1、第一章 矿井 (区 )概况 一、 概述 1、目的与任务 变电所是电力配送的重要环节，也是煤矿生产供电的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足煤矿对生产发展的需要，提高 供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建 35kV变电所。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资
2、大小的决定性因素。此设计任务旨在体现自己对本专业各科知识的掌握程度，培养自己对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业的学 习结果 ,是毕业前的一次综合性训练，是对所学知识的全面检查。通过本次毕业设计，既有助于提高自己综合运用知识的能力，同时也有助于以后在工作岗位能很快的适应工作环境。 2、 矿井 概述： 本矿井 位于 七台河市 茄子河区 东部 , 地跨 茄子河区 、 桃山区， 东起 铁东 -新富 附近，西止 308 省道 ；南自 万宝村 断层，北至 华楠县边界 。东西长40 15 0km，南北宽 1 35k m 左右，面积约 127 平方公里 。 百年最高洪水位0.2 米 ,交通便利
3、 ,地处山区 , 所在海拔高度 120M。 最高年平均气温 8 摄氏度，月平均气温 16 摄氏度。 该矿采用综合开拓方式，年产 200 万 吨，服务年限为 100 年，瓦斯等级为 2 级，煤尘爆炸指数为 0.15% 二 、拟建变电站概况 1、 本变电所电源 以双回路与 5km 外的 电厂 相连。 该电厂为汽轮机发电，带有电压自动调节，电压等级为 35KV，电源容量为 3000MVA。 2、电源出口相对阻抗为： 系统最大方式的容量为 ： 2900 MVA， 电抗为 ： 0.518；系统最小的方式为 2100 MVA， 电抗为 ： 0.584； 系统最大负荷利用小时数为 ： TM=5660h 3、
4、本矿变电所电源由双回 LGJ-240 架空导线与电厂相连，线路长度为5.3KM，架线是铁塔与水泥杆结 合，跨跃部分用塔式，其它部分用水泥杆。地线采用复合地线，具有避雷、通迅作用。 三、变电所的任务和位置 1、矿区负荷的分布情况 （ 1）地面高压供配电 自 35/6KV 矿井地面变电所 所有馈出线以电缆为主：其中电缆出为：主、副提升井，压风机房、地面低压配电所，选煤厂，锅炉房 400V 变电所，井下变电所各 2 回。架空馈出为：风井二回，污水处理厂、居住区各一回。 （ 2）地面低压配电 在锅炉房设置 6.3/0.4KV 变电所，装设 SL7-6.3/0.4KV 电力变压器两台，选用 MCC 配电
5、屏一台，担负锅炉房动力及照明电源。 （ 3） 、 井下供电 自主变电所引两回电缆，经副井提升井进入井下变电所，采用矿用防爆变压器两台，矿用低压配电柜 12台，分别向水泵，所内变压器，升下照明供电。 2、变电所任务 变电所任务是从电力系统接受电能、变换电压和分配电能，主要为井下煤碳生产提供电能而设，它负责主、副提升井绞车，地面主扇风机，井下的主排水泵，井底车场的动力及各采区提供电能，同进担负地面选煤厂，生产锅炉，集中供热、宿舍及矿医院照明等，变电所是接受分配控制和保护的枢纽，是分配能源的接力站。 3、变电所的位置确定 其任务是将中央变电所送的高压电能变为低压电 能，并将此电力配送到采掘工作面及附
6、近用电设备。它的位置选择是否合理，对采区供电安全及供电质量有直接影响。采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采煤方法及采区巷道布置方式、采煤设备的容量大小等因素。 1 采区变电所位置确定原则 (1)变电所处于负荷中心，使低压供电距离合理保证供电质量而又节省电缆。在铠装电缆截面不超过 95mm 、橡套电缆截面不超过 70mm 的条件下，保证采区内供电电压不低于该设备额定电压的 95。 (2)附近巷道应有轨道，便于运输采区变电所的大型电气设备。 (3)变电所内通风良好。保证变电所硐 室温度不超过附近巷道温度 5C。 (4)变电所硐室围岩稳固，易于维护，防止淋水，顶底板坚固，顶板无滴水现象。
