发电厂电气部分煤矿地面变电所课程设计

辽宁工程技术大学 课程设计（论文）题 名 发电厂电气部分课程设计副标题 清河门煤矿地面变电所部分设计设 计 题 目 清河门煤矿地面变电所部分设计 指 导 教 师 罗伟 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表学 期姓名专 业电气工程及其自动化班级课题名称发电厂电气部分课程设计论文题目兴华煤矿地面变电所部分设计评定标准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综合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师罗伟时间备 注课 程 设 计 任 务 书一、设计题目清河门煤矿地面变电所供电系统设计二、设计任务 1、 根据该矿负荷统计表确定变电所主接线方式，包括主变压器一侧接线方式和二次侧接线方式； 2、根据该矿负荷统计表对负荷进行计算，确定主变压器的型号、数量和运行方式； 3、设计图纸一份。三、设计计划 本设计共一周； 第1天查资料； 第25天方案分析，具体按课程设计指导书进行设计及整理审计说明书； 第6天准备答辩； 第7天答辩。四、设计要求 设计工作量为完成设计说明书一份，设计图纸一份； 设计必须根据进度计划按期完成； 设计说明书必须经指导教师审查、签字方可答辩。指 导 教师： 罗伟教研室主任： 汪玉凤时 间： 摘要电能是现代工业生产的主要能源和动力。 电能既易于由其它形式的能量转换 而来， 又易于转换为其它形式的能量以供应用;因此，电能在现代工业生产及整 个国民经济生活 中应用极为广泛。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力。电能在工业生产中 的重 要性，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度， 改 善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂 的电能供应 突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业生 产，实现工业现代化，具有十分重 要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方 面，因此做好工厂供电工 作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 工 厂供电工作要很好地为工业生产服务， 切实保证工厂生产和生活用电的需 要，并做好节 能工作，就必须达到以下基本要求: 1. 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人 身事故和设备事故。 2. 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 3. 优质 应满足电 能用户对电压和频率等质量的要求 4. 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可 能地节约电能和减少 有色金属的消耗量。目录前言11 变电所主接线方式21.1 对变电所主结线的要求21.2 变电所主变压器的一次侧接线方式21.3变电所主变压器的二次侧接线方式32 变电所主变压器的运行方式73负荷统计与主变压器的选择83.1变电所负荷计算的方法83.2 工厂低压侧负荷计算83.2.1 各设备组求计算负荷的基本公式83.2.2 多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷93.2.3 全矿年计算负荷93.2.4 集中补偿后容量计算103.3 清河门煤矿负荷计算过程104电容器的选择134.1 电容器组接线方式的确定134.2 补偿后系统容量及各相补偿电容器个数145主变压器的选择156心得体会16参考文献17附表：清河门煤矿负荷统计表18清河门煤矿地面变电所设计前言变电所是电力配送的重要环节，也是煤矿生产供电的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足煤矿对生产发展的需要，提高供电的可靠性和电能质量。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力。电能在工业生产中的重要性，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。本次设计的原始资料来源于阜新清河门煤矿。清河门煤矿年产煤90多万吨，服务年限已达70多年。其矿井有两个水平：-50m和-100m,两个水平的涌水量分别为：795m3/h 和430m3/h。矿井类型是高级瓦斯矿井。其负荷见附表一和附表二。