的 因此降低电费主要从降低电能损耗方面入手 尽量减少损耗 3 电能损耗 包括有功损耗和无功损耗 由于输电线路固定 主要从 变压器 电抗器等耗电设备考虑电能损耗 在变压器选择上尽量接近用电 负荷容量 减小空载运行的损耗 在变电所加设无功补偿器 补偿无功功 率的损耗 从技术和经济两个方面论证来看 本设计方案满足论证要求 故在以 后各章节对 煤矿供电系统的设计中均以本设计方案为中心进行设计 3 矿矿井地面井地面变电变电所所设计设计 煤矿地面变电所 从设计情况看大体分为两种情况 一种是电源进线 为 35kV 经主变压器降压到 10kV 或 6kV 后 向高压设备供电 就是通常 所说 35kV 变电所 另一种是电源进线为 10kV 或 6kV 直接引到母线上 通 过高压配电装置 直接向高压负荷供电 称为 10kV 或 6kV 配电所 本矿地面变电所设计采用的是第一种方案 即 35kV 变电所供电 3 1 地面用地面用电负电负荷荷计计算算 煤矿地面负荷容量计算采用的方法是当前广泛被采用的需用系数法 估算 当然也可用有用功和无功功率的复数计算法 因有功和无功功率的 复数计算法比较复杂 所以这里不在说明 1 根据地面用电负荷及用电设备在煤矿生产中的负荷等级 为保证 当一台变压器受到损害 而另一台变压器能够保证其煤矿所有一 二级负 荷供电 确定此设计地面供电采用两台变压器供电 2 地面负荷按下式 3 1 进行计算 3 1 cos r N K PS 式中 S 所计算的电力负荷总的视仔功率 kVA 参加计算的所有用电设备 不包括备用 额定功率之和 N P kW 参加计算的所有电力负荷的平均功率因数 cos Kr 需用系数 其数值有以下方法计算 3 地面所取的各用电负荷的需用系数及平均功率因数见下表所示 4 可以较正确计算出用电功率的设备 如提升机 通风机等的电力负 荷 应取其计算负荷 公式 中 X N P K P 最大一台电动机的额定功率 P 电机在相应负荷率时的工作效率 同一工作面所有用电负荷容量的总合 不包括备用 N P 5 地面用电总负荷的计算 按式 3 2 计算 3 2 TNS KSSSS 21 式中 SS 地面总负荷的视在功率 kVA 地面各用电计算负荷的视在功率 kVA 1 S 2 S N S 同时系数 T K 地面总负荷的功率因数应按式 3 2 的复数计算 即有功功率和无 功功率分别相加后 可求得总负荷的功率因数 这里不再求得 按地面用电设备负荷统计表 1 1 及地面用电负荷的需用系数及平均功 率因数表 3 1 具体计算如下 表表 3 13 1 地面用电负荷的需用系数及平均功率因数表地面用电负荷的需用系数及平均功率因数表 地面负荷名称需用系数 KX平均功率因数 cos 提升机 扇风机 机修车间 室内照明 工业场地照明 其它 X N P K P X N P K P 0 3 0 3 0 4 0 3 根据所选电机的负荷率 确定 根据所选电机的负荷率 确定 0 65 0 84 0 84 0 8 1 提升机工作面 0 87 110 kW X N P K P P 110 25 kW 135 kW 25 kW 为在提升工作面的其它用电负荷 N P 故 0 93 X N P K P 87 0 135 110 由所选电机的负荷率知 0 86 cos 135 kVA 146kVA cos r N K PS 86 0 93 0 2 扇风机工作面 0 88 55 kW X N P K P P 55 10 kW 65 kW 10 kW 为在扇风机工作面的其它用电负荷 N P 故 0 96 X N P K P 88 0 65 55 由所选电机的负荷率知 0 87 cos 65 kVA 72kVA cos r N K PS 87 0 96 0 3 机修车间 Kr 0 3 0 65 20 kW cos N P 20 kVA 9 2kVA cos r N K PS 65 0 3 0 4 室内照明 Kr 0 3 0 84 10 kW cos N P 10 kVA 3 6kVA