企業(yè)供電系統(tǒng)杜家村煤礦工程設(shè)計(jì)

信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2015/2016學(xué)年第一學(xué)期）課程名稱：企業(yè)供電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)題目：杜家村煤礦35kV變電所設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)周數(shù)：1周設(shè)計(jì)成績(jī)：2016年1月14日目錄TOC\o"1-3"\h\u1設(shè)計(jì)目的 22設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 22.1給定數(shù)據(jù) 22.2用電負(fù)荷數(shù)據(jù) 23技術(shù)要求 24主要任務(wù) 25變電所的設(shè)計(jì) 25.1負(fù)荷計(jì)算 2地面6kV高壓： 25.2短路電流計(jì)算 25.2.135kV母線K1點(diǎn)短路 25.2.26kV母線K2點(diǎn)短路： 25.2.36kV母線短路電流 25.3供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比 25.4供配電系統(tǒng)圖的擬定和繪制 25.4.1一次側(cè)的設(shè)計(jì) 25.4.2二次側(cè)的設(shè)計(jì) 25.5變壓器的選擇 25.6主要電氣設(shè)備的選擇 25.6.1高壓設(shè)備的選擇 25.6.2選隔離開關(guān) 25.6.3低壓設(shè)備的選擇 25.6.4互感器的選擇 25.6.5高壓熔斷器的選擇 25.7線纜的選擇 25.7.1母線的選擇 25.7.2各負(fù)荷電纜的選擇 26心得體會(huì) 27參考文獻(xiàn) 28指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 21設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的礦變電所位于山西省靜樂縣境內(nèi)，是一個(gè)終端變電所，只供杜家村煤礦用用電，設(shè)計(jì)的電壓等級(jí)為35/6kV。35kV線路為雙回路進(jìn)線，其中一線是從3公里外的靜樂經(jīng)過架空線路引接而來的是主要電源，另一線是從謝村通過架空線路引接而來，依照設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)線路。2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)2.1給定數(shù)據(jù)（1）電源：供電電壓等級(jí)為35kV，離礦井地面變電所的距離為4km。（2）系統(tǒng)電抗：最大運(yùn)行方式=0.4193；最小運(yùn)行方式=0.7389。（3）輸電方式：架空線雙回路。（4）出線過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間：3秒（5）電費(fèi)收取方法：兩部電價(jià)制，固定部分按最高負(fù)荷收費(fèi)，每千瓦6元。2.2用電負(fù)荷數(shù)據(jù)用電設(shè)備名稱UN(kV)PN(kW)KdPca(kW)Qca(kvar)Sca(kVA)Ica(A)1、地面高壓主井提升機(jī)620000.90.850.62180011162117.6203.8副井提升機(jī)616000.80.850.621280793.61505.9144.9壓風(fēng)機(jī)612000.80.9-0.5960-460.81066.7102.62、南風(fēng)井通風(fēng)機(jī)68000.70.8-0.8560-42070067.4壓風(fēng)機(jī)65000.70.80.75350262.5437.542.1低壓設(shè)備65390.70.80.75377.3283471.645.43、北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)68000.70.8-0.8560-42070067.4壓風(fēng)機(jī)65000.70.80.75350262.5437.542.1低壓設(shè)備65390.70.80.75377.3283471.645.44、地面低壓地面工業(yè)工場(chǎng)61879.60.70.770.821273.51044.31646.9158.5立井鍋爐房69140.60.71.02548.4559.4783.475.4機(jī)修廠68880.40.651.17355.2415.2546.552.6坑木廠62470.40.71.0298.8100.8141.413.6選煤廠631640.60.80.751898.41423.82373228.3水源井61750.80.80.7514010517516.8工人村67350.50.71.02367.5374.952550.5其