煤矿3510KV变电所设计.doc

目 录 摘 要 . ....................................................................................................................... 2一、概述 ....................................................................................................................... 3 摘 要 本设计主要任务的内容及其质量要求主要包括1. 负荷计算; 2. 主变压器选 择及其无功功率补偿; 3. 确定变电所主接线系统; 4. 短路电流计算; 5. 变电所主 要电气设备选择; 6. 主要设备继电保护设计; 7. 变电所布置; 8. 变电所防雷、接 地设计; 9. 绘制供电系统图和变电所总平面布置图。 本设计说明书,从设计的初步计算、接线系统的设计、选择校验和安全措施 的设计等方面进行了全面的论述,是对一个煤矿电力系统的完完全全的设计。 本次设计是对我们专业知识等综合素质的一次提高。 关键词负荷;补偿;校验 第一章 概 述 一、 矿山供电的重要性 电力是现代煤炭工业的主要动力,在煤炭生产中占有十分重要的地位。电 力可以方便、经济地远距离输送和分配,也可以方便地和其它各种能量形式相 互转换,并且在使用中还具有便于调度、测量和实现自动控制的优点;在煤炭 企业中,矿山的电气化还是煤炭生产自动化及最新科学技术成就在煤矿推广应 用的技术基础;从安全的角度上讲,由于煤炭生产中存在着各种自然灾害,而 这些灾害的预防、预报和排除,也直接或间接地取决于矿山供电的正常与否。 由此可见,矿山供电工作不仅直接影响矿山企业的高效生产,而且关系着矿井 和工作人员的人身安全。因此,煤炭企业对供电工作提出了严格的要求。 二、 矿山供电的基本要求 一供电可靠 供电可靠就是要求不间断供电。供电中断时不仅会影响矿井的原煤产量, 而且可能损坏设备,甚至发生人身事故和造成矿井的破坏。例如矿井主要运输 设备停电,会造成大量的减产; 矿井提升设备突然停电, 会使提升机紧急制动, 产生很大的冲击拉力,使钢丝绳损坏;另外,煤矿井下的空气中含有瓦斯和一 氧化碳等有害气体,并且有水不断涌出,突然停电,将会使排水和通风设备停 止运转,可能造成水淹矿井,工作人员窒息死亡和引起瓦斯、煤尘爆炸,危及 矿井和人身安全。因此,对煤矿中的重要用电设备,要求采用两个独立电源的 双回路或环式供电方式,两路电源线路互为备用,当一路电源线路故障或停电 检修时,则由另一路电源线路继续供电,以保证供电的可靠性。 二供电安全 供电安全具有两个方面的意义,即防止人身触电和防止由于电气设备的损 坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、煤尘爆炸事故。煤矿井下空间狭小、潮湿阴 暗,井下电气设备的受潮和机械损伤容易发生人身触电事故;供电线路和用电 设备的损伤和故障产生的电气火花,会造成火灾或瓦斯,煤尘爆炸事故。 因此, 为了避免事故的发生,在煤矿供电工作中,应按照煤矿安全规程的有关规 定,采取防爆、防触电、过负荷及过流保护等一系列技术措施和管理制度,消 除各种不安全因素,确保供电的安全。 三保证供电质量 衡量供电质量高低的技术指标是频率的稳定性和电压的偏移。交流电的频 率对交流电动机的性能有着直接的影响, 频率的变动会影响交流电动机的转速。 按照我国 电力工业技术管理法规 的规定, 对于额定频率为 50Hz 的工业用交 流电,其频率相对于额定值的0.20.5Hz, 即为额定频率的0.41。 一般来说,频率的保证是电力部门的任务,但随着煤炭企业大功率晶闸管整流 装置的应用,使配电网中的谐波分量增加,引起一些设备如变压器、电缆和 电力电容器等的损耗增大,造成绝缘老化、损坏而出现事故。所以,必要时 应采取相应的技术措施,保证供电频率的稳定。 电压偏移是衡量供电质量的又一重要指标。所谓电压偏移,是指用电设备 在运行中,实际的端电压与其额定电压的偏差。用电设备对一定范围内的电压 偏移具有适应能力,但随着电压偏移的增大,用电设备的性能将会恶化,严重 时会造成设备的损坏。