cos r N K PS 84 0 3 0 5 工业场地照明 KS 0 4 0 84 10 kW cos N P 10 kVA 4 8kVA cos S N K PS 84 0 4 0 6 其它负荷 KS 0 3 0 8 15 kW cos N P 15 kVA 5 7kVA cos S N K PS 8 0 3 0 7 地面总负荷计算 0 85 T K 146 72 9 2 3 6 4 8 5 7 0 85kVA TS KSSSS 621 241 3 0 85 kVA 206kVA 根据此计算容量大小选择供地面负荷由高压侧 10kV 变到 0 4kV 用电 的变压器容量和台数 要选择 35kV 侧供电的电力变压器 必须知道矿井的所有负荷 即地面 负荷和井下负荷的总和 才能确定 35kV 侧变压器的选择 这里暂且不提 本内容在第六章变压器选择里详细介绍 3 2 地面地面变电变电所位置所位置选择选择 煤矿变电所虽说容量不大 但它是全矿供电的中心 所址选得正确 与否 直接影响到供电的可靠 安全与经济运行 因此本矿是在符合以下 条件下进行的所址选择 1 接近负荷中心 这样可以减小供电距离 电能损耗 电压损失和 节约有色金属 2 不占或少站农田 3 便于各级电压线路的引入和引出 4 交通运输方便 5 具有适宜的地质条件 例如避开滑坡 塌陷区 溶洞地带等 如 在煤田上则应避免压煤 躲开采空区 6 尽量不设在空气污秽地区 否则应采取防污措施或设在污源的上 风侧 7 因本矿位于山区 故所址选择不应为积水浸淹 山区变电所的防 洪措施应满足泄洪要求 8 具有生产和生活用水的可靠水源 9 适当考虑职工生活上的方便 10 考虑了设计变电所与邻近设施之间的相互影响 11 由于矿井地面工业广场已统一考虑了压煤的问题以及运输 通讯 水暖等设施 所以本所址选择于矿井地面工业场边缘地上 12 所址位置必将影响矿区供电系统的接线方式 送电线路的规格与 布局 电网损失和投资的大小 考虑以上因素 将此变电所选在工业广场边缘的上风向区 此处环境 污染小 又能满足其他方面的要求 3 3 地面地面变电变电所的主接所的主接线线 地面变电所起着接受电能 并将电能 或经主变压器降压 再分配给全 矿用电设备的作用 电源进线和负荷出线之间采用什么设备和以什么形式 进行连接 称接线方式 它与电源进线回路数 电压等级 距电源远近 主变压器的台数等因素有关 3 3 1 35kV 侧侧主接主接线线 由于本矿供电电压为 35kV 矿井终端变电所采用接线方式有如下几种 如图 3 1 所示 现通过比较后选择主接线形式 1 外桥接线 外桥接线如图 3 1a 所示 1 优点 高压断路器数少 四个回路只需三台断路器 2 缺点 线路的切除和投入较复杂 需动作两台断路器 并有一台 变压器暂时停运 桥联络断路器检修时 两个回路需解列运行 变压器侧 的断路器检修时 变压器需较长时间停运 3 适用范围 适用于较小容量的变电所 并且变压器的切换较频繁 或线路较短 故障率较少的情况 a a 外桥接线外桥接线 b b 内桥接线内桥接线 c c 全桥接线全桥接线 图图 3 13 1 三种桥型接线方式三种桥型接线方式 2 内桥接线 内桥形接线如图 3 1b 所示 1 优点 高压断路器数少 四个回路只需三台断路器 2 缺点 变压器的切除和投入较复杂 需两台断路器动作 影响一 回线路的暂时停运 桥联络断路器检修时 两个回路需解列运行 出线断 路器检修时 线路需校长时间停运 3 适用范围 适用于较小容量的变电所 并且变压器不经常切换或 线路较长 故障率较高的情况 3 全桥接线 全桥接线如图 3 1c 所示 它适应能力强 运行灵活 操作方便 但所 用设备较多 占地面积大 综上所述 由于 煤矿为 240 万吨年产量的大型煤矿 本采区的服务 年限为 50 年 考虑整个矿区近 20 年的开采能力 从投入经济和山区少占 工业广场面积两个方面考虑 我这里采用全桥式主接线来完成 35kV 侧变 电所设计 3 3 2 10kV 侧侧主接主接线线 