90万吨年矿井地面变电所的一二次方案设计毕业论文.doc

前 言本设计为90万吨/年矿井地面变电所的一、二次方案设计。全面系统的讲述了变电所设计方面的方法和步骤。紧紧抓住理论联系实际的原则，满足实际生产的要求，以变电所最佳运行为基础，尽量采用最优方案。为了贯彻和推行国家标准，本设计使用的所有符号和文字代号采用国家最新标准。这次毕业设计，从四月份开始进行，到五月下旬完成初稿，历时两个月。在完成设计的过程中，深得指导老师邹有明教授的细心指导和帮助，从而使得设计能顺利、及时完成。对邹教授严谨的科学态度和谦逊的为人深感钦佩，并由衷的表示感谢。由于本人学识浅薄，水平有限，再加上时间仓促，设计中错误在所难免，恳请读者批评匡正。 1概述本设计是年产90万吨的小型矿井的35KV变电所设计，服务年限规划为100年。立井提升、井筒深度为100米。井下允许短路容量100MVA。全矿负荷统计见表1-1。该矿上级电源电压35KV距35KV变电所6.5千米。采用双回路架空线输电方式，规定断路器过流保护时间为2.5s，系统电抗为：最大运行方式：=0.12(=100MVA)。 最小运行方式：=0.18 (=100MVA)。 电价收费办法采用两部电价制，固定部分按最高负荷收费。 井下电缆总长度:=25km。 本所6KV母线上补偿后功率因数要求值:=0.95。 变电所气象条件：最热月室外最高气温月平均值为41 .。最热月室内最高气温月平均值为29.。最热月土壤最高气温月平均为26 .。2 负荷计算与变压器选择设备名称负荷等级电压 V线路类型电机型式单机容量KW安装工作/台数 工作设 备总 容 量kw需用系数 Kx功率因数 计算负荷 离35kv变电所的距离 KM有 功无 功视 在12345678910 1112主井提升26000CY10001/110000.950.8595058911180.28副井提升16000CY6301/16300.940.845923857060.20扇风机116000KT8002/18000.880.91704-3878031.5扇风机216000KT8002/18000.880.91704-3898031.5压风机16000CT2504/25000.90.89450-2535160.36地面低压1380C8700.720.786265018020.05机修厂3380C7500.60.74504596430.20综采车间3380C 洗煤厂2380K9200.750.786905528840.46工人村3380K4800.760.853652264292.0支农3380K3600.750.852701673172.7主排水泵16000CX5005/315000.880.86132079215390.65井下低压2660CX23780.70.76166514322196878640769685表1-1全矿负荷统计表如下:解题思路矿井负荷计算,首先要收集必要的全矿负荷资料;然后由低压到高压逐级计算,并进行负荷归总.由与本次所进行的是初步设计,低压变压器不在考虑之列.所以,归总所得到的负荷就是矿井6kv母线上的总计算负荷.作为选择主变压器的主要依据.矿井功率因数补偿,大都在地面变电所6kv母线上集中装设移相电容器.题意要求将矿井35kv母线上的平均功率因数提高到0.95及以上,因而应把主变压器的功率损耗也计入总的各类功率中,确定35kv侧的供电系统,实际上是根据主变压器的台数和运行情况及 电线的长短等决定矿井地面变电所的主接线方式,也就是在外桥 内桥和全桥中选择。解 2.1负荷分组与计算2.11 计算各组负荷 1) 表1-1中8.9.10的数及相关公式分别算出各设备组的、主井提升=0.951000=950kw =0.6295=589kvar=1118kva 其它负荷计算与之类似,这里仅举一例。2.12 各低压变压器的选择由于采用高压(6kv)集中补偿功率因数, 故对各低压变压器均无补偿作用,选择时可按照以上计算的容量进行,但对于一二类负荷设备组应选两台及以上.矿井地面低压变压器的选择原则与一般工业企业类似.选用一台者,只须变压器额定容量大于或等于计算容量即可,选用两台者,每一台的容量应能够满足该组一二类负荷的要求,而且两台的总容量应大于或等于计算容量。