煤矿35 10kv变电所供电系统设计 毕业设计

煤矿35/10KV变电所供电系统设计摘要35KV变电所是整个煤矿供电系统的重要组成部分，它为全矿提供电力保障。变电所供电系统的可靠运行对提高煤矿经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义。本毕业设计论文是关于某A煤矿供电系统的初步设计。设计内容主要包括负荷计算、变压器选型、主接线设计、短路计算、电气设备选型、微机保护整定、变电所的防雷保护与接地等。根据负荷统计的结果，用需用系数法进行负荷计算和无功补偿。根据负荷计算的结果确定出该变电所主变压器的台数、容量及型号。用标幺值法对供电系统进行短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供数据。根据煤矿供电系统的特点，制定变电所的主接线方式、运行方式、微机保护方案等。考虑到电气设备可能的漏电现象及变电所遭到雷击，还要对变电所进行保护接地和防雷保护的设计。关键字变电所；短路电流计算；微机保护；防雷保护35/10KVPOWERSYSTEMDESIGNOFSUBSTATIONINCOALMINEABSTRACT35KVSUBSTATIONISANIMPORTANTPARTOFTHECOALMINESUPPLYSYSTEM,WHICHPROVIDESPOWERPROTECTIONFORTHEWHOLEMINERELIABLEOPERATIONOFTHESUBSTATIONPOWERSUPPLYSYSTEMISVERYIMPORTANTANDSIGNIFICANTFORECONOMICEFFICIENCYANDSAFETYPRODUCTIONOFCOALMINETHISGRADUATIONPROJECTISABOUTPOWERSYSTEMSPRELIMINARYDESIGNOFACOALMINETHEDESIGNINCLUDESLOADCALCULATIONS,TRANSFORMERSELECTION,THEMAINWIRINGDESIGN,SHORTCIRCUITCALCULATIONS,ELECTRICALEQUIPMENTSELECTION,MICROCOMPUTERPROTECTIONSETTING,SUBSTATIONLIGHTNINGPROTECTIONANDGROUNDINGACCORDINGTOTHERESULTSOFLOADSTATISTICS,MAKELOADCALCULATIONWITHDEMANDINGCOEFFICIENTMETHODDETERMINETHENUMBEROFTHEMAINTRANSFORMER,LOADCAPACITYANDTYPEOFTHETRANSFORMERBASEDONTHERESULTSOFLOADCALCULATIONCALCULATESHORTCIRCUITCURRENTFORPOWERSUPPLYSYSTEMWITHPERUNITVALUEMETHODINORDERTOPROVIDEDATAFORTHESELECTIONANDVERIFICATIONOFELECTRICALEQUIPMENTACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSOFCOALPOWEREDSYSTEMS,MAKESUBSTATIONMAINWIRING,MODEOFOPERATION,RELAYPROTECTIONPROGRAMSANDSOONTAKINGTHEPOSSIBLELEAKAGEPHENOMENONOFELECTRICALEQUIPMENTANDSUBSTATIONWASSTRUCKBYLIGHTNINGINTOACCOUNT,MAKEGROUNDINGANDLIGHTNINGPROTECTIONFORSUBSTATIONKEYWORDSSUBSTATIONSHORTCIRCUITCALCULATIONSMICROCOMPUTERPROTECTIONLIGHTNINGPROTECTION目录摘要IABSTRACTII前言1第一章概述211设计内容212煤矿概述2第二章负荷计算和无功补偿321负荷计算的目的322负荷计算方法3221用电设备组计算负荷的确定3222多个用电设备组的计算负荷423负荷计算过程5231各用电设备组负荷计算523210KV侧补偿前的总计算负荷2024无功补偿20241无功补偿计算20第三章变电所主变压器选型2331变电所主变压器的选型原则23311主变压器容量选型原则23312变压器台数选型原则2432变压器的功率损耗26321变压器的有功功率损耗计算27322变压器的无功功率损耗273335KV侧全矿计算负荷及功率因数校验2834变压器经济运行分析方法28341无功功率经济当量的概念28342变压器的经济运行29第四章电气主接线设计3341对主接线的基本要求3342本所电气主接线方案的确定33第五章短路电流分析与计算3551短路的概述35511短路的种类35512短路电流计算的目的3652短路电流的危害3753短路电流计算的目的与基本条件37531进行短路计算得基本假设3754无限大容量电源系统三相短