发电厂课程设计.docx

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1、摘要一个完善的供电系统是企业能够安全、稳定生产的基础 ,工厂的变电所是工厂接收、 变换、分配电能的环节,是供电系统中极其重要的组成部分,所以合理的变电所设计对一个 企业的生产和发展是尤为重要的。工厂供电系统是否需建变电所决定于工厂和电源间的距 离工厂的总负荷及其在各车间的分布 ,以及变电所建的相对位置 ,厂区内的配电方式和本 地区电网的供电系统等等。工厂的变电所是终端降压变电所 ,它的具体设计需要考虑许多 因素本设计是针对兴华煤矿地面变电所部分设计。兴华煤矿简介,兴华煤矿年产 80 万吨,服务年限 30 年,矿井分为两个水平开采,-365 米,-615 米。立井开采。井下开采水量不大,是瓦斯矿

2、井。该矿井负荷见附表。本矿从阜新 发电厂直接供电距离20km,另一回是从阜新发电厂经民主村变电所供电系统距离20km。本设计从理论上和应用技术上对矿变电站进行探讨和研究，并考虑该矿的扩建和发 展。它对矿的负荷进行了估算和分析。主要内容有，变电站电气主接线设计，负荷估算及 分析，无功功率补偿及主变压器的选择。关键词：主接线 负荷计算 主变压器目录1 变电所主接线方式设计1.1 变电所主变压器一次侧接线方式1.1.1 内桥接线1.1.2 外桥接线1.1.3 全桥接线1.2 变电所主变压器二次侧接线方式1.2.1 单母线制1.2.2 单母线分段制1.2.3 双母线制1.2.4 双母线分段制2.负荷统

3、计与变压器的选择2.1 负荷计算2.2 兴华矿负荷的计算2.2.1 根据各设备需用系数及功率因数进行计算2.2.2 考虑同时系数并计算负荷2.2.3 无功补偿2.3 主变压器选择2.3.1 主变压器的容量估算2.3.2 主变压器运行方式的确定2.3.3 变压器型号的确定3 课程设计感受与体会1、变电所主接线方式设计1.1 变电所主变压器一次侧接线方式变电所的接线要能满足不同类型负荷的不中断供电要求 需要按照国家标准和规范 的规定来选择电气设备和保护系统同时还要保障工厂的灵活和经济运彳丁。总体来说兴华 煤矿变电所的接线设计应该考虑到安全、可靠、灵活和经济等具体因素。考虑到兴华煤矿 的不断扩大再生

4、产在设计时应分析研究企业在进一步发展情况下如何作到使原有接线 方式易于合理的改造应避免发生由于接线方式凌乱、复杂 互不衔接而影响了供电的可 靠性和灵活性防止在建设投资上造成极大的浪费。在本设计中采用具有双回路电源进线的变电所桥形接线就是将两回“线路变压器 组”单元接线的高压侧用一条跨接的“桥”相连。桥形接线有内桥、外桥以及全桥三种形 式。1.1.1 内桥接线内桥接线方式一次侧可设线路保护，用在并联工作时某一元件故障时候，以减轻电压 的损失。这种接线方式“桥”靠近变压器侧，对电源、线路导换方便，一次侧不需要继电 保护设备投资和占地面积都比较少，主要用在供电线路较长，线路故障率较高，变电所没 有穿

5、越功率变压器切换少的变电所。优点一次侧可设线路保护 倒换线路时操作方便 设备投资与占地面积较全桥少。缺点操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便。如图 1.1 中 a 所示。1.1.2 外桥接线这种接线方式“桥”靠近线路侧，对变压器的切换方便，比内桥接线方式少用了两个 隔离开关，继电保护简单，易于整改到全桥，而且投资较少，占地面积小，因此适用于工 厂负荷不太均衡，变压器需要经常切除和投入，以减少功率及电能的损失，供电线路短， 故障率较少，变压器切换频繁的终端变电所。优点：是对变压器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 或单母线分段的接线，且投资少，占地面积小。缺点：

6、倒换线路时操作不方便，变电站一次侧无线路保护。如图中 1.1 中 b 所示。QS1QS2QF5QS3QS4QF1QF21.1.3 全桥接线优点：是适应性强，操作方便，运行灵活，并易扩展成单母线分段的中间变电所。缺点：设备多，投资大，占地面积大。如图中 1.1 中 c 所示。通关以上分析，结合兴华煤矿实际情况，根据本变电站要求操作方便，调度灵活，检修安全，扩建方便方面来看。本变电所选择外桥接线方式。（但如果资金充足的话，可以 选择全桥接线方式）。1.2 变电所主变压器二次侧接线方式本设计变压器二次侧（6KV）采用母线制接线。母线制分为单母线制、单母线分段制、 双母线制和双母线分段制接线。下面一一