例如,白炽灯在超过额定电压的电压下工作时,其工作 寿命将缩短一半; 交流异步电动机在一定的转速下, 转矩和电压的平方成正比, 当电压降为额定电压时,会造成电动机转差率增加和电流上升,使电动机绝缘 老化,甚至烧毁电动机。因此,我国对用电设备电压偏移的允许值做了具体的 规定,例如电动机的电压偏移不允许超过其额定电压的5,白炽灯的电压偏 移不允许超过其额定值的5。 四供电经济 技术经济合理是指在满足上述三项要求的前提下,使供电系统的投资和运 行达到最佳的经济效益。为此,在供电设计中应考虑以下几个方面的因素。尽 量减少矿山变电所基本建设投资;尽量降低设备材料及有色金属的消耗量;注 意降低供电系统中的电能损耗和维护费用。 此外,供电系统应尽量要求简单适用,操作方便,并留有发展、扩建余地。 上述各项基本要求,是矿山供电工作的原则,在工作中它们即是相互关联又是 相互制约的。在解决具体问题时,应进行综合分析,以求得到最佳的技术和经 济效益。 第二章 负荷计算 第一节 负荷分类 矿山供电系统中的各类用电设备称为矿山电力负荷。在矿山企业中,由于 各类用电设备的重要性和运行特点不完全一样,它们对供电可靠性的要求也各 不相同。根据矿山企业中电力负荷的重要性及对供电可靠性的不同要求,把矿 山电力负荷分为以下三类 一 、一类负荷又称一级负荷 凡突然中断供电会造成人身伤亡事故或损坏重要设备,给企业带来重大经 济损失的用电负荷,均属于一类负荷。 在电力系统中, 矿山企业属于一类负荷; 在矿山供电系统中,矿井主要通风机和分区风机,井下主排水泵及立井经常提 人的提升机等都属于一类负荷。对一类负荷应采用来自两个独立电源的双回路 或环式供电。 二、二类负荷 凡突然中断供电会造成大量废品、产量显著下降或企业内运输停顿,在经 济上造成较大损失者为二类负荷。如煤矿集中提、运设备,大型矿井地面空气 压缩机,井筒防冻设备,抽放瓦斯设备以及综采工作面供电的采区变电所等, 对这一类负荷一般采用双回路供电。 三、三类负荷 三类负荷是指除一类、二类负荷以外的其他负荷。这类负荷停电不直接影 响生产,煤矿的各种辅助车间、办公室照明等都属于这一类负荷。对三类负荷 一般供电采用单一回路供电方式,不考虑备用电源。因某种原因需要停电时, 三类负荷是首先限电的对象。 对电力负荷进行分类的目的是为了便于合理的供电。对重要负荷,保证供 电可靠为第一位对次要负荷,应更多考虑供电的经济性。在电力系统运行 中,一旦出现故障,需要停止部分负荷供电时,应根据具体情况,先切除三类 负荷,有必要时切除二类负荷,以确保一类负荷的供电可靠性。 第二节 负荷计算 一、单组用电设备计算负荷的计算公式 ca P de k N P 式中, ca P 为有功计算负荷单位为 kW ; de k 为用电设备组的需要系数; N P 为用电设备组总的设备容量。 ca Q tan ca P ϕ 式中, ca Q 为无功计算负荷单位为 kvar ; t a n ϕ 为用电设备组功率因 数角的正切值。 二、多组用电设备计算负荷的计算公式 应考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现,需计入各用电设备组的 同时系数。 ca P de k N P ∑ ca Q tan wm ca P ϕ ca S cos ca wm P ϕ 式中, ca P ca Q ca S 该改组用电设备的实际有功功率kW 、无功功率 kvar 、视在功率kV A ; N P ∑为所有设备组的额定容量 kV A 。 de k cos wm ϕ为该组用电设备的需用系数、加权平均功率因数。 根据综采工作面统计表知道各个综采设备的额定功率 N P 因为采用的是自移支架,各用次序起动的机械化采煤工作面 k x 0.40.6 ,max e P e 式中 e P ∑电动机额定功率之和; ,max P e 最大容量的电动机额定功率。 根据矿山供电 P 27续表 2 2查的 cos ϕ0.7, 由综采工作表可知 P max e 300kw;ΣP e 1235kw 所以综采工作面的需用系数 x k 0.40.6 300 1235 ≈ 0.55 根据以上公式,对综采工作面进行负荷统计。 ① 采煤机的计算负荷 已知设备容量 P ca 300kW, K de 0.55, ϕ cos 0.7, tanϕ1.02。 