路电流计算38541标幺值计算的概念及优点38542短路电流计算中用到的相关物理量38543短路功率SK39544各路径元件阻抗计算公式40545各元件短路阻抗标幺值计算4055短路电流计算过程42551短路电流计算公式42552最大运行方式43553最小运行方式46554短路计算参数汇总表49第六章变电所一次设备的选型与校验5161高压电气设备选型原则5162高压开关柜设备的选型及校验5262135KV侧高压开关柜的选型及校验5262210KV侧高压开关柜的选型及校验5863设备选型汇总表62第七章电力线路的选型6471概述6472电力线路选型的原则64721供电可靠性64722操作方便，运行安全灵活64723经济合理64724具有发展的可能性657335KV架空线的选型与校验657410KV电缆及架空线的选型与校验67第八章供电系统微机保护7481微机继电保护综述74811微机继电保护的主要特点74812微机继电保护与传统的继电保护技术相比的优缺点7582微机继电保护的硬件原理77821数据采集系统77822CPU主系统77823开关量输入/输出回路78824微机继电保护实物图80824微机继电保护的算法8083微机继电保护的软件原理81831微机继电保护装置的软件构成81832微机保护的软件设计838435/6KV供电系统微机保护汇总表83KLD9331微机变压器差动保护装置83KLD9371微机PT监测切换装置8485变压器的微机保护84851变压器的瓦斯保护84852微机变压器的差动保护装置85853变压器的过流保护8686备用电源自投保护测控装置86861装置功能及适用范围87862一次接线示意图88第九章变电所的防雷与接地8891变电所防雷88911常用的防雷保护装置89912变电所的防雷措施8992变电所接地90921接地的要求90922接地的种类91923回路式接地装置91结论92致谢93参考文献94前言本设计针对某A煤矿实际情况，进行供电系统设计解决矿山实际问题，即巩固了所学的专业知识，又培养分析问题、解决问题的能力及实际工程设计的基本技能，还学会查阅技术资料和各种文献的方法，最终掌握煤矿供电系统设计的基本方法。电能是现代煤矿生产的主要能源和动力，首先应该保证供电的可靠性和安全性，并做到技术和经济方面合理的满足生产的需要。由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，因此对煤矿供电系统的设计要严格按照相关规定进行设计。本设计主要完成以下工作针对矿井负荷的用电要求，用需要系数法进行了负荷计算。据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行设计35KV侧采用全桥接线,10KV母线采用单母分段接线形式。采用标幺值法对供电系统进行了短路计算。按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并对它们进行动稳定性和热稳定性校验。继电保护装置保证了电气设备或线路发生故障时，断路器能迅速动作，且有选择地将故障切除，以免事故扩大。为防止变电所遭到雷击，还进行了防雷保护。此外，为了保障人身与设备的安全，还要对变电所进行保护接地设计。以上只是35KV变电所供电系统初步设计的简单介绍，一些具体的数据分析和计算方法，在本设计中会给出详细的说明。由于个人能力有限,在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处，恳请各位老师能够批评指正。第一章概述11设计内容（1）矿井负荷计算和无功功率补偿；（2）地面35KV变电所主变压器的选择与校验；（3）地面35KV变电所主接线方案确定；（4）短路电流计算；（5）地面35KV变电所一次设备的选择与校验；（6）电力线路的选择与校验（7）地面35KV变电所二次回路方案的选择与微机保护的整定；（8）地面35KV变电所的防雷与接地。12煤矿概述燕龛煤炭有限责任公司下辖的程庄煤矿和燕龛煤矿，井田相邻，地跨阳泉市郊区河底镇和盂县路家村镇。两个井田均批准开采3、8、9、12、15号等五个煤层，井田面积共计11884KM2。根据两个矿井的实际情况，燕龛煤炭有限责任公司决定对两个矿井的技术改造工程进行调整关闭燕龛煤矿，将其030MT/A的生产能力划归程庄煤矿；集中改造程庄煤矿，生产规模由045MT/A扩建至120MT/A。现需建设地面35/10KV矿井变电所一座，供电线路采用双回路35KV架空线。一回主供电源引自苇泊110KV变电站，长度95KM；另一备用电源线路引自燕龛110KV变电站，长度277KM。35KV母线最大短路参数SDMAX450MVA,变电所距井下中央变电所1KM第二章负荷计算和无功补偿21负荷计算的目的进行企业电力负荷计算的主要目的就是为正确的选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网所需导线的型号、截面积等提供科学依据。其中，求计算负荷，或称需用负荷，目的是为了合理地选择企业各级变压器的变压器容量和电气设备的型号等。求尖峰电流，用于计算电压损失、电压波动、选择熔断器和保护元件等。