发电厂电气部分课程设计：兴华煤矿地面部分变电所设计.doc

辽宁工程技术大学 课程设计论文 题名发电厂电气部分课程设计副标题兴华煤矿地面变电所设计 院系、部电气与控制工程学院 专业电气工程及其自动化 年级电气12-4 学号1205040420 姓名肖伯圣 指导教师罗伟 00日期2015年1月10日 1.负荷统计与变压器的选择 2 1.1负荷计算 2 1.2 兴华矿负荷的计算 3 1.2.1 根据各设备需用系数及功率因数进行计算 3 1.2.2 考虑同时系数并计算负荷 5 2. 变电所主接线方式设计 5 2.1变电所主变压器一次侧接线方式 5 2.1.1内桥接线 6 2.1.2 外桥接线 6 2.1.3 全桥接线 7 2.2 变电所主变压器二次侧接线方式 8 2.2.1单母线制 8 2.2.2单母线分段制 8 2.2.3双母线制 9 3变电所主变压器的运行方式设计 10 3.1一台工作,一台备用 10 3.2两台同时工作 11 3.3两台工作,一台备用 11 3.4 有功功率损失计算 11 3.5煤矿年电能损耗的计算 12 摘要 本次设计是对兴华煤矿地面变电所部分进行设计,根据该矿的负荷表计算出数据,进行变压器的主接线方式的选择和变压器的选择。 根据要求先对该矿的负荷表进行计算,求出相应数据。然后根据所求得的数据对变压器的主接线方式进行选择。最后确认变压器的数量,型号和运行方式。 兴华煤矿年产80万吨,服务年限30年,矿井分为两个水平开采,-365米, -615米。立井开采。井下开采水量不大,是瓦斯矿井。该矿井负荷见附表。本矿从阜新发电厂直接供电距离20km,另一回是从阜新发电厂经民主村变电所供电系统距离20km。 关键词负荷表变压器主接线变压器运行方式 1.负荷统计与变压器的选择 1.1负荷计算 变电所负荷计算,应力求准确可靠,并应考虑矿井负荷的发展远景。负荷大小,是确定变电所的供电系统,选择变压器容量,导线截面和仪表容量的依据。同时这也是继电保护整定的重要数据,而设计的基本原始资料是工艺部门提供的,用电设备安装容易,但品种多,数量大,工作情况复杂,如何根据这些资料正确估计工厂所需的电力和电量是个非常重要的问题,估算的准确程度将影响工厂电力设计的复杂过程。如果估算过高,将增加用电设备的容量,浪费有色金属,增加初投资和运行管理工作量,由于工厂企业是国家电力系统的建设,将给整个国民经济建设带来很大的危害。估计过低,又会使工厂投入生产后,供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过流,加速其绝缘老化的速度,降低使用寿命,增大电能损耗,影响供电系统的正常可靠运行。 求计算负荷的这项工作称为负荷计算。显然,计算负荷是根据已知的工程的用电设备安装容量的确定的预期不变的最大假想负荷,这个负荷是设计的作为选择工厂电力系统供电系统线路的导线截面,变压器容量。开关电器及互感器等额定参数的依据,由此可见是非常重要的。 不同种类的工矿,由于设备容量与生产方式的差异,计算负荷的方法也各不相同,以下为几种负荷的计算方法 1.需要系数由于一个设备的额定容量,往往大于其实际负荷的容量 一组设备中,根据生产的需要,所有设备一般不同时工作;同时工作的设备,其最大负荷出现的时间也不同。所以变电所各设备的实际负荷总容量,总是小于它的联结的额定总容量,其比值叫需要系数,根据接于变电所的设备总容量及需要系数,来计算变电所实际负荷的方法,叫需要系数法。 2.利用系数可定义为用电设备组在最大负荷工作班消耗的平均功率 与该用电设备组总额定容量的比值。 3.形状系数考虑了用电设备的数量和大容量用电设备对负荷的影响, 结果往往偏大,此外,这种方法本身的推荐方式和系数,也仅仅限于机械加工业。 4.附加系数利用此方法得到的负荷,一般比上几种方法,接近实际组计算过程麻烦但系数值累积不多,接近实际,但目前采用并不大广泛。 综上所述,需要系数法计算比较简单,适用于初步估计和方案估算。对于长期工作的飞机可采用此方法,在我国煤矿变电所的负荷计算中,目前采用系数法,所以,本设计采用需要系数法进行负荷计算 1.2 兴华矿负荷的计算 地面高压组包括主井提升,副井提升,压风机,通风机。地面低压组包括选煤厂,机修厂,办公室,工人村,浴室。井下用电组主排水水泵,整流房,井低车厂,采掘用电。 