因只一台,故其计算负荷等于设备容量 有功功率 P 1ca de k N P 0.55188 kW 165kW 无功功率 Q 1ca P1ca tan ϕ165 kW1.02168.3kvar ② 乳化液泵的计算负荷 有功功率 P 2ca 2de k N P 20.5575 kW 82.5kW 无功功率 Q 2ca Pca tan ϕ82.5 kW1.0284.15kvar ③ 喷雾泵的计算负荷 有有功功率 P 3ca 2de k N P 20.5519.6kW 33kW 无功功率 Q 3ca P3ca tan ϕ33kW1.0233.66kvar ④ 刮板输送机的计算负荷 有功功率 P 4ca 2de k N P 20.55100.5 kW 176kW 无功功率 Q 4ca P4ca tan ϕ176 kW1.02179.52kvar ⑤ 破碎机的计算负荷 因只一台,故其计算负荷等于设备容量。 有功功率 P 5ca de k N P 0.5568.5 kW60.5kW 无功功率 Q 5ca P5ca tan ϕ60.5 kW1.0261.71kvar ⑥ 转载机的计算负荷 因只一台,故其计算负荷等于设备容量。 有功功率 P 6ca de k N P 0.5568.5 kW60.5kW 无功功率 Q 6ca P6ca tan ϕ60.5 kW1.0261.71kvar ⑦带式输送机的计算负荷 因只一台,故其计算负荷等于设备容量。 有功功率 P 7ca de k N P 0.55174,1kW92.4kW 无功功率 Q 7ca P7ca tan ϕ92.4 kW1.0294.248kvar ⑧安全绞车的计算负荷 因只一台,故其计算负荷等于设备容量。 有功功率 P 8ca de k N P 0.5514.4 kW7.15kW 无功功率 Q 8ca P8ca tan ϕ7.15kW1.027.293kvar ⑨照明计算负荷 有功功率 P 9ca de k N P 0.554 kW2.2kW 无功功率 Q 9ca P9ca tan ϕ2.2 kW1.022.244kvar 由以上九项可得综采工作面的计算负荷如下 ΣP ca P1ca P2ca P3ca P4ca P5ca P6ca P7ca P8ca P9ca 679.25kW ΣQ ca Q1ca Q2ca Q3ca Q4ca Q5ca Q6ca Q7ca Q68ca Q9ca 692.835kvar S ca A 970.2 kVA 将所得数据填入综采工作面负荷统计表 1依照同样的方法,可分别算出井 下其他负荷,地面低压,地面高压,机修厂及旁路系统的计算负荷。统计结果 填入全矿负荷统计表。 按照全矿负荷统计表,全矿井有功功率负荷为 11291.75kW , 无功功率负荷 为 9153,135kvar , 但此结果没有考虑同时系数, 煤矿电工手册中有规定在 统计变电站低压母线的计算负荷时,最大连续负荷应乘以同时系数 K sp , 当汇总 后有功最大连续负荷在 5000 kW以下时, K sp 取 0.85, 在 5000 kW以上时取 0.9; 无功最大连续负荷则对应取 0.95和 0.9。则 10kV 母线计算应该为 有功功率 P ∑911291.75kW 10162.6kW 无功功率 Q ∑0.99153.135kvar 8695.5kvar 视在功率 S ∑ A15978.2 kVA 功率因数 cos ANT ϕ P S ∑∑10162.6 13375.0 ≈ 0.760 第三章 主变压器选择及其无功功率补偿 第一节 功率因数的提高的意义 由于煤矿采用了大量的感应电动机和变压器等用电设备,特别是近年来大 功率电力电子拖动设备的应用,煤矿供电系统除要供给有功功率外,还需要供 给大量无功功率,使发电和输电设备的能力不能充分利用。所有具有电感特性 的用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率,从而降低功率因数。功率因 数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加、电压损失增大和供电设备利用率 降低等不良影响。为此必须提高用电户的功率因数,减小电源系统的无功需求 量。 实际中,提高功率因数意味着 ①提高用电质量,改善设备运行条件,可保证设备在正常条件下工作,这 就有利于安全生产。 ②可节约电能,降低生产成本,减少企业的电费开支。例如当 cos φ0.5时的损耗是 cos φ1时的 4倍。 ③能提高企业用电设备的利用率,充分发挥企业的设备潜力。 ④可减少线路的功率损失,提高电网输电效率。 ⑤因发电机的发电容量的限定,故提 cos φ也就使发电机能多出有功功率。 在实际用电过程中,提高负载的功率因数是最有效地提高电力资源利用率 的方式。在现今可用资源接近匮乏的情况下,除了尽快开发新能源外,更好利 用现有资源是我们解决燃眉之急的唯一办法。而对于目前人类所大量使用和无 比依赖的电能使用,功率因数将是重中之重。 第二节 提高功率因数的方法 一、提高功率因数的方法可分为提高自然功率因数和采用人工补偿两种方法 一提高自然因数的方法 ①恰当选择电动机容量,减少电动机无功消耗,防止“大马拉小车”。 ②对平均负荷小于其额定容量 40左右的轻载电动机, 可将线圈改为三角形 接法或自动转换 。 ③避免电机或设备空载运行。 ④合理配置变压器,恰当地选择其容量。 ⑤调整生产班次,均衡用电负荷,提高用电负荷率。 ⑥改善配电线路布局,避免曲折迂回等。 二人工补偿法 实际中可使用电路电容器或调相机, 一般多采用电力电容器补偿无功, 即在感性负载上并联电容器。 以下为理论解释在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率 来补偿感性负载的无功功率,从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能 量交换。 在交流电路中,纯电阻电路,负载中的电流与电压同相位,纯电感负载中 的电流滞后于电压90,而纯电容的电流则超前于电压90,电容中的电流与电 感中的电流相差180,能相互抵消。 电力系统中的负载大部分是感性的,因此总电流将滞后电压一个角度,将 并联电容器与负载并联,则电容器的电流将抵消一部分电感电流,从而使总电 流减小,功率因数将提高。 二、并联电容器的补偿方法又可分为 一单独就地补偿方式即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量 装设电容器组,与用电设备同时投入运行和断开,也就是再实际中将电容器直 接接在用电设备附近。适合用于低压网络,优点是补偿效果好,缺点是电容器 利用率低。 二分散补偿方式即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分 则需补偿电容的容量为 c Q tan NAT P ϕ∑tan a c ϕ∙ 10162..60.856-0.329 10162..60.527 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。根据煤炭工业设计规范规定, 矿井变电所的主变压器一般选用两台,当其中一台停止运行时,另一台应能保 证安全及原煤生产用电,并不得少于全矿计算负荷的 80; 二只有二、三类负荷的变电所 对只有二、三类负荷的变电所,可只选用一台变压器,但应敷设与其他变 电所相联的联络线作为备用电源。对季节负荷或昼夜负荷变动较大的及宜于采 用经济运行方式的变电所,也可采用两台变压器。 二、变电所主变压器容量的确定 当变。电所选用两台变压器且同时运行时,每台主变压器容量应按下式计 算 N T S ∙≥ t p K cos a c P ϕ∙∑∙t p a c K S ∙∙ 式中P ∑为变电所总的有功计算负荷, kW; N T S ∙为变压器的额定容量 , kV A; cos a c ϕ∙为变电所的人工补偿后的功率因数,一般在 0.95以上; a c S ∙为 变电所人工补偿后的视在容量, kV A ; t p K ∙为故障保证系数,根据全企业一、 二类负荷所占比重确定, t p K ∙对煤矿企业不应小于 0.8。 当两台变压器采用一台工作、一台备用运行方式时,则变压器的容量应按 下式计算 N T a c S S ∙∙≥ 三、变压器的损耗计算 变压器在运行过程中,在绕组和铁芯中都会产生一定的功率损耗。变压器 的功率损耗包括;有功功率损耗、无功功率损耗。 ①变压器的有功功率损耗 空载损耗铁损 ΔP t 与变压器的负荷无关。可由空载实验测定。 