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1、太 原 理 工 大 学毕 业 设 计（论文）任 务 书 毕业设计（论文）题目：台城煤矿35kv变电所初步设计毕业设计（论文）要求及已知条件（资料）：要求：1按时完成毕业设计任务。2强调独立完成毕业设计任务，杜绝抄袭。3设计内容要求方案合理，各种参数处理、选取得当。 4设计说明书要求语言简练、文理通顺、字迹工整。 5图纸严格按工程图纸要求绘制。6完成5000字左右的相关英文资料的翻译。已知条件：本矿井位于阳泉市郊区，现有矿井地面35/10kV矿井变电所一座和双回路35kV架空供电线路。一回主供电源引自苇泊110kV变电站，长度9.5km；另一备用电源线路引自燕龛35kV变电站，长度2.77km。
2、毕业设计（论文）主要内容：概述；矿井负荷计算和无功功率补偿；地面35kv变电所主变压器的选择与校验；地面35kv变电所主接线方案确定；短路电流计算；地面35kv变电所一次设备的选择校验；地面35kv变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定。 学生应交出的设计文件（论文）：1.文献综述（单独成册）。2.设计说明书一册。3.5000字左右的相关英文资料翻译（附英文原稿）。4.成绩评定表和答辩评定表一份。5.设计的学生提供壹号图纸一张。主要参考文献（资料）：1.煤矿安全规程2011版2.矿山供电 李虎伟3.采矿工程设计手册4.煤炭工业矿井设计规范GB 502155.矿用电气设备选型手册6.煤矿电气图
3、专用图形符号MTT 57019967.煤矿井下供配电设计规范GB504178.煤矿电工手册（第二分册）矿井供电（上）9.煤矿电工手册（第四分册）。专业班级 采矿1109班 学生 柯书国 要求设计（论文）工作起止日期 ：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 台城煤矿35/10kV变电所初步设计摘要35kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节，它由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。本毕业设计论文是关于台城煤矿供电系统的初步设计，共分九章。第一章：概述，介绍了台城煤矿的基本情况。
4、第二章：负荷计算，对全矿的负荷进行分组统计并计算总负荷和功率因数，并对功率因数进行校验及补偿。第三章：无功功率补偿，求出了所需的无功补偿容量、电容器柜及台数。第四章：主变压器选型，根据负荷计算的结果确定出该变电所主变压器的台数、容量及型号。第五章：主接线，根据煤矿供电系统的特点，制定变电所的主接线方式。第六章：短路电流计算，采用标幺值法计算短路电流及短路容量，用这些值来校验开关柜设备和线缆。第七章：电气设备选择，按照正常工作条件选择开关柜设备，按照故障条件进行校验。第八章：电力线路选择,对母线、架空线路和电缆进行选型和校验。第五章：微机保护，微机保护介绍及线路保护关键词：35kV变电所；负荷计
5、算；短路电流；微机保护TaiCheng mining town 35 / 10kV substation power supply system designAbstract35kV substation is an important part of the power distribution is the key power grid construction, which consists of electrical equipment and power distribution network according to certain wiring posed. Substatio
6、n design quality is directly related to power system security, stability, flexibility and economy.The graduation thesis is about the preliminary design process coal mine power supply system, divided into nine chapters. Chapter One: Overview, introduces the basic situation Cheng Coal Mine. Chapter Tw
7、o: load calculations, to load the whole mine grouped statistics and calculate the total load and power factor, and power factor calibration and compensation. Chapter Three: reactive power compensation obtained the required reactive power compensation capacity, capacitor cabinets and stations. Chapte
8、r four: Selection of the main transformer, according to the results of the load calculation to determine the number of units of the main transformer substation, capacity and model. Chapter Five: main connection, according to the characteristics of coal mine power supply system, the development of th
9、e main wiring substation. Chapter SIX: Short circuit current calculation, calculated using the short-circuit current and short circuit capacity unit value method, using these values to check switchgear equipment and cables. Chapter Seven: Electrical equipment selection, in accordance with normal ope
10、rating conditions are selected switchgear equipment, according to fault conditions to be verified. Chapter Eight: Power line selection, to the bus, overhead lines and cable selection and verification. Chapter Nine: computer protection, computer protection Introduction and line protectionKeyword：35kV
11、 substation; load calculation; short-circuit current; computer protectio目 录摘要IAbstractII1概述11.1 设计依据11.2 设计目的及范围11.3 煤矿基础质料21.3.1 地理位置21.3.2 矿井主要技术经济指标21.3.3 供电电源32 负荷计算42.1 负荷计算的目的42.2 负荷计算方法42.2.1用电设备组计算负荷的确定42.2.2多组用电设备组的计算负荷52.3 负荷计算过程52.3.1 井下负荷计算52.3.2 地面负荷计算82.4地面系统分类112.5全矿负荷总计153 无功功率补偿163.
