产180万吨的大型矿井变电站设计大学毕业设计说明书1.doc
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1、第一章 概述某矿为年产180万吨的大型矿井,服务年限规划为100年,为立井提升,井筒深度450米。此矿为高沼气矿井,井下允许短路容量为100MVA。全矿的负荷统计表如下表1-1。该矿上级电源电压等级为35KV。距矿35KV变电所5.5km。采用双回路架空线输电方式,规定断路器过流保护时间为3S。系统电抗为:最大运行方式:X=0.26最小运行方式:X=0.28其中系统容量基准值采用S*=100MVA电价收取办法采用两部电价制,固定部分按最高负荷收费。变电所所处地之气象条件:日最高气温为45,日最低气温为-15,最热日井下含在内的土壤温度为26,冻土层厚度为0.38m。变电所之地质条件为:土壤砂质
2、粘土,主导风向为西风,风速为27m/s,地震烈度为5度。 第二章 负荷统计及变压器选择2-1 负荷分组与计算 一根据负荷统计表,按电压高低、负荷性质、分布位置等条件将负荷分组。按需用系数法作负荷计算。按组选择低压动力变压器,再加上功率损失即为高压侧负荷。此时该变压器即为一个6kV级的负荷。按用电负荷性质,负荷可分为以下几组:1安全生产用电负荷:副井提升、扇风机、井下主排水泵。2主要生产负荷:主井提升、压风机、井下低压。3其它负荷:地面低压、机修厂、综采车间、矿煤矸砖厂、工人村、支农二各组负荷计算、填表1 根据各组设备的各组负荷计算方法类似,此处仅举例说明: 例:对主井提升设备: tan: ta
3、n=tan(cos-1cos) = tan(cos-10.87)=0.567有功功率:Pca=KdPN=0.91450=1305kW无功功率:Qca=Pcatan13050.567=739.9kvar视在功率:Sca=1500kVA对副井提升: tan= tan(cos-10.83)=0.672Pca=10000.88=880 kW Qca=8800.672=591.4 kvar Sca=1060 kVA计算结果均见表1-1。三各低压变压器选择及损耗计算:由于采用高压侧集中补偿功率因数,故对各低压变压器均无补偿作用,选择时按计算容量进行,供电回路为双回路者应选两台变压器同时运行。矿井低压变压器
4、选择原则:选一台者,只需变压器额定容量大于其计算容量;选两台者,单台容量应满足一、二类负荷需要,且两台容量之和大于或等于计算容量。1 综采车间:选容量为400KVA时可满足大于计算容量390KVA。故选择S9-400/10,10/0.4型铝线电力变压器一台。空载损耗0.84KW,短路损耗4.2KW,阻抗电压4,空载电流3,Y/Y0-12连接。2 地面低压:计算容量为1172KVA,故选两台S9-1000/10,10/0.4型铝线电力变压器。空载损耗1.72KW,短路损耗10.0KW,阻抗电压4.5,空载电流1.1,Y/Y0-12连接。3 机修厂:计算容量为390KVA,故选两台S9-400/1
5、0,10/0.4型铝线电力变压器。参数同综采车间。4工人村:计算容量为528KVA,故选两台S9-630/10,10/0.4型铝线电力变压器。参数同上。5支农:计算容量为280KVA,故选两台S9-315/10,10/0.4型铝线电力变压器。空载损耗0.7KW,短路损耗3.5KW,阻抗电压4,空载电流1.5,Y/Y0-12连接。6选煤厂:计算容量为1253.5KVA,故选两台S9-1250/10,10/0.4型铝线电力变压器。空载损耗2.0KW,短路损耗11.8KW,阻抗电压4.5,空载电流1.1,Y/Y0-12连接。各低压变压器损耗计算式为:PTP0+Pk2,QTQ0+Qk2,其中=为变压器
6、负荷率。各低压变压器损耗计算方法相类似。此处仅举例说明。例:对于机修厂低压变: =390/400=0.975Q0SN=1.4*400/100=5.6 kvarQkSN=4*400/100=16 kvar表2-1低压变损耗编号123456负荷综采车间地面低压机修厂工人村支农洗煤厂计算容量(KVA)39011723905452801253.5变压器型号S9-400/10S9-1000/10S9-400/10S9-630/10S9-315/10S9-1250/10U1M/U2MKV10/0.410/0.410/0.410/0.410/0.410/0.66台数121112KW0.841.720.841
