煤矿企业地面356kV变电所供电系统设计

煤矿企业地面35/6kV变电所供电系统设计

1 前言

本设计为工矿企业负荷计算，首先需收集必要的负荷资料，按表2-9的格式做成负荷统计计算表，计算或查表求出各负荷的需用系数和功率因数，然后由低压到高压逐级计算各组负荷，在进行负荷归总时，应计入各低压变压器的损耗，考虑组间同时系数后，就可求得矿井６kV母线上的总计算负荷，作为初选主变压器台数容量的主要依据．

功率因数的补偿计算与主变压器的容量、负荷率及运行方式密不可分，题意是要求将35kV母线的功率因数提高到0.9以上，故应将主变压器的功率损耗也计入总的负荷中，在计算过程中将会存在估算与最后验算的反复。

拟定供电系统，主要是综合考虑矿井负荷性质，主变压器的台数、容量及电源线的情况来决定矿井地面35／6kV变电所的主接线方式。并绘制供电系统一次接线图。

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2 负荷计算、功率因数补偿及供电系统拟定

2.1计算各组负荷并填表

利用表2-1中8～11各列的数据和公式,分别算出各设备或设备组的Pca、Qca、及Sca,并填入表2-2中12～14列。

表2-1 全矿负荷统计分组表

设备名称 1 1主井提升 2副井提升 3扇风机1 4扇风机2 5压风机 6地面低压 7机修厂 8洗煤厂 9工人村 10支农 11主排水泵 12井下低压 负荷等级 2 2 1 1 1 1 1 3 2 3 3 1 2 电压(kV) 3 6 6 6 6 6 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 6 0.66 线路类型 4 C C K K C C C K K K C C 电机类型 5 Y Y T T T X X 单机容量(kW) 6 1000 630 800 800 250 500 安装台数/工作台数 7 1/1 1/1 2/1 2/1 4/2 7/5 工作设备总容量(kW) 8 1000 630 800 800 500 870 750 920 480 360 2500 2378 需用系数(Kd) 9 0.86 0.85 0.85 0.85 0.85 0.7 0.6 0.71 0.71 0.71 0.76 0.66 功率离35kV因数变电所的(cosφ) 距离(km) 10 0.76 0.76 -0.91 -0.91 -0.89 0.75 0.65 0.76 0.76 0.76 0.8 0.75 11 0.3 0.2 1.6 1.6 0.38 0.05 0.2 0.49 2.13 2.87 0.69 例如，对于主井提升机有

Pca.1?Kd1PN1?0.86?1000?860 kW Qca.1?tan?Pca.1?0.86?860?740 kvar

Sca?Pca2?Qca2?8602?7402?1135kVA

又如，对于扇风机1，由同步电动机拖动，表2-1中其cosφ标出负值，其原因是：同

步电动机当负荷率＞0.9，且在过励磁的条件下，其功率因数超前，向电网发送无功功率，故为负值。此时同步电动机的无功补偿率约为40～60%，近似计算取50%，故其补偿能力可按下式计算：

Pca.3?Kd3PN3?0.85?800?680 kW

Qca.3? 0.5（P）?0.5?［680?（－0.46）］?－156 kvar ca.3tan?32

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Sca3?Pca.32?Qca.32?6802???156??698kVA 同理可得其余各组数据见表2－9。

在表2-2的合计栏中，合计有功负荷9326 kW和无功负荷5171kvar是表中12列、13列的代数和，而视在负荷11285kVA，则是据上述两个数值按公式计算得出，视在容量的代数和无意义。

