采矿井下车间变电所电气一次系统设计.doc

1、15目录目录4采矿井下车间变电所电气一次系统7一、设计任务7二、 原始资料：7三、负荷计算、变压器的容量、台数的确定10四、 进出线截面的选择12五、 短路电流计算13六、 高、低压开关选择及校验15七 、继电保护的选择及整定16参考文献18课程设计心得体会18 绪论工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工

2、业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经

3、济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 采矿井下车间变电所电气一次系统一、设计任务1、选择变电所主变台数、容量及型式

4、。2、设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。3、进行必要的短路电流计算。4、选择和校验所需的电气设备。5、设计本变电所的自用电接线。二、 原始资料：A. 采区供电设计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

5、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。表1采区用电设备负荷统计序号设备名称型号规格数量电 动 机备 注台数容量KW电压V电流A功率因数负荷率K效率起动电流A1采煤机MLQ1-801180660910.830.80.914262机采面运输机SGW44A1222660260.840.60.89181头、尾各一台3下顺槽运输机SGW404440660450.

6、850.60.913154炮采面运输机SGW221122660260.840.60.891815顺槽皮带机SPJ8001130660330.880.60.92156上山皮带机SDJ1501275660820.870.70.91533电机均在机头7上山绞车JTB12001155660600.890.50.913888煤电钻MZ21. 210101212760.830.70.85329掘进巷局扇JBT5222211660130.890.90.867510调度绞车JD11. 42211.4660140.870.50.868211回柱绞车JH2174417660210.840.50.8610112掘进

7、皮带机SPJ8002230660330.880.60.9234注：照明负荷约4KW。表2表3 移动变电站技术数据三、负荷计算、变压器的容量、台数的确定1 由于是在矿的特殊环境供电，故拟采用矿用隔爆型干式动力变压器KBSG型系列，按要求对该采矿的用电采用用电设备组的计算方法进行负荷计算：由用电设备的额定功率求取计算负荷、计算变压器的无功和有功功率损耗及的使用公式： （1） （2） (3)2 确定该矿区变压器的容量和台数 根据设备布置及容量确定几个分组方案，分别求出各个方案下的各组的计算容量，再根据它们初选变压器的容量及台数，然后根据不同分组方案进行后续的比较。2.1 容量和台数方案 1）第一方案

8、：一台移动变电站，2台电力变压器。I组（机采面用电）：4台下顺槽运输机、2回柱绞车、2台煤电钻、2台机采面运输机、1台采煤机、1台调度绞车+照明负荷。 总负荷：PN =（440+217+212+222+80+11.4+4）kW = 357.4 kW据上表2中的数据得：取Kde = 0.75，coswm=0.7，从而得移动变电站的计算负荷为：，选用KBSGZY-500/6型移动变电站1台。II组（西采面用电）：6台煤电钻、2台回柱绞车、1台调度绞车、1台炮采面运输机、1台顺槽皮带机、1台掘进巷局扇、1台掘进皮带机。总负荷：PN =（612+217+11.4+22+30+11+30）kW=210.

9、4kW据上表2中的数据得：分开取两个Kde、coswm得数据分别为：Kde=0.5，coswm=0.65，和Kde=0.5，coswm=0.7。从而得变压器的计算负荷为：，故选用KBSG-200/6型变压器1台。III组（东面机采面下）：2台煤电钻、1台上山皮带机、1台掘进皮带机、1台掘进巷局扇。总负荷：PN =（212+75+30+11）kW = 140 kW据上表2中的数据得：取Kde=0.5，coswm=0.7，则变压器的计算负荷为，故可以选用KBSG-200/6型变压器1台。2） 第二方案：一台移动变电站，1台电力变压器。负荷分组及变压器容量选择：I组：用电设备及选择结果均与第一方案I