1) 地面低压选两台-800/6 6/0.4kv型铜线电力变压器2) 机修厂选一台-800/6 6/0.4kv型铜线电力变压器3) 洗煤厂选两台-630/6 6/0.4kv型铜线电力变压器4) 工人村选一台-500/6 6/0.4kv型铜线电力变压器5) 支农选一台-400/6 6/0.4kv型铜线电力变压器6) 所用变压器选两台/6 6/0.4kv型铜线电力变压器6) 各变压器损耗计算例如 对于地面低压设备组的两台变压器有空载无功损耗=800=9.6kvar额定无功损耗=800=36kvar单台负荷率= 两台变压器总的有功 无功损耗 =2(1.45+0.57.2)=6.5kw =2(9.6+0.536)=37.2kw 其它变压器损耗可与上同理进行,结果如表1-2所示。 表1-2中的总计栏为各组有功损耗和无功损耗之和。 2.14 计算6kv母线上补偿前的总负荷并初选变压器=0.02=0.022196=43.92KW=0.08=0.082196=175.68KVAR2.13 井下变压器损耗计算取同时系数=0.85 则6kv母线上的计算负荷为:=(+ +)=0.85(8786+27+43.96)=7528KW =(+ +)=0.85(4076+130.9+175.68)=4383KVAR=8711KVA 根据矿井主变压器的选择条件,一般选用两台同时运行(分裂运行)较适用固定电费按最高负荷收费的规定.此时,当一台停运时,另一台必须能够承担全矿一二类负荷的用电.但又考虑发展,故选用两台-8000/35 35/6.3型铜线电力变压器.其参数如下: 8000KVA /35/6.3KV % 7.5% 0.8 11.5K 45KW 表1-2 低压变压器功率损耗计算表编 号 1 2 3 4 5 负 荷 名 称地面低压机修厂洗煤厂工人村支农计算容量 KVA800630500400所选变压器参数 型 号 KVAR KV 台 数 % KW KW8006/0.4 2 4.51.2 1.45 7.2800 6/0.4 1 4.5 1.2 1.45 7.2630 6/0.42 4.51.2 1.23 6.0500 6/0.41 4 1.4 1.0 5.0 400 6/0.41 4 1.40.84 4.2 损耗计算 KVAR KVAR KW KVAR9.6 36 1/2 6.5 37.29.6 36 0.8 6 32.67.6 28.4 0.7 4.2 21.57 22.5 0.864.7 23.65.6 16 0.79 3.5 15.6总计 KW KVAR27 130.92.2 cos补偿与电容器柜选择2.21功率因数补偿计算与矿井35KV侧负荷的计算题意要求35KV侧的平均功率因数为0.95及以上.但补偿电容器装设在6KV母线上,而6KV侧全矿计算负荷并不包括主变压器的损耗,因此,6KV母线上的功率因数应补偿到何值才能使唤35KV侧的功率因数为0.95及以上.分析此问题的思路如下:先计算无补偿主变压器损耗,据此计算35KV侧的自然功率负荷和自然因数,并求出功率因数提至0.95时需补偿的无功功率,该无功功率的数值就可以作为6KV母线上应补偿的容量.经选择电容器柜,再算出实际补偿容量,最后重算主变压器的损耗,并检验35KV侧补偿后的功率因数。 1)无功补偿时主变压器的损耗计算负荷率=0.544空载无功损耗=8000=64KVAR额定无功损耗=8000=600KVAR两台变压器总的有功损耗和无功损耗=2(11.5+0.54445)=49.6KW=2(64+0.544600)=483.1KVAR2)35KV侧自然负荷与功率因数=+=7528+49.6=7577.6KW=+=4383+483.1=4866.1KVAR=9005KVA=/=7577.6/9005=0.8415=0.6420补偿后功率因数提高到=0.95 则=0.3288 取平均负荷系数=0.75 则=0.757577.6(0.6420-0.3288)=1780KVAR3) 选择电容器柜并计算实际补偿容量 矿井地面变电所6KV侧一般为单母线分段,故电容器柜分别装在两段母线.即电容器柜数应取偶数.现选用GR-IC-08系列.