基于35kv煤礦供電系統(tǒng)井上部分設(shè)計(jì)研究

畢業(yè)設(shè)計(jì)Word摘要林西煤礦系70萬(wàn)噸中小煤礦,已有百多年的歷史,許多設(shè)備都是原來(lái)引進(jìn)外國(guó)的。隨著企業(yè)的發(fā)展,目前的供電系統(tǒng)已經(jīng)不能保證安全、可靠的供電。本次設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)有的供電系統(tǒng)的特點(diǎn),對(duì)某些設(shè)備以及負(fù)荷分布進(jìn)行改進(jìn),以滿足供電的可靠性和安全性。本次供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:負(fù)荷計(jì)算、地面變電所設(shè)計(jì)、短路電流計(jì)算、地面高低壓設(shè)備選擇、保護(hù)裝置、變電所防雷及接地等。本設(shè)計(jì)主供電系統(tǒng)由來(lái)自不同地方的兩路35kV線路供電,經(jīng)主變壓器變?yōu)?kV,由單母分段的接線方式向礦區(qū)供電。根據(jù)煤礦供電系統(tǒng)特點(diǎn),系統(tǒng)主線路均以最大運(yùn)行方式進(jìn)行整定,并以此對(duì)線路及其設(shè)備進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)林西煤礦35kV供電系統(tǒng)只有井上供電系統(tǒng)部分。為保證供電的安全性和可靠性,又考慮林西煤礦15年的服務(wù)期限,從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面對(duì)本礦進(jìn)行整體設(shè)計(jì),以達(dá)到滿足對(duì)林西煤礦設(shè)計(jì)的合理性。關(guān)鍵詞:林西煤礦;35kV;供電;負(fù)荷計(jì)算;設(shè)備選擇;短路電流計(jì)算AbstractThedesignisbasedonthecompletionoftheinternshipinthecoalmine.LinXiCoalMinethroughfieldvisits,inconjunctionwiththeexistinglevelofproductionplantandtheprospectsforfuturedevelopmentinthepowersupplysystemonthebasisoftherelevantprovisionsofthecoalproductionindustryfurtherstandardizeandimprove.LinXiCoalMineis70milliontonsandcoalmines,overahundredyearsofhistory,manyofwhichareoriginaltointroduceforeign.Withthedevelopmentofenterprises,thecurrentpowersupplysystemcannotguaranteethesafeandreliablepowersupply.Thisdesignisbasedonthecharacteristicsoftheexistingpowersupplysystem,forsomeequipmentandloaddistributionisimprovedtomeetthepowersupplyreliabilityandsecurity.powersystemdesigninclude:loadcalculations,groundsubstationsdesign,shortcircuitcurrentcalculations,groundhigh-lowvoltageequipmentselection,protectiondevices,Substationlightningprotectionandgrounding.Fromthedesignofthepowersupplysystemindifferentpartsofthetworoads35kVpowerline,themain6kVtransformersintothesingle-parentseparatelytotheMiningwiringelectricity.Accordingtothecharacteristicsofcoalsupplysystem,thedesignofthemainlinesarethelargestoperationofthesystemmeansthesetoflinesandequipmentandtochooseLinXiCoalMine35kVpowersupplysystemdesignisonlypartofthepowersupplysystemInoue.Consideringthefifteenyears’serviceofLinXiCoalMine,inordertoensurethesecurityofelectricitysupply,reliable,thepaperdesignstheengineeringsystemwhichisreasonableforLinXiMinefromtheeconomicandtechnicalaspects.Keywords:LinXiCoalMine;35kV;PowerSupply;loadcalculations;electricalequipmentselection;shortcircuitcurrentcalculations目錄1概述 12負(fù)荷計(jì)算 42.1負(fù)荷分級(jí)與負(fù)荷曲線 42.1.1供電負(fù)荷分級(jí) 42.1.2負(fù)荷曲線 42.2礦井用電負(fù)荷計(jì)算 52.2.1設(shè)備容量的確定 52.2.2多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 72.2.3負(fù)荷計(jì)算 72.3功率因數(shù)補(bǔ)償 102.3.1提高功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊饬x 102.3.2提高功率因數(shù)的方法 102.3.3電容器補(bǔ)償計(jì)算 123主變壓器選擇與主接線方案的確定 133.1主變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定原則 133.1.1主變壓器容量的確定原則 133.1.2主變壓器臺(tái)數(shù)的確定原則 133.1.3主變壓器的損失計(jì)算 133.1.4主變壓器選型 143.1.5全礦年電耗和噸煤電耗 153.2主接線方式的確定 153.2.1供電系統(tǒng)接線方式的要求 