煤矿供电设计

第一章设计任务某年产90万吨原煤的煤矿，其供电设计所需的基本原始数据如下：矿年产量:90万吨; 服务年限:75年; 矿井沼气等级:煤与沼气突出矿井；立井深度:0.36 km ; 冻土厚度:0.35 m ; 矿井地面土质:一般黑土；两回35kV架空电源线路长度：L1＝L2＝6.5km ；两回35kV电源上级出线断路器过流保护动作时间：t1＝t2＝2.5s ；本所35kV电源母线上最大运行方式下的系统电抗：X s.min ＝0.12 （S d＝100MVA）；本所35kV电源母线上最小运行方式下的系统电抗：X s.max ＝0.22 （S d＝100MVA）；井下6kV母线上允许短路容量：S al＝100MVA；电费收取办法：两部电价制，固定部分按最高负荷收费；本所35kV母线上补偿后平均功率因数要求值：cosφ′35.a≥0.9；地区日最高气温：θm＝44℃；最热月室外最高气温月平均值：θm. o＝42℃；最热月室内最高气温月平均值：θm. i＝32℃；最热月土壤最高气温月平均值：θm. s＝27℃；全矿负荷统计分组及有关需用系数、功率因数等如表1所示:表1 全矿负荷统计分组表设备名称负荷等级电压V线路类型电机类型单机容量kW安装台数――工作台数工作设备总容量kW需用系数K d功率因数cosφ离35kV变电所的距离km1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111 主机提升2 6000 C Y 1000 1/1 1000 0.95 0.850.282 副井提升 1 6000 C Y 630 1/1 630 0.94 0.84 0.203 扇风机1 1 6000 k T 800 2/1 800 0.88 -0.91 1.54 扇风机2 1 6000 k T 800 2/1 800 0.88 -0.91 1.55 压风机 1 6000 C T 250 4/2 500 0.9 -0.89 0.366 地面低压 1 380 C 870 0.72 0.78 0.057 机修厂 3 380 C 750 0.6 0.7 0.208 洗煤厂 2 380 K 920 0.75 0.78 0.469工人村 3 380 K 480 0.76 0.85 2.010支农 3 380 K 360 0.75 0.85 2.711主排水泵 1 6000 C X 500 5/3 1500 0.88 0.86 0.6512井下低压 2 660 C X 2378 0.7 0.76注1：线路类型：C——电缆线路；k——架空线路。

注2：电机型式：Y——绕线异步；X——鼠笼异步；D——直流；T——同步。

试对该矿地面35／6kV变电所初步设计中的负荷计算、主变压器选择、功率因数补偿及供电系统拟定等各内容进行设计计算。

第二章 计算各组负荷2.1 负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW ） 30P =d K e P ；d K 为系数 b)无功计算负荷（单位为kvar ） 30Q = 30P tan ϕc)视在计算负荷（单位为kvA ）30S =ϕcos 30P d)计算电流（单位为A ） 30I =NU S 330 ；N U 为用电设备的额定电压（单位为KV ）2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式 a)有功计算负荷（单位为KW ）30P =i p P K ⋅⋅∑∑30式中i P ⋅∑30是所有设备组有功计算负荷30P 之和，p K ⋅∑是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95b)无功计算负荷（单位为kvar ） 30Q =i q Q K ⋅⋅∑∑30，式中i Q ⋅∑30是所有设备无功30Q 之和；q K ⋅∑是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97c)视在计算负荷（单位为kvA ） 30S =230230Q P + d)计算电流（单位为A ）30I =NU S 330【1】对于主机提升有P ca.1=K d1P N1=0.95×1000=950 kWQ ca.1=tan φP ca .1=0.62×950=589 kvar2222ca.1ca 1ca 19505891118S P Q ⋅⋅=+=+= kVA【2】对于扇风机1，由同步电动机拖动，表1中其cos φ标出负值，其原因是：同步电动机当负荷率＞0.9，且在过励磁的条件下，其功率因数超前，向电网发送无功功率，故为负值。