1 单母线接线 1 优点 接线简单清晰 操作方便 设备少 配电装置的建造费用低 隔离开关仅在检修时作隔离电压用 不作任何其他操作 便于扩建和采用 成套配电装置 2 缺点 不够灵活可靠 任一元件 母线及母线隔离开关等 故障或 检修时 均需使整个配电装置停电 引出线回路的断路器检修时 该回路 要停止供电 3 适用范围 由于单母线接线工作可靠性和灵活性都较差 故这种 接线主要用于小容量特别是只有一个电源的变电所中 2 单母线分段接线 单母线接线如图 3 2 所示 图图 3 23 2 单母线分段接线图单母线分段接线图 1 优点 用断路器把母线分段后 对重要一 二级用户可以从不同 段上引出两个回路 有两个电源供电 当一段进线发生故障 分段断路器 自动将故障段切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 2 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回 路都要在此期间内停电 当出线为双回路时 架空线路会出现交叉跨越 另外 在扩建时需向两个方向均衡扩建 3 适用范围 由于单母线分段接线比单母线接线的供电可靠性相灵 活性有所提高 所以在 63kV 以下的变电所中较广泛使用这种接线方式 综上所述 不论分段或不分段的单母线接线 在检修任一回路断路器 的全部时间内 该回路必须停止工作 这个缺点在某些情况下恃别突出 因此 对于电压为 35kV 及以上的配电装置 当引出线较多时 应广泛采 用单母线分段带旁路母线的接线 3 双母线接线 双母接线中有两组母线 每一电源或每条引出线 通过一台或两台断 路器 分别接到两组母线上 双母线的两组母线同时工作 并通过母线联 络断路器并联运行 电源与负荷平均分配到两组母线上 由于母线继电保 护的要求 一般某一回路固定与某 组母线连接 以固定连接方式运行 1 优点 1 供电可靠 通过两组母线隔离开关的倒换操作 可以轮流检修一 组母线而不致使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 检修任一 回路的母线隔离开关时 只停该回路 2 调度灵活 各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线上 能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要 3 扩建方便 向双母线的左右任何一个方向扩建 均不影响两组母 线的电源和负荷均匀分配 不会引起原有回路的停电 2 缺点 1 增加一组母线 每回路就要增加一组母线隔离开关 2 当母线故障或检修时 隔离开关作为倒换操作电器 开关误操作 需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置 3 适用范围 当出线回路数或母线上电源较多 输送和穿越功率较大 母线故障后 要求迅速恢复供电 母线和母线设备检修时 不允许影响对用户的供电 系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时 采用双母线接线较合适 综上所述 在本设计中考虑经济和满足供电要求的需要 10kV 母线侧 采用双母线的接线方式 单母线接线图如 3 2 所示 4 井下中央井下中央变电变电所及供所及供电设计电设计 井下中央变电所 是全矿井下的供电中心 接受从地面变电所送来的 高压电能之后 向采区变电所及主排水泵的电动机供电 通过降压后供给 井底车场附近的低压动力设备 照明及电机车的变流设备等用电 4 1 井下井下电电力力负负荷荷计计算算 井下中央变电所变压器的容量 台数取决于由该变电所供电的用电设 备负荷 煤矿井下的机电设备 由于井下工作条件比较复杂 使其负荷变 化较大 而且对矿井不同的采煤方法 机械化程度 供电接线方式 其总 负荷也是各不相同的 因此 要想准确地计算井下低压供电系统的负荷是 十分困难的 