它用電設(shè)備66820.50.71.02341347.8487.146.95、井下高壓主排水泵高637500.90.850.623187.51976.33750360.9主排水泵正625000.90.850.6221251317.52500204.66、井下低壓井底車場(chǎng)66420.60.80.75385.2288.9481.546.3111采區(qū)69120.60.71.02547.2558.1781.575.2113采區(qū)69050.60.71.02543553.9775.774.6124采區(qū)68990.60.71.02557.4568.5796.376.6156采區(qū)616170.80.750.881212.81067.31617.1155.63技術(shù)要求（1）35kV母線上的功率因數(shù)大于0.9，電壓損失小于5%，母線殘壓大于60%。滿足煤礦對(duì)供電的要求。滿足煤礦安全規(guī)程要求，變電所設(shè)計(jì)規(guī)范等要求。4主要任務(wù)負(fù)荷計(jì)算；短路電流計(jì)算；供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的比較；供配電系統(tǒng)圖的擬定和繪制；變壓器的臺(tái)數(shù)、容量和型號(hào)選擇；變電所主要電氣設(shè)備的選擇；線纜型號(hào)、截面、長(zhǎng)度的選擇；變電所的一次接線圖設(shè)計(jì)；撰寫一份課程設(shè)計(jì)說明書。5變電所的設(shè)計(jì)5.1負(fù)荷計(jì)算地面6kV高壓：（1）主井提升機(jī)=2000kW,=0.9,=0.85,=0.62∑=0.92000=1800kW,==18000.62=1116kvar=1800÷0.85=2117.6kVA,=203.8A（2）副井提升機(jī)=1600kW,=0.8,=0.85,=0.62∑=0.81600=1280kW,==16000.62=793.6kvar=1600÷0.85=1505.9kVA,=144.9A（3）壓風(fēng)機(jī)=1200kW,=0.8,=0.9,=-0.48∑=0.81200=960kW,==960（-0.48）=-460.8kvar=960÷0.9=1066.7kVA,=102.6A其它同理，則高壓側(cè)負(fù)荷總計(jì)1800+1080+······+1212.8=18073.5kW1116+793.6+······1067.3=11087.1kvar最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，，，則：=?=0.918073.5=16266.2kW=0.9511087.1=10532.7kvar==19378.5Kva5.2短路電流計(jì)算根據(jù)設(shè)備的選擇和繼電保護(hù)的要求選擇短路計(jì)算點(diǎn)，一般選擇在線路的始末端，本設(shè)計(jì)將35kV母線、6kV母線、各6kV出線端選為短路計(jì)算點(diǎn)。5.2.135kV母線K1點(diǎn)短路設(shè)Ex=1，Sj=100MVA,Uj1=6.3kV,短路參數(shù)1.56kA,0.43=0.088.⑴在最大運(yùn)行方式下：=0.4193短路標(biāo)幺值：三相短路電流：kA短路電流沖擊值：短路容量：⑵最小運(yùn)行方式下：短路電流的標(biāo)幺值：三相短路電流：兩相短路電流：5.2.26kV母線K2點(diǎn)短路：令Sj=100MVA,Uj=6.3kV,則9.16kA⑴在最大運(yùn)行方式下：=0.41930.43=0.088.=0.4193+0.088+0.469=0.9763，⑵最小運(yùn)行方式下：=0.7389+0.088+0.469=1.296，5.2.36kV母線短路電流計(jì)算過程中依照上述計(jì)算方法確定各設(shè)備的短路電阻，在短路點(diǎn)處依照公式極端短路電流，其具體狀況見如下表。用電設(shè)備短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式三相短路電流kA短路電流沖擊值kA短路容量MVA兩相短路電流kA35kV母線3.077.831971.586kV母線9.3823.92102.46.21主井提升機(jī)4.95612.6454.13.74副井提升機(jī)4.95612.6454.13.74通風(fēng)機(jī)4.65311.8750.83.55壓風(fēng)機(jī)5.8414.8963.84.2井下主變電所（修正前）1.283.2665.10.91低壓動(dòng)力變壓器1.313.3466.90.93地面工業(yè)廣場(chǎng)1.183.0112.90.934立井鍋爐房3.759.5640.92.86機(jī)修廠1.092.7855.60.8坑木廠12.5551.30.74選煤廠1.162.9659.30.85工人村1.233.3162.60.89水源井0.470.92240.38井下主變電所（修正后）4.511.4747.20.855.3供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比本變電所是35/6KV，雙電源進(jìn)線的終端變電所，屬雙回路供電。