清河门煤矿从阜新发 电厂引来两回6.6KV供电线路，一回为华清线，全长27.16km;另一回是从阜新发电厂经艾友矿到清河门煤矿，全长为30.00km。关键字：电能；供电系统；变电。1清河门煤矿地面变电所设计1 变电所主接线方式 1.1 对变电所主结线的要求对变电所主结线的要求是：安全、可靠、灵活、经济。1.2 变电所主变压器的一次侧接线方式为了保证对一、二级负荷进行可靠供电，在企业变电所中一次侧主接线中广泛采用由两电源线路受压和装设两台变压器的上台变压器的桥式主接线。桥式又分为内桥、外桥、全桥三种，内桥、外桥和全桥分别如图所示。断路器QF1和QF2分别接在主变压器TM1和TM2的高压侧，向变电所供电。内桥接线：内桥用在并联工作时某一元件故障以减小电压损失，其倒换线路操作方便，设备投资少，占地面积少。缺点就是操作变压器和扩建不方便，故适用于进线距离长，线路故障多，变压器切换少的地方。外桥接线：对变压器切换方便，比内桥少两个隔离开关，投资少，占地面积小。继电保护简单，易于过渡观察及全桥接线。缺点是倒换线路时，操作不方便，变电所一次侧无线路保护。所以适用于进线短而倒换次数少或变压器采取经济运行要经常切换的终端变电所以及可能发展为有穿越负荷的变电所。全桥接线：适应性强，对线路、变压器的操作灵活、使用方便，但是造价高易于发展成为单母线分段的中间变电所。缺点是设备多、投资大，占地面广。以上三种桥式接线方式，一般用于电压为35110kv双电源进线的终端变电所。而变电所主接线方式分电源进线回数、负荷大小、级别、电源距离和变压器的台数与容量等因数有关。综上所诉，比较三种接线方式的优缺点，并和清河门矿的实际情况结合起来，在本设计中采用一次侧主接线为外桥接线。1.3变电所主变压器的二次侧接线方式 方案：单母线接线方式：一回进线只能用单母线制，可靠性和灵活性低，发生故障将影响全部负荷的用电，直到故障全部清除为止。一般只用小容量生产，维护时需要停止这个系统的供电。优点：（1）接线简单，运行操作方便。（2）配电装置少，节省投资。（3）进出线方便，采用成套装置，可以简化布置。缺点：（1）供电可靠性不高，当母线故障时将全厂停电。（2）运行灵活性差。（3）线路运行功率大（集中一回线路供电），损耗也大。 方案：单母线分段接线方式 在两回进线下，就可以实现，其间使用隔离器或断路器分段。变电所两条电源进线，分別接于两端母线上，每一段出现只能接在一段母线上。在母线故障时，该段上的出线全部断电，为防止母线故障而采用这种接线方式的煤矿变电所，它的级重要用户，必须接在两段母线上的环式系统构成双回路来供电优点：（1）供电可靠性高。（2）运行灵活。（3）线路运行功率小，损耗也小。 （4）配电设备集中管理，易于实现自动化。缺点：（1）要建配电中心站，占地稍大。（2）结线较复杂，投资大。（3）继保装置复杂，布置难。 方案：双母线接线方式：当人工负荷大，为重要负荷较多，以致使馈电回路太多，采用其他母线制有一定的困难，此时可以考虑采用双母线制。变电所每条进、 出线，通过隔离开关可以接在任何一条母线上，两条母线之间用断路器进行连接。 因此，不论哪一段电源在母线同时发生故障时，都不影响对用户的供电。这种接线方式多用于大容量的枢纽变压器优点：（1）供电可靠性较高。（2）运行灵活。（3）配电设备集中管理，易于实现自动化。 缺点：（1）要建配电中心站，占地大。（2）结线复杂，继保装置多，投资大。（3）继保设定难。方案：双母线分段接线方式：双母线分段接线就是在双母线接线的基础上,在母线上增设分段断路器。优点：可缩小母线故障停电范围、提高供电可靠性；缺点：保护及二次接线复杂。图1-4 单母线接线图1-5 单母线分段接线图1-6 双母线制接线图1-7 双母线分段制接线为了保证供电系统的安全性和可靠性，同时考虑投资成本与技术要求以及在设备等各项要求综合起来，比较以上三种及接线方式，单母线分段式所用设备少，投资少，系统简单，操作安全，并有一定的供电可靠性适用于出现回路不多母线故障较少的变电所，一般来说，矿井变电所多采用这种主接线方式。综合矿山生产要求和其实际生产环境，并结合本厂负荷实际要求及经济方面，为了保证供电系统的安全等实际情况确定用方案较优。综上所述，所以清河门煤矿的一次侧主接线方式采用外桥接线方式，而二次侧主接线方式采用单母线分段式接线。2 变电所主变压器的运行方式由于清河门煤矿一次侧采用外桥式接线方式，所以需要两台变压器，单台变压器的容量视它们的备用方式而定：变电所主变压器运行方式主要有三种：第一种是两台变压器一使一备，第二种是两台变压器同时工作，这种又可列和并列两种运行方式；第三种是两台工作，一台备用。下面分别叙述这三种运行方式的特点： 一台工作一台备用（明备用）：此时两台变压器均按100%的负荷选择。该运行方式在实际中并不经济，因为电力部门是按照变压器台数及其容量收取电费而不管任一时刻有几台变压器工作，一台变压器工作，另一台停止运行作为备用。此时两台变压均按最大负荷时变压器负荷率100%考虑。此种方式只适用于小型工矿企业。 两台变压器同时工作（暗备用）：两台变压器同时运行，正常情况下每台变压器各承担约全部的50。