7、 (5)根据采区生产的特殊性要求，尽可能由一个变电所向采区全部电气设备供电。在采区内生产期间减少迁移次数。另外，采区变电所硐室不得设在工作面平巷中。根据以上要求，通常采区变电所设置在采区装车站附近，或设置在上 (下 )山与运输平巷交叉处，或两上 (下 )山之间的联络巷中。 本设计的矿山变电所，地面工业广场已统一考虑了压煤问题以及运输、通讯、水暖等设施，所以变电所的所址一般选择在靠近井口的工业广场边缘地带。 确定变 电所的位置时，应在保证变电所安全的基础上，对几种可行方案，根据变电所所址的各项要求进行技术和经济比较，最后确定最佳方案。 第二章 变压器的选择 一、 用电 负荷计算 1、负荷资料的来
8、源 本设计用的负荷统计表是由矿山机电科和变电所提供，经指导教师审核而确定。 2、负荷计算的方法 计算用的所有参 数如：功率因数，需用系数，不同时系数等其它参数，均由电工手册和教材查得，计算的方法是采用需用系数法。 负荷统计表如下： 全矿负荷统计及相关数据 设备 名称 负 荷等级 电压 v 线路类型 电机 型式 单机容量 kv 安装 / 工作台数 工作设备总容量 kw 需用系数 Kx 功率因数 cos 离35kv变电所的距离 km 主 井 提 升 1 6000 C Y 1400 2/1 1400 0 87 0 84 0 4 副 井 提 升 1 6000 C Y 1000 2/1 1000 0 8
9、5 0 82 0 4 扇 风 机 1 1 6000 K T 800 2/1 800 0 87 0 82 2 4 扇 风 机 2 1 6000 K T 800 2/1 800 0 87 0 82 2 2 压风机 1 6000 K T 300 5/3 900 0 86 0 86 0 2 地 面 1 600 C 1350 1250 0 76 0 82 0 05 低 压 0 机修厂 3 6000 C 450 450 0 60 0 75 0 3 综 采 车 间 3 6000 C 480 480 0 70 0 78 0 6 洗煤厂 2 6000 K 1200 0 76 0 84 0 5 大汪村 3 600
10、0 K 450 0 80 0 80 2 5 排水泵 1 6000 C X 680 12/4 2720 0 86 0 86 0 8 井 下 低 压 2 6000 C X 2600 0 72 0 78 三、无功功率补偿 电网输出的功率包括两部分 ;一是有功功率 ;二是无功功率 .直接消耗电能 ,把电能转变为机械能 ,热能 ,化学能或声能 ,利用这些能作功 ,这部分功率称为有功功率 ;不消耗电能 ;只是把电能转换为另一种形式的能 ,这种能作为电气设备能够作功的必备条件 ,并且 ,这种能是在电网中与电能进行周期性转换 ,这部分功率称为 无功功率 ,如电磁元件建立磁场占用的电能 ,电容器建立电场所占的电
11、能 .电流在电感元件中作功时 ,电流超前于电压 90 .而电流在电容元件中作功时 ,电流滞后电压 90 .在同一电路中 ,电感电流与电容电流方向相反 ,互差 18 0 .如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件 ,使两者的电流相互抵消 ,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小 ,从而提高电能作功的能力 ,这就是无功补偿的道理 。 1、变电所自然功率因数 由用电负荷的计算知变电所的自然功率因数为 c os 0.76 0.95. 补偿前功率因数低，需人工补偿。 2、功率因数低的影响 （ 1）、降低电力系统的供电能力。 （ 2）、增加电网的功率损耗。 （ 3）、增大电网中的电压损失，降低供电质量。 （
12、 4）、增加电能成本。 3、提高功率因数的措施 1)提高自然功率因数：未装设人工补偿装置时的功率因数称为自然功率因数。一般从设备选择和运行上采取减少无功功率需求量，如合理选择感应电动机，使其额定功率与拖动的负载相匹配；调整变压器负荷分配使其在最佳负荷状态下运行；合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的工况；控制机床、电焊机等用电设备空载运行的时间；在生产条件允许的情况下，采用同步电动机代替感应电动机。 (2) 人工补偿：装用无功功率补偿设备进行人工补偿。电力用户常用的无功补偿设备是电力电容器，又称并联电容器、静电电容器。 4、功率因数的改变 经计算全矿功率因数 cos 9194/11743=0.