我这里采用的方法是当前广泛被采用的需用系数法估算井下变电所容 量 根据此计算容量大小选择变压器容量和台数 4 1 1 井下井下负负荷的荷的计计算方法算方法 1 根据井下用电设备布置及用电设备的单台容量可大致确定此设计 设置一个井下变电所 两台变压器 即可 2 井下采区负荷按下式进行计算 4 1 cos r N K PS 式中 S 所计算的电力负荷总的视在功率 kVA 参加计算的所有用电设备 不包括备用 额定功率之和 kW N P 参加计算的所有电力负荷的平均功率因数 cos Kr 需用系数 其数值有以下方法计算 由于本设计井下使用为单体支架 各用电设备无一定顺序起动的一般 机组工作面 按下式计算需用系数 Kr 0 286 0 714 4 2 N S P P 式中 最大电动机的功率 kW S P 3 井下井底车场等负荷 可按式 4 1 计算 其所取的各用电设备 的需用系数及平均功率因数见下表所示 4 可以较正确计算出用电功率的设备 如提升机 水泵 空压机 通 风机及大型胶带输送机等的电力负荷 应取其计算负荷 其井下用电设备的需用系数及平均功率因数如表 4 1 所示 表表 4 14 1 井下用电设备的需用系数及平均功率因数表井下用电设备的需用系数及平均功率因数表 井下负荷名称需用系 数 Kr 平均功率因数 cos 备注 一般机械化工作面 炮采工作面 缓倾 斜煤层 炮采工作面 急倾 斜煤层 掘进工作面 输送机 井底车场 无主排水设备 有主排水设备 0 4 0 5 0 5 0 6 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 6 0 7 0 6 0 7 0 6 0 7 0 7 Kr值按 式 2 计算 取计算 功率 5 井下总负荷的计算 考虑到负荷变化较大的采区与负荷较稳定的 主排水泵等井下固定设备的区别 为更接近实际 按下式 4 3 计算 4 3 TS N S KK P SS cos 式中 SS 井下总负荷的视在功率 kVA 井下各用电设备计算负荷的视在功率之和 kVA S 井下主排水泵计算功率之和 kW N P 井下主排水泵的加权平均功率因数 cos Ks 井下主排水泵的同时系数 只有排水设备时取 1 有其他固 定设备时取 0 9 0 95 同时系数 T K 井下总负荷的功率因数应按式 4 3 的复数计算 即有功功率和无 功功率分别相加后 可求得总负荷的功率因数 4 2 2 井下井下负负荷的荷的计计算算 按井下用电设备负荷统计表 1 2 和需用系数及平均功率因数如表 4 1 所示 具体计算如下 1 一般机械化工作面 Kr 0 286 0 714 N S P P PS 80 kW 80 24 11 4 17 44 kW 176 4 kW N P 故 Kr 0 6 0 7 cos 151 2kVA cos r N K PS 2 输送机 绞车 Kr 0 5 0 7 120 55 105 60 kW 340 kW cos N P 242 86kVA cos r N K PS 3 炮采工作面 缓倾斜煤层 Kr 0 5 0 6 17 11 4 36 22 kW 86 4 kW cos N P 72kVA cos r N K PS 4 掘进工作面 Kr 0 4 0 6 48 22 60 kW 130 kW cos N P 86 67kVA cos r N K PS 5 主排水设备 KS 1 0 85 90 kW cos N P 105 88kVA cos s N K PS 6 井下总负荷计算 TSS K P KSS cos 151 2 242 86 72 86 67 105 88 0 9kVA 620kVA 0 9 T K 4 3 井下中央井下中央变电变电所位置所位置选择选择原原则则 1 尽量位于负荷中心 保证一类负荷主排水泵电动机的供电 通常将 中央变电所洞室与水泵房建在一起 2 地质条件好 顶 底板稳定 无淋水 3 变电所要求通风良好 运输方便 4 电缆进出线方便 一般井下中央变电所的位置如图 