企业供电系统杜家村煤矿工程设计

1、信息与电气工程学院课程设计说明书（2015/2016学年第一学期）课程名称：企业供电系统工程设计题目：杜家村煤矿 35kV变电所设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计周数：1 周设计成绩：2016 年1月14日目录1设计目的 12设计数据 12.1 给定数据 122用电负荷数据 13技术要求 24主要任务 25变电所的设计 25.1负荷计算 2地面6kV高压： 25.2短路电流计算 35.2.1 35kV母线K1点短路 35.2.2 6kV母线K2点短路： 45.2.3 6kV母线短路电流 45.3供配电系统的设计方案技术及经济性对比 55.4供配电系统图的拟定和绘制 65.4.1 一次

2、侧的设计 65.4.2 二次侧的设计 75.5变压器的选择 85.6主要电气设备的选择 85.6.1 高压设备的选择 8选隔离开关 错误！未定义书签。5.6.3 低压设备的选择 95.6.4 互感器的选择 95.6.5 高压熔断器的选择 95.7线缆的选择 95.7.1 母线的选择 95.7.2 各负荷电缆的选择 106心得体会 107参考文献 118指导教师评语 121设计目的本设计的矿变电所位于山西省静乐县境内，是一个终端变电所，只供杜家村煤矿用用电，设计的电压等级为 35/6kV。35kV线路为双回路进线，其中一线是从 3公里外的静乐经过架 空线路引接而来的是主要电源， 另一线是从谢村通

3、过架空线路引接而来，依照设计要求设计线路。2设计数据2.1给定数据（1） 电源：供电电压等级为 35kV,离矿井地面变电所的距离为4km（2） 系统电抗：最大运行方式Xxmin =0.4193 ；最小运行方式 Xxmax=0.7389。（3）输电方式：架空线双回路。（4） 出线过流保护动作时间：3秒（5） 电费收取方法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费，每千瓦6元。2.2用电负荷数据用电设备名称UN(kV)PN(kW)KdCOS®tan ®FCa(kW)Qa(kvar)Sca(kVA)I ca(A)1、地面咼压 主井提升机620000.90.850.62180011162

4、117.6203.8副井提升机616000.80.850.621280793.61505.9144.9压风机612000.80.9-0.5960-460.81066.7102.62、南风井 通风机68000.70.8-0.8560-42070067.4压风机65000.70.80.75350262.5437.542.1低压设备65390.70.80.75377.3283471.645.43、北风井 通风机68000.70.8-0.8560-42070067.4压风机65000.70.80.75350262.5437.542.1低压设备65390.70.80.75377.3283471.645.

5、44、地面低压地面工业工场61879.60.70.770.821273.51044.31646.9158.5立井锅炉房69140.60.71.02548.4559.4783.475.4机修厂68880.40.651.17355.2415.2546.552.6坑木厂62470.40.71.0298.8100.8141.413.6选煤厂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其它用电设备66820.50.71.02341347.8487.1

6、46.95、井下咼压 主排水泵咼637500.90.850.623187.51976.33750360.9主排水泵正625000.90.850.6221251317.52500204.66、井下低压 井底车场66420.60.80.75385.2288.9481.546.3111采区69120.60.71.02547.2558.1781.575.2113采区69050.60.71.02543553.9775.774.6124采区68990.60.71.02557.4568.5796.376.6156 采区 |6 I 1617 I 0.8 I 0.750.881212.81067.31617.1

7、155.63技术要求（1） 35kV母线上的功率因数大于0.9，电压损失小于 5%母线残压大于 60%（2）满足煤矿对供电的要求。（3）满足煤矿安全规程要求，变电所设计规范等要求。4主要任务（1）负荷计算；（2）短路电流计算；（3）供配电系统的设计方案技术和经济的比较；（4）供配电系统图的拟定和绘制；（5）变压器的台数、容量和型号选择；（6）变电所主要电气设备的选择；（7）线缆型号、截面、长度的选择；（8）变电所的一次接线图设计；（9）撰写一份课程设计说明书。5变电所的设计5.1负荷计算地面6kV高压：（1）主井提升机PNx.=2000kW, Kd =0.9, cos : =0.85, tan

