煤矿地面变电所设计

第一章矿井(区)概况一、概述1、目的与任务变电所是电力配送的重要环节，也是煤矿生产供电的关键环节。

变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足煤矿对生产发展的需要，提高供电的可靠性和电能质量。

随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建35kV 变电所。

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

此设计任务旨在体现自己对本专业各科知识的掌握程度，培养自己对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业的学习结果,是毕业前的一次综合性训练，是对所学知识的全面检查。

通过本次毕业设计，既有助于提高自己综合运用知识的能力，同时也有助于以后在工作岗位能很快的适应工作环境。

2、矿井概述：本矿井位于七台河市茄子河区东部,地跨茄子河区、桃山区，东起铁东-新富附近，西止308省道；南自万宝村断层，北至华楠县边界。

东西长40～150km，南北宽135km左右，面积约127平方公里。

百年最高洪水位0.2米,交通便利,地处山区, 所在海拔高度120M。

最高年平均气温8摄氏度，月平均气温16摄氏度。

该矿采用综合开拓方式，年产200万吨，服务年限为100年，瓦斯等级为2级，煤尘爆炸指数为0.15%二、拟建变电站概况1、本变电所电源以双回路与 5km外的电厂相连。

该电厂为汽轮机发电，带有电压自动调节，电压等级为35KV，电源容量为3000MVA。

2、电源出口相对阻抗为：系统最大方式的容量为：2900 MVA，电抗为：0.518；系统最小的方式为2100 MVA，电抗为：0.584；系统最大负荷利用小时数为：TM=5660h3、本矿变电所电源由双回LGJ-240架空导线与电厂相连，线路长度为5.3KM，架线是铁塔与水泥杆结合，跨跃部分用塔式，其它部分用水泥杆。

地线采用复合地线，具有避雷、通迅作用。

三、变电所的任务和位置1、矿区负荷的分布情况（1）地面高压供配电自35/6KV矿井地面变电所所有馈出线以电缆为主：其中电缆出为：主、副提升井，压风机房、地面低压配电所，选煤厂，锅炉房400V变电所，井下变电所各2回。

架空馈出为：风井二回，污水处理厂、居住区各一回。

（2）地面低压配电在锅炉房设置6.3/0.4KV变电所，装设SL7-6.3/0.4KV电力变压器两台，选用MCC配电屏一台，担负锅炉房动力及照明电源。

（3）、井下供电自主变电所引两回电缆，经副井提升井进入井下变电所，采用矿用防爆变压器两台，矿用低压配电柜12台，分别向水泵，所内变压器，升下照明供电。

2、变电所任务变电所任务是从电力系统接受电能、变换电压和分配电能，主要为井下煤碳生产提供电能而设，它负责主、副提升井绞车，地面主扇风机，井下的主排水泵，井底车场的动力及各采区提供电能，同进担负地面选煤厂，生产锅炉，集中供热、宿舍及矿医院照明等，变电所是接受分配控制和保护的枢纽，是分配能源的接力站。