铜损 ΔP cu 与负荷电流或功率的平方成正比。由短路实验测得。 有功损耗2βT N T i T P P P ⋅⋅∆∆∆ ②变压器的无功功率损耗 产生主磁通产生励磁电流 ΔQ U 与负荷无关。与励磁电流或近似地 与空载电流成正比。 消耗在一、二次绕组电抗上的无功功率 ΔQ N 与负荷电流或功率的平 方成正比。 202100 100ββT N Z T N T N T i T S u S I Q Q Q ⋅⋅⋅⋅ ∆∆∆ 如果缺少参数,变压器的功率损耗可估算如下 ΔP T 0.02PT ΔQ T 0.1QT 四变压器经济运行分析 1、无功功率经济当量的概念 ①定义无功功率经济当量 ec K , 它表示电力系统每输送 1kvar 的无功功率 时,在电力系统中增加的有功功率损耗的千瓦数 , 单位是 var kW ②与其有关的因素ec K 与输电距离、电压变换次数等因素有关。 参考值0.02 0.15平均取 0.1 。 对于发电机直配用户 ec K 0.02 0.04; 对于经两级变压的用户 ec K 0.05 0.07; 对于经三级以上变压的用户 ec K 0.08 0.15。 2、变压器的经济运行 ①定义变压器的有功损耗是变压器运行时的自身损耗,而变压器的无功 损耗会引起系统有功损耗的增加。因此,应将变压器的无功损耗换算成等效的 有功损耗,然后计算变压器运行时总的功率损耗。当变压器运行时的功率损耗 最小时,运行费用最低,此时变压器的运行方式即为经济运行方式。 ②变压器的经济运行 根据负荷的变化情况,调整变压器的运行方式,使其在功率损耗最小的条 件下运行,称为变压器的经济运行。 单台变压器运行时其功率损耗的计算 经济负荷 ec S 为 经济负荷率 ec β为 T N ec T N T i ec T i T N ec ec Q K P Q K P S S ∙∙∙∙∙∆∆∆∆ β 两台变压器并联经济运行时其功率损耗计算 临界负荷 ec S 为 cr N T S S ∙ 经济负荷率 ec β为 cr cr N T S S β∙ 同理,当变电所设置 n 台容量相同的变压器时,则 n 台与 n-1台经济运行 的临界负荷 ec S 为 cr N T S S ∙③为了运行方式和动态分析灵活,便于在各种负荷变化时期稳定主变负荷 率,保证经济运行。 方案 1确定选择两台主变,一台工作,一台备用,且为明备用,按规定, 每台均按承担 100负荷来选择。 N T a c S S ∙∙≥10546.0kV A 补偿后 35kV 侧 S a c ∙10546.0kVA , 则可选择变压器型号为 SFL 1-15000/35型铝线电力变压器,其技术参数如下表 /所示 表 2-3-1 变压器 SFL 1-15000/35额定参数 T N ec T N T N ec Q K P Q K P S S ∙ ∙ ∙ ∆ ∆ ∆ ∆ 考虑变压器实际损耗,计算补偿后 35kV 侧功率因数。 变压器负荷率 β 2ca N T S S ∙∑∙10546.0215000⨯0.352 全矿负荷计算 a. 变压器有功功率损耗 22 T i T N T P P P β∙∙∆∆∆ 2216.5930.352 ⨯ 98.5 kW b. 变压器无功功率损耗 ∆Q t S N 2k 0100 U 100I β 218150000.352 100100⨯⨯ 298.7 kvar c. 则补偿后 35kV 侧计算负荷及功率因数如下 /P ∑T P P ∑∆ 10162.698.510171.1kW /Q ∑T Q Q ∑∆ 2817.9298.73116.6 /S ∑10637.9 kVA cos a c ϕ∙//P S ∑∑10171.110637.9 0.956O.90 因为实际补偿容量大于计算出的需要补偿容量,因此此处采用实际补偿容 量后的功率因数会比 0.9大,符合规程要求。 方案 2确定选择三台主变,两台工作,一台备用,且为明备用,按规定, 每台均按承担 100负荷来选择。 N T S ∙≥ t p a c K S ∙∙ 0.810546.0⨯8436.8kV A 补偿后 35kV 侧 S a c ∙10546.0kVA , 则可选择变压器型号为 SFL 1-10000/35 型铝线电力变压器,其技术参数如下表 /所示 表 2-3-1 变压器 SFL 1-10000/35额定参数 考虑变压器实际损耗,计算补偿后 35kV 侧功率因数。 