企业供电系统杜家村煤矿工程设计.doc

信息与电气工程学院
课程设计说明书
(2015/2016学年第一学期）

课程名称：企业供电系统工程设计
题目：杜家村煤矿35kV变电所设计
专业班级:
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数： 1周

设计成绩：

2016年1月14日

目录

1 设计目的2
2 设计数据2
2.1 给定数据2
2.2 用电负荷数据2
3 技术要求2
4 主要任务2
5 变电所的设计2
5.1 负荷计算2
地面6kV高压：2
5.2 短路电流计算2
5.2.1 35kV母线K1点短路2
5。2.2 6kV母线K2点短路：2
5。2。3 6kV母线短路电流2
5.3 供配电系统的设计方案技术及经济性对比2
5.4 供配电系统图的拟定和绘制2
5。4。1 一次侧的设计2
5。4.2 二次侧的设计2
5.5 变压器的选择2
5.6 主要电气设备的选择2
5.6.1 高压设备的选择2
5。6。2 选隔离开关2
5.6.3 低压设备的选择2
5。6.4 互感器的选择2
5。6.5 高压熔断器的选择2
5。7 线缆的选择2
5.7.1 母线的选择2
5。7.2 各负荷电缆的选择2
6 心得体会2
7 参考文献2
8 指导教师评语2

1 设计目的
本设计的矿变电所位于山西省静乐县境内，是一个终端变电所，只供杜家村煤矿用用电，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公里外的静乐经过架空线路引接而来的是主要电源，另一线是从谢村通过架空线路引接而来，依照设计要求设计线路。
2 设计数据
2.1 给定数据
（1）电源:供电电压等级为35kV,离矿井地面变电所的距离为4km。
（2）系统电抗:最大运行方式 =0。4193;最小运行方式=0。7389。
（3）输电方式：架空线双回路。
(4)出线过流保护动作时间：3秒
（5）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。
2.2 用电负荷数据
用电设备名称
UN(kV）
PN（kW)
Kd

Pca(kW)
Qca(kvar）
Sca(kVA)
Ica（A)
1、地面高压

主井提升机
6
2000
0。9
0。85
0.62
1800
1116
2117.6
203.8
副井提升机
6
1600
0.8
0.85
0。62
1280
793。6
1505。9
144。9
压风机
6
1200
0.8
0。9
—0.5
960
-460.8
1066。7
102。6
2、南风井

通风机
6
800
0。7
0。8
-0。8
560
-420
700
67.4
压风机
6
500
0.7
0。8
0。75
350
262。5
437。5
42。1
低压设备
6
539
0。7
0.8
0。75
377.3
283
471。6
45.4
3、北风井

通风机
6
800
0.7
0.8
-0。8
560
-420
700
67。4
压风机
6
500
0。7
0。8
0.75
350
262.5
437.5
42.1
低压设备
6
539
0.7
0。8
0。75
377.3
283
471。6
45.4
4、地面低压

地面工业工场
6
1879.6
0.7
0。77
0.82
1273.5
1044。3
1646.9
158。5
立井锅炉房
6
914
0。6
0。7
1.02
548.4
559。4
783。4
75.4
机修厂
6
888
0。4
0。65
1。17
355.2
415.2
546.5
52。6
坑木厂
6
247
0.4
0。7
1。02
98.8
100。8
141.4
13。6
选煤厂
6
3164
0。6
0。8
0。75
1898.4
1423.8
2373
228。3
水源井
6
175
0.8
0。8
0。75
140
105
175
16.8
工人村
6
735
0.5
0。7
1.02
367。5
374。9
525
50。5
其它用电设备
6
682
0.5
0.7
1。02
341
347。8
487。1
46.9
5、井下高压

主排水泵高
6
3750
0.9
0。85
0.62
3187.5
1976.3
3750
360.9
主排水泵正
6
2500
0。9
0.85
0.62
2125
1317。5
2500
204.6
6、井下低压

井底车场
6
642
0。6
0。8
0。75
385.2
288。9
481。5
46。3
111采区
6
912
0。6
0.7
1。02
547.2
558.1
781.5
75.2
113采区
6
905
0。6
0.7
1.02
543
553。9
775。7
74.6
124采区
6
899
0.6
0.7
1.02
557.4
568。5
796.3
76.6
156采区
6
1617
0。8
0.75
0。88
1212。8
1067.3
1617.1
155。6

