山西某煤矿35kv变电所设计

前言本设计是为煤矿35kV供电系统而进行的设计。

目的是建立35kV变电站，为煤矿提供可靠的用电。

整个设计包括了35kV变电站设计的所有内容。

同时考虑到煤矿供电系统的特点，对变电站的负荷进行了分组，达到合理、经济的目的；同时对功率因数进行补偿，使其达到0.9以上。

通过短路电流计算，确定了系统主接线及运行方式，同时对校验电气设备、继电保护整定、采取限流措施等提供了依据。

在选择电气设备时，考虑了变电站的室内外结构和布置、操作方便等问题。

继电保护装置保证了被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障切除。

考虑到电器设备可能的漏电现象，对变电站进行了保护接地的设计，满足了接触电压和跨步电压的要求，保证了人身安全。

为防止变电所遭到雷击，还进行了防雷保护。

采用了避雷器、避雷针、避雷线等保护措施，保证了安全。

由于我自己能力有限，在设计中难免会出现这样或那样地错误和不妥之处，恳请老师能够批评指正。

1 概述本设计的矿变电所位于山西省境内，是一个终端变电所，只供煤矿用电，设计的电压等级为35/6kV。

35kV线路为双回路进线，其中一线是从3公里外经过架空线路引接而来的是主要的电源来源，另一线是通过架空线路引接而来。

系统最大运行方式阻抗X*=0.4193；系统最小运行方式阻抗X*=0.7389。

所用电由负荷端引出，经动力变压器提供，采用单母分段原则。

1.1 电源1. 供电电压等级：35kV2．离矿井地面变电所的距离：4km3. 系统电抗最大运行方式：*X=0.4193xminX=0.7389最小运行方式：*xm ax4．输电方式：架空线双回路5．出线过流保护动作时间：3秒6．电费收取方法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费，每千瓦6元。

1.2 基本地质气象资料1．日最高温度 39℃2．冻土层厚度 0.8米3．主导风向西北4．最大风速 4米/秒5．地震烈度 7度附表一某煤矿用电负荷统计表2 负荷计算及无功补偿计算进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确地选择企业各级变电站的变压器容量、各种企业电力设备的型号、规格以及供电网所用的导线型号等提供科学依据。

2.1 需用系数法统计负荷由于一台设备的额定容量往往大于其实际负荷，成组设备中各负荷的功率因数（cos ）不同，一般又不同时工作，最大负荷不同时出现等情况。

所以难以精确地计算变电所负荷。

故本设计采用了较为精确的需用系数法来进行变电所负荷计算。

其计算简便，煤矿系统的供电设计目前主要采用这种方法。

其计算公式的一般表达式为：ca d NP K P =⨯∑, kWtan ca ca Q P ϕ=⨯, kvar/cos ca ca S P ϕ=, kV A)ca ca N I S =, A式中ca P 、ca Q 、ca S 用电设备的有功无功视在功率计算负荷；N P ∑ 用电设备的总额定容量； N U 额定电压；tan ϕ 功率因数角的正切值；ca I 该用电设备的计算负荷电流； d K 需用系数。

根据负荷资料,求出各类成组设备的设备容量、tan ϕ、有功功率P 、无功功率Q 及视在功率S 。

需用系数法负荷计算的步骤从负载端开始逐级上推，到电源进线为止。

2.2 负荷统计与计算 2.2.1地面6kV 高压主井提升机N P ∑=2000kW, d K =0.9,cos ϕ=0.85,tan ϕ=0.62ca d NP K P =⨯∑=0.9⨯2000=1800kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=1800⨯0.62=1116kvar/cos ca ca S P ϕ==1800÷0.85=2117.6kV A,)ca ca N I S ==203.8A副井提升机N P ∑=1600kW,d K =0.8,cos ϕ=0.85,tan ϕ=0.62ca d NP K P =⨯∑=0.8⨯1600=1280kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=1600⨯0.62=793.6kvar/cos ca ca S P ϕ==1600÷0.85=1505.9kV A,)ca ca N I S ==144.9A压风机N P ∑=1200kW,d K =0.8,cos ϕ=0.9,tan ϕ=-0.48ca d NP K P =⨯∑=0.8⨯1200=960kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=960⨯（-0.48）=-460.8kvar/cos ca ca S P ϕ==960÷0.9=1066.7kV A,)ca ca N I S ==102.6A其它同理，在此不做赘述，最后统计结果见附表一2.2.2地面工业广场地面工业广场的用电设备有一类负荷的辅助设备，负荷计算如下： 主井辅助设备N P ∑=259.8kW,d K =0.7,cos ϕ=0.7,tan ϕ=1.02ca d NP K P =⨯∑=181.9kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=1185.5kvar/cos ca ca S P ϕ==259.8kV A,)ca ca N I S ==394.7A副井辅助设备N P ∑=226.8kW,d K =0.7,cos ϕ=0.7,tan ϕ=1.02ca d NP K P =⨯∑=158.8kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=162kvar/cos ca ca S P ϕ==162kV A,)ca ca N I S ==344.7A压风机辅助设备N P ∑=483kW,d K =0.7,cos ϕ=0.75,tan ϕ=0.88ca d NP K P =⨯∑=338.1kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=297.5kvar/cos ca ca S P ϕ==450.8kV A,)ca ca N I S ==684.9A消防水泵N P ∑=55kW,d K =0.24,cos ϕ=0.8,tan ϕ=0.75ca d NP K P =⨯∑=13.2kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=9.9kvar/cos ca ca S P ϕ==16.5kV A,)ca ca N I S ==25.1A污水泵N P ∑=20kW,d K =0.75,cos ϕ=0.75,tan ϕ=0.88ca d NP K P =⨯∑=15kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=13.2kvar/cos ca ca S P ϕ==20kV A,)ca ca N I S ==30.4A矿灯房N P ∑=60.5kW,d K =0.7,cos ϕ=0.7,tan ϕ=1.02ca d NP K P =⨯∑=42.4kW,caQ=ca P ⨯tan ϕ=43.2kvar/cos ca ca S P ϕ==60.6kVA,)ca ca N I S ==92.1A3、考虑到工业广场低压负荷有一类负荷的辅助设备，为了保证供电的可靠性，选两台变压器： .0.71589.11112.4N T T tp ca S S K S kVA ∑≥==⨯=可选S9-1250/10型变压器两台，其技术参数见表2-1变压器的负荷系数为：.1589.10.636221250ca N TS S β∑===⨯1、附表一 全矿负荷计算统计高压侧负荷总计ca P =∑1800+1080+······+1212.8=18073.5kW caQ=∑1116+793.6+······1067.3=11087.1kvar 最大负荷同时系数，0.9sp K =，0.95sq K =，则：P ∑=sp K ּca P ∑=0.⨯.5=16266.2kWsq ca Q K Q =⋅∑∑=0.⨯.1=10532.7kvar S=∑2.3 功率补偿2.3.1 功率因数补偿在负载有功功率不变的情况下，当功率因数降低后，则发电机和变压器的工作电流增大，使其能够输出的有功功率下降（cos=⋅），使设备容量不能充分利用。

