矿山电工学课程设计指导书
河南理工大学自考助学
机电设备与管理专业
《矿山电工学》课程设计指导书
河南理工大学 成人教育学院
2014年6月
目录
1. 绪论(或前言) ................................................ 1
1.1设计目的和意义 ........................................... 1 1.2 设计内容和要求........................................... 1 1.3 原始资料................................................. 1 2 负荷计算及变压器选择 .......................................... 3
2.1负荷计算 ................................................. 3 2.1.1计算各组负荷 ........................................... 3 2.1.2 各低压变压器的选择与损耗计算........................... 3 2.2 计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器............... 5 2.2.1 功率因数补偿与电容器柜选择............................. 5 2.2.2 主变压器校验及经济运行方案............................. 5 2. 3 拟定绘制矿井地面供电系统一次接线图...................... 5 2.4 设计计算选择结果汇总..................................... 6 3短路电流计算................................................... 7
3.1选取短路计算点并绘制等效计算图 ........................... 7 3.2选择计算各基准值 ......................................... 7 3.2.1计算各元件的标么电抗 ................................... 8 3.2.2计算各短路点的短路参数 ................................. 8 4电气设备选择................................................... 9
4.1 35kV电气设备的选择 ..................................... 9 4.2 6kV电气设备选择 ....................................... 10 4.3 选择结果汇总........................................... 10 5 结束语 ....................................................... 10 参考文献 ....................................................... 10
(根据自己设计内容更改目录)
1. 绪论(或前言)
1.1设计目的和意义
掌握矿山供电系统中负荷统计计算、短路计算、电气设备的选择等设计环节,并进行初步的工程设计,为将来能够独立设计完成供电系统打下坚实的基础。
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1.2 设计内容和要求
本课程设计,主要包括①负荷统计;②功率因数提高;③主变选择;④电气主接线方案;⑤绘制供电系统一次接线图;⑥短路计算;⑦主要电气设备的选择等。
设计者接受任务后,应本着安全可靠、技术经济合理的精神,遵照有关规程规范,结合我国和矿上现状及条件,力求系统简单可靠,尽可能选用国产设备,并考虑一定的发展余地,同时注意吸取和采用国内外的先进技术,作出质量较高,满足工程要求的供电设计。
设计说明书力求简洁,同类计算仅举一例,其余只需列出基本参数和计算结果于表内,设备选择与继电保护整定均按次原则处理。
用2号图纸画供电系统图一张,注意整个图纸的结构布置及个设备图形符号的正确运用,开关设备应标出型号规格及继电保护整定的结果,电缆应标出型号、截面、总数和长度等等。
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1.3 原始资料
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:Xs.min=0.12(Sd=100MVA);
本所35kV电源母线上最小运行方式下的系统电抗:Xs.max=0.22(Sd=100MVA);
井下6kV母线上允许短路容量:Sal=100MVA;
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:θ最热月室内最高气温月平均值:θ最热月土壤最高气温月平均值:θ
m.o
=42℃ ; =32℃ ; =27℃ 。
m.i
m.s
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
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。
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2 负荷计算及变压器选择
2.1负荷计算
2.1.1计算各组负荷
分别算出各设备或设备组的Pca、Qca、及Sca,并填入表2中12~14列。 例如,对于主井提升机有
Pca.1=Kd1PN1= Qca.1=tanφPca.1
=
=***kVA
***
2.1.2 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,选择时据表2中的计算视在容量进行。
1.机修厂、工人村与支农变压器
查附表1分别选用S9-800,6/0.4kV、S9-500,6/0.4kV、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S9-800,6/0.4kV型铜线电力变压器。
3.洗煤厂变压器
选用两台S9-800,6/0.4kV型铜线电力变压器。
4.各变压器功率损耗计算
两台变压器一般为分列运行,其功率损耗应为按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。
例如,对于500kVA工人村变压器,据查工程手册有关参数,可算得
PT=P0+PK(
Sca24292
)15()4.7kW SNT500
I0%UK%21.444292
QTSNT()500()21.7kvar
[**************]2
又如,对于地面低压两台800 kVA变压器,同样可算得
1S8022
PT=2[P0+PK(ca)2]2[1.457.2()]6.5kW
2SNT2800I%U%1.24.5802
QT2SNT(0K2)2800[]37kvar
[1**********]02800
2
井下低压负荷的变压器损耗
ΔPT=0.015Sca=0.015×2203=33 kW
ΔQT=0.06Sca=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
2.2 计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器
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2.2.1 功率因数补偿与电容器柜选择
设计要求35kV侧的平均功率因数为0.9以上,但补偿电容器是装设联接在6kV母线上,而6kV母线上的总计算负荷并不包括主变压器的功率损耗,这里需要解决的问题是,6kV母线上的功率因数应补偿到何值才能使35kV侧的平均功率因数为0.9级以上?