12、1 功率因数的概念和无功功率的影响163.2 提高功率因数的意义163.3 提高功率因数的方法173.3.1 提高负荷的自然功率因数173.3.2 人工补偿法提高功率因数173.4 并联电容器补偿无功功率173.4.1 电容器并联补偿的工作原理及接线方式173.5补偿容量的选择184 主变压器的选择204.1 变压器的选择204.2变压器的功率损耗214.2.135kV侧全矿负荷计算及功率因数校验214.3 变压器的经济运行225系统主接线方案的选择235.1 对主接线的基本要求235.2 本所电气主接线方案的确定235.2.1桥形接线235.2.2二次侧单母分段接线256短路电流计算276.
13、1短路电流的危害及种类276.2短路电流计算的目的286.3短路电流计算方法296.3.1 线路阻抗计算296.32 短路电流应计算的数值306.4各元件短路阻抗标幺值计算306.5短路电流计算过程327高压电气设备的选择387.1 高压电气设备选择原则387.2 35KV高压开关设备的选择及校验397.2.1 KYN61-40.5 开关柜的使用环境条件397.3 10KV高压开关设备的选择及校验427.3.1低压开关柜内断路器的校验437.3.2 10kv侧开关柜内互感器的校验448 电力线路的选择478.1 35kV输电线路的选择与校验478.2 10kV母线、架空线和电缆的选择与校验49
14、8.2.1 10kV母线的选择498.2.2 皇后风井变电所架空线选择及校验508.2.3 下井电缆的选择与校验529 微机保护设计559.1电力系统微机保护概述559.1.1微机保护的发展559.1.2 微机保护发展趋势569.1.3 微机保护的特点569.2 微机继电保护的构成及原理579.2.1 微机保护的硬件系统579.2.2 微机保护的软件系统589.3 微机设备选型609.4 PS6000厂站自动化系统的特点609.4.1 PSL640系列数字式线路保护测控装置特性609.5保护定值的整定计算67结论69致谢70参考文献711概述1.1 设计依据（1）中华人民共和国建设部及国家技术
15、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）。（5）国家发展改革委 国家环保总局关于印发煤炭工业节能减排工作意见的通知发改能源20071456号。(6) 国家有关煤炭工业的“规程”、“规范”及技术政策。(7) 设计委托书。1.2 设计目的及范围通过对煤矿供电系统的设计能够对矿井供电系统更加深入的了解，学会应用煤矿供电的理论知识，具体解决矿井供电的实际技术问题，做到理论与实践较好的结合，培养分析问题、解决问题的能力。本论文的设计内容包括：（1）矿井
16、负荷计算和无功功率补偿；（2）地面35kV变电所主变压器的选择与校验；（3）地面35kV变电所主接线方案确定；（4）短路电流计算；（5）地面35kV变电所一次设备的选择校验；（6）地面35kV变电所二次回路方案的选择（7）地面35kV变电所的继电保护的整定。1.3 煤矿基础质料1.3.1 地理位置台城煤矿位于阳泉市郊区河底镇台城村西1.5km处，地跨阳泉市郊区河底镇和盂县路家村镇，行政区划属阳泉市郊区河底镇所辖，其地理坐标为：北纬3758503800 03 ，东经11325051132820。 井田东西长4.793km，南北宽2.2km，面积8.8496km2，批采深度为980700m标高。该
17、矿东与荫营煤矿和阳泉市矾窑煤矿相邻，南与阳煤集团一矿相邻，西、西南与山西与圣天宝地清城煤矿有限集团公司相邻，北与盂县恒兴泰煤业有限公司和盂县路空村乡刘家村煤矿相邻，东北为阳泉市燕龛煤炭有限责任公司燕龛煤矿。1.3.2 矿井主要技术经济指标（1）矿井设计生产能力为1.20Mt/a。（2）井田开拓方式为斜井开拓方式。（3）矿井设两个开采水平：现有的一水平标高为+875m，开采3号煤层、9号煤层；新增的二水平标高为+785m，开采15号煤层。（4）矿井保有地质资源/储量为114724kt，工业储量为104890.2kt，设计可采储量为55025kt。（5）矿井设计服务年限为33a。（6）矿井以两个采
18、区一个综采工作面和一个综放工作面保证设计生产能力。（7）矿井技术改造达产时，新增井巷工程量 16165 m，掘进体积195184 m3。（8）矿井技术改造工程新增工业建筑物构筑物总体积83402.0m3，新增总面积12344.3m2。（9）井在籍总人数904人，全员效率6.0t/工。（10）矿井技术改造概算总投资41681.09万元，吨煤投资555.75元/t。（11）成本191.40元/ t。（12）造建设总工期 27个月。1.3.3 供电电源本矿井位于阳泉市郊区，现有矿井地面35/10kV矿井变电所一座和双回路35kV架空供电线路。一回主供电源引自苇泊110kV变电站，长度9.5km；另一