153.2.2主接線形式 163.335kV側(cè)接線方式選擇 163.3.1單元接線 163.3.2橋形接線 163.46kV側(cè)接線方式選擇 183.4.1單母線接線 183.4.2單母線分段式接線 183.4.3雙母線接線 194短路計(jì)算 214.1短路電流的分類(lèi)與計(jì)算目的 214.1.1短路的原因 214.1.2短路的危害 214.1.3計(jì)算短路電流的目的 214.1.4短路電流計(jì)算的標(biāo)幺值法 214.2短路電流計(jì)算 234.2.1計(jì)算短路計(jì)算點(diǎn)并繪制等效電路圖 244.2.2選擇計(jì)算各基準(zhǔn)值 244.2.3計(jì)算各元件的標(biāo)幺電抗 254.2.4計(jì)算各短路點(diǎn)的短路參數(shù) 265設(shè)備選擇 305.1電氣設(shè)備選擇的一般原則 305.1.1按工作電壓選擇 305.1.2按工作電流選擇 305.1.3按環(huán)境類(lèi)型選擇 305.1.4按斷路容量選擇 315.2短路動(dòng)、熱穩(wěn)定性校驗(yàn) 315.2.1短路動(dòng)、熱穩(wěn)定性校驗(yàn)原則 315.2.2熱穩(wěn)定校驗(yàn) 315.2.3動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn) 325.335kV設(shè)備選擇及其校驗(yàn) 325.3.135kV架空線、母線的選擇 325.3.235kV斷路器的選擇 335.3.3高壓隔離開(kāi)關(guān)的選擇 355.3.4電壓互感器、熔斷器的選擇 365.3.5電流互感器的選擇 375.3.635kV避雷器選擇 375.46kV設(shè)備選擇及其校驗(yàn) 375.4.16kV母線的選擇 375.4.2母線瓷瓶及穿墻套管 385.4.3低壓斷路器選擇 395.4.4電流互感器的選擇 395.4.5電壓互感器的選擇 405.4.6下井電纜型號(hào)及截面的選擇 405.4.7隔離開(kāi)關(guān)的選擇 415.4.8高壓開(kāi)關(guān)柜選擇 416變電所室內(nèi)外布置 436.1變電所的總的布置原則及要求 436.1.1總的原則 436.1.2布置要求 436.2本次設(shè)計(jì)變電所的布置 446.3變電所的電氣照明 447防雷保護(hù)及接地 457.1變電所的防雷 457.1.1變電所的防雷設(shè)計(jì)原則 457.1.2防雷設(shè)計(jì)基本經(jīng)驗(yàn) 457.2防雷保護(hù)裝置 457.3防雷裝置的接地 477.4變電所的保護(hù)接地 477.4.1保護(hù)接地的基本原理 477.4.2變電所的接地網(wǎng) 478結(jié)論 49致謝 50參考文獻(xiàn) 511概述林西礦位于河北省唐山市古冶區(qū)。該礦前身屬于礦務(wù)局直屬,因公司領(lǐng)導(dǎo)方向錯(cuò)誤,在2007年破產(chǎn),2008年重組后屬于開(kāi)灤集團(tuán)控股。主營(yíng):原煤開(kāi)采、洗煤、加工普通機(jī)械零配件等。其設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為70萬(wàn)噸。今年4月份又新建一座洗煤廠,年洗煤量可達(dá)400萬(wàn)噸。林西礦供電系統(tǒng)由五十周波變,六號(hào)井變兩條35kV進(jìn)線供電。其礦內(nèi)變配電所占地約2200平方米,兩條進(jìn)線分別到所內(nèi)室外兩個(gè)35/6kV主變壓器,平常起用一臺(tái)主變,地下水豐富的夏季一般開(kāi)兩臺(tái)主變,室外部四腳分別設(shè)置四個(gè)避雷器。采用單母分段的主接線形式,主母線分為兩段,母線間以斷路器隔開(kāi)。投入使用時(shí)是少油斷路器,剛改用高壓六氟化硫斷路器,穩(wěn)定性及滅弧能力大大提高。林西礦現(xiàn)有的很多供電設(shè)備是解放前引進(jìn)外國(guó)的,雖然在當(dāng)時(shí)是比較的先進(jìn)的,但是隨著企業(yè)的飛速發(fā)展,已不能滿足現(xiàn)在的供電系統(tǒng)的要求。整個(gè)供電系統(tǒng)存在著許多隱患。設(shè)備古老,線路老化,負(fù)荷分布不合理,這些都對(duì)供電系統(tǒng)的安全造成很大影響。如何保證整個(gè)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性,是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。本次設(shè)計(jì)針對(duì)林西礦供電系統(tǒng)存在的安全隱患,通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的供電設(shè)備以及對(duì)負(fù)荷的合理布置,使林西礦供電系統(tǒng)能夠安全、可靠地對(duì)整個(gè)礦區(qū)供電。表?1-1全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分組設(shè)備名稱(chēng) 負(fù)荷等級(jí) 電壓V 線路類(lèi)型 電機(jī)型式 單機(jī)容量kW 安裝/工作臺(tái)數(shù) 工作設(shè)備總?cè)萘縦W 需用系數(shù)功率因數(shù)離35kV變電所的距離km主井提升 1 6000 C Y 10001/1 1000 0.87 0.84 0.5副井提升 1 6000 C Y 600 1/1 600 0.85 0.82 0.4扇風(fēng)機(jī)1 1 6000 K T 800 2/1 800 0.88 0.83 2.5扇風(fēng)機(jī)2 1 6000 K T 800 2/1 800 0.88 0.83 2.5壓風(fēng)機(jī) 1 6000 C T 300 5/3 900 0.87 0.87 0.2工房 3 380 K ?? ?? ?? 480 0.75 0.84 1.5修配廠 3 380 C ?? 450 ?? 450 0.60 0.75 0.3地面低壓 1 380 C ?? ?? ?? 800 0.72 0.78 0.1洗煤廠 2 380 K ?? ?? ?? 1100 0.77 0.79 0.5啤酒廠 1 380 K ?? ?? ?? 750 0.76 0.85 2.8排水泵 1 6000 C X 600 5/3 1800 0.88 0.86 0.75井下低壓 2 660 C X ?? ?? 2600 0.71 0.77 ??注1.線路類(lèi)型:C表示電纜線路;K表示架空線路。2.