因此。每台变压器的容量宜按全部最大负荷的70选择。变压器互为暗备用的特点是：(1) 正常情况下变压器最大负荷率约为70，符合变压器经济运行要求，并留有一定裕量；(2) 若一台变压器故障，另一台变压器可以在承担全部最大负荷的情况下继续运行一段时间，这段时间完全有可能调整生产，切除部分不重要负荷，保证生产秩序。显然，两台变压器互为暗备用的运行方式，具有投资省，能耗小等优点，在实际中得到了比较广泛的应用。 并列运行：将两台或多台变压器的一次侧以及二次侧同极性的端子之间，通过同一母线分别互相连接，这种运行方式就是变压器的并列运行。并列运行能提高变压器运行的经济性、提高供电可靠性、节约电能，实现节电增效。分列运行 分列运行是指两台变压器一次母线并列运行，二次母线用联络断路器联络。正常运行时，联络断路是分断的，这时变压器通过各自的二次母线供给各自的负荷，这种运行方式的特点是在故障状态下的短路电流小。其优点是短路电流小，继电保护装置简单便宜，冲击负荷电压波形的影响面积小。两台工作，一台备用：该方式变压器台数较多，开支较大，大多用于特大型工矿型企业。3负荷统计与主变压器的选择 3.1变电所负荷计算的方法变电所负荷计算，应力求准确可靠，并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?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，所以准确的估算将影响煤矿的整体。 常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。 此设计采用的是需用系数法来对加氢裂化装置进行电力负荷计算的。 因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。本次设计采用的是按需要系数法计算负荷。3.2 工厂低压侧负荷计算3.2.1 各设备组求计算负荷的基本公式1 有功负荷（KW）Pcn=式中，为用电设备组或用电单位的需要系数；为用电设备组或用电单位的总设备容量；2 无功负荷（KVar）式中，为设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值；3 视在负荷（KVA）Sc=3.2.2 多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷1 有功负荷（KW）Pc=式中，为各组的计算负荷(KW)；为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电干线负荷时可取=0.850.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取=0.80.9。2 无功负荷（KVar）Qc=式中，为各组无功计算负荷(Kvar)；为无功负荷同时系数,由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取=0.850.95 。 3 视在负荷（KVA）Sc=3.2.3 全矿年计算负荷P总=PNQ总=QN式中PN是N个用电设备组的有功功率之和，QN是N个用电设备组的无功功率之和。3.2.4 集中补偿后容量计算3.3 清河门煤矿负荷计算过程1 (1) 立井-500m水平包括：一采区，二采区，三采区，四采区，主水泵。(2) 立井-200m水平包括：主水泵，其他。(3) 地面负荷包括：主井绞车，副井绞车，压风机，主扇风机，机修厂，选煤厂，运输系统，采暖系统，矿石山，坑木场，水泥井。(4)主井负荷包括：一井负荷，二井负荷，三井负荷，四井负荷，矿区住宅。2 根据各设备需用系数及功率因数进行计算(各负荷情况请参照附表)： (1) 立井-500m水平负荷：一采区：Pa1=Kd1Pna1=0.601620=972kw Qa1=Pa11=9720.62=602.6kvar 二采区：Pa2=Kd2Pna2=0.7 1011.9=708.3kw Qa2=Pa22=708.30.65=460.4kvar 三采区：Pa3=Kd3Pna3=0.654.6=32.8kw Qa3=Pa33=32.80.62=20.3kvar 四采区：Pa4=Kd4Pna4=0.851.6=41.2kw Qa4=Pa44=41.20.65=26.8kvar-500m水平井底车场：Pa5=Kd5Pna5=0.7836.7=585.7kw Qa5=Pa55=585.70.65=380.7kvar主水泵：Pa6=Kd6Pna6=0.71320=924kw Qa6=Pa66=9241.02=942.5 kvarPa=Pai= ( Pa1+ Pa2+ Pa3+ Pa4+ Pa5+ Pa6)=0.83264=2611.2kwQa=Qai= (Qa1+ Qa2+ Qa3+ Qa4)=0.82432.7=1946kvar(2) 立井-200m水平 