3 技术要求
（1）35kV母线上的功率因数大于0。9,电压损失小于5％，母线残压大于60%.
（2） 满足煤矿对供电的要求.
（3） 满足煤矿安全规程要求，变电所设计规范等要求。
4 主要任务
（1） 负荷计算；
（2） 短路电流计算；
（3） 供配电系统的设计方案技术和经济的比较;
（4） 供配电系统图的拟定和绘制；
（5） 变压器的台数、容量和型号选择;
（6） 变电所主要电气设备的选择;
（7） 线缆型号、截面、长度的选择;
（8） 变电所的一次接线图设计；
（9） 撰写一份课程设计说明书。
5 变电所的设计
5。1 负荷计算
地面6kV高压：
(1）主井提升机
=2000kW, =0。9,=0.85，=0.62
∑=0.92000=1800kW，==18000。62=1116kvar
=1800÷0.85=2117。6kVA,=203。8A
(2）副井提升机
=1600kW,=0。8,=0.85，=0.62
∑=0。81600=1280kW,==16000.62=793.6kvar
=1600÷0.85=1505.9kVA，=144。9A
（3）压风机
=1200kW，=0.8,=0.9,=-0.48
∑=0。81200=960kW,==960（-0。48)=-460。8kvar
=960÷0.9=1066。7kVA，=102.6A
其它同理，则高压侧负荷总计
1800+1080+······+1212.8=18073。5kW
1116+793。6+······1067。3=11087。1kvar
最大负荷同时系数,，,则：
=ּ=0。918073.5=16266.2kW
=0.9511087。1=10532。7kvar
==19378。5Kva

5。2 短路电流计算
根据设备的选择和继电保护的要求选择短路计算点，一般选择在线路的始末端，本设计将35kV母线、6kV母线、各6kV出线端选为短路计算点。

5.2。1 35kV母线K1点短路
设Ex=1,Sj=100MVA，Uj1=6。3kV,
短路参数1。56kA,0.43=0.088.
⑴在最大运行方式下：=0。4193

短路标幺值：
三相短路电流：kA
短路电流冲击值：
短路容量：
⑵最小运行方式下：

短路电流的标幺值：
三相短路电流：
两相短路电流：
5.2。2 6kV母线K2点短路：
令Sj=100MVA，Uj=6。3kV，则9。16kA
⑴在最大运行方式下:

=0。4193
0.43=0.088.
=0。4193+0。088+0。469=0。9763
，

⑵最小运行方式下:

=0.7389+0.088+0.469=1.296，

5。2.3 6kV母线短路电流
计算过程中依照上述计算方法确定各设备的短路电阻，在短路点处依照公式极端短路电流，其具体状况见如下表。
用电设备短路点
最大运行方式
最小运行方式
三相短路电流kA
短路电流冲击值kA
短路容量MVA
两相短路电流 kA
35kV母线
3.07
7。83
197
1.58
6kV母线
9.38
23.92
102。4
6。21
主井提升机
4。956
12.64
54。1
3.74
副井提升机
4.956
12。64
54。1
3。74
通风机
4.653
11.87
50.8
3。55
压风机
5.84
14。89
63。8
4.2
井下主变电所（修正前）
1.28
3.26
65。1
0。91
低压动力变压器
1。31
3。34
66。9
0。93
地面工业广场
1。18
3.01
12.9
0。934
立井锅炉房
3.75
9.56
40.9
2。86
机修厂
1。09
2。78
55。6
0.8
坑木厂
1
2.55
51。3
0。74
选煤厂
1。16
2。96
59.3
0.85
工人村
1.23
3.31
62。6
0。89
水源井
0.47
0.92
24
0。38
井下主变电所(修正后）
4。5
11。47
47.2
0.85