電機(jī)類(lèi)型:Y表示繞線異步;X表示鼠籠異步;T表示同步。礦井年產(chǎn)量:70萬(wàn)t;服務(wù)年限:15年;立井深度:0.7km;礦井沼氣等級(jí):煤與沼氣突出礦井:礦區(qū)凍土帶厚度為0.3km,一般黑土;兩回35kV架空電源線路長(zhǎng)度:;兩回上級(jí)35kV電源出線斷路器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間:;本所35kV電源母線最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗:100MVA;本所35kV電源母線最小行方式下的系統(tǒng)電抗:100MVA;井下6kV母線上允許短路容量:100MVA;電費(fèi)收取辦法:兩部電價(jià)制,固定部分按最高負(fù)荷收費(fèi);本所6kV母線上補(bǔ)償后平均功率因數(shù)要求值;地區(qū)日最高氣溫:;最熱月室外最高氣溫月平均值:;最熱月室內(nèi)最高氣溫月平均值:;最熱月土壤最高氣溫月平均值:。2負(fù)荷計(jì)算2.1負(fù)荷分級(jí)與負(fù)荷曲線2.1.1供電負(fù)荷分級(jí)工廠的供電負(fù)荷,根據(jù)《工業(yè)與民用供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ52修訂本)規(guī)定,按其供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟(jì)上造成的損失或影響程度,分為以下三級(jí):?一級(jí)負(fù)荷:中斷供電將造成人身傷亡,或在政治、經(jīng)濟(jì)上將造成重大損失的企業(yè),林西礦屬于國(guó)有能源部門(mén),其中斷供電將有可能造成人員傷亡及重大經(jīng)濟(jì)損失,屬于一級(jí)負(fù)荷。二級(jí)負(fù)荷:中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上將造成較大損失的企業(yè),如主要設(shè)備損壞,連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打斷,造成減產(chǎn)等。三級(jí)負(fù)荷:一般電力負(fù)荷,所有不屬于上述一、二級(jí)負(fù)荷者。一級(jí)負(fù)荷屬重要負(fù)荷,如中斷供電將造成十分嚴(yán)重的后果,因此要求應(yīng)由兩個(gè)電源供電,對(duì)于一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,除要求兩個(gè)電源外還要求必須增設(shè)應(yīng)急電源,為保證對(duì)特別重要負(fù)荷的供電,嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2.1.2負(fù)荷曲線年最大負(fù)荷:就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)(這一工作班的最大負(fù)荷不是偶然出現(xiàn)的而是全年至少出現(xiàn)2-3次)消耗電能最大的半小時(shí)平均功率。并分別用符號(hào)、、表示年有功最大負(fù)荷、年無(wú)功最大負(fù)荷和年視在功率最大負(fù)荷。年最大負(fù)荷小時(shí)是一個(gè)假想的時(shí)間,在此時(shí)間內(nèi),電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能,恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗電能,用表示,如圖2-2所示,年最大負(fù)荷延伸到的橫線與兩坐標(biāo)軸所包圍的矩形面積,恰好等于年負(fù)荷曲線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積,既全年實(shí)際消耗的電能。因此年最大負(fù)荷利用小時(shí):?(2-1)式中??全年消耗的有功電能,kWh。而一般計(jì)算礦用最大負(fù)荷利用小時(shí)可以用公式近似計(jì)算:?(2-2)2.2礦井用電負(fù)荷計(jì)算2.2.1設(shè)備容量的確定用電設(shè)備銘牌上標(biāo)出的功率(或稱(chēng)容量)稱(chēng)為用電設(shè)備的額定功率,該功率是指用電設(shè)備(如電動(dòng)機(jī))額定的輸出功率。由于各用電設(shè)備并不是同時(shí)工作,因此,在計(jì)算負(fù)荷時(shí),不能將其額定功率簡(jiǎn)單地直接相加,而需將不同工作制的用電設(shè)備額定功率換算成統(tǒng)一規(guī)定的工作制條件下的功率,稱(chēng)之為用電設(shè)備功率。(一)長(zhǎng)期連續(xù)工作制這類(lèi)工作制的用電設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,負(fù)荷比較穩(wěn)定。對(duì)這種用電設(shè)備有(2-3)(二)短時(shí)工作制這類(lèi)工作制的用電設(shè)備工作時(shí)間很短,而停歇時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)。對(duì)這類(lèi)用電設(shè)備同樣有(2-4)(三)短時(shí)連續(xù)工作制用電設(shè)備這類(lèi)工作制的用電設(shè)備周期性地時(shí)而工作,時(shí)而停歇。反復(fù)運(yùn)行,工作周期一般不超過(guò)10min。負(fù)荷持續(xù)率為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值,用ε表示為(2-5)式中T??工作周期,s;t??工作周期內(nèi)的工作時(shí)間,s;t0??工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間,s。斷續(xù)周期工作制設(shè)備的設(shè)備容量,一般是對(duì)應(yīng)于某一標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷持續(xù)率的。式中??負(fù)荷的持續(xù)率;??與名牌容量對(duì)應(yīng)的負(fù)荷持續(xù)率;??負(fù)荷持續(xù)率為ε時(shí)設(shè)備的輸出容量,kW。用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定用電設(shè)備組是由工藝性質(zhì)相同、需用系數(shù)相近的一些設(shè)備合并成的一組用電設(shè)備。