1.2.1 根据各设备需用系数及功率因数进行计算 1.2.1.1 地面高压组 P a1K d1 P na1 0.88800704kw Q a1P a1 ϕ tan 1 7040.72506.9kvar P a2K d2 P na2 0.90750675kw Q a2P a2 ϕ tan 2 6750.67452.3kvar P a3K d3 P na3 0.89750667.5kw Q a3P a3 ϕ tan 3 667.50.51340.4kvar P a4K d4 P na4 0.861000860kw Q a4P a4 ϕ tan 4 8600.56481.6kvar P a ∑P ai P a1 P a2 P a3 P a4 704675667.58602906.5kw Q a ∑Q ai Q a1 Q a2 Q a3 Q a4 506.9452.3340.4481.61781.2kvar 1.2.1.2 地面低压组 P b1K d1 P nb1 0.731200876kw Q b1P b1 ϕ tan 1 8760.80700.8kvar P b2K d2 P nb2 0.581720997.6kw Q b2P b2 ϕ tan 2 997.61.071067.4kvar P b3K d3 P nb3 0.807.05.6kw Q b3P b3 ϕ tan 3 5.61.528.5kvar P b4K d4 P nb4 0.75150112.5kw Q b4P b4 ϕ tan 4 112.50.8090kvar P b5K d5 P nb5 0.6810.16.9kw Q b5P b5 ϕ tan 5 6.90.966.6kvar P b ∑P bi P b1 P b2 P b3 P b4 P b5 876997.65.6112.56.91198.6kw Q b ∑Q bi Q b1 Q b2 Q b3 Q b4 Q b5 700.81067.48.5906.61873.3kvar 1.2.1.3 井下用电的计算 P c1K dc1 P nc1 0.811950887kw Q c1P c1 ϕ tan 1 8870.67594.3kvar P c2K dc2 P nc2 0.82250205kw Q c2P c2 ϕ tan 2 2050.77157.9kvar P c3K dc3 P nc3 0.6515097.5kw Q c3P c3 ϕ tan 3 97.51.0299.5kvar P c4K dc4 P n c4 0.7834502691kw Q c4P c4ϕtan 426910.752018.3kvar P c ∑P ci P c1 P c2 P c3 P c488720597.526913880.5kw Q c ∑Q ci Q c1 Q c2 Q c3 Q c4594.3157.999.52018.3 3711.1kvar 1.2.2 考虑同时系数并计算负荷 此时取同时系数 89.0∑k ; P P a P b P c k ∑2906.51198.63880.5k ∑7106.7 kw 计算无功功率时 89.0∑k Q Q a Q b Q c k ∑1781.21873.33711.1 k ∑6555.4 kvar S22Q P 9668.4 kVA ϕcos P/S7106.7/9668.40.740.89tan ϕ0.84 根据计算,需要进行功率因数补偿,这时取cos ϕ0.92tan ϕ0.4260 则静电电容器补偿容量为 Q 补偿Pϕtan -ϕtan 17106.70.84-0.42602942.2kvar P 实际7106.7kw Q 实际6555.4-2942.23613.2kvar 2. 变电所主接线方式设计 2.1变电所主变压器一次侧接线方式 变电所的接线要能满足不同类型负荷的不中断供电要求,需要按照国家标准和规范的规定来选择电气设备和保护系统,同时还要保障工厂的灵活和经济运行。总体来说兴华煤矿变电所的接线设计应该考虑到安全、可靠、灵活和经济等具体因素。 在本设计中采用具有双回路电源进线的变电所桥形接线,就是将两回“线路变压器组”单元接线的高压侧用一条跨接的“桥”相连。桥形接线有内桥和 外桥两种形式。 2.1.1内桥接线 内桥接线方式用在并联工作时某一元件故障时候,以减轻电压的损失。这种接线方式“桥”靠近变压器侧,对电源、线路导换方便,一次侧不需要继电保护,设备投资和占地面积都比较少,主要用在供电线路较长,故障率较高,变电所没有穿越功率,变压器切换少的变电所。如图2-1-1所示。 图 2-1-1 内桥接线 2.1.2 外桥接线 这种接线方式“桥”靠近线路侧,对变压器的切换方便,比内桥接线方式少用了两个隔离开关,继电保护简单,易于过度到全桥,而且投资较少,占地面积小,因此适用于工厂负荷不太均衡,变压器需要经常切除和投入,以减少功率及电能的损失,供电线路短,故障率较少,变压器切换频繁的终端变电所。如图2-1.2所示。 图2-1-2 外桥接线 2.1.3 全桥接线 这种接线方式优点是设备多,操作灵活,适应性强,易于发展成单母线分段的中间变电所;它的缺点是设备多,投资大,占地面积大。如图2-1-3所示。 图 2-1-3 全桥接线 因此,本设计采用外桥接线的方式。 2.2 变电所主变压器二次侧接线方式 本设计变压器二次侧采用母线制,母线制分为单母线制、单母线分段制和双母线制。 