供電技術(shù)課程設(shè)計-興華煤礦地面變電所部分設(shè)計

1、供電技術(shù)課程設(shè)計題目： 興華煤礦地面變電所部分設(shè)計院（系、部）： 電氣工程及其自動化班 級： 自升本10-1 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課 程 設(shè) 計 成 績 評 定 表學(xué) 期2011-2012(1)姓 名胡建波專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級自升本10-1課程名稱電氣控制與PLC應(yīng)用課程設(shè)計論文題目興華煤礦地面變電所部分設(shè)計評 定 指 標(biāo)評定指標(biāo)分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時 間年 月 日備 注課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書一、設(shè)計題目興華煤礦地面變電所部分設(shè)計二、設(shè)計

2、任務(wù)完成興華煤礦供電系統(tǒng)負(fù)荷計算，及變電所的部分設(shè)計和變壓器的選擇三、設(shè)計計劃第1天教師講述課程設(shè)計的目的、任務(wù)、要求和注意事項；第2天完成文獻(xiàn)檢索，在閱讀分析所檢索文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上確定課程設(shè)計總體方案（包括主要技術(shù)數(shù)據(jù)）；第3天接線圖紙設(shè)計設(shè)計；第4天 負(fù)荷計算；第5天整理資料，撰寫課程設(shè)計論文四、設(shè)計要求明確自己課程設(shè)計的設(shè)計目的、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計要求，明確所要設(shè)計裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（通過圖書館和Intel網(wǎng)廣泛檢索和閱讀自己設(shè)計題目方向的文獻(xiàn)資料）；確定自己的課程設(shè)計接線圖紙；完成主電路中電力電子器件的參數(shù)計算；完成控制電路及保護(hù)電路設(shè)計（畫出電路圖）；撰寫課程設(shè)計說明書。指 導(dǎo) 教

3、師：羅偉時 間： 年 月 日目錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc312944303 前言 PAGEREF _Toc312944303 h 1 HYPERLINK l _Toc312944304 1. 變電所主接線方式設(shè)計 PAGEREF _Toc312944304 h 2 HYPERLINK l _Toc312944305 變電所主變壓器一次側(cè)接線方式 PAGEREF _Toc312944305 h 2 HYPERLINK l _Toc312944306 內(nèi)橋接線 PAGEREF _Toc312944306 h 2 HYPERLINK l _Toc312944

4、307 1.1.2 外橋接線 PAGEREF _Toc312944307 h 2 HYPERLINK l _Toc312944308 1.1.3 全橋接線 PAGEREF _Toc312944308 h 3 HYPERLINK l _Toc312944309 1.2 變電所主變壓器二次側(cè)接線方式 PAGEREF _Toc312944309 h 4 HYPERLINK l _Toc312944310 單母線制 PAGEREF _Toc312944310 h 4 HYPERLINK l _Toc312944311 單母線分段制 PAGEREF _Toc312944311 h 4 HYPERLINK

5、 l _Toc312944312 雙母線制 PAGEREF _Toc312944312 h 5 HYPERLINK l _Toc312944313 變電所主變壓器的運(yùn)行方式設(shè)計 PAGEREF _Toc312944313 h 6 HYPERLINK l _Toc312944314 一臺工作，一臺備用 PAGEREF _Toc312944314 h 6 HYPERLINK l _Toc312944315 兩臺同時工作 PAGEREF _Toc312944315 h 6 HYPERLINK l _Toc312944316 并列運(yùn)行 PAGEREF _Toc312944316 h 6 HYPERLI

6、NK l _Toc312944317 1.3.2.2 分列運(yùn)行 PAGEREF _Toc312944317 h 6 HYPERLINK l _Toc312944318 兩臺工作，一臺備用 PAGEREF _Toc312944318 h 7 HYPERLINK l _Toc312944319 1.3.4 有功功率損失計算 PAGEREF _Toc312944319 h 7 HYPERLINK l _Toc312944320 煤礦年電能損耗的計算 PAGEREF _Toc312944320 h 7 HYPERLINK l _Toc312944321 2.負(fù)荷統(tǒng)計與變壓器的選擇 PAGEREF _T

