梅林庙地面供电系统设计
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信息与电气工程学院课程设计说明书（2014 /2015学年第 1 学期）课程名称：企业供电系统工程设计》课程设计题目：梅林庙煤矿地面供配电系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：王艳芬设计周数： 1 周设计成绩：2015 年3 月2 日目录1 概述 (1)1.1 设计依据 (1)1.2 设计目的及范围 (1)1.3 矿井基本资料 (1)2 负荷计算 (2)2.1 负荷计算的目的 (2)2.2 负荷计算方法 (2)2.3 负荷计算过程 (5)3电气主接线设计 (6)3.1 对主接线的基本要求 (7)3.2 本所电气主接线方案的确定 (7)3.2.1 确定矿井35kV进线回路 (7)3.2.2 35kV主接线的确定 (7)3.2.3供电系统线路图 (7)4 短路电流计算 (9)4.1 短路电流计算的目的 (9)4.2 短路电流计算中应计算的数值 (9)4.3 三相短路电流计算计算的步骤 (10)4.4短路电流计算过程 (10)5设备选择 (13)5.1 一般的选择方法 (13)5.2 短路动、热稳定性校验原则 (14)5.3 变压器选择 (14)5.3.1 35kV设备的选择 (15)5.4 井下设备选择 (16)5.4.1 电缆选择计算 (16)5.4.2 井下开关选择 (18)6 保护装置 (18)6.1 继电保护装置 (18)6.2 防雷保护及接地 (20)6.2.1 变电所防雷装置 (20)6.2.2 地面变电所保护接地网 (20)6.2.3 井下保护接地网 (20)7 结论 (21)8 参考文献 (21)附表 (23)前言本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力及实际工程设计的基本技能。
电力是现代煤矿的动力，首先应该保证供电的可靠和安全，并做到技术和经济方面合理的满足生产的需要。
由于煤矿生产条件的特殊性，对供电系统有特殊的要求，尤其是煤矿地面供电系统作为整个煤矿供电开端，对整个煤矿供电的安全，可靠，经济具有举足轻重的作用。
本论文根据变电所的设计原则，围绕某矿井35KV变电所设计这一课题展开了全面的设计与研究，主要完成以下工作：针对矿井负荷的用电要求，根据需要系数法进行了负荷计算。
据此对主变压器进行选择，并进行无功补偿。
根据变电所主接线的设计原则，对变电所的主接线进行设计：高压35kV采用全桥接法,6kV母线采用单母分段接线形式。
采用标幺值法对供电系统进行了短路计算。
按安装地点、运行环境和使用要求对电气设备的规格型号进行选择，并对它们进行动稳定和热稳定校验。
为了在供配电系统发生故障时，能够自动地、迅速地、有选择地将故障设备从系统中切除，以免事故的扩大，在论文中对变电所继电保护进行了设计。
防雷保护是变电所保护中不可缺少的一项保护措施，本文采用了在线路上安装阀型避雷器对其进行防雷保护，并在变电所装设避雷针。
1 概述1.1 设计依据1、电力工程电气设计手册（电气一次部分）。
2、煤矿电工手册（地面供电部分）。
3、按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kV 及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）工厂供电设计必须要遵守国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源和有色金属等技术经济政策。
（2）工厂供电设计应做到保证人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格、技术先进和经济合理。
设计中应采用负荷国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等合理确定设计方案。
（4）工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当的考虑扩建可能性。
1.2 设计目的及范围本设计的目的是通过本次设计巩固所学的专业知识，培养分析问题、解决问题的能力。
本论文的设计范围包括：（1）对变电所的主接线进行设计；（2）对电气设备的规格型号进行选择；（3）变电所继电保护设计；（4）变电所防雷保护设计。
1.3 矿井基本资料1、本矿概况本矿井为年产300万吨的高瓦斯矿井，三班工作制，年最大利用负荷小时6000h.立井井深0.38km,预期服役年限为90年。
电费收取为两部电价制，固定部分按变压器安装容量收费18元/kva月。
2、电源情况矿井地面变电所距上级变电所8km，采用双回路架空线供电，已知电源过电流保护动作时间2.5s，短路电容1000MVA~1500MVA。
3、自然条件（1）月最高室温42℃，月最低室温32℃。
（2）最热月土壤温度27℃。
（3）冻土层厚度为0.45m，变电所土质为黄土。
4、原始负荷资料负荷资料见表1-1 全矿电力负荷统计表。
2 负荷计算2.1 负荷计算的目的为一个企业或用电户电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量的变压器等问题，这就需要进行负荷的统计合计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置、选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。
负荷计算的目的是为了解用电情况，合理选择供配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器等。
负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热的危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。
负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。
为此，正确的负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
2.2 负荷计算方法供电设计常用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法、和单位产品电耗法等。