4 1 所示 图图 4 1 井下中央变电所位置井下中央变电所位置 1 1 一主井 一主井 2 2 一副井 一副井 3 3 一中央变电所 一中央变电所 4 4 一水泵房一水泵房 4 4 井下中央井下中央变电变电所主接所主接线线 1 主接 主接线线原原则则 常见的主接线原则如下 1 高压电源进线与馈出线同时控制 2 高 压母线用单母线分段 两段母线之问设联络开关 正常时母线分列运行 3 一类负荷分别接于两段母线上 其它高压负荷尽量均匀地分配在两段 母线上 4 高压电缆进线数目与母线段数相对应 并分别接于备段上 2 井下中央 井下中央变电变电所主接所主接线线方式方式 井下中央变电所 10kV 高压电源进线为两条电缆 其接线方式如图 4 2 所示 图图 4 24 2 两台变压器低压侧有联络开关的接线方式两台变压器低压侧有联络开关的接线方式 DWDW 一一 DW80DW80 型馈电开关型馈电开关 煤矿井下设计如图 4 2 具有系统简单 可靠的特点 因为下井电 缆为两条 当 条电缆发生故障时 另一条电缆能够承担井下最大涌水量 时的排水负荷 本设计井下中央变电所主接线方式图 4 2 为两台变压器低压侧有联络 开关的接线方式 这种接线方式的优点是可以方便的扩展成为多台变压器 供电 以便随时备用 5 短路短路电电流流计计算算 本章内容为设计的重点 也是 煤矿设计的难点 同时也是以后各章 节计算和设备选择的基础 5 1 短路短路电电流流计计算算选择选择 供电系统中可能发生的故障类型比较多 但常见的 而且危害较大的 故障就是短路 所谓短路 是指供电系统中不等电位的导电部分在电气上 被短接时的总称 根据短接的情况不同 可将短路分为如下图所示的几种 在短路电流计算时 对于三相对称短路一般采用计算曲线法 对于不对称 短路 则采用对称分量法 三相短路三相短路 两相短路两相短路 两相接地短路两相接地短路 大接地电流系统中的单相接地短路大接地电流系统中的单相接地短路 小接地电流系统中的单相接地短路小接地电流系统中的单相接地短路 图图 5 15 1 五种短路方式五种短路方式 任何一种短路都有可能扩大而造成三相短路 因为短路后所产生的电 弧 会迅速破坏相间绝缘 而形成三相短路 在电缆网路中更为常见 由于煤矿供电系统大都为小接地电流系统 且大都距大发电厂较远 故单相短路电流值一般都小于三相短路电流值 而两相短路电流值也比三 相短路电流值小 因此在本设计的短路电流计算中 以三相短路电流为重 点进行计算 5 2 计计算短路算短路电电流的目的流的目的 发生短路故障后 短路回路中将出现数值很大的短路电流 在煤矿供 电系统中 短路电流要比额定电流大几十倍甚至几百倍 通常可达数千安 这样大的电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力 并使载流体 温度急剧上升而损坏设备 同时短路点电压将降为零 在短路点附近 电 压也要相应地显著下降 造成这些地方的供电中断或严重影响电动机工作 在发生接地短路时所出现的不对称短路电流 还将对与架空线平行敷设的 通讯线路产生干扰 更危险的是当短路点离发电厂很近 而且短路的持续 时间较长时 可能造成发电机失去同步 而使整个电力系统的运行解体 这是最严重的后果 为了防止发生短路所造成的危害及限制故障范围的扩大 需要进行 系列的计算及采取相应措施 以保证供电系统在正常或故障的情况下 做 到安全 可靠又经济 掌握短路电流的计算方法很重要 综上所述 计算 短路电流的目的 可归纳为下列几点 1 作为系统主接线方案比较的项目之一 以便判断哪种主接线方式 更能保障供电的安全和可靠 然后再决定系统的主要运行方式 2 作为校验电气设备的依据 以便确定所选的设备 在发生短路故 障时是否会被损坏 3 正确地选择和校验限制短路电流所需的设备 以确保电气设备不 被短路电流损坏 4 确定选择和校验继电保护装置所需的各种参数 5 根据故障的实际情况 进行故障分析 找出事故的发生原因 5 3 