7、oc312944321 h 8 HYPERLINK l _Toc312944322 負(fù)荷計算 PAGEREF _Toc312944322 h 8 HYPERLINK l _Toc312944323 2.2 興華礦負(fù)荷的計算 PAGEREF _Toc312944323 h 9 HYPERLINK l _Toc312944324 2.2.1 根據(jù)各設(shè)備需用系數(shù)及功率因數(shù)進(jìn)行計算 PAGEREF _Toc312944324 h 10 HYPERLINK l _Toc312944325 2.2.1.1 地面高壓組 PAGEREF _Toc312944325 h 10 HYPERLINK l _Toc3

8、12944326 2.2.1.2 地面低壓組 PAGEREF _Toc312944326 h 10 HYPERLINK l _Toc312944327 2.2.1.3 井下用電的計算 PAGEREF _Toc312944327 h 11 HYPERLINK l _Toc312944328 2.2.2 考慮同時系數(shù)并計算負(fù)荷 PAGEREF _Toc312944328 h 11 HYPERLINK l _Toc312944329 主變壓器的選擇 PAGEREF _Toc312944329 h 12 HYPERLINK l _Toc312944330 結(jié)束語 PAGEREF _Toc3129443

9、30 h 15 HYPERLINK l _Toc312944331 參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc312944331 h 16 HYPERLINK l _Toc312944332 附表： PAGEREF _Toc312944332 h 17前言一個完善的供電系統(tǒng)是企業(yè)能夠安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)，工廠的變電所是工廠接收、變換、分配電能的環(huán)節(jié)，是供電系統(tǒng)中極其重要的組成部分，所以合理的變電所設(shè)計對一個企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展是尤為重要的。工廠供電系統(tǒng)是否需建變電所決定于工廠和電源間的距離，工廠的總負(fù)荷及其在各車間的分布，以及變電所建的相對位置，廠區(qū)內(nèi)的配電方式和本地區(qū)電網(wǎng)的供電系統(tǒng)等等。工廠的變電所是

10、終端降壓變電所，它的具體設(shè)計需要考慮許多因素，本設(shè)計是針對興華煤礦地面變電所部分設(shè)計。興華煤礦簡介： 興華煤礦年產(chǎn)80萬噸，服務(wù)年限30年，礦井分為兩個水平開采，-365米，-615米。立井開采。井下開采水量不大，是瓦斯礦井。該礦井負(fù)荷見附表。本礦從阜新發(fā)電廠直接供電距離20km，另一回是從阜新發(fā)電廠經(jīng)民主村變電所供電系統(tǒng)距離20km。1. 變電所主接線方式設(shè)計變電所的接線要能滿足不同類型負(fù)荷的不中斷供電要求，需要按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定來選擇電氣設(shè)備和保護(hù)系統(tǒng)，同時還要保障工廠的靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?？傮w來說興華煤礦變電所的接線設(shè)計應(yīng)該考慮到安全、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)等具體因素。考慮到興華煤礦的不斷擴(kuò)

11、大再生產(chǎn)，在設(shè)計時應(yīng)分析研究企業(yè)在進(jìn)一步發(fā)展情況下如何作到使原有接線方式易于合理的改造，應(yīng)避免發(fā)生由于接線方式凌亂、復(fù)雜，互不銜接而影響了供電的可靠性和靈活性，防止在建設(shè)投資上造成極大的浪費(fèi)。在本設(shè)計中采用具有雙回路電源進(jìn)線的變電所橋形接線，就是將兩回“線路變壓器組”單元接線的高壓側(cè)用一條跨接的“橋”相連。橋形接線有：內(nèi)橋和外橋兩種形式。內(nèi)橋接線內(nèi)橋接線方式用在并聯(lián)工作時某一元件故障時候，以減輕電壓的損失。這種接線方式“橋”靠近變壓器側(cè)，對電源、線路導(dǎo)換方便，一次側(cè)不需要繼電保護(hù)，設(shè)備投資和占地面積都比較少，主要用在供電線路較長，故障率較高，變電所沒有穿越功率，變壓器切換少的變電所。如圖1.1

