课程设计名称：供电技术课程设计
题目：清河门煤矿地面变电所部分设计
专业：电气工程及其自动化（二学位）
班级：电气10—1班
姓名：陈景辉
学号：1005710102
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
摘要
本文是清河门煤矿地面变电所供电系统的设计说明。设计的目的是通过对该电力用户所处的地区供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析。
电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力。电能在工业生产中的重要性，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
1. 安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
2. 可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
3. 优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
4. 经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
关键字：电能；供电系统；变电
前言 (1)
1 变电所主接线方式 (2)
1.1 对变电所主结线的要求 (2)
1.2 变配电所主接线的选择原则 (2)
1.3 变电所主变压器的一次侧接线方式 (2)
1.4 变电所主变压器的二次侧接线方式 (4)
1.5 变电所主变压器运行方式 (5)
2 工厂负荷计算的方法 (7)
2.1 工厂低压侧负荷计算 (7)
2.2 清河门煤矿负荷计算过程 (8)
2.3 电容器的选择 (10)
2.4 主变压器的选择 (12)
实践心得
参考文献
附录A
附表：清河门煤矿负荷表
清河门煤矿年产90万吨，服务年限70年。矿井两个水平开采，分别为-500m,-200m水平。两个水平涌水量为795m3/h和430m3/h。矿井是高级瓦斯矿井。该矿从阜新发电厂引来两回6.6kv供电线路，一回是华清线，全长为27.6km。另一回是从阜新发电厂经艾友矿到清河门矿，全长为30km。本次课程设计是清河门煤矿地面变电所部分设计。
1 变电所主接线方式
1.1 对变电所主结线的要求
对变电所主结线的要求是：安全、可靠、灵活、经济。
1.2 变配电所主接线的选择原则
1. 当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
2. 当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3. 当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。
4. 为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
5. 接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
6. 6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。
7. 采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。
8. 由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
9. 变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器
10. 当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。
1.3 变电所主变压器的一次侧接线方式
1 内桥接线：
在进线两回路高压断路器内侧装设一条横向联络线，犹如桥一样将两回路进线连接在一起；内桥式主结线提高了提高了变电站运行的灵活性，增强
了供电的可靠性。这种内桥式主结线适用于电源进线长，故障机会多、变压器不需经常投切的总降压变电站。如图1-1（a ）所示 2 外桥接线：
在两回路进线高压断路器外侧装设一条横向联络线，外桥式主接线适用于电源进线较短，故障机会少，变压器需要经常投切的总降压变电站。如图1-1（b ）所示
3 全桥接线：
这种接线方式适应性强，操作方便，运行灵活，并易于发展成单母线分段的中间变电所，但设备多，投资大。如图1-1(c)所示
图（c
）
图
(b )图
(a)
图1-1 桥式接线图
由于清河门煤矿的本身特点所限而且变压器只做定期的检查。一般电源进线不多，切换次数少，故采用外桥接线方式。
1.4 变电所主变压器的二次侧接线方式
方案Ⅰ：单母线结线方式
优点：（1）接线简单，运行操作方便。
（2）配电装置少，节省投资。
（3）进出线方便，采用成套装置，可以简化布置。
缺点：（1）供电可靠性不高，当母线故障时将全厂停电。
（2）运行灵活性差。
（3）线路运行功率大（集中一回线路供电），损耗也大。方案Ⅱ：单母线分段结线方式
优点：（1）供电可靠性高。
（2）运行灵活。
（3）线路运行功率小，损耗也小。
（4）配电设备集中管理，易于实现自动化。
缺点：（1）要建配电中心站，占地稍大。
（2）结线较复杂，投资大。
（3）继保装置复杂，布置难。
方案Ⅲ：双母线结线方式
优点：（1）供电可靠性较高。
（2）运行灵活。
（3）配电设备集中管理，易于实现自动化。
缺点：（1）要建配电中心站，占地大。
（2）结线复杂，继保装置多，投资大。
（3）继保设定难。
图1-2 单母线接线
用断路器分段用隔离开关分段
图1-3 单母线分段制
图1-4 双母线制接线
通过对上述配电方案的优缺点分析，并结合本厂负荷实际要求及经济方面，为了保证供电系统的安全等实际情况确定用方案Ⅱ较优。
