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1、0 前言随着当前社会的发展，电，几乎已经成为我们生活中不可缺少的一部分，在人们的生产生活中有着重要的作用，因此，我们国家对电的投入给予了很高的重视，现今，我国的电网虽然是日趋完善，但是，在矿井的供电部分却依然存在很多问题，在变电站的设计部分也仍然有很多急需解决的问题，此次设计主要就是针对矿井的供电特殊性，根据所学知识进行一次全面系统的设计。变电所就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护，通过变换、分配、输送与保护将电
2、能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的场所。变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。本设计以漳村煤矿地面变电所设计为例，结合已知数据进行负
3、荷计算并选择补偿装置-电容器的容量，以及短路电流计算、电气设备选择等，通过本次设计将所学的知识进行系统的、合理的、灵活的运用，真正做到学以致用。1 概述1.1 自然情况漳村煤矿是潞安矿业（集团）公司下属的一座国有特大型矿井，位于山西省沁水煤田中段。变电站所在地区年最高温度为38，年平均气温为18，年最低气温为零下12，年最热月平均最高温度为29.6，年最热月平均温度为26，年最热月地下0.8m处平均温度19.6，当地主导风向为西北风，年雷暴日数为28.3日/年。地区平均海拔1200m，底层以砂质黄土为主，土壤允许承载能力为20吨/米2，中等含水量时，实得土壤电阻率为0.8104/。每月基本电费
4、按变压器容量计为35月/kVA，动力电费为0.55元/kWh，照明电费为0.6元/kWh，要求变电所负荷功率因数不低于0.92。漳村煤矿井田位于沁水煤田东缘中段,东起3号煤层露头线,西部与常村矿井田相接,北以文王山南断层为界,南与王庄、石圪节井田相接,走向长3 5km,倾斜长7 9km,面积27 66km2。现开采的3号煤层平均厚度6 45m,走向近似南北,倾向西,倾角37,一般为5,属缓倾斜煤层,局部地区受构造影响,倾角增加到15左右。煤层埋藏深度一水平为120260m,二水平平均为350m。煤层赋存稳定,构造简单。1996年,煤炭部把漳村矿确定为五个部特级高产高效矿井之一,漳村矿人以此为契
5、机,积极按照矿务局建设经济强局的决策思路和战略部署,深化企业改革,强化内部管理,提高经济运行质量,部特级高产高效矿井建设9大指标全面完成,创造了“六个”历史最好水平。1.2 变电所位置的确定企业中变电所是工矿企业供电的枢纽。正确确定变电所的位置，对工矿企业供电系统的合理布局既提高供电可靠性，经济技术和供电质量都有重要的关系，因此变电所位置应根据工矿负荷的大小分布的特点及内部环境特点等因素进行综合分析，经技术确定后一般在确定变电所位置时应遵循以下几项原则；1、变电所位置应尽量靠近负荷中心，以减少配电线路长度，降低电能损耗和电压损失。2、不占或少占农田；3、交通运输要方便，以利于变压器等大型设备的
6、运输和消防车量进出；4、进出线要方便，尽量避免线路相互交叉和跨越，架空线路走廊与所址同时确定；5、具有适宜的地质条件，有利于防止地下水，雨水和洪水浸淹措施；6、应考虑与临近设施的相互影响，远离震动的设备和易燃易爆的场所，应尽量避开污染源，否则应采取防污设施；7、应与其他工艺建筑物保持足够的防火距离；8、应留有扩展的余地，不妨碍工厂或车间的发展。根据以上选址原则，漳村变电所的选址如下图1-1：图1-1 漳村变电所选址图Fig.1-1 Zhang Village substation site map1.3 设计目的及要求本次设计的目的是把从电力系统接受的电能，合理的分配到各用电地点，基本原则是
7、在保证供电可靠，安全，质量好的前提下，以最简单的方式合理得分配并充分利用电能。 本次设计符合国家各项技术经济和有关规程，规范和规定。本次设计的内容和步骤大致如下：根据变电所取得电源情况和用电负荷情况，并适当考虑周围负荷的发展情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所的台数与容量、类型；选择变压器主接线方案及高低压设备的进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置；按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。2 变电所负荷统计、主变压器选择2.1 变电所的主结线变电所的接线方式也是一重要环节，起接线从安全、可靠、灵活、经济等方面出发。安全：就是
8、要按照国家的标准和规范，正确选取电气设备及正常情况下监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身保障的技术措施。2.1.1 变电所主变压器一次侧接线方式变电所的主结线是由各种电器设备及其连接线组成的。担负着接受、变换、分配电能任务，它是工矿业供电枢纽。主接线与供电的可靠性，操作运作的灵活性，安全性和经济性有着密切的关系。它与电源电路、电压、负荷的大小、级别以及变压器的台数，容量等因数有关。根据煤矿地面高压供电设计技术规定；有两回进线的终端变电所且单台主变压器不超2000KVA时，宜采用桥式结线。因此本次设计采用桥式结线。桥式结线可分为：全桥、外桥、内桥三种。其各自特征如下：全桥结线：其特点是线
