朔州芦家窑煤业有限公司供电系统设计毕业设计论文.doc

太原理工大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：朔州芦家窑煤业有限公司供电系统设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 山西朔州平鲁区芦家窑煤矿有限公司（简称“芦家窑煤矿”）位于山西省朔州市平鲁区陶村乡的东侧，行政区划隶属平鲁区陶村乡管辖。山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发200936号文“关于朔州市平鲁区煤矿企业兼并重组整合方案（部分）的批复”，该矿属单独保留矿井，矿井生产能力由0.9Mt/a增加到1.5Mt/a。1 供电电源1.1 地方及矿区电力系统现状 芦家窑煤矿位于山西省朔州市平鲁区境内，属山西省朔州电力公司供电范围，矿井工业场地附近现有杏园110kV变电站一座和四座35kV变电站。其中华美奥35kV变电站、后安35kV变电站及芦西煤矿35kV变电站等三座变电站均为各煤矿（公司）的矿井变电站，变压器均已满负荷运行；杏园110kV变电站位于本矿井东北约10.5km处，两回110kV电源分别引自向阳堡220kV变电站110kV母线段，导线型号均为LGJ-240mm2，站内设有两台主变压器，其容量均为40MVA，本矿现有两回35kV电源线路引自该变电站。 西家寨35kV变电站位于本矿井西北约2km处，两回35kV电源分别引自井坪110kV变电站35kV母线段和铺上220kV变电站35kV母线段，导线型号均为LGJ-120mm2，站内设有两台主变压器，其容量均为10MVA，本矿现有一回10kV电源线路引自该变电站。1.2 矿井供电电源根据朔州供电分公司关于对平鲁区芦家窑煤矿供电方案的批复，在芦家窑煤矿建有一座35kV变电站。其供电电源为：从杏园110kV变电站35kV不同母线段各出一回35kV线路作为主供电源，导线型号均为LGJ-120 mm2，长度均为10.5km；另外由西家寨35kV变电站出一回10kV线路作为矿井的保安电源，导线型号为LGJ-120mm2，长度为2km。1.3气候及地震 井田位于晋西北黄土高原区，属温带大陆性气候。干燥、昼夜温差大，风沙多为本区气候的主要特点。全年平均气温4.5，一月份最冷，平均气温-12，极端最低气温-32.4。七月份最热，平均气温20，极端最高气温38.2。平均年降水量420mm，主要集中在七、八月份，占全年降水量的50%以上。年蒸发量1375.62898.0mm，平均2351mm，为年降水量的5倍。全年无霜期100120天，初霜期为九月下旬。冰冻期为十月下旬到次年四月中旬，最大冻土深度1.51m。 本区风沙大，八级以上大风(风速大于17.2m/s)平均有25天以上。一般风沙日在290天以上，多集中在冬春季节。风向以西北风最多，最高风速可达21m/s以上。 据历史记载，平鲁区于1407年6月9日和1958年9月5日曾发生两次5.5级地震。据中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001图A-1）井田地震动峰值加速度为0.10g。本区地震烈度7度。 毕业设计（论文）主要内容：1.确定主变电所主接线型式。2. 确定矿井地面供电系统的结线方案。3. 负荷统计。4.短路电流的计算。5.选择高低压电气设备。6.选择供电线路。7.继电保护整定计算。学生应交出的设计文件（论文）：1. 论文 一份2. 外文资料 一份 主要参考文献（资料）：1.矿山供电技术 李虎伟 中国矿业大学出版社2.供配电技术 居荣 化学工业出版社3.供电技术 余建明 机械工业出版社4.工厂供电 刘介才 机械工业出版社5.电力工程设计手册6.有关高压电器产品样本等。7.煤矿安全规程专业班级 学生 要求设计（论文）工作起止日期 2014.3 至2014.6 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 iv朔州芦家窑煤业有限公司供电系统设计 摘 要 本设计初步设计了煤矿地面35kV变电站的设计。其设计过程主要包括负荷计算、主接线设计、短路计算、电气设备选择、继电保护方案、变电所的防雷保护与接地等。通过对煤矿35KV变电站做负荷统计，用需用系数法进行负荷计算，根据负荷计算的结果确定出该站主变压器的台数、容量及型号。用标幺值法对供电系统进行了短路电流计算，为电气设备的选择及校验提供了数据。根据煤矿供电系统的特点，制定了矿井变电所的主结线方式、运行方式、继电保护方案。其中35KV侧为全桥接线，6KV主接线为单母分段。两台主变压器采用分列运行方式。并根据电流整定值以及相关数据的校验，选择了断路器、隔离开关、继电器、变压器等电气设备。关键字：负荷计算; 变电站; 继电保护;运行方式 AbstractThe design is completed the design jiexiu Dafosi Taoyuan Coal Limited ground 35kV substation . The design process includes load calculations , the main wiring design , short circuit calculations, electrical equipment selection, knot -line program to determine the mine ground power systems , power lines selected substation lightning protection and grounding. By