综上所述，所以清河门煤矿的一次侧主接线方式采用外桥接线方式，而二次侧主接线方式采用单母线分段制
1.5 变电所主变压器运行方式
由于清河门煤矿一次侧采用外桥式接线方式，所以需要两台变压器，单台变压器的容量视它们的备用方式而定：
(1) 明备用一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用。此时，两台变压器均按最大负荷时变压器负荷率为100％考虑。
(2) 暗备用两台变压器同时运行，正常情况下每台变压器各承担约全部的50％。因此。每台变压器的容量宜按全部最大负荷的70％选择。
变压器互为暗备用的特点是：(1) 正常情况下变压器最大负荷率约为70％，符合变压器经济运行要求，并留有一定裕量；(2) 若一台变压器故障，另一台变压器可以在承担全部最大负荷的情况下继续运行一段时间，这段时间完全有可能调整生产，切除部分不重要负荷，保证生产秩序。显然，两台变压器互为暗备用的运行方式，具有投资省，能耗小等优点，在实际中得到了比较广泛的应用。
2 工厂负荷计算的方法
一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。
此设计采用的是需用系数法来对加氢裂化装置进行电力负荷计算的。 因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。
按需要系数法计算负荷
2.1 工厂低压侧负荷计算
A 各设备组求计算负荷的基本公式
有功负荷（KW ）
P cn =e x P K ? 式中，x K 为用电设备组或用电单位的需要系数；e P 为用电设备组或用电单位的总设备容量； 无功负荷（KVar ）
?tan P Q cn cn ?= 式中，?tan 为设备铭牌给定功率因数角用电设备组
或用电单位功率因数角的正切值； 视在负荷（KV A ）
B 多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷
有功负荷（KW ）
P c =N P K ∑ 式中，N P 为各组的计算负荷(KW)；∑K 为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电干线负荷时可取∑K =0.85～0.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取∑K =0.8～0.9。 无功负荷（KVar ）
Q c =N Q K ∑ 式中，N Q 为各组无功计算负荷(Kvar)；N Q 为无功负荷同时系数,由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取
∑K =0.85～0.95 。 视在负荷（KV A ）
S c =2
2
C C Q P +
C 全矿年计算负荷
P 总=∑N K P N Q 总=∑N K Q N
式中P N 是N 个用电设备组的有功功率之和，Q N 是N 个用电设备组的无功功率之和
D 集中补偿后容量计算
)tan tan (Pc Q 21??-?=补偿
2.2 清河门煤矿负荷计算过程
1 (1) 立井-500m 水平
包括：一采区，二采区，三采区，四采区，主水泵 (2) 立井-200m 水平 包括：主水泵，其他 (3) 地面负荷
包括：主井绞车，副井绞车，压风机，主扇风机，机修厂，选煤厂，水泥井 (4)主井负荷
包括：一井负荷，二井负荷，三井负荷，四井负荷，矿区住宅 2 根据各设备需用系数及功率因数进行计算(各负荷情况请参照附表)： (1) 立井-500m 水平：
一采区：P a1=K d1P na1=0.69x2200=1625.8kw Q a1=P a1?tan 1=1850x.14=2062kvar 二采区：P a2=K d2P na2=0.7 x 1355=1006.5kw Q a2=P a2?tan 2=1175x1.10=1053.5kvar 三采区：P a3=K d3P na3=0.74x170=147.8kw Q a3=P a3?tan 3=145x0.96=150.3kvar
主水泵：P a4=K d4P na4=0.81x2725=2210.5kw Q a4=P a4?tan 4=1360x0.75=1602
P a =∑K ∑P ai =∑K ( P a1+ P a2+ P a3+ P a4+)=0.8×6035.28=4532kw
Q a =∑
K
∑Q ai = ∑K (Q a1+ Q a2+ Q a3+ Q a4)=0.8×5524.5=4451kvar
(2) 立井-200m 水平
主水泵：P b1=K d1P nb1=0.8×3300=1042.4kw Q b1=P b1?tan 1=1320x0.749=782.18kvar 其 它：P b2=K d2P nb2=0.8×135=108kw Q b2=P b2?tan 2=120x0.75=81kvar P b =∑K ∑P bi = ∑K (P b1+ P b2)=0.8×324=256.4kw
Q b =∑
K
∑Q bi =∑K (Q b1+ Q b2)=0.8×2450=1986kvar
(3) 地面负荷
主井绞车：P c1=K dc1P nc1=0.75x1330=1125kw Q c1=P c1?tan 1=0.55x1330=675kvar 副井绞车：P c2=K dc2P nc2=0.85×1100=935kw Q c2=P c2?tan 2=935×0.75=701.25kvar 压风机： P c3=K dc3P nc3=0.85×1120=963kw Q c3=P c3?tan 3=560x0.62=572kvar 主扇风机：P c4=K dc4P n c4=0.83x1880=1696.4kw Q c4=P c4?tan 4=1450x0.672=1188.6ar