主變?nèi)萘?6000KVA，故擬定選用橋式接線。橋式接線分為內(nèi)橋、外橋、全橋三種。下對(duì)其可行性作簡(jiǎn)單比較。內(nèi)橋接線：它由兩臺(tái)受電線路的斷路器和內(nèi)橋上的母聯(lián)斷路器組成。主變壓器與一次母線的隔離開關(guān)聯(lián)結(jié)。它的優(yōu)點(diǎn)是切換進(jìn)線方便，設(shè)備投資、占地面積相對(duì)全橋少，缺點(diǎn)是倒換變壓器不方便，繼電保護(hù)較復(fù)雜，適用于距離較長(zhǎng)，變壓器切換不很頻繁的變電所。這種接線一次側(cè)可設(shè)線路保護(hù)，但主變壓器和受電線路保護(hù)的短路器均由受電斷路器承擔(dān)，互有影響，這是它的主要缺點(diǎn)。主變壓器一次由隔離開關(guān)與母線聯(lián)接，對(duì)環(huán)形供電的變電所，在操作時(shí)常被迫用隔離開關(guān)切合空載變壓器。當(dāng)主變壓器電壓為：電壓35KV，容量7500KV以上時(shí)，其空載電流超過了隔離開關(guān)的切合能力。此時(shí)必須改用由五個(gè)斷路器組成的全橋接線。外橋接線：它由主變壓器一次側(cè)兩斷路器和外橋上的聯(lián)絡(luò)短路器組成，進(jìn)線由隔離開關(guān)受電。這種接線對(duì)變壓器的切換方便，比內(nèi)橋少兩組隔離開關(guān)，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，易于過渡到全橋或單母線分段的結(jié)線，且投資少，占地面積小。缺點(diǎn)是倒換線路時(shí)操作不方便。所以這種接線適用于進(jìn)線短而倒閘次數(shù)少的變電所，或變壓器采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需要經(jīng)常切換的終端變電所。全橋接線：它由進(jìn)線的兩臺(tái)斷路器、變壓器一次側(cè)的兩斷路器和35KV匯流母線上的聯(lián)絡(luò)短路器組成。這種接線方式適應(yīng)性強(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（高壓有穿越時(shí)負(fù)荷時(shí)）。繼電保護(hù)全面。缺點(diǎn)是設(shè)備多，投資大，且變電所占地面積大?；诒咀冸娬舅髯?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。變電所主接線應(yīng)根據(jù)負(fù)荷容量的大小，負(fù)荷性質(zhì)，電源條件，變壓器容量及臺(tái)數(shù)，進(jìn)出線回路以及經(jīng)濟(jì)性安全性，可靠性等綜合指標(biāo)來確定。主接線力求簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠，操作方便，設(shè)備少和便于維修，需要時(shí)還應(yīng)考慮擴(kuò)建變電所的可能性。5.4供配電系統(tǒng)圖的擬定和繪制5.4.1一次側(cè)的設(shè)計(jì)主變壓器一次側(cè)有隔離開關(guān)與母線連接，對(duì)環(huán)形系統(tǒng)中的電壓等級(jí)35kV在變壓器容量為7500kVA及以上時(shí)，超過了隔離開關(guān)切合空載變壓器的能力，此時(shí)必須采用有五個(gè)斷路器組成的全橋接線，全橋接線比外橋接線或內(nèi)橋接線多了二個(gè)斷路器，在經(jīng)濟(jì)上不太合算，但由于礦上用電的安全性是最重要的，而全橋接線具備了外橋和內(nèi)橋的優(yōu)特點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用全橋接線形式。5.4.2二次側(cè)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用單母分段，母線用斷路器分段，這不僅便于分段檢修母線，而且可減小母線故障影響范圍?？梢蕴岣呖煽啃院挽`活性。對(duì)礦上的重要用戶從不同分段上引接，以便在母線上某一段發(fā)生故障的時(shí)候，能保證重要用戶的正常供電，簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備少，操作方便，且有利于擴(kuò)建。5.5變壓器的選擇考慮到工業(yè)廣場(chǎng)低壓負(fù)荷有一類負(fù)荷的輔助設(shè)備，為保證供電可靠，選兩臺(tái)變壓器：?？蛇xS9-1250/10型變壓器兩臺(tái)，其技術(shù)參數(shù)見下表。型號(hào)額定電壓額定損耗（Kw)阻抗電壓空載電流連接組重量外形尺寸,m高壓（kV)低壓（Kv)空載短路%%S9-1250/1060.42.211.84.51.2Y,yn04.65t2.31*1.91*2.63變壓器的負(fù)荷系數(shù)為：5.6主要電氣設(shè)備的選擇5.6.1高壓設(shè)備的選擇當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或斷路器檢修的時(shí)候，35kV側(cè)斷路器的長(zhǎng)時(shí)最大負(fù)荷等于變壓器的額定容量，此時(shí)，35kV側(cè)的電流為：=264A故35kV母線側(cè)斷路器選：SW3-35/600型斷路器。