19、备用电源线路引自燕龛35kV变电站，长度2.77km。 苇泊 110kV变电站该站内设有31.5MVA主变压器两台。110kV双回线电源分别引自阳泉地区长岭220kV变电站以及盂县温池220kV变电站。 燕龛35kV变电站该站设有6.3MVA和3.15MVA主变压器各一台。双回路35kV电源线路，一回引自苇泊110kV变电站，长度6.3km；另一回路引自台城35kV变电站，架设长度2.77km。两个变电站之间相互联络，形成环形供电系统，正常开环运行，既有独立的电源，又能相互备用，具有较高的可靠性。根据矿井负荷统计，在矿井最大负荷时主供电源线路苇程线的电压损失为2.34%，当主供电源线路故障检修
20、而由备用电源供电时，考虑到35kV变电站最大负荷的情况，苇泊燕龛台城全线电压损失约为4%。2 负荷计算2.1 负荷计算的目的 正确计算或估算电力负荷的大小是供电设计系统中的重要基础，统计好电力负荷后，才能进行供电系统中电力电缆，变压器，开关设备的选择，也是保障供电系统安全可靠运行的重要环节。负荷计算过小，将使电气设备和导线处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁；负荷计算过大，将使电气设备和导线截面选的过大，造成投资和有色金属的浪费。2.2 负荷计算方法求计算负荷的方法包括需用系数法，利用系数法，二项式法等，其中煤矿供电系统中多采用需用系数法。在实际工作中，用电设备往
21、往不是满负荷运行的，实际的负荷容量小于其额定容量，一组用电设备中，根据生产需要，所有的设备也不一定同时工作，同时工作的设备，其最大负荷出现的时间也不相同。因此，所有用电设备的实际负荷总容量总是小于其额定容量的总和。用电设备实际的负荷容量与额定容量的比值，称为需用系数。根据用电设备额定容量及需用系数计算实际负荷的方法，称为需用系数法。本设计采用需要系数法进行负荷计算，具体步骤如下：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： ，kW , k
22、var （2-1） ，kVA 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，由表查得。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： （2-2）式中、为配电干线式变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；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；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
23、程2.3.1 井下负荷计算由负荷统计表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，具体过程如下： 对一水平主排水泵Kd =0.84，cos=0.85，tan=0.62 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.84110=94.2KW无功功率 Qca1=Pca1tan=94.20.62=57.3kVar视在功率 =108.7KVA；（2）对二水平主排水泵Kd =0.84，cos=0.85，tan=0.62 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.84220=184.8KW无功功率 Qca1=Pca1tan=184.80.62=114.5kVar视在功率= 2
24、17.4 KVA；（3）一水平车场及9号煤大巷Kd =0.7，cos=0.7，tan=1.0 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.7142.6=99.8KW无功功率 Qca1=Pca1tan=99.81.0=99.8kVar视在功率 = 142.6 KVA；（4）15101综采工作面Kd =0.55，cos=0.7，tan=1.02 则有功功率 Pca1=Kd PN1=0.552458=1351.9KW无功功率 Qca1=Pca1tan=1351.91.02=1378.9kVar视在功率 = 1931.3 KVA；（5）9043综采工作面=0.62，=0.7，=1.02 则有功功率 Pca
25、1=Kd PN1=0.621626=1008KW无功功率 Qca1=Pca1tan=16261.02=1028kVar视在功率 =1440KVA用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记入表2-1井下负荷表中。序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA1一水平主排水泵1100.840.850.6292.457.3108.72二水平主排水泵220.00.840.850.62184.8114.6217.43一水平车场及9号煤大巷142.60.70.71.099.899.8142.649403综采工作面16260.6