求平均负荷，用来计算全场电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。22负荷计算的方法我国设计部门在进行企业供电设计时经常采用地电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、单位电耗法、利用系数法和单位面积功率法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际。因此，这种计算方法应用最广泛。尤其对用电设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，这种计算方法最为适宜。二项系数法则主要适用于用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业、煤矿井下综采工作面等。利用系数法是以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。这种计算方法虽理论依据较充分，但由于目前积累的使用数据不多，且计算步骤较繁琐，精确度也并不比前两种方法强多少，所以，目前已逐渐不被采用。最后两种方法常用于方案估算。因此，本设计采用需要系数法进行负荷计算，步骤如下22负荷计算方法221用电设备组计算负荷的确定用电设备组是由工艺性质相同、需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，再分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为PCAKDPN（21）QCAPCATAN（22）SCA（23）CAP2ICA（24）NCAU3式中PCA、QCA、SCA该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷。PN该用电设备组的设备总额定容量,KW；UN额定电压,V；TAN功率因数角的正切值；ICA该用电设备组的计算负荷电流，AKD需要系数，由表22查得。222多个用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数KSI。具体计算如下PCAKSIMIINDIK1（25）QCAKSIMIIINDIPK1TAN（26）SCA（2CAP27）ICA（2NCAU38）式中PCA、QCA、SCA为配电干线或变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；KSI同时系数，其值见表23；M该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；KDI、分别对应于某一用电设备组的需用系数、功率因数角正切值、ITANINP总设备容量；ICA该干线或变压站低压母线上计算电流，A；UN该干线或低压母线上的额定电压，V。23负荷计算过程231各用电设备组负荷计算用电设备分组，由表22确定各组用电设备的总额定容量。由表22查出各用电设备组的需用系数KD和功率因数COS，根据公式21计算出各用电设备组的计算负荷。1井下负荷1一水平主排水泵KD08，COS085，TAN062有功功率PCAKDPN084110924KW无功功率QCAPCATAN92406257288KVAR；视在功率SCA10871KVACAQP22285749计算电流ICA9510ANCAUS36018用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表21全矿电力负荷计算负荷表中。（2）井下负荷合计有功功率PCAKSI0924913451996KWMIINDIPK1无功功率QCAKSI09247320963419236KVARIIIDI1TAN视在功率SCA616489KVACAQP2223641952地面负荷1主斜井皮带KD086、COS085、TAN062有功功率PCAKDPN08654246612KW无功功率QCAPCATAN4661206228899KVAR视在功率SCA54844KVACAQ22298146计算电流ICA3166ANCAUS3058用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表21全矿电力负荷计算负荷表中。2地面负荷合计有功功率PCAKSI0925211479412KWMIINDIPK1无功功率QCAKSI0923661336812KVARIIIDI1TAN视在功率SCA585899KVACAQP2221368479全矿电力负荷的计算负荷如表21所示设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注一井下负荷一一水平主排水泵066110031330011000840850629245736780000二二水平主排水泵066220031660022000840850621848114510430000三一水平车场及9号煤大巷0661调度绞车0661149410264562无极绳绞车066750117507503泵房电动阀门066303390