在一個(gè)車(chē)間中,可以根據(jù)具體情況將用電設(shè)備分為若干組,再分別計(jì)算各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。其計(jì)算公式為??kW(2-6)kvar(2-7)kVA(2-8)A(2-9)式中、、??該用電設(shè)備組的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷;??該用電設(shè)備組的設(shè)備總額定容量,kW??額定電壓,V??功率因數(shù)角的正切值??該用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷電流,A??需用系數(shù)2.2.2多個(gè)用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷在配電干線上或礦井變電所低壓母線上,常有多個(gè)用電設(shè)備組同時(shí)工作,但是各個(gè)用電設(shè)備組的最大負(fù)荷也非同時(shí)出現(xiàn),因此在求配電干線或礦井變電所低壓母線的計(jì)算負(fù)荷時(shí),應(yīng)再計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)。具體計(jì)算公式如下:i1,2,3,…,m??2-10(2-11)(2-12)(2-13)式中、、??為配電干線或變電站低壓母線有功、無(wú)功、視在計(jì)算負(fù)荷;??同時(shí)系數(shù);m???為配電干線或變電站低壓母線上所接用電設(shè)備總數(shù);、、??分別對(duì)應(yīng)于某一用電設(shè)備組的需用系數(shù)、功率因數(shù)角正切值,總設(shè)備容量;??該干線或低壓母線上的額定電壓,V;??該干線變電站低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷電流,A;??需用系數(shù)2.2.3負(fù)荷計(jì)算根據(jù)用電負(fù)荷表及負(fù)荷計(jì)算公式計(jì)算負(fù)荷,具體計(jì)算方法如下:1)主井提升機(jī)0.87×1000870kW2)副井提升機(jī)3扇風(fēng)機(jī)14扇風(fēng)機(jī)25壓風(fēng)機(jī)6)工房7修配廠同理可得其他負(fù)荷的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷為表2-1其他設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷設(shè)備名稱(chēng) 地面低壓 576 461 738洗煤廠 847 661 1075啤酒廠 571 355 673排水泵 1584 935 1840井下低壓 1846 1533 2400計(jì)算出井下6kV低壓母線上的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷為:870+510+704+704+783+1584×0.94640kW同理可得380V線上各負(fù)荷的有功、無(wú)功、視在功率計(jì)算負(fù)荷如下:(360+270+576+847+571)×0.92362kW)(234+238+461+661+355)×0.91754kvar2942kVA4640+23627002(kW)3462+17545207kvar8726kVA計(jì)算可得功率因數(shù)為:。礦井所要求功率因數(shù)為0.9,故需用電容器補(bǔ)償。2.3功率因數(shù)補(bǔ)償2.3.1提高功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊饬x由于一般企業(yè)采用了大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變壓器等用電設(shè)備,特別近年來(lái)大功率電力電子拖動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用,企業(yè)供電系統(tǒng)除要供給有功功率外,還需要供給大量無(wú)功功率,使發(fā)電機(jī)和輸電設(shè)備的能力不能充分利用,并增加輸電線路的功率損耗和電壓損失,估提高用戶的功率因數(shù)有如下益處。1)提高電力系統(tǒng)的供電能力在發(fā)電和輸、配電設(shè)備的安裝容量一定時(shí),提到用戶的功率因數(shù)相應(yīng)減少了無(wú)功功率的供給,則在同樣設(shè)備條件下,電力系統(tǒng)輸出的有功功率可以增加。2)降低網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗當(dāng)線路額定電壓和線路闡述的有功功率P及線路電阻R恒定時(shí),則線路中的有功功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比。3)減少網(wǎng)絡(luò)中的電壓損失,提高供電質(zhì)量由于用戶功率因數(shù)的提高,使網(wǎng)絡(luò)中的電流減少。因此,網(wǎng)絡(luò)的電壓損失減少,網(wǎng)絡(luò)末端用電設(shè)備的電壓質(zhì)量提高。4)降低電能成本從發(fā)電廠發(fā)出的電能有一定的總成本。提高功率因數(shù)可減少網(wǎng)絡(luò)和變壓器中的電能損耗。在發(fā)電設(shè)備容量不變的情況下,供給用戶的電能就相應(yīng)增多了,每度電的總成本就會(huì)降低。2.3.2提高功率因數(shù)的方法提高功率因數(shù)的關(guān)鍵是盡量減少電力系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備所需用的無(wú)功功率,特別是減少負(fù)荷從電網(wǎng)中取用的無(wú)功功率,使電網(wǎng)在輸送有功功率時(shí),少輸送或不輸送無(wú)功功率。1)提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)。在生產(chǎn)中,盡量采用鼠籠式異步發(fā)電機(jī),避免電動(dòng)機(jī)與變壓器的轉(zhuǎn)載運(yùn)行;對(duì)不需調(diào)速的大型設(shè)備,盡量采用同步機(jī),采用高壓電動(dòng)機(jī)等。在本設(shè)計(jì)中,扇風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)就采用了同步電動(dòng)機(jī),它對(duì)該礦供電系統(tǒng)的功率因數(shù)具有一定的補(bǔ)償作用。