doing mine 35KV substation load statistics , with the required coefficient method load calculation , determine the number of units of the main transformer station , capacity and load calculation model based on the results . With power supply unit value method to calculate the short circuit current system for the selection and verification of electrical equipment provided data . According to the characteristics of coal -powered systems , the development of the mine substation main connection mode , operation mode. 35KV side of which is a full-bridge wiring , 10KV main terminal is a single mother of segmentation. Two main transformers breakdown runs. And in accordance with current setting and calibration related data , select the circuit breaker, isolating switches, relays, transformers and other electrical equipment. Due to the limited capacity of my own in the design will inevitably be mistakes and wrong, urge teachers criticism.Keywords : load calculation ; substation ; Run 目 录摘 要IAbstractII1 绪论1 1.1 设计依据11.2 设计目的及范围11.3 矿井基础资料21.3.1 本矿概况21.3.2 供用电协议21.3.3 自然条件21.3.4 原始负荷资料22 负荷计算132.1 负荷计算的目的132.2 负荷计算方法132.2.1 用电设备组计算负荷的确定132.2.2 多组用电设备组的计算负荷142.3 负荷计算过程142.3.1 各用电设备负荷计算142.3.2 五组和六组的负荷计算152.3.3 五组和六组无功补偿162.3.4 低压变压器的选择172.3.4 10kV母线侧补偿前总计算负荷172.3.5 补偿后10kV母线侧总计算负荷及功率因数校验183 变电所主变压器选择20 3.1 变压器的选取原则203.2 变压器选择计算203.3 35kV侧全矿负荷计算及功率因数校验213.4 变压器经济运行方案的确定214 电气主接线设计234.1 对主接线的基本要求234.2 本所电气主接线方案的确定235 短路电流计算25 5.1 短路电流计算目的255.2 短路电流计算中应计算的数值25 5.3 三相短路电流计算计算的步骤255.3.1 根据供电系统绘制等值网络255.3.2 用标幺值法计算阻抗值265.3.3 计算短路电流286 电气设备选择32 6.1 高压电气设备选择原则326.1.1 按正常条件选择326.1.2 按短路情况校验326.2 高压开关设备的选择及校验336.2.1 高压断路器的选择及校验336.3 互感器和避雷器356.3.1 互感器的选择356.3.2 开关柜避雷器的工作原理356.4 电力线路的选择366.4.1 35kV母线的选择与校验366.4.2 10kV母线及电缆的选择376.4.3 10kV侧各出线电缆的选择38参考文献41致 谢42英文原文43中文翻译61 IV1 绪论 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。1.1 设计依据1、中华人民共和国建设部及国家技术监督局联合发布的矿山电力设计规范。2、中华人民共和国电力公司发布的35kV110kV无人值班变电站设计规程。3、电力工程电气设计手册（电气一次部分）。4、煤矿电工手册（地面供电部分）。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.确定主变电所主接线型式。2.确定矿井地面供电系统的结线方案。3.负荷统计。4.短路电流的计算。5.选择高低压电气设备。6.选择供电线路。1.3 矿井基础资料1.3.1 本矿概况山西朔州平鲁区芦家窑煤矿有限公司（简称“芦家窑煤矿”）位于山西省朔州市平鲁区陶村乡的东侧，行政区划隶属平鲁区陶村乡管辖。山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发200936号文“关于朔州市平鲁区煤矿企业兼并重组整合方案（部分）的批复”，该矿属单独保留矿井，矿井生产能力由0.9Mt/a增加到1.5Mt/a。1.3.2 供用电协议根据朔州供电分公司关于对平鲁区芦家窑煤矿供电方案的批复，在芦家窑煤矿建有一座35kV变电站。其供电电源为：从杏园110kV变电站35kV不同母线段各出一回35kV线路作为主供电源，导线型号均为LGJ-120 mm2，长度均为10.5km；另外由西家寨35kV变电站出一回10kV线路作为矿井的保安电源，导线型号为LGJ-120mm2，长度为2km。