电流增大，使电能损耗P Sϕ和导线截面增加（cos=，当U不变，cosϕ↓，则I↑，Pϕ2=↑），电网的初期投资和运行费用也相应提高；电流的增大，P I R还造成发电机、变压器和网络中的电压损失增大，电动机的端电压下降，从而减小了感应电动机的起动转矩和过负荷能力提高功率因数的关键，在于如何减少电力系统中各个部分所需要的无功功率，特别是减少负载从电网中取用的无功功率，使电网在传送一定的有功功率时，尽量少输送或不输送无功功率。

提高功率因数的方法主要有：⑴提高用电设备本身的功率因数。

在生产中，尽量采用鼠笼式异步发电机，避免电动机与变压器的转载运行；对不需调速的大型设备，尽量采用同步机，采用高压电动机等。

在本设计中，扇风机和压风机就采用了同步电动机，它对该矿供电系统的功率因数具有一定的补偿作用。

⑵人工补偿法。

多采用同步调相机和静电电容器等人工补偿装置。

目前矿井变电所多在6KV母线上装设静电电容器来进行集中补偿。

并联移相电容器的简单原理：主要是利用电容器产生的无功功率与电感负载的无功功率相互交换，从而减小负载向电网吸取的无功功率，提高了整个负荷相对电源的功率因数。

并联电容器补偿法有投资少，有功功率损耗小，运行维修方便，故障范围小、无震动与噪声、安装地点灵活等优点。

其缺点是只能有级调节，而不能随负荷无功功率需要的变化进行自动平滑的调节。

电容器组一般应采用“”接法。

因为：⑴ “”接线可以防止电容器容量不对称而出现的过电压。

电容器电压最为敏感，而容易造成电容器击穿的事故。

星形接线则由于中性点位移，产生部分过电压。

⑵ “”接法若发生一相断线，只是使各相的补偿容量有所减小，不致于严重不平衡，而星形接法若发生一相断线，就使该相失去补偿，严重影响供电质量。

⑶ 采用“”接法可以充分发挥电容器的补偿能力。

电容器的容量与电压有关。

var c Q U CK ω⋅=⋅。

在“”接法时，每相电容被加上线电压。

而采用星形接法时，每相电容器被加上相电压，所以有22var33C c Q U Q C C K ωω⋅∆⋅ϒ===。

上式表明，具有相同电容器容量的三个单相电容器组，采用“”接法时的补偿容量是采用星形接法的3倍，因此在电压相等的情况下，因尽量采用“”接法。

1、利用电容器补偿所需的容量企业为了使功率因数达到规定值以上，一般都用并联电容器的方法进行人工补偿。

因全矿自然功率因数cos NAT ϕ=0.839，低于0.9，所以应进行人工补偿，补偿后的功率因数应达到0.95，即cos at ϕ=0.95，则全矿所需的补偿容量为：(tan tan )C NAT at Q P ϕϕ=-∑=16266.2⨯（0.649－0.329）=5205.2kvar2、电容器柜数和型号的确定电容器采用双星型接线接在变电所的二次母线上，因此选容量为30kvar ，额定电压为kV 的电容器，装于电容柜中，每柜装9个，每柜容量为270kvar ，则电容柜的总数为：2..21.3()C N C N CQ N U q U ω=== 由于电容器柜应分成相等的两组，所以每段母线上每组的电容柜数n 应为21.3 5.344N n ===，取N=4n=24台。