9、路侧、变压器侧和母线桥上都装有断路器，故其操作运行灵活，适应性强不论是切换变压器还是切换线路都可方便进行，并易发展成单母线分段结线。但所用设备多，投资大，占地面积大(见图2-1)。内桥结线：其特点是在变压器和母线之间只设隔离开关，不设断路器，因而投资和占地面积少应保持切换线路方便的优点，但由于变压器侧没有断路器，因而切换变压器不方便，适用于电源进线长线路故障可能性大，变压器负荷较平稳切换次数少的变电所（见图2-2）。外桥结线：其特点是电源进线端不设断路器只设隔离开关，这种接线比外侨还少两隔离开关，因而投资和占地面积更少切换变压器方便，且易过渡到全桥结线，但切换线路线不方便因此适用于电源线路短，
10、故障与检修机会很少，变压器负荷大且需经常切换的变电所（见图2-3）。根据以上对桥式结构的比较，加上本矿的具体情况，进线线路较短，以及全矿以后 的发展，本次设计的主接线形式选择：外桥结线。 图2-1 全桥接线 图2-2 内桥接线 图2-3 外桥接线Fig.2-1 Full-bridge Fig.2-2 Internal Bridge Fig.2-3 Outer Bridge Connection Connection Connection2.1.2 变电所变压器二次侧接线方式 二次侧接线是根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路。母线制有三种方式：单母线制，单母线分段
11、制，双母线制。单母线制：一回进线只能用单母线制，可靠性和灵活性低，发生故障将影响全部负荷的用电，直到故障全部清除为止。一般只用小容量生产。维护时需要停止这个系统的供电（见图2-4）。单母线分段制：在两回进线下，就可以实现，其间使用隔离或断路器分段。变电所两条电源进线，分别接于两段母线上，每一段出线只能接在一段母线上。在母线故障时，该段上的出线全部断电，为防止母线故障而采用这种接线方式的煤矿变电所，其一、其二级重要用户，必须接在两段母线上的环式系统成双回路来供电（见图2-5）。其缺点是当发生故障时，电源只能通过一回线供电，功率较低，从而使部分用户停电；当分段进行维护时，该段重要用户就失去了备用。
12、双母线制：当工厂负荷大，但重要负荷较多，以致使馈电回路太多，采用其他母线制有一定的苦难，此时可以考虑采用双母线制。变电所每条进、出线，通过隔离开关可以接在任何一条母线，两条母线之间用断路器进行连接。因此，无论那一段电源在母线同时发生故障时，都不影响对用户的供电。这种连线方式多用于大容量的枢纽变电所（见图2-6）。其缺点是母线隔离开关用作操作电器，操作失误会引起母线短路，导致严重后果。另外，母线隔离开关数目增加，连锁机构复杂，有色金属消耗增多；配电装置结构复杂，造价高。图2-4单母线制Fig.2-4 Single busbar system 图2-5单母线分段制Fig.2-5 Single bu
13、sbar system图2-6双母线制Fig.2-6 Double busbar system 为了保证供电系统的安全与可靠性，同时，考虑投资成本与技术上的要求和在操作与设备方面的各项要求综合起来，比较以上三种接线方式，单母线分段制与其他两种母线制相比，所用设备较少，投资少，系统简单，操作安全，并有一定的供电可靠性，适用于出线回路不很多，母线故障可能性较少的变电所，作主接线。一般来说，矿井变电所多采用这种接线方式。所以综合矿山生产的要求和其实际环境，本设计选择单母线分段制作为变电所主要变压器的二次侧接线方式。2.2 负荷统计 负荷计算是为电气设备、输电导线和继电保护装置的选择提供重要的计算依据
14、，负荷计算方法有很多，如需用系数法、提二项式法、利用系数法、单位产品电耗法等，本次毕业设计采用需用系数法来计算负荷统计。2.2.1 供电负荷分级根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电。井花沟矿属于国有能源部门，其中断供电将有可能造成人员伤亡及重大经济损失，属于一级负荷。 二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者。二级负荷应由两回线路供电，但当两
15、回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。 三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电。漳村矿属于比较重要的矿井生产区，因此依据生产要求，电力负荷均为一级、二级负荷。2.2.2 负荷计算 漳村变电站的负荷统计见表2-1所示，均为6kv。依据此表计算该矿总降压变电所色计算负荷，选择主变压器并去确定变压器的经济运行方式。表2-1 漳村变电站负荷统计表Tab.2-1 Zhang Village substation load tables序号负荷名称容量（kw）功率因数负荷性质1辛村水处理厂18000.8一级负荷2压风机14500.85一级负荷3制氮设备9300.84一级负荷4井下变1#电源25000.9一级负荷5井下变2#电源28000.85一级负荷6井下变3#电源15000.79一级负荷7井下变4#电源2200