8、 ： =0.62巳a =Kd Pn 沪0.9 2000=1800kW, Qca = Pca tan ： =1800 0.62=1116kvarSca = Ra / COS=1800 0.85=2117.6“，| ca = Sca /（ '- 3U N ）沁弘（2 ）副井提升机pN、.=1600kW, Kd=0.8, COS=0.85, tan =0.62Fca =Kd Pn £=0.8 1600=1280kW, Qca = pca tan =1600 0.62=793.6kvarSea = Pa / COS ： =1600-0.85=1505.9“，|二 Sca /（ 3U

9、n ） =144朋（3 ）压风机PN、=1200kW, Kd =0.8, cos=0.9, tan : =-0.48Fca =Kd Pn £=0.8 1200=960kW,Qca = Fca tan ： =960（-0.48 ） =-460.8kvarSca 二 P）a / COS=960-0.9=1066.7kVA, I c Sca /（'"Un） =102朋其它同理，则高压侧负荷总计 pca =1800+1080+1212.8=18073.5kW' Q =1116+793.6+ 1067.3=11087.1kvar最大负荷同时系数，KSp =0.9 ,

10、KSq =0.95，则：Pu =KSP 送 P =0.9 汇 18073.5=16266.2kWQ - KSq ' Qca =0.9511087.1=10532.7kvarSv = . F 2 Q 2 = .16266.22 10532.72 =19378.5KvaCOS - NAT16266.219378.5= 0.8395.2短路电流计算根据设备的选择和继电保护的要求选择短路计算点，一般选择在线路的始末端,将35kV母线、6kV母线、各6kV出线端选为短路计算点。本设计愛广炀短蹺电诙繼化毀5.2.1 35kV 母线K1点短路设 Ex=1, Sj=100MVA,5=6.3kV,短路参

11、数 I n = Sj= 100= 1.56kA, xL1 =0.4 3 100 =0.088.%/3Uj1后 3737短路标幺值:在最大运行方式下:= 1.97三相短路电流：|k1 =|0.2 = I 珀=lK11j ji =1.97><1.56 = 3.07kA 短路电流冲击值：ich1 =2.55 IK1 =2.55 3.07 =7.83kA 短路容量：SK1 =S0.2 =氐=lK11_Sj =1.97 江 100 = 197MVA最小运行方式下：x.”n = 0.7389X. maxXLK1 -短路电流的标幺值:= 1.17x3 Xt0.7389 0.088三相短路电流：|

12、K1 =|0.2 = I俎=Ik/x I=1.171.56 =1.83kA两相短路电流："(2)拧1宀0.866 1.83 =1.58kA5.2.2 6kV 母线K2点短路：令 Sj=100MVA,Uj=6.3kV,贝U | = =1° =9.16kAjV3Uj2丁3汉6.3在最大运行方式下：X.min =°.4193屮100Sj100Xl1 =0.432 =°.°88. xT =Uk%7.5%0.469372Snt16XK =0.4193+0.088+0.469=0.97631Ik21.024，lK2 =IK2 Ij2=1.024 9.16

13、=9.38kAXkich2 =2.55 I K2(3)-2.55 9.38 =23.92kA SK3 = IK3 LSj =0.129 100 =12.9MVA最小运行方式下：3Sk¥6kVXk =0.7389+0.088+0.469=1.296， I k 2 二丄=0.772XkIK2=Ik2 lj2 =0.772 9.16 =7.072kAlK3min 3 I K3 =0.866 1.136 = 0.934kA25.2.3 6kV母线短路电流计算过程中依照上述计算方法确定各设备的短路电阻，在短路点处依照公式极端短路电流，其具体状况见如下表。用电设备短路点最大运行方式最小运行方式三

14、相短路电流kA短路电流冲击值kA短路容量MVA两相短路电流kA35kV母线3.077.831971.586kV母线9.3823.92102.46.21主井提升机4.95612.6454.13.74副井提升机4.95612.6454.13.74通风机4.65311.8750.83.55压风机5.8414.8963.84.2井下主变电所（修正前）1.283.2665.10.91低压动力变压器1.313.3466.90.93地面工业广场1.183.0112.90.934立井锅炉房3.759.5640.92.86机修厂1.092.7855.60.8坑木厂12.5551.30.74选煤厂1.162.96