12、中a所示。 外橋接線這種接線方式“橋”靠近線路側(cè)，對變壓器的切換方便，比內(nèi)橋接線方式少用了兩個隔離開關(guān)，繼電保護(hù)簡單，易于過度到全橋，而且投資較少，占地面積小，因此適用于工廠負(fù)荷不太均衡，變壓器需要經(jīng)常切除和投入，以減少功率及電能的損失，供電線路短，故障率較少，變壓器切換頻繁的終端變電所。如圖中1.1中b所示。 全橋接線這種接線方式優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備多，操作靈活,適應(yīng)性強(qiáng)，易于發(fā)展成單母線分段的中間變電所；它的缺點(diǎn)是設(shè)備多，投資大，占地面積大。如圖中1.1中c所示。因此，本設(shè)計采用外橋接線的方式。 圖a 內(nèi)橋接線 圖b 外橋接線圖c 全橋接線1.2 變電所主變壓器二次側(cè)接線方式本設(shè)計變壓器二次側(cè)采用母

13、線制，母線制分為單母線制、單母線分段制和雙母線制。單母線制一回進(jìn)線只能采用單母線制，當(dāng)然這種母線制的可靠性和靈活性都較低，母線及母線隔離開關(guān)發(fā)生故障將影響全部負(fù)荷的用電，直到故障全部消除為止。而清掃和修理母線和母線隔離開關(guān)時，必須停止整個供電系統(tǒng)。如圖所示。圖 單母線制單母線分段制在兩回進(jìn)線的條件下，便可實現(xiàn)單母線分段制。單母線可以采用隔離開關(guān)或者斷路器分段。用隔離開關(guān)分段可以消除不分段單母線的部分缺點(diǎn)。如圖所示。（a） 用隔離開關(guān)分段 （b）用斷路器分段圖 單母線分段制雙母線制當(dāng)工廠負(fù)荷大，重要負(fù)荷多，以致使饋電回路太多，采用單母線分段制存在一定的困難時，則可以考慮采用雙母線制。所以本次設(shè)計

14、采用雙母線制。如圖所示。圖 雙母線制變電所變壓器的運(yùn)行方式有三種：1.一臺工作，一臺備用；2.兩臺同時運(yùn)行，分為并列運(yùn)行和分列運(yùn)行；3.兩臺工作，一臺備用。下面具體介紹三種運(yùn)行方式的特點(diǎn)：一臺工作，一臺備用這種運(yùn)行方式從經(jīng)濟(jì)的角度來考慮應(yīng)該是不是很經(jīng)濟(jì)的。因為電業(yè)部門是按照變壓器的臺數(shù)及容量收取電費(fèi)的，而不是看每一時刻具體有幾臺變壓器在工作，因此，作為備用的那臺變壓器便消耗了用電費(fèi)用，所以該運(yùn)行方式適合于小型的工業(yè)企業(yè)。兩臺同時工作.1并列運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是線路及變壓器擔(dān)負(fù)的負(fù)荷平均分配，能量損耗最少，當(dāng)工廠變電所距離電源較遠(yuǎn)時，單獨(dú)供電電壓損失大，需要采用調(diào)壓裝置，沖擊負(fù)荷對電壓的波動較小。但當(dāng)一臺