904主斜井井底撒煤清理06613011130130小计14919961426070710927946250002317250（四）15101综采工作面1采煤机114600011600060002刮板运输机前）114400011400040003刮板运输机（后）114630011630063004转载机114110011110011005破碎机114160011160016006喷雾泵066550115505507乳化液泵066125021250012508可伸缩胶带运输机066160011160016009调度绞车0661148891291210注水泵0662202244044011回柱绞车06622022440440矿井电力负荷统计表表21矿井电力负荷统计表续表21矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注12注水钻0661302226026013小水泵0663022606014岩石电钻0132022404015煤电钻01312222424小计2928258324580550701021361138930004083120（五）9403综采工作面1采煤机114600011600060002刮板运输机（前）114400011400040003转载机114750117507504喷雾泵066550115505505乳化液泵066125021250012506可伸缩胶带运输机066160011160016007调度绞车066114889129128注水泵066220224404409回柱绞车0662202244044010注水钻0661302226026011小水泵0663022606012小计2322175116260620701021010103130003031440（六）15煤岩巷综掘工作面0661局部扇风机370217403702煤巷掘进机220011220022003可伸缩胶带运输机80011800800设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注4转载刮板运输机400228008005探水钻401140406调度绞车114222282287小水泵302260608锚杆机30113030小计1211489845280570701022602662200572704（七）15煤综掘工作面0661局部扇风机60042240012002煤巷掘进机190022380038003可伸缩胶带运输机80022160016004转载刮板运输机400228008005探水钻402280806调度绞车114444564567小水泵30441201208锚杆机30226060小计2220931681160500701024044122200888448（八）八15煤综掘工作面0661局部扇风机370217403702煤巷掘进机190011190019003锚杆机301130304转载刮板运输机40022800800矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注5砼喷射机551155556探水钻401140407调度绞车114222282288小水泵30226060小计12113853480630701022192232200480744（九）15煤开拓工作面0661局部扇风机370217403702耙斗装岩机300113003003砼搅拌机551155554砼喷射机551155555锚杆机301130306调度绞车114333423427小水泵302260608岩石电钻013202240409探水钻40114040小计14131661290300701023940200077520（十）9煤综掘工作面0661局部扇风机60042240012002煤巷掘进机190022380038003可伸缩胶带运输机80022160016004转载刮板运输机4006624002400矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注5锚杆机301130306探水钻401140407调度绞车114222282288小水泵3044120120小计222010618941804807010245646522001003024（十一）9煤开拓工作面0661局部扇风机370217403702耙斗装岩机300113003003转载刮板运输机40044160016004砼搅拌机551155555砼喷射机551155556锚杆机301130307调度绞车114444564568小水泵302260609岩石电钻0132022404010煤电钻0131222242411探水钻40114040小计212034030303007010291932000181800（十二）一水平大巷皮带0661胶带输送机20011200020002胶带输送机1601116001600矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注3隔爆硫化器115111151154液压绞车拉紧装置42280805