5。3 供配电系统的设计方案技术及经济性对比
本变电所是35/6KV,双电源进线的终端变电所，属双回路供电。主变容量16000KVA，故拟定选用桥式接线。
桥式接线分为内桥、外桥、全桥三种。下对其可行性作简单比较。
内桥接线:它由两台受电线路的断路器和内桥上的母联断路器组成.主变压器与一次母线的隔离开关联结。它的优点是切换进线方便，设备投资、占地面积相对全桥少，缺点是倒换变压器不方便,继电保护较复杂，适用于距离较长，变压器切换不很频繁的变电所。这种接线一次侧可设线路保护,但主变压器和受电线路保护的短路器均由受电断路器承担，互有影响，这是它的主要缺点。主变压器一次由隔离开关与母线联接，对环形供电的变电所，在操作时常被迫用隔离开关切合空载变压器。当主变压器电压为：电压35KV,容量7500KV以上时，其空载电流超过了隔离开关的切合能力。此时必须改用由五个断路器组成的全桥接线。
外桥接线：它由主变压器一次侧两断路器和外桥上的联络短路器组成,进线由隔离开关受电。这种接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母线分段的结线,且投资少,占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便.所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所,或变压器采用经济运行需要经常切换的终端变电所.
全桥接线：它由进线的两台断路器、变压器一次侧的两断路器和35KV汇流母线上的联络短路器组成。这种接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越时负荷时）。继电保护全面。缺点是设备多，投资大,且变电所占地面积大。基于本变电站所主变容量较大以及煤矿对供电可靠性运行的灵活性，操作方便等的严格要求,结合以上分析，决定采用全桥接线作为本变电所的主接线方式。
变电所主接线应根据负荷容量的大小,负荷性质，电源条件，变压器容量及台数，进出线回路以及经济性安全性，可靠性等综合指标来确定。主接线力求简单运行可靠,操作方便,设备少和便于维修，需要时还应考虑扩建变电所的可能性。
5。4 供配电系统图的拟定和绘制

5.4.1 一次侧的设计
主变压器一次侧有隔离开关与母线连接，对环形系统中的电压等级35kV在变压器容量为7500kVA及以上时，超过了隔离开关切合空载变压器的能力，此时必须采用有五个断路器组成的全桥接线,全桥接线比外桥接线或内桥接线多了二个断路器，在经济上不太合算，但由于矿上用电的安全性是最重要的,而全桥接线具备了外桥和内桥的优特点，故本设计采用全桥接线形式.

5。4.2 二次侧的设计
本设计采用单母分段，母线用断路器分段，这不仅便于分段检修母线，而且可减小母线故障影响范围.可以提高可靠性和灵活性。对矿上的重要用户从不同分段上引接，以便在母线上某一段发生故障的时候,能保证重要用户的正常供电，简单清晰，设备少，操作方便，且有利于扩建。

5。5 变压器的选择
考虑到工业广场低压负荷有一类负荷的辅助设备,为保证供电可靠，选两台变压器：
。
可选S9-1250/10型变压器两台，其技术参数见下表。
型号
额定电压
额定损耗（Kw)
阻抗电压
空载电流
连接组
重量
外形尺寸，m

高压（kV）
低压（Kv）
空载
短路
％
％

S9-1250/10
6
0.4
2。2
11。8
4。5
1.2
Y,yn0
4。65t
2.31*1。91＊2。63
变压器的负荷系数为：
5.6 主要电气设备的选择
5.6.1 高压设备的选择
当一台变压器故障或断路器检修的时候，35kV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时,35kV侧的电流为:=264A
故35kV母线侧断路器选:SW3-35/600型断路器。
型号规格:SW3—35/600；额定电压:35kV；额定电流：600A；断流容量:400MVA；极限通过电流峰值：17kA；4S热稳定电流：6。6kA;固有分闸时间：≤0。06S;固有合闸时间：≤0.12S；重量：700kg；外形尺寸（m)：1.9×1。65×2。2；电动操作机构：液压型；配电流互感器LR-35/100~1000装入式。

当一条线路故障时，全部负荷电流都通过35kV高压侧的隔离开关，故长时最大工作电流为：
故初步选择35kV侧的隔离开关为GW5—35G/600.设备型号：GW5—35G/600;额定电压:35kV;额定电流：600A；极限通过电流峰值:72kA；4S热稳定电流：16kA;重量：3T;外型尺寸(m）：2.7×0.9×0。9；配用操作机构：CS17型（手动）；采用的是室外布置。
5。6.3 低压设备的选择
当一台变压器故障或断路器检修的时候,6kV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量,此时，6kV侧的断路器的长时最大工作电流为:1540A
故6kV侧的断路器选SN10-10/2000.
型号规格
电压
电流
动稳定电流
4s热稳定电流
GN25—10Q/2000
10kV
2kA
140kA
40kA
计算隔离开关的长时最大工作电流。当一条线路故障时，全部负荷电流都通过6kV低压侧的隔离开关,
通过6kV侧的隔离开关的长时最大工作电流为：
故初步选择6kV侧的隔离开关为GN25-10Q/2000。
型号规格
电压
电流
动稳定电流
4s热稳定电流
GN25-10Q/2000
10kV
2kA
100kA
40kA