10、组相同。II组：用电设备容量为第一方案中的II、III组用电容量之和，即PN =350.4kW,由上表2选取需用系数Kde=0.5，coswm=0.7，则变压器计算负荷为：，据此选KBSG-315/6型变压器1台。2.2 技术比较 按相同部分不参加比较的原则进行。 a. 方案一II组的KBSG-200/6型变压器。从上面的表2中查出：Iid,T=2.5,，vs=4，Pid=1000W，PN,T=1400W。上面已经算出，选。带入式（2）、式（3）计算出： 13.626 = 方案一 III组的KBSG-200/6型变压器依据与上相同的方法得：13.25 b.方案二II组的KBSG-315/6型变

11、压器。从上面的表2中查出：Iid,T=2.5,，vs=4，Pid=1400W，PN,T=2200W。上面已经算出，选。带入式（2）、式（3）计算出： 21.106 3 方案分析 上述两方案的共同处是均含有一台KBSG-500/6型移动变电站。下面方案不同部分进行分析。第一方案，采用两台干式变压器固定于采取变电所。功率损耗：第一方案 ；第二方案 ，由此可见两者相当。第二方案，采用1台隔爆干式变压器向6上山皮带机送上山运输系统及掘进工作面供电，则势必造成互相影响，故可从安全和生产的经济效益方面考虑不如采用第一方案。根据煤矿安全规程中的规定：“在低瓦斯矿井中，掘进工作面与回采工作面的电气设备应分开供

12、电。”决定采用第一方案，即确定使用一台KBSGZY-500/6型移动变电站和两台KBSG-200/6型隔爆干式动力变压器。四、 进出线截面的选择1、按经济电流密度选择电缆截面经济截面的计算公式： （4）由于该煤矿区是两班出煤，即为两班制，则Tmax/h=30004500，取Tmax/h=4000。在选定的方案中，其中I组的 Imax,w ：即，II组的 Imax,w ：即，III组的 Imax,w ：即。在电缆的选择上，选择铜质电缆：取Ied n=2.25（）则I组的电缆截面计算为：；II组的电缆截面计算为：；III组的电缆截面计算为：； 从以上的截面计算可得：I组的电缆截面可取Ae=150m

13、m2 ，II组的电缆截面可取Ae=95mm2 ，同理III组的电缆截面可取Ae=70mm2。从三芯电缆的允许载流量上可查到：I、II、III组上的电缆截面取值都符合各自的Imax,w要求。五、 短路电流计算图2 该采矿区的短路等效表 3 电缆的电导率 电缆名称电导率铜芯软电缆5342.544.3铜芯铠装电缆48.6铝芯铠装电缆3228.8在图2中的数据是以该组电缆的在同向上的最远点的用电设备的距离来计算的，电缆电阻按下公式计算： L：线路长度，m；A：导线的截面，mm2 ；：电导率，在井下的电缆平均电抗取 ；S1，S2，S3，S4均采用铜芯铠装电缆，并以在温度为650C时的电导率，则各路的电缆

14、电阻为：S1： ；S2： ；S3： ；S4： 。各路电缆的电抗为： S1： ； S2： ； S3： ； S4： 。由以上数据可求S端的三相短路电流：进线端的数据： 电力系统的电抗： ； 进线电缆的电抗： ； 电力变压器的电抗：由表2查得，因此： ； 移动变电站的电抗：由表3查的，因此： 。 进线端总的电抗：。S端的三相短路电流周期分量有效值： S1端： 1）电力系统的电抗： ； 2）电缆线路的电抗： 3）S端的计算总电抗： S1端： ； S2端： ； S3端： ； S4端： 。 4）计算三相短路电流和短路容量： 4.1）三相短路电流周期分量有效值： S1： ； S2： ； S3： ； S4：

15、。4.2）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值： S1： ；S2： ；S3： ；S4： 。4.3）三相短路冲击电流及其有效值：S1： ； ；S2： ； ；S3： ； ；S4： ； 。4.4）三相短路容量：S1： ；S2： ；S3： ；S4： 。六、 高、低压开关选择及校验电气设备的选择是变电站电气设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全。经济运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备，电气设备要可靠地工作必须按正常条件进行选择，并按短路状态校验其热稳定和动稳定。电器选择的一般要