分析解决此问题的思路如下: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,并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。
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2.2.2 主变压器校验及经济运行方案
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2. 3 拟定绘制矿井地面供电系统一次接线图
拟定矿井地面供电系统图,应从35kV电源线开始,依次确定电源进线回路、35kV和6kV主接线,再考虑各6kV负荷的分配与联接来构思。至于下井电缆的回路数,主要由负荷电流和井下开关最大额定电流,并兼顾是否设置限流电抗器来统筹考虑。最后绘制地面供电系统一次接线图。
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2.4 设计计算选择结果汇总
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图某矿地面变电所供电系统一次接线图
1
35kV
3短路电流计算
按给定的条件,对供电系统进行短路电流计算。要求计算出有关短路点最大运行方式下的三相短路电流、短路电流冲击值以及最小运行方式下的两相短路电流。
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3.1选取短路计算点并绘制等效计算图
一般选取各线路始、末端作为短路计算点,线路始端的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性,并作为上一级继电保护的整定参数之一,线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。故本题在图1中可选35kV母线,6kV母线和各6kV出现末端为短路计算点。
由于本题35/6kV变电所正常运行方式为全分列方式,故任意点的短路电流由系统电源通过本回路提供,且各短路点的最大、最小短路电流仅与系统的运行方式有关,故可画得如图2所示的等效短路计算图。
图2等效短路计算图
3.2选择计算各基准值
选基准容量Sd=100MVA,基准电压Ud1=37kV,Ud2=6.3kV,Ud3=0.4kV 则可求得各级基准电流为
Id1
1.5605kA
Id29.1646kA
Id3
144.3376kA
3.2.1计算各元件的标么电抗
1.电源的电抗
X*s.max=*;X*s.min=* 2.变压器电抗
主变压器电抗 X*T1=Uk%
SdSNT1
=* Sd
地面低压变压器电抗 X*T5=Uk%SNT2=* 3.线路电抗
35kV架空线电抗X*l =l X0下井电缆电抗* 扇风机1馈电线路电抗* 扇风机2馈电线路电抗* 主井提升馈电线路电抗* 副井提升馈电线路电抗* 压风机馈电线路电抗* 地面低压馈电线路电抗* 洗煤厂馈电线路电抗* 工人村馈电线路电抗* 机修厂馈电线路电抗* 支农馈电线路电抗*
Sd
U2d1
=*
3.2.2计算各短路点的短路参数
(一)K35点短路电流计算
1.最大运行方式下的三相短路电流 *
2.最小运行方式下的两相短路电流 *
(二)K66点短路电流计算 1.最大运行方式下的三相短路电流 *
2.最小运行方式下的两相短路电流 *
(三)K21点短路电流计算(折算到6kV侧) 1.最大运行方式下的三相短路电流 *
6kV侧的短路电流参数 *
2.最小运行方式下的两相短路电流 *
6kV侧的最小两相短路电流为 *
(四)井下母线短路容量计算(K7点) ***
'
4电气设备选择
4.135kV电气设备的选择
(一)高压断路器的选择 ******
(二)隔离开关的选择 ******
(三)电流互感器选择 ******
(四)电压互感器的选择 ******
(五)35kV避雷器的选择 ******
4.26kV电气设备选择
******
(一)开关柜方案编号选择 ******
(二)高压开关柜校验 ******
(三)6kV母线选择 ******
(四)6kV支柱绝缘子的选择 ******
(五)穿墙套管的选择 ******
4.3选择结果汇总
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5 结束语
收获、感想、致谢
6 参考文献
参考书。
可选设计题目:
采区供电设计
第一步:准备
一. 自学书上第六章——采区供电设计计算 二. 认真看懂原始资料
第二步:封面和目录
一. 封面设计(矿山电工学课设、班级、姓名、学号) 二. 目录(按原始资料内的要求写)
1 绪论-------------------------------------------------- 2 原始资料 --------------------------------------------- 3 采区负荷计算------------------------------------------ 4 确定采区供电系统-------------------------------------- 5 进出线截面的选择-------------------------------------- 6 短路电流计算------------------------------------------ 7 高、低压开关选择及校验-------------------------------- 8 继电保护的选择及整定---------------------------------- 9 结束语及参考文献--------------------------------------