7、分析这四种接线方式。1.2.1 单母线制单母线制接线如图所示，其供电电源在变电所是变压器或高压进线回路。母线既可保 证电源并列运行，又可使任一条回路都可以从任意电源获得电能。单母线制接线的优点：接线简单，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两 端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止运行，造成 全厂停电。调度不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生短路时， 有较大的短路电流。综上所述，单母线制接线方式一般只适用于出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂 和变电所中。1.2.2单母线分段制出线2出线3QSQS鏡賂隔离开关接地刀闸谒-鰻隔离

8、幵关单母线分段是将两台变压器分别接到分段母线不同的两段上，两段母线用断路器分隔 或者是隔离开关分隔。用断路器把母线分段后，对重要的用户可以从不同段引出两个回路 有两个电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线 不间断供电和不致使重要用户停电。如图所示优点：使用设备少、接线简单、建设投资省，可靠性，灵活性高。当分段断路器配置相 应的保护装置，在断路器合闸母线发生故障时，分段断路器与某一电源进线断路同时跳闸 另一分段母线可继续运行，可靠性大大提高。缺点：当其中任意一段母线或母线隔离开关故障或者检修时，该段母线的回路都要在检 修期间停电。该种接线方式适用于具有一、二级负

9、荷，且进出线路较多的变电所。1.2.3 双母线制双母线接线是两台变压器分别接到两段母线上，每条配出线也分别接到两条母线上。 一组为工作母线，一组为备用母线。每一电源和每一出线都经一台断路器和两组隔离开关 分别与两组母线连接，任一组母线都可以是工作的或备用的，这是与单母线连接的根本区 别。两组母线之间通过母线联络断路器连接。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大 为提高。优点：运行灵活，可靠性高。缺点：但使用设备多，结线复杂，消耗有色金属多，占地面积大，投资较大。接线及 操作都比较复杂，倒闸操作时容易发生误操作。母线隔离开关较多，配电装置的结构也较 复杂，所以经济性较差。这种接线方式主要适用于负

10、荷容量大，可靠性要求高，进出线回路多的重要变电所。LIL2L3W1QF1.2.4双母线分段制双母线分段接线（如图所示）比双母线接线更加有可靠性，当一段工作母线发生故障 后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连接的电源回路的 断路器跳开，该段母线所连的出现回路停电；随后，将故障段母线所接的电源回路和出现 回路切换到备用母线上，即可恢复供电。这样只是部分短时停电，而不必全部短期停电。优点：供电可靠，调度灵活，扩建方便，并且任何时候都有备用母线，有比双母线接 线更高的可靠性和灵活性。W1QF1QF2W2缺点：接线复杂，增加了断路器数量，加大了投资。这种接线方式多用于负荷容量大

11、可靠性要求极高，并且进出线回路多的重要变电所。 方案选择：使用设备少、接线简单、建设投资省，可靠性，灵活性高，单母线分段制 接线能满足上述要求，且系统简单。因此二次侧（6kv侧）采用单母线分段制接线。 2.负荷统计与变压器的选择2.1 负荷计算为了确定供电系统中各用户电力负荷的大小，以便为正确地选择变压器容量和台数、 选择电气设备和导线截面积、确定测量仪表的量程、选择继电保护装置等提供重要的计算 依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。但是由于影响负荷变化的因素 很多，很难准确地计算负荷的大小，因此负荷计算智能力求符合实际。目前我国设计部门 在进行工矿企业供电设计时常用需用系数法

12、和二项式系数法。其中需用系数法计算简便， 适合于任何性质的工矿企业，其计算结果能满足工程上的要求，所以应用最为广泛。二项 式法一般应用于机械加工和热处理车间，用于设备数量少而容量差别大的车间支干线的负 荷计算，以弥补需用系数法之不足。但是二项式系数法过分突出最大用电设备容量的影响， 计算结果往往偏大。煤矿系统中常用需用系数法。需用系数法是指变电站各设备的实际负 荷总容量与其联接设备的额定容量的比。根据联接变电站的总容量及需用系数来计算变电 所电气负荷的方法称作需用系数法。负荷计算主要包括以下方面1 求计算负荷，或者需用负荷。目的是为了合理选择变电所变压器容量和电器设备的型 号2 求平均负荷。这