2)采用人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)的做法是采用供應(yīng)無(wú)功功率的設(shè)備來(lái)就地補(bǔ)償用電設(shè)備所需要的無(wú)功功率,以減少線路中的無(wú)功輸送。人工補(bǔ)償一般采用并聯(lián)電力電容器,利用電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率與電感負(fù)載產(chǎn)生無(wú)功功率進(jìn)行交換,從而減少了負(fù)載向電網(wǎng)吸取無(wú)功功率。并聯(lián)電容器補(bǔ)償法具有投資省、有功功率損耗小、運(yùn)行維護(hù)方便、故障范圍小、無(wú)振動(dòng)與噪聲、安裝地點(diǎn)較為靈活。補(bǔ)償電容器組的接線方式在無(wú)功補(bǔ)償中,10kV及以下線路的補(bǔ)償電容器組常按三角形接線,主要原因如下:①三角形接線可以防止電容器容量不對(duì)稱(chēng)(如個(gè)別電容器的熔斷器熔斷)而出現(xiàn)的過(guò)電壓,電容器對(duì)過(guò)電壓是比較敏感的,若為星形接線,則由于中性點(diǎn)位移,使部分相欠電壓而部分相過(guò)電壓。更嚴(yán)重的是當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí),其余兩相將升為線電壓(中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)),電容器將很容易損壞。②三角形接線若發(fā)生一相斷線,只是使各相的補(bǔ)償容量有所減少,不致于嚴(yán)重不平衡。而星形接線若發(fā)生一相斷線,就使該相失補(bǔ)償,嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。③用三角形接線可以充分發(fā)揮電容器的補(bǔ)償能力,電容器的補(bǔ)償容量與加在其兩端的電壓有關(guān),即(2-14)電容器采用三角形接法時(shí),每相電容承受線電壓,而采用星形接法時(shí),每相電容承受相電壓,所以有(2-15)上式表明,具有相同電容量的三個(gè)單相電容器組,采用三角形接法時(shí)的補(bǔ)償容量是采用星形接法的三倍。因此,在電壓相符的情況下,應(yīng)盡量采用三角形接法。2.3.3電容器補(bǔ)償計(jì)算需要電容器的容量:(2-16)式中??補(bǔ)償電容器的容量,單位:kvar??總有功功率,單位:kW??補(bǔ)償前的功率因數(shù),??補(bǔ)償后的功率因數(shù),計(jì)算可知:7002×(0.75-0.49)1821kvar電容器采用雙星型接線接在變電所的二次母線上,因此選容量為30kvar,額定電壓為kV的電容器,裝于電容柜中,每柜裝9個(gè),每柜容量為270kvar,則電容柜的總數(shù)為:N1821÷2706.7取7個(gè)柜利用電力電容補(bǔ)償.容量為=270×71890補(bǔ)償后變電所總無(wú)功功率:=5207-18903317補(bǔ)償后的功率因數(shù):=0.903滿足要求由于煤礦變電所6kV供電采用單母線分段,電容器分別安裝在一、二,三段母線上。故每段補(bǔ)償電容器容量540kvar。分別安裝2個(gè)電容柜。共計(jì)7個(gè)電容柜。滿足無(wú)功功率的補(bǔ)償要求3主變壓器選擇與主接線方案的確定3.1主變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定原則主變壓器的容量、臺(tái)數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。它的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外,還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)5~10年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級(jí)以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素,進(jìn)行綜合分析和合理選擇。如果變壓器容量選擇過(guò)大、臺(tái)數(shù)過(guò)多,不僅增加投資,增大占地面積,而且也增加了運(yùn)行電能損耗,設(shè)備未能充分發(fā)揮效益;若容量選得過(guò)小,將可能“封鎖”發(fā)電機(jī)剩余功率的輸出或者會(huì)滿足不了變電站負(fù)荷的需要,這在技術(shù)上是不合理的。因此,在變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇上應(yīng)遵循一定的原則。3.1.1主變壓器容量的確定原則(1)主變壓器容量一般按變電站建成后5~10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇,并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期10~20年的負(fù)荷發(fā)展。對(duì)于城郊變電站,主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合。(2)根據(jù)變電站所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變壓器的容量。對(duì)于有重要負(fù)荷的變電站,應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí),其余變壓器容量在其過(guò)負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi),應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷;對(duì)一般性變電站,當(dāng)一臺(tái)主變壓器停運(yùn)時(shí),其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70%~80%。3.1.2主變壓器臺(tái)數(shù)的確定原則(1)對(duì)大城市郊區(qū)的一次變電站,在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下,變電站以裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器為宜。(2)如企業(yè)的一、二級(jí)負(fù)荷較多,必須裝設(shè)兩臺(tái)變壓器。