表2-2 全矿负荷统计分组表 设 备 名 称 1 1 主机提升 2 副井提升 3 扇风机1 4 扇风机2 5 压风机 6 地面低压 7 机修厂 8 洗煤厂 9工人村 10支农 负 电压 线 电 单机 荷 等 级 2 2 1 1 1 1 1 3 2 3 3 V 3 6000 路 机 容量 类 类 型 型 4 C 5 Y Y T T T X X kW 6 1000 630 800 800 250 500 安装 台数 ―― 工作 台数 7 1/1 1/1 2/1 2/1 4/2 5/3 工 作 设 备 总容量 kW 8 1000 630 800 800 500 870 750 920 480 360 2500 2378 需用 系数 Kd 9 0.86 0.85 0.85 0.85 085 0.7 0.6 0.71 0.71 0.71 0.76 0.66 功率 因数 cosφ 10 0.76 0.76 计算容量 离35kV 变电所 2 有功 kW 11 860 540 无功 kvar 12 740 400 -156 -156 -130 604 512 465 285 198 1525 1402 ∑Qca 5689 视在 kVA 13 1135 672 698 698 483 865 721 856 451 355 2515 2090 S c a∑ 11539 的距离 km 14 0.3 0.20 1.6 1.6 0.38 0.05 0.20 0.49 2.13 2.87 0.69 6000 C 6000 k 6000 k 6000 C 380 380 380 380 380 C C K K K -0.91 680 -0.91 680 -0.89 405 0.75 0.65 0.76 0.76 0.76 0.80 0.75 560 420 635 350 235 2000 1550 ∑Pca 8915 11主排水泵 1 12井下低压 2 13合计 6000 C 660 C 注 1.线路类型：C——电缆线路；k——架空线路。 2.电机型式：Y——绕线异步；X——鼠笼异步；D——直流；T——同步

2.2各低压变压器的选择与损耗计算 2.2.1 低压变压器的选择

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2－9中的计算视在容量按公式的原则进行。

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

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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。 2.2.2 变压器功率损耗计算

单台变压器的功率损耗按公式计算；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2-2中未作分组，故不选变压器，其损耗按近似公式计算。

例如，对于500kVA工人村变压器，据附表1中的有关参数，可算得

?S??451??pT??p0??pK?ca??1?5????5.07KW

500???SN?T??1.444512??I0%UK%2??QT?SNT?????500?????23.3kvar 2?100100100100500????又如，对于地面低压两台800kVA变压器，同样可算得

22???1Sca???865???PT?2??P0??PK????2?1.45?7.2?????7.1KW ??2?800???2SN?T????????22?1.24.5?865?2??I0%UK%2??QT?2SN?T?????2?800????????40kvar

1001001001002?800????????井下低压负荷的变压器损耗,按近似公式计算，即

?PT?0.015Sca?0.015?2090?31.35 kW ?QT?0.06Sca?0.06?2090?125.4 kvar

同理可得其它各低压变压器的损耗如表2-3所示。

表2-3 各低压变压器功率损耗计算结果

负荷名称 ST.N，kVA ΔPT，kW ΔQT，kvar 合计 地面低压 2×800 6.8 40 机修厂 800 6.0 32.1 洗煤厂 2×800 7.2 42 工人村 500 5.15 24 支 农 400 4 20 井下低压 (2196) 32.5 125.5 ΣΔPT＝61.65kW；ΣΔQT＝283.6kvar

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2.3 计算6kV母线上补偿前的总负荷并初选主变压器

各组低压负荷加上各低压变压器的功率损耗后即为其高压侧的负荷，因

ΣPca=8915kW，故查表2－3得Ksi=0.85，忽略矿内高压线路的功率损耗，变电所6kV母线补偿前的总负荷为

Pca.6?Ksi(?Pca???PT)?0.85??8915?61.65??7630 kW Qca.6?Ksi(?Qca???Qt)?0.85??5689?283.6??5076 kvar

Sca?6?P2ca?6?Q2ca?6?76302?50762?9164KVA

补偿前功率因数

cos?6?Pca.67630??0.8326 Sca.69164根据矿井一、二级负荷占的比重大于Sca.6=9164kVA，可初选两台主变压器，其型号容量按附表2选为SF7-10000，35／6.3kV，由于固定电费按最高负荷收费，故可采用两台同时分列运行的方式，当一台因故停运时，另一台亦能保证全矿一、二级负荷的供电，并留有一定的发展余地。

2.4 功率因数补偿计算与电容器柜选择

题意要求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，并按公式（2－52）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。 （1）无补偿时主变压器的损耗计算

按一台运行、一台因故停运计算，则负荷率为 ??Sca.69164??0.9164 SN.T100005

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