13、是用来计算电能的需用量、电能损耗和选择无功补偿装置等。2.2 兴华矿负荷的计算2.2.1 根据各设备需用系数及功率因数进行计算a、 地面高压组包括：1、主井提升、2、副井提升、3、压风机、4、通风机。b、地面低压组包括：1、选煤厂、2、机修厂、3、办公室、4、工人村、5、浴室。C、井下用电组：1、主排水水泵、2、整流房、3、井低车厂、4、采掘用电。 地面高压组计算：Pa1=Kd1PNa1=800*0.9=720 kwQa1=Pa1tan1=720*0.75=540 kvarPa2=Kd2PNa2=750*0.80=600 kwQa2=Pa2tan2=600*0.75=450 kvarPa3=K

14、d3PNa3=500*0.85=425 kwQa3=Pa3tan3=233.75 kvarPa4=Kd4PNa4=500*0.85=425 kwQa4=Pa4tan4=425*0.50=212.5 kvar得 Pa=2170 kw Qa=1426.25 kvar地面低压组计算：Pb1=Kd1PNb1=1200*0.75=900 kwQb1=Pb1tan1=900*0.85=765 kvarPb2=Kd2PNb2=1720*0.45=774 kw Qb2=Pb2tan2=774*1.02=789.48 kvarPb3=Kd3PNb3=7.0*0.3=2.1 kwQb3=Pb3tan3=2.1*0

15、85=1.785 kvarPb4=Kd4PNb4=150*0.70=105 kwQb4=Pb4tan4=105*0.75=78.75 kvarPb5=Kd5PNb5=10.1*0.78=7.878 kwQb5=Pb5tan5=7.878*0.80=6.3 kvarPb=1789 kw Qb=1641.3 kvar井下用电组计算：Pc1=Kd1PNc1=650*0.87=565.5 kw Qc1=Pc1tan1=565.5*0.60=339.3 kvarPc2=Kd2PNc2=100*0.90=90 kwQc2=Pc2tan2=90*0.86=77.4 kvarPc3=Kd3PNc3=150*

16、0.76=114 kwQc3=Pc3tan3=114*0.85=96.9 kvarPc4=Kd4PNc4=3450*0.78=2691 kw Qc4=Pc4tan4=2691*0.80=2152.8 kvarPc=3460.5 kw Qc=2673.6 kvar2.2.2 考虑同时系数并计算负荷 全矿总有功功率(选同时系数 Ksi=0.89) P=Ksi*(2170+1789+3460.5)=6603 kw 总无功功率(选同时系数 Ksi=0.89) Q=Ksi*(1426.25+1641.3+2673.6)=5109.6 总视在功率：S=VP2+Q2=8349 kVA2.2.3 无功补偿在煤

17、矿企业中，最常采用的无功功率补偿装置是电力电容器，它具有投资省、有功功 率损失小，因是单个容量所组成的静止电容，故运行维护方便，事故范围小等优点。电力电容器补偿容量的计算cos 屮 1二P/S=0.79 t an 屮 1=0.776拟将功率因数提升到0.90 (tan屮2=0.484)计算所需电容器的容量：Qc=Klo*P* (tan屮 1- tan屮 2) =1542.5 kvar (Klo平均负荷系数。此处取 0.8)在并联电容器选取上，根据现代供电技术表2-6，本设计选取了 YY6.3T2T型电力电容 器额定容量为12kvar，额定电压6. 3kv,重量21t。将电力电容器接成三角形，则

18、需要电 容器总数为 N=Qc/q*(U/U nc)2=141.7 台则每相电容器台数卫n=141.7/3=47.2台 考虑到本变电所为单母线分段制接线，所以每相应设置48台电容器，实际电容器总台数 应为 N*=144 台。实际补偿容量为 Q =144*12=1728 kvar实际补偿此时的无功功率：Q =5109.6-1728=3381.6 kvar补偿后此时视在功率S= V P2+Q2=7418kVA补偿后得功率因数cos屮=6603/7418=0.90故满足要求。2.3 主变压器选择2.3.1 主变压器的容量估算主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的确定除了传递 容

