采矿井下车间变电所电气一次系统设计 (1).doc
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1、 广东石油化工学院电气工程课程设计目录 摘要-3 1、设计任务-4 2、原始资料-4 3、负荷计算、确定供电系统-7 4、进出线截面的选择-10 5、短路电流计算-11 6、高、低压开关选择及校验-16 7、继电保护的配置-16 8、结束语及参考文献-24 9.关于采矿井下车间变电所电气一次系统设计的感想-25 摘 要此说明计算书为110KV变电站电气一次初步设计。其内容包括设计原始资料,主变的选择,电气主接线的选择,短路电流的计算,电气设备的选择,配电装置的结构型式,站用电源的选择,防雷保护,接地装置的说明,无功补偿。 在编写过程中,受到校领导及各任课老师的大力支持,在此衷心的表示感谢。由于
2、水平有限错误难免有不妥之处,诚恳各老师提出宝贵的意见和批评指正,以便提高和改进。 关键词:变电站;负荷;主变;主接线、短路电流采矿井下车间变电所电气一次系统一、设计任务(1) 选择变电所主变台数、容量及型式。(2) 设计本变电所的电气主接线,选出数个电气主接线方案进行技术经济比较,确定一个最佳方案。(3) 进行必要的短路电流计算。(4) 选择和校验所需的电气设备。 (5)设计本变电所的自用电接线。二、 原始资料A. 采区供电设计(1) 该矿为低沼气低涌水量矿井,年产量30万吨,煤层南北走向,倾角12度(北高南低),立井开拓,井深120米,煤质中硬,厚度1.8米,顶、低板中等稳定。(2) 采区为
3、中间上山开采,采区分三个区段,区段总长度为345米,工作面长100米,东翼走向长度400米,采用国产80机组采煤,煤巷掘进为放炮落煤、皮带机运输,西翼最大走向长度280米,为炮采工作面。(3) 井下中央变电所配出电压为6KV,配出开关的断流容量为50MVA,其到上山巷道下部的距离为1600米,采区主要用电设备的电压660V,煤电钻和照明的电压为127V。(4) 采煤方法为长臂后退式普通机采和炮采,两班出煤,一班检修,日产量1000吨,采区服务年限为2年。(5) 采区巷道及设备布置见图1。 (6) 采区用电设备负荷统计见表1。表1采区用电设备负荷统计序号设备名称型号规格数量电 动 机备 注台数容
4、量KW电压V电流A功率因数负荷率K效率起动电流A1采煤机MLQ1-801180660910.830.80.914262机采面运输机SGW44A1222660260.840.60.89181头、尾各一台3下顺槽运输机SGW-404440660450.850.60.913154炮采面运输机SGW-221122660260.840.60.891815顺槽皮带机SPJ-8001130660330.880.60.92156上山皮带机SDJ-1501275660820.870.70.91533电机均在机头7上山绞车JTB-12001155660600.890.50.913888煤电钻MZ21. 21010
5、1212760.830.70.85329掘进巷局扇JBT52-22211660130.890.90.867510调度绞车JD11. 42211.4660140.870.50.868211回柱绞车JH2-174417660210.840.50.8610112掘进皮带机SPJ-8002230660330.880.60.9234注:照明负荷约4KW。表2表3 移动变电站技术数据三、负荷计算、变压器的容量、台数的确定1 由于是在矿的特殊环境供电,故拟采用矿用隔爆型干式动力变压器KBSG型系列,按要求对该采矿的用电采用用电设备组的计算方法进行负荷计算:由用电设备的额定功率求取计算负荷、计算变压器的无功和
6、有功功率损耗及的使用公式: (1) (2) (3)2 确定该矿区变压器的容量和台数 根据设备布置及容量确定几个分组方案,分别求出各个方案下的各组的计算容量,再根据它们初选变压器的容量及台数,然后根据不同分组方案进行后续的比较。2.1 容量和台数方案 1)第一方案:一台移动变电站,2台电力变压器。I组(机采面用电):4台下顺槽运输机、2回柱绞车、2台煤电钻、2台机采面运输机、1台采煤机、1台调度绞车+照明负荷。 总负荷:PN =(440+217+212+222+80+11.4+4)kW = 357.4 kW据上表2中的数据得:取Kde = 0.75,coswm=0.7,从而得移动变电站的计算负荷
7、为:,选用KBSGZY-500/6型移动变电站1台。II组(西采面用电):6台煤电钻、2台回柱绞车、1台调度绞车、1台炮采面运输机、1台顺槽皮带机、1台掘进巷局扇、1台掘进皮带机。总负荷:PN =(612+217+11.4+22+30+11+30)kW=210.4kW据上表2中的数据得:分开取两个Kde、coswm得数据分别为:Kde=0.5,coswm=0.65,和Kde=0.5,coswm=0.7。从而得变压器的计算负荷为:,故选用KBSG-200/6型变压器1台。III组(东面机采面下):2台煤电钻、1台上山皮带机、1台掘进皮带机、1台掘进巷局扇。总负荷:PN =(212+75+30+1
8、1)kW = 140 kW据上表2中的数据得:取Kde=0.5,coswm=0.7,则变压器的计算负荷为,故可以选用KBSG-200/6型变压器1台。2) 第二方案:一台移动变电站,1台电力变压器。负荷分组及变压器容量选择:I组:用电设备及选择结果均与第一方案I组相同。II组:用电设备容量为第一方案中的II、III组用电容量之和,即PN =350.4kW,由上表2选取需用系数Kde=0.5,coswm=0.7,则变压器计算负荷为:,据此选KBSG-315/6型变压器1台。2.2 技术比较 按相同部分不参加比较的原则进行。 a. 方案一II组的KBSG-200/6型变压器。从上面的表2中查出:I