26、20.71.02100810281440515101综采面24580.550.701.021351.91378.91931.3615煤岩巷综掘工作面452.80.570.701.02258.1263.3368.7715煤综掘工作面811.60.500.701.02405.8413.9579.7815煤综掘工作面3480.630.701.02219.2223.6313.2915煤开拓工作面1290.300.701.0238.739.555.3109煤综掘工作面941.80.480.701.02452461646119煤开拓工作面3030.300.701.029192.713012一水平大巷皮带3
27、79.50.750.800.75285213.5355.813二水平暗斜井皮带334.90.750.800.75251188.431414二水平大巷皮带179.90.750.800.75135101168.715辅助运输2490.400.601.3399.6132.516616采区水泵房55.00.850.850.6247295517井下照明1510.90.4815717表2-1 井下负荷汇总表井下负荷总计：同时系数取=0.95 无功同时需用系数取Ks=0.97有功功率： =0.95(92.4+184.8+99.8+1008+1352+258+405.8+219.2+38.7+452+91+2
28、85+251+135+99.6+47+15)=0.955034.3=4782.6kw无功功率：=0.97(57.3+114.6+99.8+1028+1378.9+263.3+413.9+223.6+413.9+223.6+39.5+461+92.7+213.5+188.4+101+132.5+29+7)=48440.97=4698.7kvar2.3.2 地面负荷计算 根据负荷统计表查出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，具体过程如下： (1)主斜井皮带 Kd =0.86，cos=0.85，tan=0.62则有功功率 Pca=Kd PN=0.86630=541.80K
29、W无功功率 Qca=Pcatan=541.800.62=335.92kVar视在功率 =637.41KVA；（2）材料斜井绞车Kd =0.75，cos=0.80，tan=0.75则有功功率 Pca=Kd PN=0.75400=300KW无功功率 Qca=Pcatan=3000.75=225kVar视在功率 =375KVA；（3）主斜井皮带辅助设备Kd =0.7，cos=0.7，tan=1.02则有功功率 Pca=Kd PN=0.729=20.30KW无功功率 Qca=Pcatan=20.301.02=20.71kVar视在功率 =29KVA；用同样方法可计算出其它各用电设备组的计算负荷，结果记
30、入表2-2地面电力负荷计算负荷表中。表2-2 地面负荷负荷汇总表序号负 荷 名 称设备容量(工作)（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA1主斜井皮带6300.860.850.62541.8335.92637.412材料斜井绞车4000.750.800.75300.00225.00375.003主斜井皮带辅助设备290.700.701.0220.3020.7129.004材料斜井绞车房560.700.701.0239.2039.9856.005回风斜井主扇风机9500.930.850.62883.50547.771039.416皇后风井主扇风机15
31、000.930.850.621395.00864.901641.187风井压风机2800.750.850.62210.00130.20247.068皇后风井压风机2800.750.850.62210.00130.20247.069副井井口及平车场60.00.700.701.0242.0042.8460.0010主井地面生产系统1150.700.701.0280.5082.11115.0011地面矸石系统250.650.750.8816.2514.3021.6712锅炉房3350.700.750.88234.50206.36312.6713热风炉空气加热器1420.750.750.88106.5
32、093.72142.0014机电修理车间1970.300.651.1759.1069.1590.9215渔场取水泵房132.00.800.850.62105.6065.47124.2416坑木加工房310.350.651.1710.8512.6916.6917皇后风井生活泵房3.00.800.800.752.401.803.0018生活污水处理设备19.70.700.750.8813.7912.1418.3919井下水处理车间26.10.700.701.0218.2718.6426.1020煤泥泵房5.50.750.750.884.133.635.5121空气加热室23.00.750.750.