1.3.3 自然条件井田位于晋西北黄土高原区，属温带大陆性气候。干燥、昼夜温差大，风沙多为本区气候的主要特点。全年平均气温4.5，一月份最冷，平均气温-12，极端最低气温-32.4。七月份最热，平均气温20，极端最高气温38.2。平均年降水量420mm，主要集中在七、八月份，占全年降水量的50%以上。年蒸发量1375.62898.0mm，平均2351mm，为年降水量的5倍。全年无霜期100120天，初霜期为九月下旬。冰冻期为十月下旬到次年四月中旬，最大冻土深度1.51m。本区风沙大，八级以上大风(风速大于17.2m/s)平均有25天以上。一般风沙日在290天以上，多集中在冬春季节。风向以西北风最多，最高风速可达21m/s以上。1.3.4 原始负荷资料负荷资料见表1.1 全矿电力负荷统计表。表1.1 全矿电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW井下负荷一回采工作面1采煤机1140700.0 700.0 2喷雾泵站114090.0 45.0 3破碎机1140160.0 160.0 小 计0.83 0.70 4乳化液泵站1140500.0 250.0 5可弯曲刮板输送机1140528528 6转载机1140132132 小 计0.75 0.70 二回采工作面运输顺槽1可伸缩带式输送机660320.0 320.0 2调度绞车660100.0 100.0 3注水钻6605.5 5.5 4注水泵66030.0 30.0 5小水泵66011.0 11.0 续表1.1 全矿电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW6煤电钻1271.2 1.2 小 计0.81 0.70 三回采工作面回风顺槽1调度绞车660165.0 165.0 2注水钻6605.5 5.5 3煤电钻1271.2 1.2 4注水泵66030.0 30.0 小 计0.50 0.70 四顺槽掘进工作面一1局扇660120.0 60.0 2掘进机660150.0 150.0 3注水泵66030.0 30.0 小 计201.7 201.7 0.50 0.70 五顺槽掘进工作面二1局扇660120.0 60.0 2掘进机660150.0 150.0 续表1.1 全矿电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW9工作 kW2掘进机660150.0 150.0 3可伸缩带式输送机66080.0 80.0 4调度绞车66050.0 50.0 5胶带转载机66011.0 11.0 6小水泵66011.0 11.0 7探水钻6605.5 5.5 8煤电钻1272.4 2.4 小 计0.64 0.65 六一盘区带式输送机机头配电1调度绞车660165.0 165.0 24-1煤运输巷带式输送机66075.0 75.0 3照明12720.0 20.0 小 计0.70 0.70 七大巷掘进工作面1局扇660120.0 60.0 2掘进机660150.0 150.0 3胶带输送机66011.0 11.0 续表1.1 全矿电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW5混凝土喷射机6605.5 5.5 6可伸缩带式输送机66080.0 80.0 7混凝土搅拌机6605.5 5.5 8探水钻6605.5 5.5 9刮板机66080.0 80.0 10小水泵66011.0 11.0 11煤电钻1272.4 2.4 小 计0.63 0.65 七井底设备1主排水泵660396.0 132.0 24-2煤运输巷带式输送机660160.0 160.0 34-2煤东运输巷带式输送机66075.0 75.0 44-2煤转载运输巷带式输送机66022.0 22.0 5调度绞车660110.0 110.0 6清仓绞车66025.0 25.0 7给煤机6605.5 5.5 8井下照明12720.0 20.0 小 计 续表1.1 全矿电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW井下合计5227.0 4148.0 0.69 地面一地面主井提升及井口房配电1主斜井带式输送机10000500.0 500.0 0.82 0.80 2主斜井检修绞车38055.0 55.0 3齿辊式滚轴筛38030.0 30.0 4手选带式输送机38011.0 11.0 5齿辊式滚轴筛38022.0 22.0 6混煤带式输送机38090.0 90.0 7大块煤带式输送机38030.0 30.0 8中块煤带式输送机38030.0 30.0 9地面空压机380240.0 120.0 小 计0.72 0.75 二机电修理车间1普通车床38011.0 11.0 2普通车床3807.7 7.7 3牛头刨床38011.0 8.5 4摇臂钻床3805.0 5.0 续表1.1 全矿电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW5立式钻床3804.5 4.5 6空气锤38015.0 15.0 7联合冲剪机38011.0 11.0 8锻钎机38011.0 11.0 9剪板机38015.0 15.0 10整形机38020.0 20.0 11马鞍车床3808.0 8.0 12交流弧焊机38063.0 63.0 13直流弧焊机38040.0 40.0 14电动起重机38020.0 20.0 15车轮拆装机3805.5 5.5 16轮轴起吊机3804.0 4.0 17车厢整形机3805.0 