7、.230.72.0KW4.210.04.263.511.8KW5.6115.67.54.72513.75KW16451628.3512.656.250.9750.5860.9750.8650.8890.5014KW4.835.154.835.723.474.97KW20.8126.4520.8128.7114.6827.89合计34.41166.76则:PTP0+Pk2 =0.84+0.9752*4.2=4.83kWQTQ0+Qk2,=5.6+0.9752*16=20.81 kvar 其它低压变损耗列于表2-1中。四6kV母线补偿前总负荷计算:汇总表中最大连续负荷应同时系数,汇总后有功最大连续
8、负荷在5000KW以下取KSI=0.8,5000KW以上10000KW以下时取KSI=0.85,在5000KM以下时取KSI=0.9。无功最大连续负荷则对应0.9与0.95。计算后的6KV母线计算负荷: Pca6=KSI(Pca+)=0.8(13060.7+34.41)=10476kW Qca6= KSI(Qca+)=0.9(6209+166.76)=5738.2 kvar故Sca6=11945 kVA22 cos补偿与电容器柜选择一矿山地面变电所采用在6kV母线上装移相电容器的方法来补偿功率因数,即所谓集中补偿,此种方法主要有投资省,有功功率损失小,运行维护方便,故障范围小,无振动无噪音,安
9、装灵活方便等优点。一般将功率因数补偿到0.95以上,本设计按补偿到0.95计算。若补偿前功率因数为cos1,补偿后提高到cos2,则补偿所用电力电容器容量为: QcPav(tan1 -tan2)=KavPca6(tan1 -tan2)式中:Pav 全矿有功平均负荷 KW Pca6 全矿补偿前有功计算负荷 KW Kav 平均负荷系数 一般取0.70.8 cos1 =10476/11945=0.877tan1 = tan(cos-10.877)=0.547 tan2 = tan(cos-10.95)=0.329补偿的无功功率为:QcKavPca6(tan1 -tan2)0.8*10476*(0.5
10、48-0.329)=1835.4 kvar 二电容器柜选择本变电所6kV母线接线初步定为单母线分段,两段母线均应装设电容器柜,因此电容器柜应选择偶数。选用GR1C-08型电容器柜,额定电压6V,单柜容量1518=270kvar,共需电容器柜:n1835.4/270=6.79实际选用8个,分为两组,每组4个,分别装在单母线分段两侧,实际补偿的电容量为: Q=2708=2160kvar。折算到计算容量为:Qj=Q/=2160/0.8=2700kvar补偿后等效无功功率为: =Qca6-Qj =5738.2-2700=3038.2 kvar校验合格。另外,每段母线上都必须一台放电柜,我们选用GR-1
11、C-03型放电柜,内装JDZ6100V电压互感器两台,电压表、转换开关各一个,信号灯3个。23 主变压器选择 本设计电费标准为两部电价制,其固定电费按最高负荷收费,因此应选择两台主变分裂运行,一台停运(故障)时,另一台必须承担全矿一、二类负荷用电。补偿后6KV母线计算负荷即主变应输出之电力负荷,此时应按下式计算主变损耗,再选主变补偿后6KV母线计算视在最大连续负荷Sca6=10907.67主变损耗增值系数Kr取1.08因此: SNTKrSca6kVA1.0810907.67=11780.3 kVA 选用SF716000/35型风冷式变压器,额定电压为356.3,连结组别为Yn,d11, 拟定选
12、择两台变压器,正常时两台同时分裂运行,故障时一台运行,比较灵活经济,适合于我国的两部电价制。24 cos35及全矿电耗、吨煤电耗的计算一 35kV侧实际功率因数cos351. 主变功率损耗:PT主0.02 Sca6=0.0210907.67=218.15kWQT主0.08 Sca6=0.0810907.67= 872.61kvar2 折算到35kV侧负荷:Pca35Pca6+PT=10476+218.1510694.15 kWQca35Qca6+QT=3038.2+872.61=3910.81kvar3计算cos35: cos35costan-1()=0.952二全矿年电耗:矿井负荷年最大利用