主水泵：Pb1=Kd1Pnb1=0.81320=1056kw Qb1=Pb11=1056x1.02=1077kvar 其 它：Pb2=Kd2Pnb2=0.860=48kw Qb2=Pb22=481.02=49kvarPb=Pbi= (Pb1+ Pb2)=0.81104=883.2kwQb=Qbi=(Qb1+ Qb2)=0.81126=900.8kvar(3) 地面负荷 主井绞车： Pc1=Kdc1Pnc1=0.81260=1008kw Qc1=Pc11=0.81008=806.4kvar 副井绞车： Pc2=Kdc2Pnc2=0.81000=800kw Qc2=Pc22=8000.62=496kvar 压风机： Pc3=Kdc3Pnc3=0.9550=495kw Q c3=P c33=4950.51=252.5kvar 主扇风机： Pc4=Kdc4Pn c4=0.881447.7=1273.4kw Q c4=P c44=1273.40.46=586ar 机修厂： Pc5=Kdc5Pn c5=0.51278=639kw Q c5=P c55=6390.6=383.4kvar选煤厂： Pc6=Kdc6Pn c6=0.5342.3=171.1kw Q c6=P c66=171.10.86=147kvar运输系统： Pc7=Kdc7Pn c7=0. 5350=175kw Q c7=P c77=1750.6=105kvar采暖系统： Pc8=Kdc8Pn c8=0. 5230=115kw Q c8=P c88=1151.02=117.3kvar矿石山： Pc9=Kdc9Pn c9=0.6514=308kw Q c9=P c99=3080.6=191.2kvar坑木场： Pc10=Kdc10Pn c10=0.665=39kw Q c10=P c1010=390.65=25.3kvar水泥井： Pc11=Kdc11Pn c11=0.61250=750kw Q c11=P c1111=7500.8=600kvarPc=Pci= (Pc1+ Pc2+ Pc3+ Pc4+ Pc5+ Pc6+ Pc7+ Pc8 Pc9+ Pc10+ Pc11)=0.85773.5=4618.8kwQc=Qci=(Qc1+Qc2+Qc3+Qc4+Qc5+Qc6+Qc7+Qc8+Qc9+Qc10+Qc11)=0.82032.7 =1626kvar(4) 主井负荷 一井负荷：Pd1=Kdd1Pn d1=0.61344.8=807kw Q d1=P d11=8071.17=944kvar 二井负荷：Pd2=Kdd2Pn d2=0.61114=1109.4kw Q d2=P d22=1109.4x1.22=1750kvar 三井负荷：Pd3=Kdd3Pn d3=0.6x1849=1109.4kw Q d3=P d33=1109.4x1.17=1298kvar四井负荷：Pd4=Kdd4Pn d4=0.6x1574=944kw Q d4=P d44=944x1.23=1161.6kvar矿区住宅：Pd5=Kdd5 Pn d5=0.6x170=102kw Q d5=P d55=102x1.17=119.3kvar Pd = Pdi= （Pd1+ Pd2+ Pd3+ Pd4+ Pd5）=4071.80.8=3257.5kwQd= Qdi= （Qd1+ Qd2+ Qd3+ Qd4+ Qd5）=57280.8=4218kvar (5) 全矿年计算负荷P=0.9(Pa+Pb+Pc+Pd)=10233.6kwQ=0.9(Qa+Qb+Qc+Qd)=7821.7kvarS=12880.4KVA=P/S=10233/12880.4=0.794=Q/P=19628.43/19552.26=0.607补偿后功率因数为1=0.9，1=0.484，补偿前=0.766，平均负荷率取0.8，则静电电容器补偿容量为：Q补偿=KloP(-1)= 0.810233(0.766-0.484) =2308.56kvar 实际全区的有功功率和无功功率：P实际=10233.6kw Q实际=7821.7-2308.56=5512.44kvar4电容器的选择4.1 电容器组接线方式的确定电容器组接线方式有星接和角接，本次设计采用的是角接。(1)Y接法：若3线路断开，电容器组不变，将造成严重不平衡，中性点位移，会使有的相电压升高，而烧毁电容器组。图1.8 Y接法(2)接法：可以防止由于电容器容量不对称时，由于中性点位移而使有的相电压欠压，有的过压，从而造成电容组烧毁的现象。图1.9 角接法 若发生一相断路，只影响各相补偿容量有所减少，不至于严重不平衡，若A相断路，3组不变，不会造成严重不平衡。4.2 补偿后系统容量及各相补偿电容器个数(1) Q=Q-Q补偿=7821.7-2308.56=5512.44kvar P=P=10233.6kwS=11623.3KVA(2) Q补偿=2308.56 kvar并联电容器可选择YY6.3-12-1型单相油浸移相电容器，单台容量6