15、出現(xiàn)故障時，另一臺必須保證工廠的生產(chǎn)用電。.2 分列運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是短路時電流小，繼電保護(hù)裝置簡單，便宜，沖擊電壓波動影響面積小。要求則與并列運(yùn)行一樣。選用兩臺變壓器，無論采用并列運(yùn)行還是分列運(yùn)行方式，每臺都只能承擔(dān)全煤礦負(fù)荷的50%，正常情況先的負(fù)荷率為70%左右，當(dāng)發(fā)生故障時一臺變壓器約承擔(dān)100%的全煤礦負(fù)荷，所以這種情況下，年用電費(fèi)用和年消耗電能也是比其他運(yùn)行方式要大。兩臺工作，一臺備用該種運(yùn)行方式，變壓器臺數(shù)較多，開支較大，大多用于特大及大型工礦企業(yè)。下面討論變壓器中的功率損耗問題，可按照以下的方法來計算，如下所示： 有功功率損失計算變壓器的有功功率損失，單位為kw；變壓器的空載有功功率損

16、失，單位為kw;變壓器在額定負(fù)載下的銅耗，單位為kw;負(fù)荷的視在容量，單位為kVA;變壓器的額定容量，單位為kVA；可以在設(shè)計手冊上查到，當(dāng)=10000kVA，12000kVA的和的值，從而可以計算出的值。具體參考與計算結(jié)果見下表：1000029056591200070從上表可以看出，選擇兩臺10000kVA的變壓器，分列運(yùn)行的功率損失比現(xiàn)選兩臺12000kVA的一臺運(yùn)行，一臺備用的功率損失要少。煤礦年電能損耗的計算顯然，功率損耗大者，年電能損耗也大，另外從變壓器的投資上看，兩臺10000kVA的變壓器總價為15.64萬元，而兩臺12000kVA變壓器的總價為17.94萬元，相差2.3萬元。從

17、以上比較來看，本次設(shè)計選用兩臺10000kVA的變壓器，采用并列運(yùn)行和分列運(yùn)行之一為宜。分列運(yùn)行：繼電保護(hù)簡單，具有一定的供電可靠性，當(dāng)一臺運(yùn)行故障時，另一臺變壓器可以保證80%的供電，減少了停電的機(jī)會，保證了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。它的母線開關(guān)，在對操作要求不多的情況下，可以只裝隔離開關(guān)，所以投資較少。并列運(yùn)行：這種運(yùn)行方式繼電保護(hù)整定復(fù)雜，母線要裝設(shè)隔離開關(guān)和斷路器，同時要裝過電流保護(hù)裝置所以維修不方便，投資比分列運(yùn)行方式多。通過以上的分析和比較得出最終的選擇。確定了變電所的主變壓器一次側(cè)接線方式，選用外橋接線，變壓器二次側(cè)接線方式選擇雙母線制，運(yùn)行采用兩臺同時工作的分列運(yùn)行方式，從而確定了變電所

18、的主接線方式，而這些選擇是正確而合理的。變電所負(fù)荷計算，應(yīng)力求準(zhǔn)確可靠，并應(yīng)考慮礦井負(fù)荷的發(fā)展遠(yuǎn)景。負(fù)荷大小，是確定變電所的供電系統(tǒng)，選擇變壓器容量，導(dǎo)線截面和儀表容量的依據(jù)。同時這也是繼電保護(hù)整定的重要數(shù)據(jù)，而設(shè)計的基本原始資料是工藝部門提供的，用電設(shè)備安裝容易，但品種多，數(shù)量大，工作情況復(fù)雜，如何根據(jù)這些資料正確估計工廠所需的電力和電量是個非常重要的問題，估算的準(zhǔn)確程度將影響工廠電力設(shè)計的復(fù)雜過程。如果估算過高，將增加用電設(shè)備的容量，浪費(fèi)有色金屬，增加初投資和運(yùn)行管理工作量，由于工廠企業(yè)是國家電力系統(tǒng)的建設(shè)，將給整個國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來很大的危害。估計過低，又會使工廠投入生產(chǎn)后，供電系統(tǒng)的線路