19、量基本原始资料以外，还应根据电力系统 5-10 年发展规划、输送功率大小等因素进行 综合分析和合理选择。对于兴华煤矿变电所应按以下基本条件选择：一、装设一台变压器 时，变压器额定容量应大于计算负荷，并考虑 10%的裕度，以适应一段时间的需要。二、 应考虑当一台主变停运时，其余变压器在即及过负荷能力后允许的时间内，保证用户的一 二负荷，正好对应主接线的桥式接线方式。所以，煤矿变压器一般选用两台，以保证一、 二类负荷供电的可靠性。本文按人工补偿后的实际功率因数算出的变电站的视在功率作为选择主变压器容量 的依据，每台容量按下式计算SN.T=S 补偿后*（1+10%）=8160 kVA2.3.2 主变

20、压器运行方式的确定变电所主变压器运行方式主要有三种：第一种是两台变压器一使一备，第二种是两台变压器同时工作，这种又可列和并列两种运行方式；一台工作一台备用（明备用）此时两台变压器均按 100%的负荷选择。该运行方式在实际中并不经济，因为电力部门 是按照变压器台数及其容量收取电费而不管任一时刻有几台变压器工作，一台变压器作， 另一台停止运行作为备用。此时两台变压均按最大负荷时变压器负荷率 100%考虑。此种方 式只适用于小型工矿企业。两台变压器同时工作（暗备用）分列运行优点是短路时电流小，继电保护装置简单、便宜、冲击电压波动影响面积小。要求则 与并列运行一样。选用两台变压器，无论采用并列运行还是

21、分列运行方式，每台都只能承 担全煤矿负荷的50%，正常情况先的负荷率为70%左右当发生故障时一台变压器约承担100% 的全煤矿负荷，所以这种情况下，年用电费用和年消耗电能也是比其他运行方式要大。并列运行，优点是线路及变压器担负的负荷平均分配，能量损耗最少，当工厂变电所 距离电源较远时，单独供电电压损失大，需要采用调压装置，冲击负荷对电压的波动较小。 但当一台出现故障时，另一台必须保证工厂的生产用电。缺点是继电保护整定复杂，母联 要装隔离开关和断路器，同时要装设过电流保护，所以维修不方便，投资比分裂运行的多。2.3.3 变压器型号的确定分裂方式运行下，当一台变压器故障时，另外一台可保证全矿 80

22、负荷的供电。根据添加 10%裕量后容量估算所得值，并结合 80%负荷的要求。可以将变压器容量设置为8000KVA。所以选择两台SF78000/35电力变压器作为主变。具体参数如下:型号额定容量KVA额定电压阻抗电压 （%）连接组损耗（Kw）空载电流 （%）SF7-8000/358000高压侧35KV7.5YN,dll空载11.5短路450.8综上所述：本变电所使用两台 SF78000/35 电力变压器作为主变压器，运行方式为 分裂运行。验证添加变压器以后功率因数是否还满足 0.90 的指标。因为煤矿要求 6KV 母线的功率因数应达到 0.9 以上。补偿后的 6KV 母线计算负荷即主变压器应输

23、出的电力负荷此时计算主变压器损耗。变压器有功损耗:P=0.02*P=0.02*6603=132kw变压器无功损耗:Q=01*Q=01*3381. 6=338kvar补偿后 则加上主变压器后变电所的功率：有功功率： P =6603+132=6735kw带变压器无功功率；Q=3381+338=3719kvar带变压器视在功率：S= V P2+Q2=7693KVA带变压器得功率因数：cos/090因此此时功率因数仍然满足。3 课程设计感受与体会通过本次围绕兴华煤矿进行的课程设计，从设计初查询资料整理思路到设计中的负荷 计算，每一步的进行都让我对本学期学过的只是产生了更深的了解。主变压器一二次侧主 接线、厂内负荷计算、变压器的选择及其运行方式的选择，几乎是重新又自我学习了一次。 课程设计本身就是将知识运用到了实际例子当中，运用的过程中不仅对已经学过的只是是 一次使用的过程，在查询资料过程中更会发现许多未知的知识，着实受益匪浅。是我对电 气系统的设计产生了浓厚兴趣。最后也感谢罗伟老师一学期的悉心教导，让我受益匪浅。参考文献1 熊信银发电厂电气部分第四版M.中国电力出版社.2009.2 王福忠 王玉梅.现代供电技术第二版M.中国电力出版社.2013.3 顾永辉煤炭电工手册（修订本）第二分册矿井供电上M.煤炭工业出版社.2007.