9、id,T=2.5,,vs=4,Pid=1000W,PN,T=1400W。上面已经算出,选。带入式(2)、式(3)计算出: 13.626 = 方案一 III组的KBSG-200/6型变压器依据与上相同的方法得:13.25 b.方案二II组的KBSG-315/6型变压器。从上面的表2中查出:Iid,T=2.5,,vs=4,Pid=1400W,PN,T=2200W。上面已经算出,选。带入式(2)、式(3)计算出: 21.106 3 方案分析 上述两方案的共同处是均含有一台KBSG-500/6型移动变电站。下面方案不同部分进行分析。第一方案,采用两台干式变压器固定于采取变电所。功率损耗:第一方案 ;第
10、二方案 ,由此可见两者相当。第二方案,采用1台隔爆干式变压器向6上山皮带机送上山运输系统及掘进工作面供电,则势必造成互相影响,故可从安全和生产的经济效益方面考虑不如采用第一方案。根据煤矿安全规程中的规定:“在低瓦斯矿井中,掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供电。”决定采用第一方案,即确定使用一台KBSGZY-500/6型移动变电站和两台KBSG-200/6型隔爆干式动力变压器。四、 进出线截面的选择1) 按经济电流密度选择电缆截面经济截面的计算公式: (4)由于该煤矿区是两班出煤,即为两班制,则Tmax/h=30004500,取Tmax/h=4000。在选定的方案中,其中I组的 Imax,
11、w :即,II组的 Imax,w :即,III组的 Imax,w :即。在电缆的选择上,选择铜质电缆:取Ied n=2.25()则I组的电缆截面计算为:;II组的电缆截面计算为:;III组的电缆截面计算为:; 从以上的截面计算可得:I组的电缆截面可取Ae=150mm2 ,II组的电缆截面可取Ae=95mm2 ,同理III组的电缆截面可取Ae=70mm2。从三芯电缆的允许载流量上可查到:I、II、III组上的电缆截面取值都符合各自的Imax,w要求。五、 短路电流计算5.1计算短路电流的目的短路故障对电力系统的正常运行影响很大,所造成的后果也十分严重,因此在系统的设计,设备的选择以及系统运行中,
12、都应该着眼于防止短路故障的发生,以及在短路故障发生后腰尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一,无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说,都必须了解短路电流的产生和变化规律,掌握分析计算短路电流的方法。短路电流计算具体目的是;(1) 选择电气设备。电气设备,如开关电气、母线、绝缘子、电缆等,必须具有充分的电动力稳定性和热稳定性,而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以短路电流计算结果为依据的。(2) 继电保护的配置和整定。系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整定,都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析,而且不仅要计算短路点的短路电流,还要计算短路
13、电流在网络各支路中的分布,并要作多种运行方式的短路计算。(3) 电气主接线方案的比较和选择。在发电厂和变电所的主接线设计中,往往遇到这样的情况:有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备,使该方案的投资太高而不合理,但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即可靠又经济的方案,因此,在比较和评价方案时,短路电流计算是必不可少的内容。(4) 通信干扰。在设计110KV及以上电压等级的架空输电线时,要计算短路电流,以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。(5) 确定分裂导线间隔棒的间距。在500KV配电装置中,普遍采用分裂导线做软导线。当发生短路故障时,分裂导线在
14、巨大的短路电流作用下,同相次导线间的电磁力很大,使导线产生很大的张力和偏移,在严重情况下,该张力值可达故障前初始张力的几倍甚至几十倍,对导线、绝缘子、架构等的受力影响很大。因此,为了合理的限制架构受力,工程上要按最大可能出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离。短路电流计算还有很多其他目的,如确定中性点的接地方式,验算接地装置的接触电压和跨步电压,计算软导线的短路摇摆,输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等。5.2短路电流实用计算的基本假设考虑到现代电力系统的实际情况,要进行准确的短路计算是相当复杂的,同时对解决大部分实际问题,并不要求十分精确的计算结果。例如,选择效验电气设备时,一般只需近