此时同步电动机的无功补偿率约为40～60%，近似计算取50%，故其补偿能力可按下式计算：P ca.3=K d3P N3=0.88×800=704 kWQ ca.3= 0.5（P ca.3tan φ3）=0.5×［704×（－0.46）］=－162 kvar2222ca 3ca 3ca 3704(162)722S P Q ⋅⋅⋅=+=+-= kVA同理可得其余各组数据见表2所示：表2 负荷统计计算表设备名称 视在容量kVA 无功容量kvar 有功容量kW tan φ 1 主机提升 1118 589 950 0.62 2 副井提升 706 385 592 0.65 3 扇风机1 722 -162 704 -0.46 4 扇风机2 722 -162 704 -0.46 5 压风机 465 -115 450 -0.51 6 地面低压 802 501 626 0.8 7 机修厂 643 459 450 1.02 8 洗煤厂 884 552 690 0.8 9工人村 429 226 365 0.62 10支农317167 270 0.62 11主排水泵 2587 1475 2125 0.59 12井下低压 22031442 1665 0.86 ∑1098653579591注：在表2的合计栏中，合计有功负荷9591 kW 和无功负荷5357 kvar 是表中4列、3列的代数和，而视在负荷10986 kVA ，则是据上述两个数值按公式计算得出，视在容量的代数和无意义。

第三章 各低压变压器的选择与损耗计算因采用高压6kV 集中补偿功率因数，故对各低压变压器均无补偿作用。

1．机修厂、工人村与支农变压器 查附表1分别选用S 9-800，6／0.4kV 、S 9-500，6／0.4kV 、S9-400，6／0.4kV型三相油浸自冷式铜线电力变压器各一台。

2．地面低压动力变压器选用两台S 9-800，6／0.4kV 型铜线电力变压器。

3．洗煤厂变压器选用两台S 9-800，6／0.4kV 型铜线电力变压器。

4．各变压器功率损耗计算单台变压器的功率损耗计算:两台变压器一般为分列运行，其功率损耗应为0.5β运行的单台变压器损耗的两倍；对于井下低压负荷，因表2中未作分组，故不选变压器，其损耗按近似计算。

[1]对于500kVA 工人村变压器，据附表1中的有关参数，可算得22ca T 0K N T 429=+()15() 4.7500S P P P S ⋅∆∆∆=+⨯= kW220K T N T 2%% 1.44429()500()21.7100100100100500I U Q S β⋅∆=+=⨯+⨯= kvar[2]对于地面低压两台800 kVA 变压器，同样可算得22ca T 0K N T 1802=2[+()]2[1.457.2()] 6.522800S P P P S ⋅∆∆∆⨯=+⨯=⨯ kW220K T N T %% 1.2 4.58022()2800[]371001001001002800I U Q S β⋅⎛⎫∆=+=⨯⨯+⨯= ⎪⨯⎝⎭ kvar[3]井下低压负荷的变压器损耗,按近似计算，即ΔP T =0.015S ca =0.015×2203=33 kW ΔQ T =0.06S ca =0.06×2203=132 kvar同理可得其它各低压变压器的损耗如表3所示。

表3 各低压变压器功率损耗计算结果负荷名称 地面低压 机修厂 洗煤厂 工人村 支 农 井下低压S T.N ，kVA 2×800 800 2×800500 400 2196ΔP T ，kWΔQ T ，kvar 6.5 37 6.1 32.9 7.3 41 4.7 21.7 3.5 15.7 33132合计 ΣΔP T ＝61kW ；ΣΔQ T ＝280kvar第四章 计算6kV 母线上补偿前的总负荷并初选主变压器各组低压负荷加上各低压变压器的功率损耗后即为其高压侧的负荷，因ΣP ca =9591 kW ，故查表得K si =0.85，忽略矿内高压线路的功率损耗，变电所6kV 母线补偿前的总负荷为P ca.6=K si (ΣP ca +ΣΔP T )=0.85×(9591+61)=8204 kWQ ca.6=K si (ΣQ ca +ΣΔQ t )=0.85×(5357+280)=4792 kvar2222ca 6ca 6ca 6820447929501S P Q ⋅⋅⋅=+=+= kVA补偿前功率因数cos φ6=P ca.6／S ca.6=8204／9501=0.8635根据矿井一、二级负荷占的比重大与S ca.6=9501kVA ，可初选两台主变压器，其型号容量选为SF 7-10000，35／6.3kV ，由于固定电费按最高负荷收费，故可采用两台同时分列运行的方式，当一台因故停运时，另一台亦能保证全矿一、二级负荷的供电，并留有一定的发展余地。