机修厂： P c5=K dc5P n c5=0.36x1593=460.08kw Q c5=P c5?tan 5=1267x0.63=667.41kvar
选煤厂： P c6=K dc6P n c6=0.37x350=160..5kw Q c6=P c6?tan 6=300x0.64=192kvar
矿石山： P c7=K dc7P n c7=0.35x2480=620kw
Q c7=P c7?tan 7=1240x0.6=732kvar
水泥井： P c8=K dc8P n c8=0.4×2600=1040kw Q c8=P c8?tan 8=1040×2.291=2382.64kvar
P c =∑K ∑P ci = ∑K (P c1+ P c2+ P c3+ P c4+ P c5+ P c6+ P c7+ P c8)=0.8×6428=5142.4kw Q c =∑K ∑Q ci =∑K (Q c1+Q c2+Q c3+Q c4+Q c5+Q c6+Q c7+Q c8)=0.8×6837.6 =5740.1kvar
(4) 主井负荷
一井负荷：P d1=K dd1P n d1=0.63x3020=1956kw Q d1=P d1?tan 1=2610x0.65=1535kvar
二井负荷：P d2=K dd2P n d2=0.64x2810=2104kw Q d2=P d2?tan 2=1120x0.65=652kvar
三井负荷：P d3=K dd3P n d3=0.64x2470=1354.8kw Q d3=P d3?tan 3=2351x0.65=1335.5kvar
矿区住宅：P d4=K dd4n d4=0.65x160=986kw Q d4P d4=160x0.63=978kvar Pd=∑Pdi= P d1+ P d2+ P d3+ P d4=6958kw
Qd=∑Qdi= Q d1+ Q d2+ Q d3+ Q d4 =7500.73kvar
(5) 全矿年计算负荷
P=0.9×(Pa+Pb+Pc+Pd)=19552.26kw Q=0.9×(Qa+Qb+Qc+Qd)=19628.43kvar S=22Q P +=27704.98KV A
?cos =P/S=19552.26/27704.98=0.706 ?tan =Q/P=19628.43/19552.26=1.004
补偿后功率因数为?cos 1=0.9，则静电电容器补偿容量 Q 补偿=P(?tan -?tan 1)= 19552.26×(1.004-0.484)=10167.2kvar 实际全区的有功功率和无功功率：
P 实际=19552.26kw Q 实际=19628.43-10167.2=9461.23kvar
2.3 电容器的选择
1 电容器组接线方式的确定
电容器组接线方式有星接和角接，本次设计采用的是角接
(1)Y 接法：若3线路断开，电容器组不变，将造成严重不平衡，中性点位移，会使有的相电压升高，而烧毁电容器组。
1
2
3
Y 接法
(2)?接法：可以防止由于电容器容量不对称时，由于中性点位移而使有的相电压欠压，有的过压，从而造成电容组烧毁的现象。
12
3
?接法
若发生一相断路，只影响各相补偿容量有所减少，不至于严重不平衡，若A 相断路，3组不变，不会造成严重不平衡。
2 补偿后系统容量及各相补偿电容器个数 (1) Q ’=Q-Q 补偿=19628.43-10167.2=9461.23kvar P ’=P=19552.26kw
S’=22''Q P +=21721.1KV A (2) Q 补偿=10167.2
并联电容器可选择YY6.3-12-1型单相油浸移相电容器，单台容量6~10kv 为12kvar 一台的电容器。
每相补偿的容量：Q P =Q 补偿/3=10167.2/3=3389.1kvar
由于采用二次侧主接线为单母线分段制，又把补偿容量分为两组电容器去补偿，可是对于单组而言
每相补偿容量：Q P ’=Q P /2=3389.1/2=1694.5kvar 每相并联电容器个数：n=Q P ’/12=1694.5/12=141.2
即每组每相用142个12kvar 的电力电容器并联进行无功补偿。
2.4 主变压器的选择
有前面的计算负荷和矿山对供电可靠性的要求可确定主变压器的额定容量。 本设计采用了2台变压器分列运行，其中一台故障时，另一台变压器可以保证安全和原煤生产的用电，并不得少于全矿总负荷的80%，即每台变压器容量为：
S d φcos /P K sb ?≥
式中K sb —故障系数，即事故时负荷保证系数，根据矿井负荷比重决定的，两台分列运行时取K sb =0.8
P —计算负荷
φcos —经补偿后的功率因数
所以本设计中：S d ≥0.8×19552.26/0.9=17353.12KV A
查电工手册选出满足要求的变压器的型号为SL-17000/35两台。
实践心得
作为开滦集团首批在辽工大委培的学生，我深知务必要充分利用这两年的学习时光，努力提高专业知识水平，珍惜来之不易的实践机会，才能为以后走上工作岗位打下坚实的基础。通过一周的实践，我拓展了课上学到的专业知识，延伸了对供电技术行业的认识和理解，也发现了自身所存在的不足和短处，课上老师把内容讲得周到细致，我所欠缺的就是把书本上的内容跟实际相结合的能力，这也是离开学校走上工作岗位中必须要具体的能力。感谢在本次供电技术课程设计中给予我指导和帮助的老师、同学以及清河矿的有关领导，师傅，也感谢学院能给我们这样一个宝贵的实践机会。
参考文献
【1】苏文成. 供电技术第4版. 北京：机械工业出版社，2010
【2】余建明. 现代供电技术[M]. 北京：清华大学出版社，2006 【3】丁书文. 变电站综合自动化技术. 北京：中国电力出版社，2005 【4】唐志平. 供电技术[M]. 北京：电子工业出版社.，2005
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