13、7830.95 若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。 需要电容器的容量： Qc Pz（ tg 1 tg 2） (2-8) 式中 Qc 补偿电容器的容量，单位：千乏 Pz 总有功功率， 单位：千瓦 tg 1 补偿前的功率因数， tg 2 补偿后的功率因数 , 95.0cos 789.0cos 21 计算可知， tg 1 0.776, tg 2=0.329 Qc 9194 (0.776-0.329) =4109 选
14、择 GR-1C-08 型电容柜，容量为 270 千法。需用电容柜的数量： N=4109 270=15.2 取 16 个柜 利用电力电容补偿容量为 Qc 270 16 4320 千法 补 偿后变电所总无功功率： Qz 7306-4320=2986 千法 补偿后的功率因数： cos 0.951 满足要求。 由于煤矿变电所 6 千伏供电采用单母线分段，电容器分别安装在一 、二，三段母线上。故每段补偿电容器容量 1440 千乏。分别安装 5 个电容柜。共计十六个电容柜。满足无功功率的补偿要求。 三 、 变电所主变压器的选择。 1、 35/6.3KV 变电所设计规范（ GB50059-92） （主变台数
15、的确定） 第 3.1.2 条 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术 经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。 第 3.1.3 条 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余变压器的容量不应小于 60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 已知系统情况为系统通过双回 35kV 架空线路向待设计变电所供电，且在该待设计变电所的负荷中，同时存在有一、二级负荷，故在设计中选择两台主变压器。 2、 主变压器容量的确定 （ 1） 主变压器容量一般按变电所建成后 5 至 10 年的规划负荷选择，并适当考虑到
16、远期 10 至 20年的 负荷发展。 （ 2） 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。 3、 主变 相数的选择 （ 1） 变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。 （ 2） 当不受运输条件限制时，在 110kV 及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。 4、 主变绕组连接方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有 Y 和 ，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工
17、程来确定。 我国 35kV 及以上电压，变压器绕组都采用 Y0 连接； 35kV 亦采用 Y 连接，其中性点多经过消弧线圈接地。 35kV 以下电压，变压器绕组都采用连接。 由于待设计变电站为 35kV电压等级降压至 6.3kV故绕组连接方式为 Y0/。根据该待设计变电所负荷分析确定：采用两台主变压器。 5、 是否选择有载调压变压器 由于我国电力不足，缺电严重，电网电压波动较大，变压器的有载调压是改善电压质量，缺少电压波动的有效手段，对电力系统，一般要求 35kv及以 上 变电所至少采用一级有载 调压变压器。 6、 主变冷却方式 主变一般采用的冷却方式有自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环
18、水冷却、强迫导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环冷却变压器，在发电厂水源充足情况下，为缩短占地面积，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却。近年来随着变压器制造技术发展，在大容量变压器中，采用了强迫油循环导向冷却方式，它是用潜油泵将冷油压入线圈之间和铁芯的油道中，故此冷却方式效率更高。 据上所述 因 S 总 =96078.4317*0.6=57647.06KVA 7、 所以选择变 压器为 变压器型号 SFZ9-35/30000（北京变压器厂） 额定容量（ kVA） 30000 电压组合（ kV） 高 35 %25.1*8 低 6.3 联结组标号 Yn/d
19、11 空载损耗（ kW） 37.6 负载损耗（ kW） 96.50 空载电流 % 1.05 短路阻抗 % 16.7 外形尺寸（ mm） 长 宽 高 540045106700 规矩（ mm） 14752040 变压器型号中字母代表的含义： S-在第一位表示三相，在第三、第四则表示三绕组 F-代表油浸风冷 Z-代表有载调压 J-代表油浸自冷 L-代表铝绕组或防雷 P-代表强迫油循环风冷 D-代表自耦，在第一位表示降压，在末位表 示升压 X-代表消弧线圈 第三章 电气主接线的选择 一、 电气主接线的依据 1.一般变电所多为终端和分支变电所。电压为 35kV，但也有 110kV。 2.变电所根据 5
20、至 10 年电力系统发展规划进行设计。 3.对于一类负荷，当失去一个电源时应保证不停电；对于二类负荷，当失去一个电源时，应保证不全部停电；对于三类负荷可以只有一个电源。 4.系统中应有一定的备用容量，运行备用容量不应小于 8%，以适应负荷突增、机组检修和事故停运三种情况。设计主接线时，还应考虑检修母线或断路器时是否允许线路故障、变压器或发 电机停运。故障时允许切除的线路、变压器的数量等。 5.当配电装置在电力系统中居重要地位、负荷大、潮流变化大且出线回路数多时，宜采用双母线或双母分段的接线方式。 6.采用单母线或双母的 35KV 至 110kV 配电装置，当断路器为少油或压缩空气时，除断路器有
21、条件停电检修外，应设置旁路设施；当 110kV出线在四回及以上、 35kV 出线在六回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。当断路器为 SF6 时，可根据系统的实际情况，有条件的可不设旁路设施；当需要设置旁路设施，且 110kV 出线在六回及以上、 35kV出线在八回及以 上时，可采用带专用旁路断路器的旁路母线。 二 、 电气主接线的基本要求 可靠性： 1.断路器检修时不应影响对重要负荷供电； 2.断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一类负荷和大部分二类负荷的供电； 3.尽量避免变电站全部停电的可能。 灵活性： 1.主接线应满足调度、检修及扩建时的灵活性； 2.调度时可以灵活的切除和投入变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求。 3.检修时，可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备，进行安全检 修而不影响电网的运行和对用户的供电。 4.扩建时可以容易的从初期接线过渡到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分改建的工作量最少。