变压器负荷率 β 2ca N T S S ∙∑∙10546.0210000⨯0.5273 全矿负荷计算 a. 变压器有功功率损耗 22 T i T N T P P P β∙∙∆∆∆ 2212700.5273 ⨯ 97.8 kW b. 变压器无功功率损耗 ∆Q t S N 2k 0100 U 100I β 21.57.5100000.5273 100100 ⨯⨯ 358.5 kvar c. 则补偿后 35kV 侧计算负荷及功率因数如下 /P ∑T P P ∑∆ 10162.697.810260.4.1kW /Q ∑T Q Q ∑∆ 2817.9358.53176.4 /S ∑ 10740.8 kVA cos a c ϕ∙//P S ∑∑10260.410740.8 0.955O.90 因为实际补偿容量大于计算出的需要补偿容量,因此此处采用实际补偿容 量后的功率因数会比 0.9大,符合规程要求。 综上所得两种方案都可用。 四、确定主接线系统 4.1变电所选址的原则 1.选择工厂变电所的所址,应根据下列要求经技术、经济比较后确定 ① 应尽可能接近负荷中心, 以降低配电系统的电能损耗、 电压损耗和有色 金属消耗量; ② 考虑电源的进线方向,偏离电源侧,进出线方便; ③ 不妨碍企业的发展,要考虑扩建的可能性; ④ 设备运输方便; ⑤ 不应设在有剧烈振动或高温的场所。 ⑥ 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所, 当无法远离时, 不应设在污染源 盛行风向的下风侧。 ⑦ 不应设在厕所、 浴室或其它经常积水场所的正下方, 且不宜与上述场所 相贴邻。 ⑧ 不应设在有爆炸危险的正上方或正下方, 且不宜设在有火灾危险环境的 正上方或正下方,当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗邻时,应符合现行国 家标准 GB50058 92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。 ⑨ 不应设在地势低洼和可能积水的场所。 2.GB50058 94 10kV 及以下变电所设计规范还规定 ① 装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所, 不应设在三、 四级耐火等 级的建筑物内;当设在二级耐火等级的建筑物内时,建筑物应采取局部防火措 施。 ② 多层建筑中, 装有可燃性油的电气设备的变电所应设置在低层靠外墙部 位,且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。 ③ 高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的变电所。 当受条件 限制必须设置时, 应设在底层靠外墙部位, 且不应设在人员密集场所的正上方、 正下方、贴邻和疏散出口的两旁,并应按现行国家标准 GB50045 95高层民 用建筑设计防火规范有关规定,采取相应的防火措施。 ④ 露天或半露天的变电所, 不应设置在下列场所①有腐蚀性气体的场所。 ②挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁。③附近有棉、粮及其 它易燃、易爆集中的露天堆放场。④容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导 电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。 4.2负荷中心的确定 负荷中心可以用负荷指示图或负荷功率矩的计算法近似确定。 一利用以负荷圆表示的负荷指示图 在工厂总平面图上,按适当的比例 K kW/mm2作出各车间建筑及宿 舍区的负荷圆。负荷圆的圆心一般选在车间或宿舍区的中央。在负荷分布不均 匀的车间,负荷中心应偏向负荷集中的一侧。 圆半径单位为 mm 为 r K P 30 式中, P 30车间或宿舍区的计算负荷单位为 kW 。 利用以负荷圆表示的负荷指示图,可以大致地判明负荷中心的位置。 