33、8817.2515.1823.0022联建、行政福利990.300.800.7529.7022.2837.1323煤样化验室130.600.800.757.805.859.7524皇后风井生活泵房3.00.800.800.752.401.803.0026瓦斯抽放泵8000.700.750.88560.00492.80746.6727地面照明1001.000.900.48100.0048.00111.112.4地面系统分类本矿井位于山区，地面地形复杂，工业场地布置分散，地面10kV配电系统以放射式系统为主，部分较远的次要用电设备则采用干线式系统。地面共设以下10kV变配电室：台城副井10kV变电
34、所、主井10kV变电所、皇后风井变电所、台城风井变电所、瓦斯抽放站变电所，以上属一、二级用电负荷，均采用双回路供电，分别取自35/10kV变电所10kV不同的母线段。(1) 35KV变电所低压部分：表2-3 35kv变电所低压统计表序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA11地面矸石系统250.650.750.8816.2514.3021.6727地面照明1001.000.900.48100.0048.00111.11有功功率：=16.25+100=116.25kw无功功率：14.30+48=62.3kvar视在功率:
35、 S=(2) 副斜井10kv变电所:表2-4 副斜井变电所统计表序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA12锅炉房3350.700.750.88234.50206.36312.6718污水处理设备19.70.700.750.8813.7912.1418.3919井下水处理车间26.10.700.701.0218.2718.6426.1020煤泥泵房5.50.750.750.884.133.635.519副井及平车场60.00.700.701.0242.0042.8460.00 有功功率：=312.7kw无功功率：283
36、.6kvar视在功率:=422.2kvA(3) 材料斜井变电所表2-5 材料斜井变电所统计表序号负 荷 名 称设备工作容量（kW）需用系数Kd功率因数cos tg 计算负荷PcakWQcakVarScakVA2材料斜井绞车4000.750.800.75300.00225.00375.004材料斜井绞车房560.700.701.0239.2039.9856.0014机电修理车间1970.300.651.1759.1069.1590.9221空气加热室23.00.750.750.8817.2515.1823.0022联建、行政福利990.300.800.7529.7022.2837.1323煤样化
37、验室130.600.800.757.805.859.7516坑木加工房310.350.651.1710.8512.6916.69 有功功率：=464kw无功功率：394.15kvar视在功率:=608.7kvA用同样方法可计算出其它分类的计算负荷，结果记入表2-6地面负荷计算荷表中。表2-6 地面负荷汇总表序号负 荷 名 称计算负荷PcakWQcakVarScakVA一35kv地面低压116.2562.3131.89二副斜井变电所312.7283.6422.2三主斜井变电所632.6438.2769.55四皇后风井变电所1713.91090.622031.48五回风风井变电所1093.5677
38、.971286.6六瓦斯抽放变电所560492.8746.67七渔场变电所105.665.47124.24八材料斜井变电所464394.15608.7地面负荷总计：同时系数区=0.95 无功同时需用系数Ks=0.97有功功率 =0.95(116.26+312.7+632.6+1713.9+1093.5+560+105.6+464) =0.954997.85=4747.96kw无功功率=0.97(62.3+283.6+438.2+1090.62+677.97+492.8+65.47+394.15)=3399.96kvar2.5全矿负荷总计 () =4747.96+4782.6=9530.56kW
39、 =3399.96+4698.7=8098.66 kvar 我国电力规程规定;高压供电的功率因数应达到0.9以上，凡功率因数未达到上述规定时，因添加无功补偿装置。3 无功功率补偿3.1 功率因数的概念和无功功率的影响在交流电流中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，在数值上，功率因数是有功功率与视在功率的比值，用cos表示。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，主要表现在：（1）降低发电机有功功率的输出；（2）视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变
40、电设备的供电能力；（3）电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加；（4）系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。3.2 提高功率因数的意义（1）通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。（2）良好的功率因数值的确保，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。（3）可以增加系统的裕度，挖掘出发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器，可以提高功率因数，增加负载的容量。（4）减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。3.3 提高功率因数的方法提高功率因数可以分为提高负荷的自然功率因数和采用人工补偿两种方法3.3.1 提高负荷的自然功率因数不增加专门的设备，采取合理的技术措施，改进用电设备的运行情况，提高负荷功率因数的方法称为提高负荷的自然功率因数。提高自然功率因数的方法有：（1）恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。（2）对平均负荷小于其额定容量40%左右的轻载电动机，可将线