第五章 功率因数补偿与电容器柜选择先计算无补偿时主变压器的最大功率损耗，由于无功损耗与负荷率的平方成正比，故出现变压器最大功率损耗的运行方式应为一台使用，一台因故停运的情况，据此计算35kV 侧的补偿前负荷及功率因数，求出当功率因数提至0.9时所需要的补偿容量，该数值就可以作为6kV 母线上应补偿的容量；考虑到矿井35kV 变电所的6kV 侧均为单母线分两段接线，故所选电容器柜应为偶数，据此再算出实际补偿容量，最后重算变压器的损耗并校验35kV 侧补偿后的功率因数。

1．无补偿时主变压器的损耗计算按一台运行、一台因故停运计算，则负荷率为β=S ca.6／S N.T =9501／10000=0.9501ΔP T =ΔP 0+β2ΔP K =13.6+0.95012×53=61 kWΔQ T =S N.T ［I 0%／100+（U K %／100）β 2］=10000×(0.008+0.075×0.95012)=757 kvar2．35kV 侧补偿前的负荷与功率因数P ca.35=P ca.6+ΔP T =8204+61=8265 kW Q ca.35=Q ca.6+ΔQ T =4792+757=5549 kvar2222ca 35ca 35ca 35826555499955S P Q ⋅⋅⋅=+=+= kVAcos φ35=P ca.35／S ca.35=8265／9955=0.830223535351cos tan 0.6715cos ϕϕϕ-==3．计算选择电容器柜与实际补偿容量设补偿后功率因数提高到cos φ′35=0.9，则tan φ′35=0.4843，取平均负荷系数K l o =0.8，可得：Q c =K l o P ca.35(tan φ.35－tan φ’35)=0.8×8265(0.6715－0.4843)=1238 kvar选用GR-1C-08型，电压为6kV 每柜容量q c =270 kvar 的电容器柜，则柜数N = Q c ／q c =1238／270 =4.6取偶数得：N f =6实际补偿容量：Q c.f =N f q c =6×270 =1620 kvar折算到计算补偿容量为：Q c.ca =Q c.f ／K lo =1620／0.8 = 2025 kvar 4．补偿后6kV 侧的计算负荷与功率因数Q ′ca.6=Q ca.6－Q c.ca = 4792－2025 = 2767 kvar因补偿前后有功计算负荷不变，故有2222ca 6ca 6ca6820427678658S P Q ⋅⋅⋅''=+=+= kVAcos φ′6=P ca.6／S ′ca.6= 8204／8658 = 0.9485．补偿后主变压器最大损耗计算 补偿后一台运行的负荷率略有减小β′ =S ′ca.6／S N.T =8658／10000=0.8658ΔP ′T =ΔP 0+β′ 2ΔP K =13.6+0.86582×53=53 kW ΔQ ′ T = S N.T +［I 0%／100+（U K %／100）β′ 2］=10000×(0.008+0.075×0.86582)=642 kvar6．补偿后35kV 侧的计算负荷与功率因数校验P ′ca .35=P ca.6+ΔP T ′ = 8204+53 = 8257 kW Q ′ca.35=Q ca.6+ΔQ T ′ = 2767+642 =3409 kvarS ′ca.35=2222ca 35ca 3582573409p Q ⋅⋅''+=+= 8933 kVAcos φ′35=P ′ca.35／S ′ca.35=8257／8933=0.924>0.9 合乎要求。