检修绞车4511450450小计66379537950750800752852133000853875（十三）二水平暗斜井皮带1胶带输送机06631511315031502隔爆硫化器066115111151153液压绞车拉紧装置06641140404盘式制动器06622224444小计55334933490750800752511883000753525（十四）二水平大巷皮带1胶带输送机06616011160016002隔爆硫化器066115111151153液压绞车拉紧装置06641140404盘式制动器06622224444小计55179917990750800751351013000404775（十五）辅助运输1一水平无极绳绞车066450114504502二水平无极绳绞车066750117507503二水平人车066370113703704一水平皮带巷调度绞车06611482912228矿井电力负荷统计表续表21矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注5二水平车场调度绞车0662506215005006蓄电车机车充电硐室06618721374187小计198436249040060133991331200119280（十六）采区水泵房0665521110055008508506247291640242（十七）井下照明0127151510090481578760131400井下负荷合计2061751021586180720963491347326821615789572二地面负荷（一）主斜井皮带106302112606300860850625423365380000（二）材料斜井绞车10400114004000750800753002251500450000（三）主斜井皮带辅助设备1给料机066552111552硫化器0661152223233电动双梁起重机0384651046504检修绞车038551055000小计53136290700701022020300059850（四）材料斜井绞车房1加热器038322662润滑油泵038222144223加热器038242248484电动单梁起重机0382010200小计7578560700701023940150059010（五）回风斜井主扇风机109502119009500930850628845482700000设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注（六）皇后风井主扇风机101500213000150009308506213958654960000（七）程庄风井压风机10280215602800750850622101301500315000（八）皇后风井压风机10280215602800750850622101301500315000（九）副井井口及平车场0381架空人车45114504502慢速绞车03811111101103防跑车装置0384114040小计4311506000700701024243150063000（十）主井地面生产系统0381永久除铁器03831130302园振筛03822112202203大块手选胶带机038751175754大块手选胶带机0387511757559号末煤胶带机03818511185185615号煤胶带机038451145457调度绞车03811111111小计7711511507007010280823600288540（十一）地面矸石系统0381提升绞车22112202202装车闸门3113030小计22252506507508814126150021450矿井电力负荷统计表续表21矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注（十二）锅炉房0381鼓风机03818223603602引风机03845229009003鼓风机03875221501504引风机038185111851855锅炉给水泵03815223003006锅炉补水泵0387521150757上煤机038222244448出渣机03811111101109热水循环泵03855321650110010除氧水泵038422808011除氧水泵0382221442212上煤机03811222222小计23204003350700750882342072800656208（十三）热风炉及空气加热设备0381上煤机038112222222调速器03822240403鼓风机03832260604烟气引风机03875221501505冷风送风机03845229009006除渣机038112222227轴流风机0382448888设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注8轴流风机0384331201209轴流风机03811222222小计2121142142075075088107942500267000（十四）机电修理车间0381普通车床03811425111141142普通车床038781178783铣床038