16、求：1）满足正常情况下短路、过电压、检修。2）按当地环境条件校核。3）力求技术先进和经济合理。4）与整个工程建设标准协调一至。5）同类设备尽量减少品种。6）选用新产品应具有可靠试验数据，并经正式鉴定合格。七 、继电保护的选择及整定电网继电保护配置的原则是首先满足继电保护的四项基本要求，即满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性。然后各类保护的工作原理、性能结合电网的电压等级、网络结构、接线方式等特点进行选择，使之能够有机配合起来，构成完善的电网保护。为了反映电力系统的故障和不正常工作状态，保证车间和变电站及电力系统安全运行，在车间变电站各元件配置以下保护：（一）主变压器保护1、瓦斯保护：作为变压器的

17、主保护，反应变压器油箱内部故障，包括绕组的相间短路，接地短路，匝间短路以及铁芯烧损，油面降低等。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于断开变压器各侧断路器。2、纵差保护：作为主变压器的主保护，反应变压器绕组、套管和引出线上的相间短路，大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地、短路以及绕组匝间短路，采用三相CT分别装于主变三侧四点上用专用的CT。 3、复合电压启动的定时限过流保护：是瓦斯保护、纵差保护的后备保护，反应发生各种不对称短路时出现的负序电压。4、零序电流保护：反应变压器外部接地短路。5、过负荷保护：反应变压器对称过负荷，保护接于一相电流上，常延时动作于信号，和过流保护共用一个CT（二）母线保护

18、1、因母线上的引出线不带电抗器，故可不装专用的母线保护，母线故障可利用变压器后备保护和分段断路器上的保护来切除。2、分段断路器保护：出线断路器一般按不能切除电抗器的短路条件选择。因此，母线分段断路器装设过电流带时限保护，除过电流保护外，尚需装设两相式瞬时电流速断装置。3、因出线不带电抗器，故应装设瞬时电流速断装置和过电流保护作为相间短路保护。4、在10KV母线和分段上装设备用电源自投装置。 结束语 通过这次供配电采矿井下车间变电所电气一次系统设计 的课程设计工作，使我收获很多。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理

19、论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我认为在这次的课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，在此过程中，我们通过查找资料，请教同学，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程设计课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。参考文献【1】工厂供电机械工业出版社

20、 2003年7月（2009年7月重印）刘介才编著【2】电力电子技术西安电子科技大学出版社 2004年7月（2008年12重印）曾方编著 郭再泉主审【3】电气工程电气设计200例 中国电力出版社 卓乐友编著【4】矿井采煤区电缆线路的计算 书籍作者：(苏联)尤.阿.米哈耶夫等课程设计心得体会 通过这次课程设计，我对设计的方法有了一定的了解，基本掌握了设计的方法和步骤，掌握控制方案的设计要求，设备选择的方法，以及其接线图的绘制方法等。在这次设计中，我主要负责CAD原理图纸的画制，同时协助其他，在这次设计中，我学到了如何运用专业知识联系实际，加强了实践，但在设计中遇到某些方面的知识空白点，只能翻书或求

21、助，表明自己的知识功底还是有欠缺，将会在以后的时间里通过学习与实践相结合的方法来弥补这方面的不足。课程设计是将专业知识进行综合运用的训练，训练就会有困难，解决困难就是进步，每走一步我们都是在成长。首先是思考，遇到问题先思考“三思而后行”教会了我们这个道理，只有明白了其中的奥妙才能找到问题的本质；然后是方法，不管是什么问题都有很多的方法可以解决，但是什么方法才能事半功倍，这是我们应该寻求的；最后是认真，做任何事情都要认真仔细，即使找对了思路，有了好的方法，如果在实施过程中出现了差错那就功亏一篑了。这三点都是重要的，少了一点将会举步维艰，这是我在这次的设计中体会到的道理。不仅如此，本次课程设计还让我的思维更加缜密，考虑问题更加全面，不至于顾头不顾尾。总之，在这次设计中，在巩固已有知识的基础上，也学到了很到新的东西，而且对以往的知识有了更新、更深刻的认识。我相信这次设计将会对我以后的工作和生活有着很大的促进，让我受益匪浅。15