电压为6KV 每柜容量为70KVAR,据此可计算出电容器柜的数量.N=/=1780/270=6.6取偶数得=6实际补偿容量=6270=1620KVAR折算到计算容量为 =/=1620/0.85=2160KV 4) 补偿后6KV侧的计算负荷与功率因数=-=4383-2160=2223KVAR =7849KVA=7528/7849=0.960.955) 补偿后主变压器的损耗计算补偿后的负荷率=0.491补偿后主变压器总的有功 无功损耗分别为:=2(+)=2(11.5+0.49145)=44KW =2(+)=2(64+0.491600)=418KVAR6 补偿后35KV侧全矿总负荷=+=7528+44=7572KW =+=2223+418=2641KVAR =8019KVA7) 补偿后备干35KV侧功率因数校验=0.95 7) 确定变压器的经济运行方案 取无功功率经济当量=0.09 则临界负荷为: =8000=4705KVA 故经济运行方案为: 当实际负荷 满足要求。 短路电流冲击值=12.9KA17KA 故动稳定符合要求。 对4QF进行热稳定校验 由于变压器设有差动保护,因此在差动范围内短路时,由于其为瞬时动作,继电保护动作时限为0.此时假想时间=0.2当时差动保护动作时限为2.5,此时假想时间=2.7。 =I=5.04=1.1KA6.6KA 在K2点短路时4QF相当于4的热稳定电流为: = =7.35=1.04KA4QF热稳定符合要求。4.12 电压互感器的选择 35KV电压互感器,一般为油浸绝缘型,35KV电压互感器均为单相,有双圈与三圈之分,如对35KV不进行绝缘检测时,可选两台双圈互感器,接成V型,共仪表用电压,否则选用三台三圈互感器,接成Y/Y/型.互感器短路保护采用限流高压熔断器.煤矿35KV变电所一般不对35KV进行绝缘检测. 故选用JDJ-35型电压互感器.原边电压35KV 副边电压为100V 额定容量及精确度50KVA-。4.13 5kV避雷器选择 一般选用电钻型避雷器FZ-35型, 选两组分设在35KV两段母线上,与电压互感器共用一个间隔。4.14 隔离开关的选择 长时最大工作电流为: =132A由于电压为此35KV设备采用室外布置,故选用GW-35GD/600型户外隔离开关，其主要参数为: 额定电压35KV 额定电流600A 极限通过电流为72KA 热稳定电流为16KA 动稳定校验 =12.9KA72KA 动稳定符合要求。热稳定校验 的热稳定电流为: =5.04=4.5KA139 从载流量考虑已满足要求。2) 短路电流热稳定校验 已知C=97 =1 =2.7得最小热稳定截面 =85.4mm2该截面超过所选 线的截面,不能满足热稳定要求.应改选LGJ-95钢芯 绞线作为35KV屋外配电装置的母线。4.32 35KV架空导线截面选择已知计算负荷P=3786KW =0.95 线路长度为6.5KM 1) 计算负荷电流 =65.74A2) 按经济电流密度初选导线截面 由=3700h 得=1.15A/ 则有: S=57.17 选择标准截面为70的 绞线LGJ-703) 按长时允许电流校验截面 已知地区最高环境温度为44,长时负荷电流为副65.742=131.48A 则有: =275=159A 已知LGJ-70的允许载流量为159A131.49A 4) 按允许电压损失校验导线截面 已知P=7572kw Q=2641kvar LGJ-70导线单位长度的电阻与电抗如下: =0.432/km =0.382/km 则有: =0.4326.5=2.81 =0.3826.5=2.48 线路电压损失为: =982V 电压损失百分数为: %=2.81%5% 故电压损失符合要求5)按机械强度校验已知35KV非居民区允许最小截面为16,故导线符合规定.4.4 6KV母线、电缆及架空线的选择 4.41 6KV母线的选择 1) 6KV侧长时最大工作电流=770A 取分配系数K=0.8I、arm=0.8770=616A根据最大长时工作电流选606的矩形 母线. 查得其额定电流为826A() 由于环境最高温度为44, 其长时允许电流为: =826=628A 考虑到动稳定,母线采用平放,其允许电流值在降低8%.故为:=62892%=578A616A不符合要求,应改选用608的矩形 母线.额定电流为975A(25)2) 动稳定校验 F=0.172=0.17218.72=301N母线的最大弯矩 M=37.6N.M母线计算应力为=0.104108N/M2因=0.686N/M2 故动稳定合格母线最小热稳定截面为: =7.351000=124.5 124.5小于所选 母线截面608=48 故热稳定符合要求4.42 6KV电缆型号确定及截面的选择 高压电缆型号,根据敷设地点与敷设方式选;在地面一般选用油浸纸绝缘包钢带装,如采用直埋时,电缆外层应有防腐层,除立井井筒中敷设电缆外,一般采用 芯,井筒中敷设电缆应选钢丝铠装,并根据井筒深度选用不滴流或干绝缘的电缆,电缆芯线截面按经济电流密度选,按长时允许电流、电压损失及最小热稳定截面进行校验.