112111121124牛头刨床03831130305台钻038111111116电动梁式起重机038107111071077交流电焊机03836441441448交流电焊机0386221201209空气锤038221122022010剪板机0385511555511联合剪冲机0385511555512液压锻钎机0387511757513远红外烤箱03825201125225214拆轮机0380811080815装论机0380811080816整形机03822011222217液压站03818511185185矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注18开式可倾压力机038151115015019清砂机038311303020电动液压马拉038151115015021滚丝机038311303022电缆热补器03805110510小计2626196197030065117590690120070785（十五）渔场取水泵房038132212640132008008506210566544200443520十六坑木加工房1木工带锯机03830113003002自动磨锯机03811111111小计223131035065117109127120013062十七皇后风井生活泵房3216030080080075241825006000十八生活污水处理设备0381风机0387521150753污泥泵038152130153细格栅0381212010小计63394197070075088138122180024822（十九）井下水处理车间0381提升水泵0387521150752反洗水泵03875221501503搅拌泵038075211508矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注4计量泵038062112065潜污泵03811222222小计107349261070070102182186200036470（二十）煤泥泵房0384211155075075088109300030000二十一空气加热室0381轴流风机（主斜井）03842280802轴流风机（副斜井）7522150150小计44230230075075088109280028000（二十二）联建、行政福利0381工业洗衣机03875221501502烘干机03831130303联建电热水器03812222402404办公楼电热水器0389221801805联建电热水器0389221801805矿灯房03817670606食堂03866150150小计222110099030080075297223250074250（二十三）煤样化验室0381密封制样粉碎机03811111101102电热恒温干燥箱03836113603603箱式电阻炉038511500500矿井电力负荷统计表续表21设备数量（台）设备容量（千瓦）最大负荷序号负荷名称电压（KV）设备容量（KW）全部工作全部工作需用系数KX功率因数COSTG有功（KW）无功KVAR视在KVA最大负荷利用小时H年耗电量KWH备注4电热恒温干燥箱0383611360360小计4413130600800758060250019950二十四皇后风井生活泵房3216030080080075241825006000二十五瓦斯抽放泵10220214402200700750881541362500385000二十六瓦斯抽放泵1040032120080007007508856049425001400000二十七地面照明02210010010009004815007202400360000地面负荷合计1671411110064745211366118432917三矿井负荷总计（一）井上下负荷总计373316213151509210124839334222489（二）矿井10KV母线最大负荷KT09077083860577134411178（三）变电所电容补偿46216（四）补偿后10KV母线最大负荷096029286057251389651（五）主变损耗1798973200573766（六）35KV母线计算负荷0930398785340994234四矿井年总耗电量34796254五矿井吨煤耗电量290023210KV侧补偿前的总计算负荷由于本矿区配电线路短损耗非常小，忽略线路损耗不计。由表21可知，全矿总负荷PCA4913521110124KWQCA473236618393KVAR取同时系数KSI090，则10KV侧补偿前的计算负荷PCAKSIPCA0901012491116KWQCAKSIQCA090839375537KVARSCA1183552KVA2CA10KV无补偿时功率因数为COSZ077CASP5218369功率因数角的正切值TANZ083COS270224无功补偿241无功补偿计算当采用提高用电设备自然功率因数的方法后，功率因数仍不能达到供用电规则所要求的数值时，就需要增设人工补偿装置。在工矿企业用户中，人工补偿广泛采用并联电容器补偿无功功率。