三相短路三相短路电电流的流的计计算方法算方法 三相短路电流的计算方法总体有精确计算法和近似估算法两种 我这 里采用的是近似估算法 5 3 1 电电源源为为无限容量无限容量时时的短路的短路电电流流计计算算 当电源为无限容量时 即认为在短路过程中 电源的电压维持不变 也就是说电源的电阻和电抗均为零 但实际上电源的容量和阻抗总有一定 数值 因此 当电源的阻抗不超过短路回路总阻抗 或计算电抗 的 5 一 10 时 就可以忽略电源的阻抗 如果以供电电源为基准的电抗标么值大于或等于 3 即计算电抗标么 值 X 3 时 可以认为短路电流周期分量在整个短路过程中保持不变 也就是短路电流不衰减 其短路电流计算方法与电源为无限容量时的短路 电流计算方法相同 具体的计算步骤如下 1 根据供电系统绘制等值电路图 一般称为 计算系统图 要求在 围上标出各元件的参数 并标出各短路点的位置 短路点应根据计算短路 电流的目的决定 对较复杂的网络 还要根据计算要求依次绘制出简化 的等值图 在图上和计算过程中 电抗标么值可直接用编号表示 省略电 抗标么值的符号 分子表示某元件电抗的编号 分母为其标么值的大小 2 确定基准容量和基准电压 并根据公式决定基准电流值 3 求出系统各元件的标么基准电抗 并将计算结果标注在等值图上 4 按等值图各元件电抗的连接情况 求出由电源到短路点的总电抗 X 5 按欧姆定律求短路电流标么值 由于电源是无限容量的 所以电 源电压始终保持恒定 故短路电流标么值 I 可按下式直接求出 I 1 X S 式中 I S 分别为短路电流标幺值和短路容量标么值 而且短路后各种时间的短路电流标么值与短路容量标么值都相等 即 I I0 2 I S S0 2 S 6 求短路容量和短路电流 为了向供电设汁提供所需的资料 应确 定下列几种短路电流和短路容量 A 求出当 t 0 时的短路电流 I 和短路容量 S B 求出当 t 0 2s 时的短路电流 I0 2和短路容量 S0 2 C 求出当 t 时的稳定短路电流 I 和稳定短路容量 S I I0 2 I I Ib kA S S0 2 S I Sb kA ikr 2 55 I kA Ikm 1 52 I kA ikr计算短路电流冲击值 Ikm短路全电流最大有效值 5 3 2 电电源源为为有限容量有限容量时时的短路的短路电电流流计计算算 电源为有限容量时短路电流的计算方法 与电源为无限容量的短路电 流计算方法的区别在于 因为当电源为有限容量时 电源的阻抗就不能忽 略 在短路过程中 由于电流增加很多倍 势必造成电源端的电压下降 使短路电流周期分量衰减 从而形成短路后不同时刻的短路电流值不相等 使计算工作更为复杂 对此情况一般都采用计算曲线 也称运算曲线 的 方法 求得短路电流 具体计算步骤 1 根据已知资料给定的供电系统及各元件的参数 绘制计算系统图 标出短路点位置 对较复杂的网络 还要根据计算的要求依次绘制简化的 等值图 2 选取基准值 3 分别求得各元件的标么基准电抗 并将它标在等值图上 4 由等值图逐步地求出各短路点的总电抗标么值 X 5 当我们所选的基准容量与电源 不论分组的或等值的 的总额定 容量不相同时 必须将总电抗标么值换算成以电源总额定容量为基准的计 算电抗 X X X N N b S P S A 6 根据计算电抗 X 的数值 去查与电源相应的计算曲线 从中得出 不同时间的短路电流标么值 I I0 2 和 I 5 4 短路短路电电流流计计算算 本设计供电系统引线一个电源 S1 西马房 3km 引线 为无限大容量 另一个电源 S2 原有回路 1km 的总额定容量为 791MVA 它在 35kV 母线 上的短路容量为 275MVA 两条线路同时送电 两台变压器并联运行 为了使计算方便 迅速 先将等值电路中各元件电抗进行编号 把编 号的号码写在等值图上 而且在书写电抗标么值的符号时 均省略标么值 的符号 例如本来应为编号后改为 进 步又可省略改写成 1Tr X 5 X 本设计中的短路计算均按此法表示 5 X 计算过程如下 1 