15、59.30.85工人村1.233.3162.60.89水源井0.470.92240.38井下主变电所（修正后）4.511.4747.20.855.3供配电系统的设计方案技术及经济性对比本变电所是35/6 KV双电源进线的终端变电所，属双回路供电。主变容量16000KVA故拟定选用桥式接线。桥式接线分为内桥、外桥、全桥三种。下对其可行性作简单比较。内桥接线：它由两台受电线路的断路器和内桥上的母联断路器组成。主变压器与一次母线的隔离开关联结。 它的优点是切换进线方便，设备投资、占地面积相对全桥少，缺点是倒换变压器不方便，继电保护较复杂，适用于距离较长，变压器切换不很频繁的变电所。这种接线一次侧可设

16、线路保护，但主变压器和受电线路保护的短路器均由受电断路器承担，互有影响，这是它的主要缺点。主变压器一次由隔离开关与母线联接，对环形供电的变电所，在操作时常被迫用隔离开关切合空载变压器。当主变压器电压为：电压35KV,容量7500KV以上时，其空载电流超过了隔离开关的切合能力。此时必须改用由五个断路器组成的全桥接线。外桥接线：它由主变压器一次侧两断路器和外桥上的联络短路器组成，进线由隔离开关受电。这种接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到 全桥或单母线分段的结线，且投资少，占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便。所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所，或变压

17、器采用经济运行需要经常切换的终端变电所。全桥接线：它由进线的两台断路器、变压器一次侧的两断路器和35KV汇流母线上的联络短路器组成。这种接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于 扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越时负荷时）。继电保护全面。缺点是设备多，投资大，且变电所占地面积大。 基于本变电站所主变容量较大以及煤矿对供电可靠性运行的 灵活性，操作方便等的严格要求， 结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线 方式。变电所主接线应根据负荷容量的大小，负荷性质，电源条件，变压器容量及台数， 进出线回路以及经济性安全性，可靠性等综合指标来确定。主接线力求简单运行

18、可靠，操作方便， 设备少和便于维修，需要时还应考虑扩建变电所的可能性。5.4供配电系统图的拟定和绘制d 电源娈电所电气主接线简團5.4.1 一次侧的设计主变压器一次侧有隔离开关与母线连接，对环形系统中的电压等级35kV在变压器容量为7500kVA及以上时，超过了隔离开关切合空载变压器的能力，此时必须采用有五个断路器组成的全桥接线，全桥接线比外桥接线或内桥接线多了二个断路器，在经济上不太合算， 但由于矿上用电的安全性是最重要的，而全桥接线具备了外桥和内桥的优特点，故本设计采用全桥接线形式。1#电源霁电源全桥接线542 二次侧的设计本设计采用单母分段， 母线用断路器分段， 这不仅便于分段检修母线，

19、 而且可减小母线故障影响范围。可以提高可靠性和灵活性。 对矿上的重要用户从不同分段上引接，以便在母线上某一段发生故障的时候，能保证重要用户的正常供电，简单清晰，设备少，操作方便， 且有利于扩建。5.5变压器的选择考虑到工业广场低压负荷有一类负荷的辅助设备，为保证供电可靠，选两台变压器:Sn.t _s 二 KtpLSca0.7 1589.仁 1112.4kVA可选S9-1250/10型变压器两台，其技术参数见下表。型号额定电压额定损耗（Kw）阻抗电压空载电流连接组重量外形尺 寸,m高压(kV)低压(Kv)空载短路%S9-1250/1060.42.211.84.51.2Y,y n04.65t2.3