通常电力电容器的补偿容量可按下式确定QCPCATAN1TAN229式中平均负荷系数，一般取0708TAN1补偿前功率因数角的正切值；TAN2补偿后要达到的功率因数角的正切值。本设计要求功率因数达到09及以上。假设补偿后10KV侧功率因数COSZ094，则TAN036，取08，则所需补偿容量由公式23计算得ZQCPCATANTAN0891116（083036）342596KVAR2电容器柜的选择及实际补偿容量计算本设计采用高压集中补偿方式。因矿井地面变电所10KV母线为单母分段接线，故所选电容器柜应分别安装在两段母线上，即电容器柜数应取偶数。现选用湖北新百特自动化设备股份有限公司生产的XGWB1型高压电容补偿柜。3使用环境1）使用地点的海拔高度不大于2000M；2）周围环境温度2540；3）相对湿度20时不超过90；4）室内安装，通风良好；无凝漏；无易燃、易爆、腐蚀性气体；无导电性尘埃的地方；5）安装地点无剧烈震动和冲击的地方；6）设备安装时与垂直面的倾斜度不超过5度。每柜安装容量为QC900KVAR，据此可计算出电容器柜的数量为N381,取偶数N4CCQ906342则实际补偿容量为QCSNQC49003600KVAR根据QCSPCATANTAN得36000891116（083TAN）计算得TAN0336，COS0952222所以，补偿后10KV母线功率因数COS095094满足要求。4补偿后10KV母线侧总计算负荷有功功率PCA91116KW无功功率PCATAN9111603363061498KVARCAQ视在功率961218KVAS2CAP2249830619通过对10KV母线侧负荷进行无功补偿，可以提高该煤矿供电系统的功率因数，提高供电系统的供电能力，充分地发挥供电设备的能力，降低网络中的功率损耗，减轻上一级电网补偿的压力，改善电压质量，而且可以提高用电设备的工作效率和为企业本身节约电能。第三章变电所主变压器选型31变电所主变压器的选型原则311主变压器容量选型原则主变压器是煤矿地面变电所的重要设备，通过对全矿各类负荷的统计分析，正确选择主变压器的型号、台数、容量以及运行方式，确保煤矿供电的安全可靠和经济运行。供电变压器是根据其使用环境条件、电压等级及计算负荷选择其形式和容量。变电所的容量是有其装设的主变压器容量所决定的。从供电的可靠性出发，变压器台数是越多越好。但变压器台数增加，开关电器等设备以及变电所的建设投资都要增大。所以，变压器台数与容量的确定，应全面考虑技术经济指标，合理选择。（1）以供电安全、可靠、经济为前提，同时考虑发展余地。（2）变电所主变压器的选择A具有一类负荷的变电所具有一类负荷的变电所，应满足用电负荷对供电可靠性的要求。根据煤炭工业设计规范规定，矿井变电所的主变压器一般选用两台，当其中一台停止运行时，另一台应能保证安全及原煤生产用电，并不得少于全矿计算负荷的80；工业企业设计规范也规定，对具有大量一、二类负荷的变电所，一般选用两台变压器，当其中一台故障或检修时，另一台能对全部一、二类负荷继续供电，并不得小于全部负荷的70。B只有二、三类负荷的变电所对只有二、三类负荷的变电所，可只选用一台变压器，但应敷设与其他接线变电所相连的联络线作为备用电源。对季节负荷或昼夜负荷变动较大的，宜于采用经济运行方式的变电所，也可以采用两台变压器。C变电所主变压器容量的确定当变电所选用两台变压器且同时运行时，每台主变压器容量应按下式计算（3CAPTCAPTTNSKPSOS1）式中变电所总的有功计算负荷，KWP变压器的额定容量，KVA；TNS变电所人工补偿后的功率因数，一般应在095以上；CAOS变电所人工补偿后的视在容量，KVA；故障保证系数，根据全企业一、二类负荷所占比重确定，对煤矿企业取PTK不应小于08，工厂企业不应小于070。TPTK当两台变压器采用一台工作、一台备用运行方式时，则变压器的容量应按下式计算（3CATNS2）当变电所只选一台变压器时，主变压器容量应满足全部用电负荷的需要（一TN般应考虑1525的富裕容量）。即（3CATNSS2513）主变压器型号的选择应尽量考虑采用低损耗、高效率的变压器。312变压器台数选型原则1确定车间变电站变压器台数原则1对于一般性生产车间，尽量装设一台变压器。2如车间有一，二级负荷，必须有两个电源供电时，则应装设两台变压器。并且，每台变压器均应能承受全部一，二级负荷供电任务。但如相邻车间有联络线时，当车间变电站故障，其一，二级负荷能通过联络线继续供电，则可只选一台变压器。3当车间负荷昼夜变化较大时，或由公用变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然不合理，则装设两台变压器。4特殊场合可选用多台变压器。如井下变电站，因考虑电网过大，接地电流增大，对人身及设备安全不利。为限制接地电流和人身触电电流，应选用多台小容量变压器。2确定企业总降压变电站变压器台数的原则1）当企业绝大多数负荷属于三级负荷，其少量一，二级负荷或由邻近企业取得备用电源时，可以装设一台变压器。2）如企业的一，二级负荷较多，必须装设两台变压器。两台互为备用，并且当一台出现故障时，另一台应能承担全部一，二级负荷。3）特殊情况下可装设两台以上变压器。例如分期建设的大型企业，其变电站个数及变压器台数均可分期投建，从而台数可能较多。