19、及電氣設(shè)備由于承擔(dān)不了實際負(fù)荷電流而過流，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供電系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。求計算負(fù)荷的這項工作稱為負(fù)荷計算。顯然，計算負(fù)荷是根據(jù)已知的工程的用電設(shè)備安裝容量的確定的預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷，這個負(fù)荷是設(shè)計的作為選擇工廠電力系統(tǒng)供電系統(tǒng)線路的導(dǎo)線截面，變壓器容量。開關(guān)電器及互感器等額定參數(shù)的依據(jù)，由此可見是非常重要的。不同種類的工礦，由于設(shè)備容量與生產(chǎn)方式的差異，計算負(fù)荷的方法也各不相同，以下為幾種負(fù)荷的計算方法：需要系數(shù)：由于一個設(shè)備的額定容量，往往大于其實際負(fù)荷的容量：一組設(shè)備中，根據(jù)生產(chǎn)的需要，所有設(shè)備一般不同時工作；同時工作的設(shè)備，其最大負(fù)荷出

20、現(xiàn)的時間也不同。所以變電所各設(shè)備的實際負(fù)荷總?cè)萘?，總是小于它的?lián)結(jié)的額定總?cè)萘?，其比值叫需要系?shù)，根據(jù)接于變電所的設(shè)備總?cè)萘考靶枰禂?shù)，來計算變電所實際負(fù)荷的方法，叫需要系數(shù)法。利用系數(shù)：可定義為用電設(shè)備組在最大負(fù)荷工作班消耗的平均功率與該用電設(shè)備組總額定容量的比值。形狀系數(shù)：考慮了用電設(shè)備的數(shù)量和大容量用電設(shè)備對負(fù)荷的影響，結(jié)果往往偏大，此外，這種方法本身的推薦方式和系數(shù)，也僅僅限于機(jī)械加工業(yè)。4.附加系數(shù)：利用此方法得到的負(fù)荷，一般比上幾種方法，接近實際組計算過程麻煩但系數(shù)值累積不多，接近實際，但目前采用并不大廣泛。綜上所述，需要系數(shù)法計算比較簡單，適用于初步估計和方案估算。對于長期工作的

21、飛機(jī)可采用此方法，在我國煤礦變電所的負(fù)荷計算中，目前采用系數(shù)法，所以，本設(shè)計采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計算2.2 興華礦負(fù)荷的計算地面高壓組包括：主井提升，副井提升，壓風(fēng)機(jī)，通風(fēng)機(jī)。地面低壓組包括：選煤廠，機(jī)修廠，辦公室，工人村，浴室。井下用電組：主排水水泵，整流房，井低車廠，采掘用電。 根據(jù)各設(shè)備需用系數(shù)及功率因數(shù)進(jìn)行計算.1 地面高壓組Pa1=Kd1Pna1800=704kwQa1=Pa11=704Pa2=Kd2Pna2750=675kwQa2=Pa22=675Pa3=Kd3Pna3Qa3=Pa33Pa4=Kd4Pna4 1000=860kwQa4=Pa44=860Pa=Pai= (Pa1+

22、Pa2+ Pa3+ Pa4Qa=Qai= Qa1+ Qa2+ Qa3+ Qa4.2 地面低壓組Pb1=Kd1Pnb11200=876kwQb1=Pb11=876Pb2=Kd2Pnb2Qb2=Pb22Pb3=Kd3Pnb3Qb3=Pb33Pb4=Kd4Pnb4Qb4=Pb440.80=90kvarPb5=Kd5Pnb5Qb5=Pb55Pb=Pbi= Pb1+ Pb2+ Pb3+ Pb4+ Pb5Qb=Qbi= Qb1+ Qb2+ Qb3+ Qb4+ Qb5.3 井下用電的計算Pc1=Kdc1Pnc11950=887kwQc1=Pc11=887Pc2=Kdc2Pnc2250=205kwQc2=Pc