二利用负荷功率矩法确定负荷中心 在工厂平面图的下边或左侧,任作一直角坐标的 x 轴和 y 轴,测出各车间 和宿舍区负荷点的位置,例如 P 1x1,y 1 , P 2x2,y 2,P 3x3,y 3 等。而工厂 的负荷中心设在 Px,y, P 为 P 1 P 2 P 3„∑P i 。因此仿照力学中计算 重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标 xi i i 321332211P x P P P P x P x P x P ∑∑ y i i i 321332211P y P P P P y P y P y P ∑∑ 4.3变电所位置的确定 根据负荷指示图或负荷功率矩法确定的负荷中心位置,综合考虑变电所位 置选择的原则,确定变电所的位置,包括总降压变电所、独立变电所、车间变 电所或建筑物变电所的位置。需要指出的是,由于负荷中心原则并不是确定变 电所位置的唯一因素,且负荷中心也是会随机变动的,大多数工厂变电所的位 置都是靠近负荷中心且偏向电源侧的。 4.4 变电所主接线的基本要求 矿山供电系统的接线应保证供电可靠,接线力求简单,操作方便运行安全 灵活,经济合理。 ①供电可靠性 供电可靠性是指供电系统不间断的供电的可靠程度。应根据负荷等级来保 证其不同的可靠性,不可片面的强调供电的可靠性而造成不应有的浪费。在设 计时,不考虑双重事故。 ②操作方便,运行安全灵活 供电系统的接线应保证工作人员在正常运行和发生事故时,便于操作和检 修,以及运行维护安全可靠。为此应简化接线,减少供电层次和操作程序。 ③经济合理 在满足以上要求的前提下, 主接线设计应简单,投资少,运行管理费用低, 一般情况下,应考虑节约电能和有色金属消耗量。 ④具有发展的可能性 接线方式应保证便于将来发展,同时满足分期建设的需要。 4.5 变电所主接线 矿山地面变电所的主接线 这种接线供电可靠性较差, 只能适用于次要的二类负荷和三类负荷的供电。 这种接线方式的进线开关与变压器的控制开关合用。根据变压器容量的大小和 变电所的重要程度,可采用隔离开关、负荷开关、跌落式熔断器或高压断路器 作为进线开关。其接线形式如下图 1-9所示。 当采用隔离开线路变压器组接线关作为进线开关而变压器容量又较大时, 可利用上级进线开关为隔离开关;进线开关为熔断器;变电所的高压断路 器对变压器进行控制和保护; 采用 进线开关为断路器跌落式熔断器时可以对 空载变压器实现控制,并且具有过流保护作用;当变压器容量较大、继电保护 要求较高时,可采用高压断路器配合隔离开关进行控制和保护。 图 4-1线路变压器组接线 2. 桥式接线 为了保证供电的可靠性,工矿企业总变电所广泛采用有两路电源进线和两 台主变压器的桥式接线。桥式接线又分为内桥、外桥和全桥三种形式。 图 4-2a 为全桥式接线, 全桥接线继电保护简单且易于过渡到全桥或单母线 分段接线;而且投资、占地均较少。其缺点是倒换线路时操作不便,变压器一 次侧无线路保护。这种接线主要适用于电源线路短、故障少、不需要经常切换 线路,变电所负荷变化较大,需要经常改变变压器运行方式以及没有穿越功率 的终端变电所。图为全桥接线,它是内桥和外桥接线的综合接线形式,这种接 线具有内桥和外桥接线方式的共同优点。它适用性强、运行灵活、易于扩展成 单母线分段式的中间变电所。这种接线克服了内桥和外桥接线中改变变压器和 线路运行方式时所造成的短时停电现象。全桥接线的主要缺点是所用设备多、 占地面积大、投资大。 图 4-2b 为内桥式接线, 它是因一次母线的联络断路器桥断路器 位于线 路断路器和内侧而得名。内桥接线的优点是一次侧可设线路保护,倒换线路 比较方便,设备投资和占地面积均较全桥少。其缺点是操作变压器不便;也 不利于发展成为全桥和单母线分段接线。另外,变压器经隔离开关与一次母线 相联接,在环形供电的变电所进行操作时,常被迫用隔离开关切、合空载变压 器;当变压器容量较大时,其空载电流将超过隔离开关的切、合能力,此时则 必须改用全桥接线。内桥接线适用于电源线路较长、线路事故可能性较大、需 要经常对线路进行检修和切换,而变电所负荷比较稳定、不需要经常改变变压 器运行方式的变电所。 图 4-2c 为外桥式接线,它是因桥断路器位于线路断路器和的外侧而得名。 这种接线形式的优点是改变变压器的运行方式比较方便,比内桥接线少两组隔 离开关; 图 4-2桥式结构 二 二次母线 变电所的二次母线是指主变压器低压侧所联接的母线。 