2.2.1单母线制 一回进线只能采用单母线制,当然这种母线制的可靠性和灵活性都较低,母线及母线隔离开关发生故障将影响全部负荷的用电,直到故障全部消除为止。而清扫和修理母线和母线隔离开关时,必须停止整个供电系统。如图2-2-1所示。 图2-2-1 单母线制 2.2.2单母线分段制 在两回进线的条件下,便可实现单母线分段制。单母线可以采用隔离开关或者断路器分段。用隔离开关分段可以消除不分段单母线的部分缺点。如图2-2-2和图1-2-3所示。 图2-2-2 用隔离开关分段的单母线分段制 图2-2-3用断路器分段的单母线分段制 2.2.3双母线制 当工厂负荷大,重要负荷多,以致使馈电回路太多,采用单母线分段制存在一定的困难时,则可以考虑采用双母线制。如图2-2-4所示。 图2-2-4 双母线制 所以本次设计采用单母线分段制。 3变电所主变压器的运行方式设计 变电所变压器的运行方式有三种1.一台工作,一台备用;2.两台同时运行,分为并列运行和分列运行;3.两台工作,一台备用。下面具体介绍三种运行方式的特点 3.1一台工作,一台备用 这种运行方式从经济的角度来考虑应该是不是很经济的。因为电业部门是按照变压器的台数及容量收取电费的,而不是看每一时刻具体有几台变压器在工作,因此,作为备用的那台变压器便消耗了用电费用,所以该运行方式适合于小 型的工业企业。 3.2两台同时工作 3.2.1并列运行 优点是线路及变压器担负的负荷平均分配,能量损耗最少,当工厂变电所距离电源较远时,单独供电电压损失大,需要采用调压装置,冲击负荷对电压的波动较小。但当一台出现故障时,另一台必须保证工厂的生产用电。 3.2.2 分列运行 优点是短路时电流小,继电保护装置简单,便宜,冲击电压波动影响面积小。要求则与并列运行一样。选用两台变压器,无论采用并列运行还是分列运行方式,每台都只能承担全煤矿负荷的50,正常情况先的负荷率为70左右,当发生故障时一台变压器约承担100的全煤矿负荷,所以这种情况下,年用电费用和年消耗电能也是比其他运行方式要大。 3.3两台工作,一台备用 该种运行方式,变压器台数较多,开支较大,大多用于特大及大型工矿企业。 下面讨论变压器中的功率损耗问题,可按照以下的方法来计算,如下所示 3.4 有功功率损失计算 2 ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆∆⋅⋅⋅T N C T N CU OT T S S P P P T P ∆----变压器的有功功率损失,单位为kw ; OT P ∆----变压器的空载有功功率损失,单位为kw; T N CU P ⋅⋅∆----变压器在额定负载下的铜耗,单位为kw; C S ------负荷的视在容量,单位为kVA; T N S ⋅----变压器的额定容量,单位为kVA ; 可以在设计手册上查到,当T N S ⋅10000kVA ,12000kVA 的OT P ∆和T N CU P ⋅⋅∆的值,从而可以计算出T P ∆的值。具体参考与计算结果见下表 T N S ⋅ C S OT P ∆ T P ∆ T N CU P ⋅⋅∆ 10000 5358.5 11.5 29056 59 12000 10846.32 13.5 70.69 70 从上表可以看出,选择两台10000kVA 的变压器,分列运行的功率损失比现选两台12000kVA 的一台运行,一台备用的功率损失要少。 3.5煤矿年电能损耗的计算 ∙∆∆G T O T T P PT τ∙⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⋅⋅⋅2 T N C T N CU S S P 显然,功率损耗大者,年电能损耗也大,另外从变压器的投资上看,两台10000kVA 的变压器总价为15.64万元,而两台12000kVA 变压器的总价为17.94万元,相差2.3万元。 从以上比较来看,本次设计选用两台10000kVA 的变压器,采用并列运行和分列运行之一为宜。 分列运行继电保护简单,具有一定的供电可靠性,当一台运行故障时,另一台变压器可以保证80的供电,减少了停电的机会,保证了生产的连续进行。它的母线开关,在对操作要求不多的情况下,可以只装隔离开关,所以投资较少。 并列运行这种运行方式继电保护整定复杂,母线要装设隔离开关和断路器,同时要装过电流保护装置所以维修不方便,投资比分列运行方式多。 总结 通过以上的分析和比较得出最终的选择。确定了变电所的主变压器一次侧接线方式,选用外桥接线,变压器二次侧接线方式选择双母线制,运行采用两台同时工作的分列运行方式,从而确定了变电所的主接线方式,而这些选择是正确而合理的。 参考文献 [1] 工厂供电 [2] 供电技术 [3] 煤矿供电 机械工业出版社 煤炭工业出版社 煤炭工业出版社 机械工业出版社 [4] 变配电实用技术 [5] 煤矿电工手册 煤炭工业出版社； 1