23、22=205Pc3=Kdc3Pnc3Q c3=P c33Pc4=Kdc4Pn c43450=2691kwQ c4=P c44=2691Pc=Pci= Pc1+ Pc2+ Pc3+ Pc4Qc=Qci= Qc1+ Qc2+ Qc3+ Qc4 考慮同時系數(shù)并計算負(fù)荷此時取同時系數(shù) ；P= (Pa+ Pb+ Pc ) )k=(+)k kw計算無功功率時 Q=( Qa +Qb +Qc ) k=(+) k kvarS= kVA=P/S=0.89(tan)根據(jù)計算，需要進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，這時取cos=0.92（tan=0.4260）則靜電電容器補(bǔ)償容量為：Q補(bǔ)償=P(-1)=()=kvarP實際=kw Q

24、實際=kvar1.當(dāng)變電所的受電電壓在35千伏及以上時（如受電電壓為10千伏但礦井高壓設(shè)備為6千伏），應(yīng)選擇主變壓器，變壓器容量按變電所總的計算負(fù)荷及變壓器數(shù)目來確定。當(dāng)?shù)V井自然功率因數(shù)小于0.9時應(yīng)按人工補(bǔ)償后的實際功率因數(shù)，重新算出變電所的視在功率，作為選擇主變壓器容量的依據(jù)。選擇總降壓變電所變壓器的數(shù)目和容量時，應(yīng)考慮以下的條件。（1）用電負(fù)荷的分類及不能供電中斷的程度；（2）電源可供電進(jìn)線的條件；（3）工廠負(fù)荷的均衡性，為減少電能損耗，有時需要現(xiàn)在兩臺；（4）工廠中有無大型沖擊負(fù)荷，如大型高壓電動機(jī)、大型電爐等；（5）運(yùn)輸及建筑物高度等；2.根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)，對供電可靠性需求過高，僅僅依

25、靠提高自然功率因數(shù)的辦法，一般不能滿足要求，因此，便需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，對功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置的選擇：作為提高功率因數(shù)的補(bǔ)償裝置有同步補(bǔ)償和靜電電容器。目前，國內(nèi)外在工礦企業(yè)廣泛采用的補(bǔ)償裝置三靜電電容器，單臺靜電電容器能夠發(fā)出的無功功率數(shù)少，容易組成所需的補(bǔ)償電容，所以采用靜電電容器作為補(bǔ)償裝置。下面介紹靜電電容器的選擇：3.并聯(lián)電容器組提高功率因數(shù)的原理 圖2.1 并聯(lián)電容的補(bǔ)償原理圖 補(bǔ)償前，在U的作用下， 電流比電壓滯后角很低。并聯(lián)電容組后， 比超前可知與的夾角， 則4. 電容器組接線方式的確定：可以采用接與Y接兩種方式，本設(shè)計采用接，其原因是：接可以防止電容器容量不對稱時由于中性點(diǎn)位移而使相電壓有欠壓，從而造成電容器組損壞。若發(fā)生相斷線時，只影響各自補(bǔ)償容量，不至于嚴(yán)重不平衡；接線可以充分發(fā)揮電容器組的補(bǔ)償能力。5.補(bǔ)償后系統(tǒng)容量（P、S、Q）及各相補(bǔ)償電容器個數(shù)并聯(lián)電容器可選擇國家生產(chǎn)的BW系列電容器，單臺容量為6-10KV為12Kvar一臺的電容器。則每項補(bǔ)償?shù)娜萘?由于采用二次側(cè)組接線為單母線分段制，又把補(bǔ)償容量分成兩組電容器分成兩組電容器去補(bǔ)償，可是對于單組而言，每相補(bǔ)償?shù)娜萘?則每項每組并聯(lián)電容器個數(shù)：則每組每相用36個12Kvar的電力電容器并聯(lián)進(jìn)行無功補(bǔ)償。6.本設(shè)計