主要有单母线接线、 双母线接线、单母线分段式接线。我们主要介绍单母线分段式接线 单母线分段接线对于有高压转出线的双电源进线的中间变电所常采用单母 线分段的接线方式 全桥接线为单母线分段接线的一个特例 , 单母线分段接线 是全桥接线的扩展,具有全桥接线的所有优点。其接线如图所示。母线的分段 开关可采用隔离开关也可采用断路器,前者在母线系统检修或故障时,要出现 短时的全部停电,后者则可避免这一现象。单母线接线所用设备多、投资费用 大,但操作方便灵活,因此多用于具有转出线的矿山中间变电所。 图 4-3单母线分段式接线 矿山地面变电所担负着全矿的供电任务,因此在单母线分段结线确定矿山 地面变电所的主结接时,应对各种可行方案进行技术经济比较后,确定最为合 理的方案。原则上讲,当矿山变电所在运行中需要经常切换电源线路且变压器 负荷平稳时,常采用内桥接线;当矿山电源线路故障率不大而负荷变化较大而 需要经常切换变压器时,则多采用外桥接线;而当线路和变压器均需经常切换 时,则可以采用全桥接线;对于担负有转送电任务的重要矿山中间变电所,可 采用单母线分段式接线;线路变压器组接线在矿山地面变电所的接线中比矿山 供电与井下照明安全技术实用手册较少用,只有当矿山中无一、二类负荷时或 仅有二、三类负荷但受到电源等因素的制约时,才采用线路变压器组接线。为 了提高供电可靠性,有时也可采用两路线路变压器组供电,以解决备用电源问 题。 综上所述,我们选择内桥接线。 4.6 供电系统方案比较的内容 按不同地址位置和数量的变电所和不同路径、长度、导线的送配电线路, 组合编制几种不同的接线方案进行技术经济比较。 方案比较内容,包括以下及方面 ① 技术性能供电可靠性,电能质量,安装、运行和维护条件;分期建设 的可能性和灵活性;避免临时性工程等。 ② 基建总投资按 10年年终的规模计算和比较, 包括矿区内外送电线路, 各种变电所和各主要企业的送配电线路。 ③ 年运行费包括电能损耗,折旧费、维修费和人员工资等。 ④ 电能损耗包括配送电线路和变压器等的损耗。 由于电网的损耗而增加 发电设备容量。使电力建设增加投资,故应单独提出比较。为此在运行费中此 项应按各地最低电压的工业电价计算费用。 ⑤ 有色金属的消耗量指铜、 铝、 铅等金属的消耗量。 比较时可按铜铝铅 10.51.25的折算成铝来比较。 4.7 供电系统的计算原则 一计算原则 ① 基建投资可采用工程概算综合扩大指标来计算。 方案 1SFL 1 -15000/35型铝线电力变压器,本体价格 9.10万元 /台,综合 指标 11.88。 总价格 1 S 29.118.2万元 方案 2SFL 1 -10000/35型铝线电力变压器, 本体价格 7.4万元 /台, 综合指 标 9.87 总价格 2S 37.422.2万元 ② 年运行费按下式计算 F F1F2F3F4 式中 F年运行费。万元 /年; F 1折旧与维修费,万元 /年; F 1 Ab ∑ F 2年电能损失费,万元 /年; F 2Pt410- F 3人员工资,万元 /年; F3总人数平均工资1.112410- F 4基本电价费,万元 /年; F 4基本电价总装机容量12410- 其中 A各类工程基建投资,万元 b各类工程的年折旧维修率。 F年电能损失,千瓦﹣小时/年 t最低电压工业电度电价。元/千瓦﹣时 根据以上公式代入数据得 方案 11F Ab ∑18.2122.184万元 2F 4110E t -⨯34862.9. 101030-⨯⨯⨯⨯0.419万元 3F 总人数平均工资1.112410- 4F 基本电价总装机容量12410- 3.51.541012410-63万元 方案 21F Ab ∑22.2122.664万元 2F 4210E t -⨯34856.7101030-⨯⨯⨯⨯0.416万元 3F 总人数平均工资1.112410- 4F 基本电价总装机容量12410- 3.51.541012410-63万元 ③电能损耗电能损耗只计算方案比较范围内主要电网的,包括送、配电 线路、变压器。电抗器等。首先计算各部分的功率损失,在汇总计算电能损耗。 1.功率损失的计算 a. 送、配电线路的功率损失。按下式计算 ΔPl32I R 310- 千瓦 式中 ΔPl 送、配电线路功率损失,千瓦 I 送、配电线