5。6。4 互感器的选择
（1）电流互感器的选择
35kV母线侧电流互感器的选择：因母联断路器不用于测量,只设保护,故选用LCWDL-35—3—600/5型电流互感器装入，其互感比为600/5，二次负荷额定阻抗为2Ω，1s热稳定倍数为75,动稳定倍数为135。
6kV母线侧电流互感器的选择：6kV母线侧的最大长时工作电流923。6A则初步选择LZD1—10型电流互感器，工作电压:10kV；额定电流比：1000/5；1S热稳定倍数：50；动稳定倍数：90.
（2）电压互感器的选择
本35kV变电所为终端变电所，35kV进线不需要进行绝缘监测，只需要测量线路电压，故按前面计算，选JDJ-35型电压互感器两台,型号规格：JDJ—35型；原边电压：35kV；副边电压:0.1kV；额定容量及精确度:150VA—0.5级；极限容量：1200VA；
5.6.5 高压熔断器的选择
所用变长时工作电流为：===0.82A
变电所用的熔断器选用型跌落式熔断器，其技术数据为：额定电压35kV容管电流为2A，最大断流容量为600MVA。
5。7 线缆的选择
5。7.1 母线的选择
(1)35kV输电线和母线选择
选用同型号的导线，此时，35kV侧母线的电流为：
====242.5A
考虑通常情况下过负荷5％，则其最大长时负荷电流为=242.51。05=254。6A。
由于两台主变分裂运行，正常情况下线路也分裂运行，故每一回路的工作电流为：
＝＝254.6=127.3A
铝绞线的经济电流密度为＝0。9()，导线的经济截面为：
A===141.4可初选LGJ—150型钢芯铝绞线;
（2)6kV母线选择按正常持续工作电流选择
考虑最大长时工作时变压器可能过载5％，则：
===1322。3A。
选用LJ185型矩形铝母线,在25C时其载流量为9.38kA，考虑温度修正系数，在环境温度为40时，修正系数为：
==0.82
则修正后的长时载流量为，=0.829。38=7691。6A〉=1322。3A；满足系统要求。
5。7。2 各负荷电缆的选择
（1） 主井提升机电缆的选择：
最大长时负荷电流：===203.8A；
查表得铝芯电缆得经济密度为=1。54，则===132。3
查表可选ZLQ22-6—395型铝芯纸绝缘铅包粗钢丝铠装电缆单根三芯土壤中敷设，其长时负荷电流为260A，
（2） 副井提升机电缆的选择
最大长时负荷电流：== =144.9A；
查表铝芯电缆得经济密度为=1.54则其经济截面== =94。1
查表可选ZLQ22—6—395型铝芯纸绝缘铅包粗钢丝铠装电缆单根三芯土壤中敷设，其长时负荷电流为260A。

6 心得体会
经过一周的努力，终于完成了本次工厂供电课程设计。通过这次课设，收获很多，很有一种成就感.
通过本次课程设计，使我进一步加深了工厂供电知识的深刻理解与领悟，这次课程设计是在不断烦人查阅资料、学习和调试中完成的,通过上网形成具体的设计思路,在学习和调试中不断巩固和完善程序。通过这次设计，我们在课堂的中学习到的知识得到运用，在设计的过程中我发现,课堂学的知识还远不能满足实际应用,所以我们还要加强自学能力来扩充自己的知识储量，并且要树立终身学习的观念。
7 参考文献
[1］苏文成.工厂供电(第2版)[M].北京:机械工业出版社
［2]唐志平.供配电技术。北京.电子工业出版社.2007
［3］刘介才编著.供配电技术。北京：机械工业出版社。2002
［4］刘介才编.工厂供电（第3版）.北京：机械工业出版社。1998

8 指导教师评语
课程设计
评语

课程设计
成绩

指导教师
（签字）

年月日

11