需用系数法计算简便，对任何性质的企业负荷均适用，且负荷资料见表1-1 全矿电力负荷统计表编号设备名称电压（kV）电机容量(kW)需要系数k d功率因数cosφ1 地面高压主提升机 6 2000 0.90 0.85副提升机 6 2000 0.80 0.85压风机 6 1600 0.80 0.90 2 南风井通风机 6 1000 0.70 0.80压风机 6 500 0.70 0.80低压设备 6 539 0.70 0.80 3 北风井通风机 6 1000 0.70 0.80压风机 6 500 0.70 0.80低压设备 6 539 0.70 0.80 4 地面低压地面工业工场 6 1800 0.70 0.77立井锅炉房 6 100 0.60 0.70机修厂 6 800 0.40 0.65坑木厂 6 200 0.40 0.70选煤厂 6 3200 0.60 0.80水源井 6 200 0.80 0.80工人村 6 800 0.50 0.70 其他用电设备 6 600 0.50 0.70 5 井下高压主排水泵高 6 3800 0.90 0.85主排水泵正 6 2600 0.90 0.85 6 井下低压井底车场 6 600 0.60 0.80111采区 6 900 0.60 0.70113采区 6 1200 0.60 0.70124采区 6 100 0.60 0.70156采区 6 1800 0.87 0.75算结果基本上符合实际。
公式简单，计算方便只用一个原始公式∑=N d ca P K P 就可以表征普遍的计算方法。
该公式对用电设备组、车间变电站乃至一个企业变电站的负荷计算都适用。
对不同性质的用电设备、不同车间或企业的需用系数值，经过几十年的统计和积累，数值比较完整和准确，查取方便，因而为我国设计部门广泛采用。
本设计采用需要系数法进行负荷计算，步骤如下： 1、用电设备组计算负荷的确定用电设备组是由工艺性质相同需要系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。
在一个车间中可根据具体情况将用电设备分为若干组，在分别计算各用电设备组的计算负荷。
其计算公式为：∑=N d ca P K P ，kWϕtan ca ca P Q = , kvar （2-1） 22caca ca Q P S +=，kVA式中ca P 、ca Q 、ca S ——该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； ∑N P ——该用电设备组的设备总额定容量，kW ；ϕtan ——功率因数角的正切值；d K ——需要系数，由表1-1查得。
2、多组用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再计入一个同时系数s K 。
具体计算如下：∑=∑=mi i N dis ca P KK P 1)(∑=∑=mi i i N disca P KK Q 1)tan (ϕ （2-2）22caca ca Q P S += 式中ca P 、ca Q 、ca S ——为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；s K ——同时系数；m ——该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备组总数；i N i i d P K ∑、、ϕtan ——分别对应于某一用电设备组的需要系数、功率因数角正切值、总设备容量； 2.3 负荷计算过程1、用电设备分组，由表2-1确定各组用电设备的总额定容量。
2、由表1-1查出各用电设备组的需要系数d K 和功率因数ϕcos ，根据公式2-1计算出各用电设备组的计算负荷。
（1）对主提升机d K =0.90，ϕcos =0.85，ϕtan =0.62则;有功功率 1800200090.0=⨯==∑N d ca P K P kW ；无功功率 111662.01800tan =⨯==ϕca ca P Q kvar ； 视在功率 2117111618002222=+=+=ca ca ca Q P S kVA ；用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表2-1全矿电力负荷计算负荷表中。
表2-1 全矿电力负荷计算负荷表用户名称设备容量 kw需要系数d K功率 因数ϕcosϕtan 计算负荷ca Pkw ca Qkvar ca SkVA 1地面高压 主提升机 2000 0.90 0.85 0.62 1800 1116 2117 副提升机 2000 0.80 0.85 0.62 1600 956 1862 压风机 1600 0.80 0.90 0.48 1280 768 1360 南风井 通风机 1000 0.70 0.80 0.65 700 360 842 压风机 500 0.70 0.80 0.65 350 183 421 低压设备 539 0.70 0.80 0.65 378 189 435 2北风井通风机1000 0.70 0.80 0.65 700 360 842 压风机500 0.70 0.80 0.65 350 183 421 低压设备539 0.70 0.80 0.65 378 189 435 3地面低压地面工业工场1800 0.70 0.77 0.69 1260 842 1530 立井锅炉房100 0.60 0.70 0.72 60 46 84 机修厂800 0.40 0.65 0.79 320 248 463 坑木厂200 0.40 0.70 0.72 80 57 86 选煤厂3200 0.60 0.80 0.65 1920 1240 2760 水源井200 0.80 0.80 0.65 160 96 186 工人村800 0.50 0.70 0.72 400 292 563 其他用电设备600 0.50 0.70 0.72 300 216 408 4井下高压主排水泵高3800 0.90 0.85 0.62 3762 3560 5321 主排水泵正2600 0.90 0.85 0.62 2574 2310 4320 5井下低压井底车场600 0.60 0.80 0.65 360 198 395 111采区900 0.60 0.70 0.72 540 378 562 113采区1200 0.60 0.70 0.72 720 521 865 124采区100 0.60 0.70 0.72 60 43 78 156采区1800 0.87 0.75 0.70 1560 896 1786 3电气主接线设计变电所的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。