再如对引起电网电压严重波动的设备（如大型电弧炉、矿井电力电子传动的大型提升机）可装设专用变压器。3两台变压器互为备用的方式在供电设计时，选择变压器的台数和容量，实质上就是确定其合理的备用容量的问题。对两台变压器来说，有以下两种备用方式1）明备用。两台变压器，每台均按承担100负荷来选择，其中一台工作，另一台备用。2）暗备用。正常运行时，两台变压器同时投入工作。每台变压器承担50计算负荷。但两台变压器的容量均按计算负荷的7080选择。这样，变压器正常运行时的负荷率为715627085基本上满足经济运行要求。在故障情况下，不用考虑变压器过负载能力就能担负起对全部一，二级负荷供电的任务。这是一种比较合理的备用方式。本设计中要求两台变压器一用一备，所以每台变压器的容量都应大于全矿计算负荷。计算得到全矿视在计算负荷为961218KVA，因此可以选用华变输配电设备有限公司生产的有载调压油浸式变压器，型号为SZ912500/35的三相变压器，此变压器为矿用电力变压器。SZ912500/35三相变压器详细信息和参数1）此变压器为35KV双绕组有载调压油浸式电力变压器，适用于交流50HZ，额定工作电压35KV的电力系统中，作为中，小型变电站变电设备。2）型号含义SZ912500/35高压侧电压等级（KV）额定容量（KVA）设计序号有载调压三相图313）工作条件安装高度海拔不超过1000M环境温度4040。4）主要技术参数表31SZ910000/35型变压器主要技术参数32变压器的功率损耗变压器运行过程中，在绕组和铁芯中都会产生一定的功率损耗。变压器的功率损耗包括有功功率损耗PT（简称有功损耗）和无功功率损耗QT（简称无功损耗）两部分。321变压器的有功功率损耗计算变压器的有功功率损耗由两部分组成一部分是变压器额定电压时的空载损耗，通常称为铁损；另一部分是带负荷时绕组中的损耗，通常称为铜损。变压器的铜损与变压器的负荷率的平方成正比。计算公式为PTP0PNT2（34）式中PT变压器的有功功率损耗，KW；P0变压器在额定电压时的空载损耗，KW，见表31；PNT变压器在额定负荷时的短路损耗，KW，见表31；变压器的负荷率（亦称负荷系数），它等于变压器的实际负荷容量与其额定容量的比值。变压器的负荷率0384NTCAS2150896型号SZ912500/35额定容量SNT（KVA）12500联结组标号YN,D11空载电流I0（）056短路阻抗UK（）8负载损耗PNT（KW）5985空载损耗P0（KW）1368高压分接范围5243高压（KV）38535电压组合低压（KV）31563105100110变压器的有功功率损耗为PTP0PNT213685985038422251KW322变压器的无功功率损耗变压器的无功功率损耗也由两部分组成一部分是变压器空载时的无功损耗，它与变压器的空载电流百分数有关；另一部分是变压器带负荷时的无功损耗，它与变压器的短路电压百分数及变压器的负荷率有关。计算公式为（35）221010TNKTNOTNOTSUSIQ式中QT变压器的无功功率损耗，KVAR；QO变压器空载时的无功功率损耗，KVAR；QNT变压器额定负荷时的无功功率损耗，KVAR；IO变压器的空载电流百分数，见表31；UK变压器的短路电压百分数，即阻抗电压，见表31；SNT变压器的额定容量，KVA；变压器的无功功率损耗为221010TNKTNOTNOTSUSIQ238458150621746KVAR；3335KV侧全矿计算负荷及功率因数校验有功功率PCA35PCAPT911162251913411KW无功功率3061498217463278958KVAR35CAQT视在功率970482KVA23535CACCAQPS229583719435KV侧功率因数校验094109035COSCAS829704满足设计要求。34变压器经济运行分析方法341无功功率经济当量的概念电力系统的有功损耗，不仅仅与设备的有功功率损耗有关，而且还与设备的无功功率损耗有关，这是由于设备消耗的无功功率，也是由于电力系统供给得到的。由于无功功率的存在，使系统中的电流增大，从而使得电力系统的有功功率损耗增加。为了计算电气设备的无功功率损耗在电力系统中引起的有功功率损耗，引入一个换算系数K，称为无功功率经济当量。它表示当电力系统输送1KVAR的无功功率时，在电力系统中增加的有功功率损耗千瓦数，单位是KW/KVAR。无功功率经济当量KEC的值与输电距离、电压变换次数等因素有关。对于工矿企业变，配电所KEC00201对于发电机直配用户KEC002004对于经两级变压的用户KEC005007对于经三级及以上变压的用户KEC00801342变压器的经济运行变压器的有功功率损耗是变压器运行时自身的损耗，而变压器的无功功率损耗会引起系统有功功率损耗的增加。因此，应将变压器的无功功率损耗换算成等效的有功功率损耗。然后，计算变压器运行时总的功率损耗。当变压器运行时的功率损耗最小时，运行费用最低，此时变压器的运行方式即为经济运行方式。单台变压器运行时其功率损耗可按下式计算,2,21TNOECTNOTECTQKPQKP（32TNECTNTNACOECOQKPSQKP6）式中KEC无功功率经济当量，KW/KVAR；SAC变电所的负荷容量（此时为变压器的实际