5.0 18轴承清洗机3801.5 1.5 19砂轮机3800.8 0.8 20台钻3802.2 2.2 小 计261.2 258.7 0.40 0.70 三锅炉房1引风机38074.0 74.0 续表1.1 电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW2鼓风机38030.0 30.0 3引风机38015.0 15.0 4鼓风机3803.0 3.0 5热水采暖循环泵38022.5 22.5 6循环泵38034.4 17.2 7上煤机3804.5 4.5 8补水泵3803.0 3.0 9除渣机3804.5 4.5 小计0.65 0.75 四坑木加工房1木工带锯机3807.5 7.5 2木工圆锯机38011.0 11.0 3活动截锯机3804.5 4.5 4万能刃磨机3801.5 1.5 5自动带锯磨锯机3801.0 1.0 6锯条辊压机3801.0 1.0 小 计0.50.65 续表1.1 电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW五生活用水供水系统1清水泵38022.5 15.0 2消毒装置3800.6 0.6 3排水泵3801.1 1.1 4消防泵38074.0 37.0 5深井泵38090.0 90.0 小 计0.68 0.73 六井下水处理站1消防泵38074.0 37.0 2提升泵38012.0 8.0 3排泥泵3803.0 1.5 4污泥提升泵3803.0 1.5 5污泥浓缩机3801.1 1.1 6污泥输送泵3802.2 1.1 7污泥切割机3809.0 9.0 8污泥脱水机38022.0 22.0 小 计380126.381.20.50 0.70 续表1.1 电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW七生活污水处理厂1回转式机械细格栅机3800.8 0.8 2提升泵3802.2 1.1 3地埋式污水处理装置38011.0 11.0 4二氧化氯发生器3801.1 1.1 5反冲洗泵3801.1 1.1 6转输泵3802.2 2.2 小 计0.65 0.75 八热风炉房及空气加热室1引风机38044.0 44.0 2鼓风机380150.0 150.0 3轴流通风机38015.0 15.0 小 计0.65 0.80 九灯房、浴室、任务交待室1矿灯充电架380/2204.54.52电动烘干机3807.57.5续表1.1 电力负荷统计表序号负 荷 名 称电压 V设备容量需用系数Kx功率因数cos总计 kW工作 kW3轴流风机及照明380/2200.5 0.5 小 计0.70 0.80 十黄泥灌浆站38029.8 29.8 0.75 0.75 十一架空乘人器38055.0 55.0 0.54 0.65 十二综合办公楼（生活、室内外照明用电）380/220100.0 100.0 0.70 0.80 十三副斜井提升机10000320.0 320.0 0.87 0.75 十四通风机660880.0 440.0 0.84 0.80 地面工业场地合计全矿井上下合计计入同时系数计入变压器及线路损耗集中补偿补偿后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。需用系数法计算简便，对任何性质的企业负荷均适用，且计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。但适用于设备台数比较多时，所以，当设备台数比较少时，应把需要系数偏大选。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： 2.2.1 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： （2.1） （2.2） （2.3）式中：、该用电设备组的有功、无功、视在功率计算负荷； 该用电设备组的设备总额定容量，kW； 功率因数角的正切值； 需要系数。2.2.2 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。具体计算如下： （2.4） （2.5） （2.6）式中：、为低压母线的有功、无功、视 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； 同时， 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2.3.1 各用电设备负荷计算1、 用电设备分组，在实际工程的设计中，要由实际情况，比如地理位置而定，在本次设计中，按表格中的顺序确定。变电所本身由于安全性高于其他设备，分为一组。对于井下的负荷，由于比较复杂，在设计中，分为一组。对于井上的设备，两个10kV的提升机和输送机各自单列一组。而剩余的380V和660V的设备，在广义上是一个电压等级；由于800kVA的变压器很常见，而在统计了负荷表1.1中这一部分的负荷之后，有功功率为1294.7kW,假设后边选型为800kVA的变压器，那么很明显，分为两组是比较科学的。考虑到煤矿以后的扩建，又留下一组备用。这样，本次设计的七组负荷分配完毕，详见表格2.1。表2.1负荷分组组别序号每组包括的设备第一组变电所本身的设备，比如照明第二组井下所有负荷第三组主斜井带式输送机第四组副斜井提升机第五组表1.1中地面一到七的设备第六组表1.1中地面七到十四的设备第七组备用 2、由表1-1查出各用电设备组的需要系数和功率因数，根据公式2-1计算出各用电设备组的计算负荷。 对主提升机=0.83，=0.70，=1.02因此