兩臺(tái)互為備用,并且當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí),另一臺(tái)應(yīng)能承擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷。(3)對(duì)于規(guī)劃只裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的變電站,其變壓器基礎(chǔ)宜按大于變壓器容量的1~2級(jí)設(shè)計(jì),以便負(fù)荷發(fā)展時(shí),更換變壓器的容量。(4)特殊情況下可裝設(shè)兩臺(tái)以上變壓器。3.1.3主變壓器的損失計(jì)算補(bǔ)償后的6千伏母線計(jì)算負(fù)荷即主變壓器應(yīng)輸出的電力負(fù)荷,此時(shí)計(jì)算主變壓器損失,在未選型之前可用負(fù)荷計(jì)算中的結(jié)果按下式近似計(jì)算如下:0.02×8726174kW0.08×5207417kvar變電所35KV母線總負(fù)荷為:3.1.4主變壓器選型為了保證煤礦供電,并根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定主變壓器應(yīng)選用一主一備,在一臺(tái)主變壓器故障或者檢修時(shí),另一臺(tái)變壓器必須保證煤礦的安全生產(chǎn)用電的原則。根據(jù)《煤礦電工手冊(cè)》取事故負(fù)荷保證系數(shù)則每臺(tái)變壓器為:表3-1-10000,35/6.3kV變壓器的主要參數(shù)型號(hào)規(guī)格(kVA) 電壓(kV) 聯(lián)結(jié)組別 阻抗電壓% 空載電流% 損耗(kW) 重量(T) 外形尺寸(m)長(zhǎng)×寬×高高壓 低壓空載 短路-10000 35 6.3 Ynd11Y0/-11 7.5 0.8 13.6 53 19.6 3.7×2.9×4.1根據(jù)礦井一、二級(jí)負(fù)荷占得比重大于SZ9103kVA,可初選兩臺(tái)主變壓器,考慮到礦井的深入,負(fù)荷的不斷增加,選用型號(hào)KV電力變壓器,作為主變壓器。礦井變電所主變壓器兩臺(tái)采樣分列同時(shí)運(yùn)行,所以主變壓器損耗計(jì)算如下:有功損耗:kW無(wú)功損耗:kvar由以上計(jì)算,則35千伏母線總負(fù)荷為:3.1.5全礦年電耗和噸煤電耗最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)小時(shí),則年電耗為:則噸煤電耗為:因采用高壓6kV集中補(bǔ)償功率因數(shù),故對(duì)各低壓變壓器均無(wú)補(bǔ)償作用,因此低壓變壓器可根據(jù)第二章的計(jì)算視在容量進(jìn)行選擇。修配廠、工房選用型三相油浸自冷式銅線電力變壓器各一臺(tái);地面低壓、啤酒廠選用型銅線電力變壓器;洗煤廠選用兩臺(tái)型銅線電力變壓器。3.2主接線方式的確定3.2.1供電系統(tǒng)接線方式的要求1)安全可靠,應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求,充分保證人身和設(shè)備的安全。2)操作方便,運(yùn)行靈活,供電系統(tǒng)的接線應(yīng)保證工作人員在正常運(yùn)行和發(fā)生事故時(shí),便于操作和維修,以及運(yùn)行靈活,倒閘方便。為此,應(yīng)簡(jiǎn)化接線,減少供電層次和操作程序。3)經(jīng)濟(jì)合理,接線方式在滿足生產(chǎn)要求和保證供電質(zhì)量的前提下應(yīng)力求簡(jiǎn)單,以減少設(shè)備投資和運(yùn)用費(fèi)用。提高經(jīng)濟(jì)性的有效措施之一就是高壓線路盡量深入負(fù)荷中心。4)便于發(fā)展,接線方式應(yīng)保證便于將來(lái)發(fā)展,同時(shí)能適應(yīng)分期建設(shè)的需要。3.2.2主接線形式變電所的主接線是由個(gè)各種電氣設(shè)備(變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等)及其連接線組成,變電所起著接受電能,并將電能或經(jīng)主變壓器降壓再分配給全礦用電設(shè)備的作用。電源進(jìn)線和負(fù)荷出線之間采用什么設(shè)備和以什么形式進(jìn)行連接,稱(chēng)接線方式。它與電源進(jìn)線回路數(shù)、電壓等級(jí)、距電源遠(yuǎn)近、主變壓器的臺(tái)數(shù)等因素有關(guān)。3.335kV側(cè)接線方式選擇3.3.1單元接線發(fā)電機(jī)與變壓器直接連接成一個(gè)單元,組成發(fā)電機(jī)-變壓器組,稱(chēng)為單元接線。它具有接線簡(jiǎn)單,開(kāi)關(guān)設(shè)備少,操作簡(jiǎn)便,以及因不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓級(jí)母線,使得在發(fā)電機(jī)和變壓器低壓側(cè)短路時(shí),短路電流相對(duì)而言于具有母線時(shí),有所減小等特點(diǎn);這種單元接線,避免了由于額定電流或短路電流過(guò)大,使得選擇出口斷路器時(shí),受到制造條件或價(jià)格甚高等原因造成的困難。3.3.2橋形接線為了保證對(duì)一二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行可靠供電,在企業(yè)變電所中廣泛采用由兩回電源線路受電荷裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的橋式主接線。橋式接分為外橋、內(nèi)橋和全橋三種。a、外橋接線外橋接線如圖3-1(a)所示。(1)優(yōu)點(diǎn):高壓斷路器數(shù)少、四個(gè)回路只需三臺(tái)斷路器。(2)缺點(diǎn):線路的切除和投入較復(fù)雜,需動(dòng)作兩臺(tái)斷路器,并有一臺(tái)變壓器暫時(shí)停運(yùn);橋聯(lián)絡(luò)斷路器檢修時(shí),兩個(gè)回路需解列運(yùn)行;變壓器側(cè)的斷路器檢修時(shí),變壓器需較長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。(3)適用范圍:適用于較小容量的變電所,并且變壓器的切換較頻繁或線路較短、故障率較少的情況。圖3-1三種橋形接線方式b、內(nèi)橋接線內(nèi)橋形接線如圖3-1(b)所示。(1)優(yōu)點(diǎn):高壓斷路器數(shù)少,四個(gè)回路只需三臺(tái)斷路器。