15、似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为简化计算,实用中多采用近似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的,其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下:(1) 短路发生前,电力系统是对称的三相系统。(2) 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同,频率与正常工作时相同。(3) 变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去,都用纯电抗表示。次假设将复数运算简化为代数运算。(4) 电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化,计算可应用叠加原理。(5) 对负荷只作近似估计,由于负荷电流一般比短路电流小得多
16、,近似计算中,对离短路点较远的负荷忽略不计,只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影响。(6) 短路故障时金属性短路,即短路点的阻抗为零。短路故障称为电力系统的横向故障,由断线造成的故障,称为电力系统的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故障称简单故障,若同时有两处或两处以上发生故障,称复杂故障。5.3短路电流计算图2 该采矿区的短路等效表 3 电缆的电导率 电缆名称电导率铜芯软电缆5342.544.3铜芯铠装电缆48.6铝芯铠装电缆3228.8在图2中的数据是以该组电缆的在同向上的最远点的用电设备的距离来计算的,电缆电阻按下公式计算: L:线路长度,m;A:导线的截面,mm2 ;:电导率,
17、在井下的电缆平均电抗取 ;S1,S2,S3,S4均采用铜芯铠装电缆,并以在温度为650C时的电导率,则各路的电缆电阻为:S1: ;S2: ;S3: ;S4: 。各路电缆的电抗为: S1: ; S2: ; S3: ; S4: 。由以上数据可求S端的三相短路电流:进线端的数据: 电力系统的电抗: ; 进线电缆的电抗: ; 电力变压器的电抗:由表2查得,因此: ; 移动变电站的电抗:由表3查的,因此: 。 进线端总的电抗:。S端的三相短路电流周期分量有效值: S1端: 1)电力系统的电抗: ; 2)电缆线路的电抗: 3)S端的计算总电抗: S1端: ; S2端: ; S3端: ; S4端: 。 4)
18、计算三相短路电流和短路容量: 4.1)三相短路电流周期分量有效值: S1: ; S2: ; S3: ; S4: 。4.2)三相短路次暂态电流和稳态电流有效值: S1: ;S2: ;S3: ;S4: 。4.3)三相短路冲击电流及其有效值:S1: ; ;S2: ; ;S3: ; ;S4: ; 。4.4)三相短路容量:S1: ;S2: ;S3: ;S4: 。六、 高、低压开关选择及校验电气设备的选择是变电站电气设计的主要内容之一,正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全。经济运行的重要条件,在进行设备选择时,应根据工程实际情况,在保证安全可靠的前提下,积极而稳妥地采用新技术,并注意节约投资,选
19、择合适的电气设备,电气设备要可靠地工作必须按正常条件进行选择,并按短路状态校验其热稳定和动稳定。电器选择的一般要求:1)满足正常情况下短路、过电压、检修。2)按当地环境条件校核。3)力求技术先进和经济合理。4)与整个工程建设标准协调一至。5)同类设备尽量减少品种。6)选用新产品应具有可靠试验数据,并经正式鉴定合格。七、 继电保护的配置7.1继电保护的选择及整继电保护的基本知识在变电所的设计和运行中,应当考虑到电力系统发生故障和不正常运行的可能性,如设备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。为了保证对用户的可靠供电,防止电气设备的损坏及事故扩大,应尽快地将故障切除。这个任务靠运行人员进行手动操作控
20、制是无法实现的,必须由继电保护装置自动地、迅速地、有选择性地将故障设备切除,而当不正常运行情况时,要自动地发出信号以便及时处理,这就是继电保护的任务。 继电保护设计的方法 设计继电保护前首先会想到,应该采用哪些保护装置,各种保护之间如何进行配合,这些问题处理是否合理,不仅可能影响电力系统的安全运行,而且还关系到有关部门的安全生产。 合理选择继电保护方式、正确进行正定计算和拟定接线图是非常重要的。继电保护内容设计一般分为两个阶段进行,即初步设计阶段和技术设计阶段。、 初步设计根据电力网的结构,为保护系统安全运行和生产单位用电可靠,从保护装置的快速性、选择性、灵敏性、可靠性出发,选定保护方式,确定
21、整定值。因此,初步设计是确定继电保护设计方案是否合理的重要阶段。技术设计在核准初步设计的基础上进行技术设计,主要任务是拟定保护和自动装置的原理接线图,选定所用继电器和辅助装置的型号,并提出设备订货清单。两个设计阶段结合根据工程需要,在某些情况下也可以把初步设计和技术设计两个设计阶段结合起来进行。继电保护设计应力求简单在设计继电保护时应力求简单,采用简单的保护装置来达到系统所提出要求。只有当简单保护不能满足要求时,才考虑采用复杂的保护。运行经验证明:保护装置越简单,调整试验也越简单,而工作可靠性越高。7.2输电线路的保护配置1035KV中性点非直接接地电网中,输电线路的相间短路保护必须动作于断路
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