13、小时:T=1504矿年年电耗Pca351504(10476+218.15)15044549.145(万度)三吨煤电耗:年电耗/年产量=4549.145/18025.27(度吨)25 计算选择结果汇总一.计算结果汇总负荷统计总有功负荷:13060.7kW负荷统计总无功功率: 6209kvar6kV母线补偿前计算有功负荷:10476kW6kV母线补偿前计算视在功率:11945kVA补偿后6kV母线计算无功功率:3038.2Kvar主变压器有功损耗:218.15 kW主变压器无功损耗:872.61kvar补偿后35kV母线有功功率:10694.15 kW补偿后35kV母线无功功率:3910.81 k
14、var补偿后35kV母线视在功率:11386.8 kVA补偿前6kV母线功率因数:0.877补偿后35kV母线功率因数:0.952全矿年电耗:4549.145(万度)吨煤电耗:25.27(度吨)第三章 供电系统拟定与短路计算 31 供电系统的拟定一5kV侧接线方案矿区35kV变电所35kV进线采用双电源架空线,由于对供电可靠性、运行灵活要求的提高,奔设计35kV侧接线采用全桥接线,并且因为考虑本所有电能反馈可能,在断路器两侧装设隔离开关,35kV侧每段母线上装设电压互感器和避雷器。二 kV侧接线方案矿井为一类负荷,要求可靠供电,故变电所6kV侧采用单母线分段(两段)。当某段母线出现故障时,仍可
15、保证一、二类重要负荷的供电,又因主变容量超过10000KVA,故6kV侧在必要时装设分裂电抗器。三负荷分配考虑一、二类负荷必须由连于不同母线上的双回路供电,将下井回路和地面低压分配在各段母线上,力求工作生产时,两段母线上负荷近似相等。负荷布置时,越是负荷大的越应靠近母线中间。四 电缆根数确定下井电缆根数Cn按下式确定:取Cn4五运行方式运行方式采用分裂运行方式,因为在该运行方式下,系统阻抗较大,因6kV侧短路电流较小,设备易于满足要求,保护设备设置简单。6kV侧各类负荷属一、二类负荷用双回路供电,属三类的用单回路供电。六供电系统图32 系统短路计算一 短路危害系统短路是指供电系统中不等电位导体
16、在电气上被短路,发生短路时,系统中总阻抗大大减小,短路电流可能达到很高数值,强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使设备受到破坏,短路点处电弧可能烧坏电气设备,短路点附近电压显著降低,使供电系统受到严重影响或被迫中断。若在发电厂附近短路,还可能使全电力系统进行解裂,引起严重后果。不对称接地短路电流造成的零序电流,还会对邻近线路通讯造成干扰,危害人身及设备安全。为了限制短路危害及缩小故障影响范围,在变电所设计中,必须进行短路电流计算。二 基准值选取与计算取,则: 三 元件相对电抗计算1 电源相对电抗 2 35KV侧架空线 3 主变压器电抗 =0.54 6KV侧线路电抗计算:计算公式:(1). 主
17、副井提升:=0.080.4=0.081(2). 主扇风机:=0.42.6=2.62(3). 压风机:=0.080.2=0.040(4).地面低压:=0.045*100/1=4.5(5). 机修厂:=0.080.35=0.071(6).综采车间:=0.080.3=0.060(7).洗煤厂:=0.40.5=0.5039(8).工人村:=0.42.5=2.52(9). 支农:=0.42.7=2.721四绘制系统等值电路图:五短路电流计算短路电流计算各点类似。下面举例说明:1K1点短路计算 1). 最大运行方式:=2.38 kAich1=2.55=9.46kASk1=1002.38=238 MVA 2
18、). 最小运行方式:=2.27(KA)2K2点短路 1). 最大运行方式:=1.086 kAish2=2.55=25.38 kASk2=1001.086=108.6 MVA2). 最小运行方式:=1.063(KA)(KA)3 K3点短路1). 最大运行方式: kAish3=2.55=6.798 kASk3=1000.291=29.1 MVA2). 最小运行方式:(KA)(KA) 4K4点短路 因为d2点短路发生处为同步机端头,有同步机功率超过100kW,则此时同步机对短路点有影响,但此处计算可先不考虑同步机影响,算处短路点电流后再加上同步机影响,同步机附加短路电流近似计算可按下式来进行: 0.
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