型號(hào)規(guī)格：SW3-35/600；額定電壓：35kV；額定電流：600A；斷流容量：400MVA；極限通過電流峰值：17kA；4S熱穩(wěn)定電流：6.6kA;固有分閘時(shí)間：≤0.06S；固有合閘時(shí)間：≤0.12S；重量：700kg；外形尺寸（m）：1.9×1.65×2.2；電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)：液壓型；配電流互感器LR-35/100~1000裝入式。當(dāng)一條線路故障時(shí)，全部負(fù)荷電流都通過35kV高壓側(cè)的隔離開關(guān)，故長(zhǎng)時(shí)最大工作電流為：故初步選擇35kV側(cè)的隔離開關(guān)為GW5-35G/600。設(shè)備型號(hào)：GW5-35G/600；額定電壓：35kV；額定電流：600A；極限通過電流峰值：72kA；4S熱穩(wěn)定電流：16kA；重量：3T；外型尺寸（m）：2.7×0.9×0.9；配用操作機(jī)構(gòu)：CS17型（手動(dòng)）；采用的是室外布置。5.6.3低壓設(shè)備的選擇當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或斷路器檢修的時(shí)候，6kV側(cè)斷路器的長(zhǎng)時(shí)最大負(fù)荷等于變壓器的額定容量，此時(shí)，6kV側(cè)的斷路器的長(zhǎng)時(shí)最大工作電流為：1540A故6kV側(cè)的斷路器選SN10-10/2000。型號(hào)規(guī)格電壓電流動(dòng)穩(wěn)定電流4s熱穩(wěn)定電流GN25-10Q/200010kV2kA140kA40kA計(jì)算隔離開關(guān)的長(zhǎng)時(shí)最大工作電流。當(dāng)一條線路故障時(shí)，全部負(fù)荷電流都通過6kV低壓側(cè)的隔離開關(guān)，通過6kV側(cè)的隔離開關(guān)的長(zhǎng)時(shí)最大工作電流為：故初步選擇6kV側(cè)的隔離開關(guān)為GN25-10Q/2000。型號(hào)規(guī)格電壓電流動(dòng)穩(wěn)定電流4s熱穩(wěn)定電流GN25-10Q/200010kV2kA100kA40kA5.6.4互感器的選擇（1）電流互感器的選擇35kV母線側(cè)電流互感器的選擇：因母聯(lián)斷路器不用于測(cè)量，只設(shè)保護(hù)，故選用LCWDL-35-3-600/5型電流互感器裝入，其互感比為600/5，二次負(fù)荷額定阻抗為2Ω，1s熱穩(wěn)定倍數(shù)為75，動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)為135。6kV母線側(cè)電流互感器的選擇：6kV母線側(cè)的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流923.6A則初步選擇LZD1-10型電流互感器，工作電壓：10kV；額定電流比：1000/5；1S熱穩(wěn)定倍數(shù)：50；動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)：90。（2）電壓互感器的選擇本35kV變電所為終端變電所，35kV進(jìn)線不需要進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)，只需要測(cè)量線路電壓，故按前面計(jì)算，選JDJ-35型電壓互感器兩臺(tái)，型號(hào)規(guī)格：JDJ-35型；原邊電壓：35kV；副邊電壓：0.1kV；額定容量及精確度：150VA-0.5級(jí)；極限容量：1200VA；5.6.5高壓熔斷器的選擇所用變長(zhǎng)時(shí)工作電流為：===0.82A變電所用的熔斷器選用型跌落式熔斷器，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：額定電壓35kV容管電流為2A，最大斷流容量為600MVA。5.7線纜的選擇5.7.1母線的選擇（1）35kV輸電線和母線選擇選用同型號(hào)的導(dǎo)線，此時(shí)，35kV側(cè)母線的電流為：====242.5A考慮通常情況下過負(fù)荷5%，則其最大長(zhǎng)時(shí)負(fù)荷電流為=242.51.05=254.6A。由于兩臺(tái)主變分裂運(yùn)行，正常情況下線路也分裂運(yùn)行，故每一回路的工作電流為：＝＝254.6=127.3A鋁絞線的經(jīng)濟(jì)電流密度為＝0.9()，導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面為：A==