3、变电所的位置确定其任务是将中央变电所送的高压电能变为低压电能，并将此电力配送到采掘工作面及附近用电设备。

它的位置选择是否合理，对采区供电安全及供电质量有直接影响。

采区变电所的位置决定于低压供电电压、供电距离、采煤方法及采区巷道布置方式、采煤设备的容量大小等因素。

1 采区变电所位置确定原则(1)变电所处于负荷中心，使低压供电距离合理保证供电质量而又节省电缆。

在铠装电缆截面不超过95mm 、橡套电缆截面不超过70mm 的条件下，保证采区内供电电压不低于该设备额定电压的95％。

(2)附近巷道应有轨道，便于运输采区变电所的大型电气设备。

(3)变电所内通风良好。

保证变电所硐室温度不超过附近巷道温度5~C。

(4)变电所硐室围岩稳固，易于维护，防止淋水，顶底板坚固，顶板无滴水现象。

(5)根据采区生产的特殊性要求，尽可能由一个变电所向采区全部电气设备供电。

在采区内生产期间减少迁移次数。

另外，采区变电所硐室不得设在工作面平巷中。

根据以上要求，通常采区变电所设置在采区装车站附近，或设置在上(下)山与运输平巷交叉处，或两上(下)山之间的联络巷中。

本设计的矿山变电所，地面工业广场已统一考虑了压煤问题以及运输、通讯、水暖等设施，所以变电所的所址一般选择在靠近井口的工业广场边缘地带。

确定变电所的位置时，应在保证变电所安全的基础上，对几种可行方案，根据变电所所址的各项要求进行技术和经济比较，最后确定最佳方案。

第二章变压器的选择一、用电负荷计算1、负荷资料的来源本设计用的负荷统计表是由矿山机电科和变电所提供，经指导教师审核而确定。

2、负荷计算的方法计算用的所有参数如：功率因数，需用系数，不同时系数等其它参数，均由《电工手册》和教材查得，计算的方法是采用需用系数法。

负荷统计表如下：全矿负荷统计及相关数据三、无功功率补偿电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理。

1、变电所自然功率因数由用电负荷的计算知变电所的自然功率因数为cosφ〈0.76〈0.95.补偿前功率因数低，需人工补偿。

2、功率因数低的影响 （1）、降低电力系统的供电能力。

（2）、增加电网的功率损耗。

（3）、增大电网中的电压损失，降低供电质量。

（4）、增加电能成本。

3、提高功率因数的措施1)提高自然功率因数：未装设人工补偿装置时的功率因数称为自然功率因数。

一般从设备选择和运行上采取减少无功功率需求量，如合理选择感应电动机，使其额定功率与拖动的负载相匹配；调整变压器负荷分配使其在最佳负荷状态下运行；合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的工况；控制机床、电焊机等用电设备空载运行的时间；在生产条件允许的情况下，采用同步电动机代替感应电动机。

(2) 人工补偿：装用无功功率补偿设备进行人工补偿。

电力用户常用的无功补偿设备是电力电容器，又称并联电容器、静电电容器。

4、功率因数的改变经计算全矿功率因数cos Φ＝9194/11743=0.783<0.95若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不便的前提下，电流将增大。

这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期投资的运行费用。

电流增大同样会引起电压损失的增大。

为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。

需要电容器的容量： Qc ＝P z （tg Φ1－tg Φ2） (2-8) 式中 Q c ——补偿电容器的容量，单位：千乏P z ——总有功功率， 单位：千瓦 tg Φ1——补偿前的功率因数， tg Φ2——补偿后的功率因数,95.0cos 789.0cos 21==ϕϕ计算可知，tgΦ1＝0.776, tgΦ2=0.329Qc＝9194×(0.776-0.329)=4109选择GR-1C-08型电容柜，容量为270千法。

需用电容柜的数量：N=4109÷270=15.2 取16个柜利用电力电容补偿容量为Qc＝270×16＝4320千法补偿后变电所总无功功率：Qz＝7306-4320=2986千法补偿后的功率因数：cosø＝0.951 满足要求。

由于煤矿变电所6千伏供电采用单母线分段，电容器分别安装在一、二，三段母线上。

故每段补偿电容器容量1440千乏。

分别安装5个电容柜。

共计十六个电容柜。

满足无功功率的补偿要求。

三、变电所主变压器的选择。

1、35/6.3KV变电所设计规范（GB50059-92）（主变台数的确定）第3.1.2条在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。

如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。

第3.1.3条装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

已知系统情况为系统通过双回35kV架空线路向待设计变电所供电，且在该待设计变电所的负荷中，同时存在有一、二级负荷，故在设计中选择两台主变压器。

2、主变压器容量的确定（1）主变压器容量一般按变电所建成后5至10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10至20年的负荷发展。

（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。

对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。

3、主变相数的选择（1）变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。

（2）当不受运输条件限制时，在110kV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。

4、主变绕组连接方式变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

我国35kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多经过消弧线圈接地。

35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。

由于待设计变电站为35kV电压等级降压至6.3kV故绕组连接方式为Y0/△。

根据该待设计变电所负荷分析确定：采用两台主变压器。

5、是否选择有载调压变压器由于我国电力不足，缺电严重，电网电压波动较大，变压器的有载调压是改善电压质量，缺少电压波动的有效手段，对电力系统，一般要求35kv 及以上变电所至少采用一级有载调压变压器。

6、主变冷却方式主变一般采用的冷却方式有自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。

小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环冷却变压器，在发电厂水源充足情况下，为缩短占地面积，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却。

近年来随着变压器制造技术发展，在大容量变压器中，采用了强迫油循环导向冷却方式，它是用潜油泵将冷油压入线圈之间和铁芯的油道中，故此冷却方式效率更高。