20、1*1.91*2.63变压器的负荷系数为：1589.10.6362Snt2勺2505.6主要电气设备的选择5.6.1 高压设备的选择当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，35kV侧的电流为：I1N _（1.2L 1.5）1 ca=264A故35kV母线侧断路器选：SW3-35/600型断路器。型号规格：SW3-35/600 ;额定电压：35kV;额定电流：600A；断流容量：400MVA极限 通过电流峰值：17kA; 4S热稳定电流：6.6kA;固有分闸时间：w 0.06S ;固有合闸时间：w 0.12S ;重量：700kg ;外形尺寸（

21、m）： 1.9 X 1.65 X 2.2 ;电动操作机构：液压型；配电流互 感器LR-35/1001000装入式。当一条线路故障时，全部负荷电流都通过35kV高压侧的隔离开关，故长时最大工作电流为：Ia十卢J6000k264A5/3UN1屁 35kV故初步选择35kV侧的隔离开关为 GW5-35G/600。设备型号：GW5-35G/6O0额定电压：35kV;额定电流：600A;极限通过电流峰值：72kA; 4S热稳定电流：16kA;重量：3T;外 型尺寸(m)： 2.7 X 0.9 X 0.9 ;配用操作机构：CS17型(手动)；采用的是室外布置。5.6.3 低压设备的选择当一台变压器故障或断

22、路器检修的时候，6kV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，6kV侧的断路器的长时最大工作电流为：|m2S翌J二-1?00一 "540A '' 3U n 2 7 3 6通过6kV侧的隔离开关的长时最大工作电流为：larm16000kVA=1540A-3Un2 3 6kV故6kV侧的断路器选 SN10-10/2000。型号规格电压电流动稳定电流4s热稳定电流GN25-10Q/200010kV2kA140kA40kA计算隔离开关的长时最大工作电流 |arm。当一条线路故障时， 全部负荷电流都通过 6kV 低压侧的隔离开关，故初步选择6kV侧的隔离开关为 GN2

23、5-10Q/2000。型号规格电压电流动稳定电流4s热稳定电流GN25-10Q/200010kV2kA100kA40kA互感器的选择(1) 电流互感器的选择35kV母线侧电流互感器的选择：因母联断路器不用于测量，只设保护，故选用 LCWDL-35-3-600/5型电流互感器装入，其互感比为600/5，二次负荷额定阻抗为2Q , 1s热稳定倍数为75，动稳定倍数为135。6kV母线侧电流互感器的选择：6kV母线侧的最大长时工作电流caSd = _1 6 0 0 P923.6A则初步选择 3UN1 31 0LZD1-10型电流互感器，工作电压:10kV;额定电流比：1000/5 ; 1S热稳定倍数

24、：50;动稳定倍数：90。(2) 电压互感器的选择本35kV变电所为终端变电所，35kV进线不需要进行绝缘监测，只需要测量线路电压， 故按前面计算，选 JDJ-35型电压互感器两台，型号规格：JDJ-35型；原边电压：35kV;副边电压：0.1kV ;额定容量及精确度：150VA-0.5级；极限容量：1200VA高压熔断器的选择S50所用变长时工作电流为：I gi = = =0.82AV'Ud 35 汉 J335kV变电所用的熔断器选用RW9 -35/2型跌落式熔断器，其技术数据为：额定电压容管电流为2A,最大断流容量为 600MVA5.7线缆的选择5.7.1 母线的选择35kV侧母线

25、的电流为:(1) 35kV输电线和母线选择 选用同型号的导线，此时,S ca.3514700 ccuaI g1 = =242.5A3Udi.3 35考虑通常情况下过负荷5%则其最大长时负荷电流为lg1 =242.5 x 1.05=254.6A。由于两台主变分裂运行，正常情况下线路也分裂运行，故每一回路的工作电流为：, 1 , 11 g max =1 emax =254.6=127.3A2 2铝绞线的经济电流密度为Ji=0.9( A$m2)，导线的经济截面为：I 127 3A=141.4 mm2可初选LGJ-150型钢芯铝绞线;Ji 0.9(2) 6kV母线选择按正常持续工作电流选择考虑最大长时工作时变压器可能过载 5%贝1.05Se 1.05 13086.7I g.max_:3UN2 .3 6选用LJ185型矩形铝母线，在250C时其载流量为9.38kA，考虑温度修正系数， 在环境