主井提升 1) 确定电缆型号根据煤矿电工手册可选交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆.已知总计算负荷为1118KVA电压为6KV =0.85 电缆长度为280m,地面变电所母线短路容量为国争光80.2MVA,继电保护动作时间为0.5S.2) 按经济电流密度选择电缆截面 =108A由=3700h 则=1.73 故电缆的截面为: =/=108/1.73=62.19选YJV42-6型350铜芯粗钢丝铠装电力电缆3) 按长时允许电流校验截面已知6KV铜线350电缆=190A大于负荷电流,故符合要求. 4) 按电压损失校验=60000.05=300V线路电压损失为: =I(R+X)=IL=1082800.85/5048.5=18.4V50 不符合要求 故选用YJV42-6-395电缆其它负荷各电缆的选择可与之同理,这里仅举一例.4.43 6KV电缆架空线选择扇风机 已知P=352KW =0.89线路长度为1.5KM1)计算负荷电流I=38.49A2) 按经济电流密度选择导线截面根据为30005000h 查得=1.15A/ 故经济截面为:S=I/=38.49/1.15=33.47选择标准截面为35的 绞线LJ-35. 3) 按长时允许电流选择导线 已知=44 长时允许电流为76.98A 故修正后的电流为:=170=98.2A已知LJ-35允许载流量为98.2A76.98A 故符合要求 4) 按允许电压损失校验导线截面 已知P=704KW Q=387KVAR 导线长度为 导线单位长度的电阻与电抗为: =0.92 =0.352 故: =0.921.5=1.38 =0.3521.5=0.528电压损失百分数为: =故电压损失符合要求 5) 按机械强度校验 查得6KV非居民区最小允许截面为25, 故所选符合要求.其它负荷各架空线的选取可与之同理,这里仅举一例.4.5 母线瓷瓶、穿墙套管及室外构架的选择4.51 35KV母线支柱绝缘子的选择选用X-4.5/35型支柱绝缘子 额定电压为35KV 机械破坏力为6000 故最大允许抗弯力为: =0.6=0.660009.81=35316N 计算母线允许电动力: F=0.172=0.172=143N 因母线为单一平放,其换算系数K=1 故 KF=143N 动稳定符合要求 4.52 6KV支柱绝缘子及穿墙套管的选择1) 支柱绝缘子的选择因母线为单一矩形母线,且面积不大,故选用ZA-6Y型支柱绝缘子. 其额定电压为6KV 破坏力为3434N 故最大允许抗弯力为: =0.6=0.63434=2060N因母线为单一平放出其换算系数K=1 故 KF=301N770A 长时允许电流符合要求.动稳定校验 F=0.172=301N0.67538=4415N 动稳定符合要求 热稳定校验 假想时间=2.7S 稳态电流为7.35KA 其热稳定电流为: =7.35=3.97KA1.5 符合要求. 5.22 1、2#开关的限时速断 该级限时速断主要考虑两个条件:一是躲过全矿可能出现的最大负荷电流;二是为了防止6KV母线短路时越级跳闸,要躲过。故动作电流为: =1627A =0.399KA1.5 符合要求5.23 1、2号开的定时过流该级保护的动作电流只须按躲过全矿最大负荷电流来整定即可。由于煤矿大量设备都有低压保护,所以,对于主变压器来说,电动机自起动系数较低可取1.52.故动作电流为: =0.23KA继电器的作电流=3.83A动作时限=t-t=2.5-0.5=2s灵敏度校验=14.31.5 符合要求=4.41.2 符合要求5.24 3、4号开关过流保护的整定由于3、4#开关不可能流过全矿的最大负荷电流,故其动作电流可按躲过单台变压器最大负荷电流来整定。=0.233KA继电器动作电流=3.8A灵敏度校验=2.31.5 符合要求=2.31.2 符合要求动作时限 =-t=2-0.5=1.55.3 主变压器保护整定 5.31 计算变压器各侧额定电流并选择互感器名 称各 侧 参 数额定电压 KV356额定电流 AI1e=8000/ 35=132AI2e=8000/ 6.6=700A互感器接线方式电流互感器计算变比= =变比确定=300/5=800/5互感器二次额定电流A= =4.3