(2)缺點(diǎn):變壓器的切除和投入較復(fù)雜,需兩臺(tái)斷路器動(dòng)作,影響一回線路的暫時(shí)停運(yùn);橋聯(lián)絡(luò)斷路器檢修時(shí),兩個(gè)回路需解列運(yùn)行;出線斷路器檢修時(shí),線路需校長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)。(3)適用范圍:適用于較小容量的變電所,并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長(zhǎng)、故障率較高的情況。c、全橋接線全橋接線如圖3-1(c)所示。線路與變壓器均設(shè)有斷路器。全橋適應(yīng)能力強(qiáng),對(duì)線路、變壓器的操作均方便,運(yùn)行靈活,且易于擴(kuò)展成單母線分段式的中間變電所。其缺點(diǎn)是設(shè)備多、投資大,變電所占地面積較大。基于本變電站所主變?nèi)萘枯^大以及煤礦對(duì)供電可靠性運(yùn)行的靈活性,操作方便等的嚴(yán)格要求,結(jié)合以上分析,決定采用全橋接線作為本變電所的主接線方式。3.46kV側(cè)接線方式選擇3.4.1單母線接線(1)優(yōu)點(diǎn):接線簡(jiǎn)單清晰,操作方便,設(shè)備少,配電裝置的建造費(fèi)用低。隔離開(kāi)關(guān)僅在檢修時(shí)作隔離電壓用,不作任何其他操作,便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。(2)缺點(diǎn):不夠靈活可靠,任一元件故障或檢修時(shí),均需使整個(gè)配電裝置停電。引出線回路的斷路器檢修時(shí),該回路要停止供電。(3)適用范圍:由于單母線接線工作可靠性和靈活性都較差,故這種接線主要用于小容量特別是只有一個(gè)電源的變電所中。3.4.2單母線分段式接線有穿越負(fù)荷的兩回電源進(jìn)線的中間變電所的受、配電母線以及橋式接線變電所主變壓器二次側(cè)的配電母線,多采用單母線分段式接線。當(dāng)某回受電線路或變壓器因故障及檢修停止運(yùn)行時(shí),可通過(guò)母線分段斷路器的聯(lián)絡(luò),保證繼續(xù)對(duì)兩段母線上的重要負(fù)荷供電。所以多用于具有一、二級(jí)負(fù)荷,且進(jìn)、出線較多的變電所。(1)優(yōu)點(diǎn):用斷路器把母線分段后,對(duì)重要一、二級(jí)用戶可以從不同段上引出兩個(gè)回路,有兩個(gè)電源供電。當(dāng)一段進(jìn)線發(fā)生故障,分段斷路器自動(dòng)將故障段切除,保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。(2)缺點(diǎn):當(dāng)一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)故障或檢修時(shí),該段母線的回路都要在此期間內(nèi)停電。當(dāng)出線為雙回路時(shí),架空線路會(huì)出現(xiàn)交叉跨越。另外,在擴(kuò)建時(shí)需向兩個(gè)方向均衡擴(kuò)建。(3)適用范圍:由于單母線分段接線比單母線接線的供電可靠性相靈活性有所提高,所以在6.3kV以下的變電所中較廣泛使用這種接線方式。圖3-2單母線分段式接線圖3.4.3雙母線接線雙母接線中有兩組母線,每一電源或每條引出線,通過(guò)一臺(tái)或兩臺(tái)斷路器,分別接到兩組母線上。雙母線的兩組母線同時(shí)工作,并通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運(yùn)行,電源與負(fù)荷平均分配到兩組母線上。由于母線繼電保護(hù)的要求,一般某一回路固定與某?組母線連接,以固定連接方式運(yùn)行。(1)優(yōu)點(diǎn)a.供電可靠:通過(guò)兩組母線隔離開(kāi)關(guān)的倒換操作,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷;一組母線故障后,能迅速恢復(fù)供電;檢修任一回路的母線隔離開(kāi)關(guān)時(shí),只停該回路。b.調(diào)度靈活:各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一母線上,能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要。c.擴(kuò)建方便:向雙母線的左右任何一個(gè)方向擴(kuò)建,均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配,不會(huì)引起原有回路的停電。(2)缺點(diǎn)a.增加一組母線,每回路就要增加一組母線隔離開(kāi)關(guān)。b.當(dāng)母線故障或檢修時(shí),隔離開(kāi)關(guān)作為倒換操作電器,開(kāi)關(guān)誤操作,需要在隔離開(kāi)關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。(3)適用范圍當(dāng)出線回路數(shù)或母線上電源較多,輸送和穿越功率較大,母線故障后要求迅速恢復(fù)供電。母線和母線設(shè)備檢修時(shí),不允許影響對(duì)用戶的供電,系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度對(duì)接線的靈活性有一定要求時(shí),采用雙母線接線較合適。綜上所述,考慮到經(jīng)濟(jì)性和滿足礦井供電的要求,6kV側(cè)采用單母分段式接線方式。變電所的主接線簡(jiǎn)圖可以表示為:圖3-3變電所主接線簡(jiǎn)圖4短路計(jì)算4.1短路電流的分類(lèi)與計(jì)算目的4.1.1短路的原因產(chǎn)生短路故障的主要原因是電氣設(shè)備的載流部分絕緣損壞所致。絕緣損壞時(shí)由于絕緣老化、過(guò)電壓或機(jī)械損傷等原因造成的。其他如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉、合隔離開(kāi)關(guān)或者檢修后未拆除接地線就送電等誤操作而引起的短路。此外,鳥(niǎo)獸在裸露的導(dǎo)體上跨越以及風(fēng)雪等自然現(xiàn)象也能引起短路。4.1.2短路的危害發(fā)生短路時(shí),因短路回路的總阻抗非常小,故短路電流可能達(dá)到很大的數(shù)值。強(qiáng)大的短路電流所產(chǎn)生的熱和電動(dòng)力效應(yīng)會(huì)使電氣設(shè)備受到破壞,短路點(diǎn)的電弧可能燒毀電氣設(shè)備,短路點(diǎn)附近的電壓顯著降低,使供電受到嚴(yán)重影響或被迫中斷。