选取基准容量 100MVA b S 选取短路点所在母线的平均电压为基准电压 如图 5 2 所示 图图 5 25 2 短路电流计算系统图短路电流计算系统图 即 计算 K1 点短路时 选取 Ub1 37kV 计算 K2 K3 K5 K7 K9 点短路时 选取 Ub2 10 5kV 计算 K4 K10 点短路时 选取 Ub3 0 69kV 计算 K6 K8 点短路时 选取 Ub4 0 4kV 2 计算各元件的电抗标么值 X1 0 由于该电源为无限大容量 其电抗很小 这里忽略不计 X2 100 275 0 363 b ks S S X3 0 087 0 4 km 为 35kV 单导线每公里架空线电抗 01 2 1 b b S X L U 0 X 图图 5 35 3 等值电路图等值电路图 X4 0 029 02 2 1 b b S X L U X5 X6 5 2 6 5 为 1250kVA 变压器短路电压百分数 1 1 100 kb Tr US S 1 k U X7 X11 0 036 0 08 km 为 10kV 每公里下井电缆电抗 03 2 2 b b S X L U 0 X X8 X12 10 4 为 400kVA 变压器短路电压百分数 2 3 100 kb Tr US S 2 k U X9 X10 25 4 为 160kVA 变压器短路电压百分数 3 4 100 kb Tr US S 3 k U 3 求各短路点的回路总阻抗 1 K1 点的短路回路总阻抗 X13 X1 X3 0 088 X14 X2 X4 0 392 X13 的计算电抗 X14 X14 0 392 791 100 3 1 2 b S S 2 K2 点的短路回路总阻抗 X15 5 2 2 2 6 X16 0 072 X17 X15 X16 2 672 56 56 XX XX 1314 1314 XX XX 则分布系数 C1 X16 X13 X14 X13 X14 0 8167 C2 X16 X14 X13 X13 X14 0 1833 而各支路的转移电抗为 X18 X17 C1 3 272 X19 X17 C2 14 577 最后求出各支路的计算电抗 第一分支路 由于电源 S1 是无限容量的 不必再求计算电抗 第二分支路 计算电抗 X19 X19 115 304 2 b S S 3 K3 点的短路回路总阻抗 X20 X18 X7 3 308 4 K4 点的短路回路总阻抗 X21 X8 X20 13 308 5 K5 点的短路回路总阻抗 由于此变压器的进线电缆很短 故可忽略不计 此时 X22 X18 3 272 6 K6 点的短路回路总阻抗 X23 X9 X22 28 272 7 K7 点的短路回路总阻抗 由于此变压器的进线电缆很短 故可忽略不计 此时 X24 X19 14 577 计算电抗 X24 X24 115 304 2 b S S 8 K8 点的短路回路总阻抗 X25 X10 X24 39 577 计算电抗 X25 X25 313 054 2 b S S 9 K9 点的短路回路总阻抗 X26 X11 X19 14 613 计算电抗 X26 X26 115 589 2 b S S 10 K10 点的短路回路总阻抗 X27 X12 X26 24 613 计算电抗 X27 X27 194 689 2 b S S 4 求各短路点的短路参数 1 K1 点的短路参数 电源 1 提供的电源参数 1 X13 1 0 088 11 364 11 k I I I0 2 I Ib1 11 364 11 364 17 733 kA 11 k I 1 3 b b U S100 3 37 S S0 2 S Sb 11 364 100 1136 4 MVA 11 k I 2 55 I 45 219 kA 为短路冲击电流 kr i kr i 1 52 I 26 954 kA 为全电流最大有效值 km I km I 电源 2 提供的电源参数 1 X14 1 3 1 0 323 计算电抗 3 21