第三步:内容
一. 绪论(或前言)
1. 设计题目:×××××× 2. 设计内容和要求:
绪论 ①、原始资料;
②、采区负荷计算(确定变压器容量、台数及型号); ③、确定采区供电系统(画出采区供电系统图2#图纸); ④、进出线截面的选择;(低压侧) ⑤、短路电流计算;(干线) ⑥、高、低压开关选择及校验; ⑦、继电保护的选择及整定;(干线) ⑧、结束语及参考文献。 3. 采区供电的要求: 4. 对井下电气设备的要求:
二. 原始资料
1、该矿为低沼气低涌水量矿井,年产量30万吨,煤层南北走向,倾角12度(北高南低),立井开拓,井深120米,煤质中硬,厚度1.8米,顶、低板中等稳定。
2、采区为中间上山开采,采区分三个区段,区段总长度为345米,工作面长100米,东翼走向长度400米,采用国产80机组采煤,煤巷掘进为放炮落煤、皮带机运输,西翼最大走向长度280米,为炮采工作面。
3、井下中央变电所配出电压为6KV,配出开关的断流容量为50MVA,其到上山巷道下部的距离为1600米,采区主要用电设备的电压660V,煤电钻和照明的电压为127V。
4、采煤方法为长臂后退式普通机采和炮采,两班出煤,一班检修,日产量1000吨,采区服务年限为2年。
5、采区巷道及设备布置见图1。 6、采区用电设备负荷统计见表1。
2
采区巷道及设备布置图1
注:照明负荷约4KW。
三. 负荷计算及变压器选择:(在此之前,所置的选择,本题目已知,所以省略)
1. 负荷分组及配电点确定:
①根据工作面分(如:机采﹑炮采﹑掘进等) ②根据设备性质分(如:采煤机﹑运输机﹑电钻等) ③考虑专用线(如:采煤机﹑运输机﹑提升机等) ④列出各配电点的设备及专用线所带设备 2. 初步确定采区高压总体供电方式:
①采区高压供电系统的拟定原则和初步拟定高压系统
②画出采区高压供电方式图(如下图所示),一个生产环节一台变压器的原则。
炮采面掘进面机采面
3. 负荷计算及变压器选择:
①负荷计算方法介绍(需用系数法的定义,公式介绍,系数的取值来源.) ∑PN * Kde
Sac = ------------
cosφwm
PcaKdePN
或QcaPcatg
Sca
UN
Ica式中: Sac ---- 各配电点用电设备的计算负荷KVA.
∑PN ---- 配电点内具有相同需用系数的用电设备额定负荷之和KW. Cosφwm ----- 用电设备组的加权平均功率因数 Kde ---- 需用系数,
②根据上面的供电方式求出各组的计算负荷并选择该组的变压器(如下所示)
炮采面配电点组:ⅰ.求出该电点总的计算负荷Sac(考虑照明负荷1KW)
ⅱ.查表选择变压器(含电钻、照明变压器)
掘进面配电点组: 方法同上。 机采面配电点组: 方法同上。
列出所选择的所有变压器的技术参数表(表中含有:负荷分组, 计算负荷,变压器型号, 技术参数等),并标注到整个采区供电系统图(2#图纸)中。
四、确定采区低压供电系统:(根据分组情况)
1、采区供电系统拟定原则:
2、采区供电系统图的拟定: (分三部分画) ①炮采面配电点供电系统图的拟定 ②掘进面配电点供电系统图的拟定
③机采面配电点供电系统图的拟定(如下图所示) ④画出整个采区供电系统图(2#图纸)
3#
QA ○
③①
五.进出电缆的选择:(高、低压电缆)
1.电缆选择一般原则: ①电缆型号选择原则 ②电缆长度确定原则 ③电缆芯线数确定原则 ④电缆主芯线截面确定原则 2.电缆选择方法介绍:
①支线(配电点到设备间)电缆截面的选择方法介绍 ②干线(采区变电所到配电点间)电缆截面的选择方法介绍 3.各支路电缆选择计算:
①炮采面配电点各支路电缆选择(参照前面的系统图) a. 各支路电缆型号确定
根据前面选择原则,主要考虑设备性质、设备是固定还是移动的、干线或支线等。 b. 各支路电缆长度确定
根据前面选择原则,按采区平面图上的尺寸计算。(配电点距工作面的距离为50米,专线除外,各段电缆需增加一定的长度) c. 各支路电缆芯线的(根数、截面)确定 ⅰ.求出各支路的最大工作电流
Klo * PN* 10³
Ica= ------------------------- √3 * VN * cosN*ηmo
式中:Ica ―― 长时最大工作电流;A
Klo --- 电动机负荷系数;(原始资料中已知)
PN―― 电动机的额定功率;KW(原始资料中已知) ηmo―― 电动机的额定效率;(原始资料中已知)
cosφN――电动机功率因数;(原始资料中已知)
VN―― 设备的额定电压;V(原始资料中已知)
ⅱ.选择各支路芯线的根数和截面
ⅲ.电缆截面校验(干线电缆)
②掘进面配电点各支路电缆选择(参照前面的系统图) 方法同前
③机采面配电点各支路电缆选择(参照前面的系统图) 方法同前
④列出所有选择的电缆结果表,并将各电缆型号标注到整个采区供电系统图(2#图纸)中。
六.短路电流计算:(仅计算干线)
1.选择短路点: 一般选择QA或DW开关输出线路的末端。 2.计算各短路回路的电抗:按低压电网计算。 3.求出各短路点的短路电流:Is³ . Is² . ich .Ss 。
4.列出短路电流总表:
七.高、低压开关选择及校验:
1.选择原则:①高压设备选择原则; ②低压设备选择原则; 2.高压设备选择及校验: 3.低压设备选择: 4.列出所选开关总表:
八、保护整定计算:(仅对高压开关和低压总开关)
九、结束语及参考文献
收获、感想、致谢、参考书。