若在發(fā)電廠附近發(fā)生短路,還可能使全電力系統(tǒng)運(yùn)行解列,引起嚴(yán)重后果。4.1.3計(jì)算短路電流的目的短路產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重,為了限制短路的危害和縮小故障影響的范圍,在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中,必須進(jìn)行短路電流計(jì)算,以解決下列技術(shù)問(wèn)題。(1)選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體,必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。(2)設(shè)置和整定繼電保護(hù)裝置,使之能正確地切除短路故障。(3)確定限流措施,當(dāng)短路電流過(guò)大造成設(shè)備選擇困難或不夠經(jīng)濟(jì)時(shí),可采用限制短路電流的措施。(4)確定合理的主接線方案和主要運(yùn)行方式等。4.1.4短路電流計(jì)算的標(biāo)幺值法計(jì)算具有多個(gè)電壓等級(jí)供電系統(tǒng)的短路電流時(shí),若采用有名制法計(jì)算,必須將所有元件的阻抗都?xì)w算到同一電壓下才能求出短路回路的總阻抗,從而計(jì)算出短路電流,計(jì)算過(guò)程繁瑣比易出錯(cuò),這種情況采用標(biāo)幺值法較為簡(jiǎn)單。(1)標(biāo)幺制用相對(duì)值表示元件的物理量,稱(chēng)為標(biāo)幺制。標(biāo)幺值是指任意一個(gè)物理量的有名值與基準(zhǔn)值的比值,即標(biāo)幺值物理量的有名值/物理量的基準(zhǔn)值例如容量、電壓、電流、阻抗(電抗)標(biāo)幺值分別為,,(4-1)基準(zhǔn)容量()、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)阻抗()亦符合功率方程和電壓方程。因此,4個(gè)基準(zhǔn)值中只有兩個(gè)是獨(dú)立的,通常選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓為給定值,再按計(jì)算式求出基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)電抗,即(4-2)(2)各元件的標(biāo)幺電抗計(jì)算取,為基準(zhǔn)容量1.線路標(biāo)幺電抗。若線路長(zhǎng)度為、單位長(zhǎng)度的電抗為,則線路電抗。線路的標(biāo)幺電抗為即(4-3)2.變壓器電抗標(biāo)幺值。若變壓器的額定容量為和阻抗電壓百分?jǐn)?shù)為,則忽略變壓器繞組電阻R的電抗標(biāo)幺值為即(4-4)3.系統(tǒng)的標(biāo)幺電抗。一般工礦企業(yè)的供電系統(tǒng)可看作無(wú)限大容量系統(tǒng),其系統(tǒng)阻抗可以作為零對(duì)待。但若供電部門(mén)提供供電系統(tǒng)的電抗參數(shù)或相應(yīng)的條件,應(yīng)計(jì)及供電系統(tǒng)電源的電抗,并看作無(wú)限大容量電源系統(tǒng),這樣計(jì)算的短路電流更為精確。若已知供電系統(tǒng)的系統(tǒng)電抗有名值,則系統(tǒng)標(biāo)幺電抗為(4-5)若已知供電系統(tǒng)出口處的短路容量,則系統(tǒng)的電抗有名值為(4-6)進(jìn)而求得系統(tǒng)標(biāo)幺電抗為即(4-7)(3)短路沖擊電流在高壓供電系統(tǒng)中為(4-8)(4-9)式中??三相短路電流周期分量的有效值4.2短路電流計(jì)算本變電所35kV采用全橋接線,6kV采用單母分段接線;主變壓器型號(hào)為,35/6.3型,%7.5;地面低壓變壓器型號(hào)為,6/0.4型,;35kV電源進(jìn)線為雙回路架空線路,線路長(zhǎng)度為6km;系統(tǒng)電抗在最大運(yùn)行方式下,在最小運(yùn)行方式下。地面變電所6kV母線上的線路類(lèi)型及線路長(zhǎng)度見(jiàn)表格。表4-1地面變電所6kV母線上的線路類(lèi)型及線路長(zhǎng)度序號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 電壓(kV) 距6kV母線距離(km) 線路類(lèi)型1 主井提升 6 0.5 C2 副井提升 6 0.4 C3 扇風(fēng)機(jī)1 6 2.5 K4 扇風(fēng)機(jī)2 6 2.5 K5 壓風(fēng)機(jī) 6 0.2 C6 地面低壓 0.4 0.1 C7 修配廠 0.4 0.3 C8 洗煤廠 0.4 0.5 K9 工房 0.4 1.5 K10 啤酒廠 0.4 2.8 K11 井下6kV母線 6 0.75 C4.2.1計(jì)算短路計(jì)算點(diǎn)并繪制等效電路圖一般選取各線路始、末端作為短路計(jì)算點(diǎn),線路始端的最大三相短路電流常用來(lái)校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定性,并作為上一級(jí)繼電保護(hù)的整定參數(shù)之一,線路末端的最小兩相短路電流常用來(lái)校驗(yàn)繼電保護(hù)的靈敏度。故可選35kV母線、6kV母線和各6kV出現(xiàn)末端為短路計(jì)算點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)35/6kV變電所正常運(yùn)行方式為全分列方式,故任意點(diǎn)的短路電流由系統(tǒng)電源通過(guò)本回路提供,且各短路點(diǎn)的最大、最小短路電流僅與系統(tǒng)的運(yùn)行方式有關(guān),故可畫(huà)出等效短路計(jì)算圖。4.2.2選擇計(jì)算各基準(zhǔn)值選基準(zhǔn)容量,基準(zhǔn)電壓,,,則可求得各級(jí)基準(zhǔn)電流為 35kV6kVC下扇主副地洗工修扇啤壓電井風(fēng)提提面煤房配風(fēng)酒風(fēng)容電機(jī)升升低廠廠機(jī)廠機(jī)器纜1機(jī)機(jī)壓2組圖4-1等效短路計(jì)算圖4.2.3計(jì)算各元件的標(biāo)幺電抗(1)電源的電抗(2)變壓器電抗主變壓器電抗地面低壓變壓器電抗(3)線路阻抗35kV架空線路電抗下井電纜線路電抗75×0.08×0.75×0.201560.151扇風(fēng)機(jī)1饋電線路電抗扇風(fēng)機(jī)2饋電線路電抗主井提升饋電線路電抗副井提升饋電線路電抗壓風(fēng)機(jī)饋電線路電抗地面低壓饋