矿井产量120万吨煤业供电设计说明书

目 录 1 111煤业供电简介22 负荷计算及变压器选择22.1计算矿井负荷：22.2全矿总计算负荷22.3主变压器选择112.4高压电容器的选择122.5变压器的容量：123 短路电流计算及10KV开关继电保护133.1计算前系统运行方式的确定133.2短路电流计算系统图及等值电抗图133.3整定方案154 供电系统184.1 35KV变电所电源系统的供电方式184.2变电所一次供电设备的初选194.3母线装置的初选244.4电缆选择245 变电所布置265.1 变电所位置的确定265.2 变电所总体布置的原则与要求266 变压器继电保护276.1变电所继电保护的配置情况276.2主变压器的继电保护287 变电所的防雷337.1变电所的雷害337.2对直击雷的保护337.3对雷电入侵波的防护347.4对输电线路的防护341 111煤业供电简介 111煤业设计矿井产量为120万吨，2010年8月经申请，批复生产规模为150万吨。111煤业生产区工业广场建有一座35KV变电站，采用双回路电源供电，两台主变压器一备一用，原主变压器容量为9000KVA，由于矿井扩大生产规模，原主变压器已不能满足矿井供电要求，35KV变电所进行技术改造，对变电所设备初步选型设计。2 负荷计算及变压器选择2.1计算矿井负荷：2.1.1煤矿供电设计中采用需用系数法单台设备的计算负荷 式中: Kx1单一设备的需用系数Kf负荷系数l供电线路效率，一般取0.9-0.95设备为实际功率时的效率无功功率按下式计算:设备组有功计算负荷按下式计算： 式中: Kt设备组的同时系数，指在最大负荷时，设备组中运行着的设备额定容量之和Peg与设备组额定容量之和Pe之比Kx设备组的需用系数Kf设备组的负荷系数，指设备组中运行着的设备实际容量之和Pg与设备组额定容量之和Peg之比l供电线路效率，一般取0.9-0.95pj设备组的甲权平均效率定义为：Pi、i设备组i台设备的实际容量、实际效率设备组的无功功率和视在功率的计算式如下： 2.2全矿总计算负荷34序号负荷名称电压等级（V）设备数量设备容量需用系数kx功率因数最大负荷安装(台)工作(台)安装(kW)工作(kW)costan有功功率(kW)无功功率(kvar)视在功率(kVA)12345678910111213一地 面(一)地面高压负载1主井带式输送机1000032168011200.850.850.75952714.0 1120215#煤主通风机100002114207100.750.80.75532.5399.4 665.62538#煤主通风机100002114207100.750.80.75532.5399.4 665.62541#瓦斯抽放高负压泵100002116008000.650.80.75520390.0 65051#瓦斯抽放低负压泵100002112606300.650.80.75409.5307.1 511.87562#瓦斯抽放高负压泵100002116008000.650.80.75520390.0 65072#瓦斯抽放低负压泵100002112606300.650.80.75409.5307.1 511.8758干选机风机10000226306300.70.750.88441388.1 5889强排水1000022142014200.80.80.751136852.0 1420合计191212290745054534147.1 6783(二)地面工业场地变电所1调度楼38050500.50.90.482512.0 27.8 2副井提升机380111601600.70.71.02112114.2 160.0 3副井提升机辅助负荷38020200.70.71.021414.3 20.0 4主井辅助负荷38030300.70.71.022121.4 30.0 5新进风斜井空气加热室3803255370.750.80.7527.7520.8 34.7 6综合办公楼38030300.50.90.48157.2 16.7 7灯房、浴室380101030300.30.80.7596.8 11.3 8锅炉房3802002000.70.750.88140123.2 186.7 9主井热风炉38050500.70.750.883530.8 46.7 10副井热风炉3801001000.70.750.887061.6 93.3 11工业广场38050500.610300.0 30.0 12污水站380221260400.50.750.882017.6 26.7 13一部皮带380111351350.70.71.0294.596.4 135.0 14二部皮带380111101100.70.71.027778.5 110.0 15空压机380215002500.820.80.75205153.8 256.3 16电修房38020200.610120.0 12.0 17机修车间3801001000.30.651.173035.1 46.2 18干选机辅助负荷3802001700.70.71.02119121.4 170.0 小 计4028170014121056.25915.11413.4(三)生活区变电室1宾馆3801001000.70.750.887061.693.333333332生活区锅炉3801801800.70.750.88126110.881683家属楼3801501500.610900904单身楼3801501500.610900905办公楼3801001000.70.750.887061.693.333333336生活区广场照明38050500.610300307职工食堂38020200.61012012小 计750750488234.08576.7 (四)风井变电所11#瓦斯抽放辅助3804250500.850.820.742.529.7551.8 22#瓦斯抽放辅助3804250500.850.820.742.529.7551.8 3黄泥灌浆系统3808695950.60.90.485727.3663.3 415#风井动力38030300.850.820.725.517.8531.1 58#风井动力38030300.850.820.725.517.8531.1 小 计1610255255193122.56229.1 二井 下(一)15号煤主变电所1152轨道大巷6602244440.70.71.0230.831.41644.0 2水仓低压6602222220.880.80.7519.3614.5224.2 3152胶带大巷660111101100.70.71.027778.54110.0 4调度绞车6601125250.80.810.722014.424.7 5调度绞车6601111.411.40.80.810.729.126.566411.3 6下山绞车副泵6601115150.80.810.72128.6414.8 715号煤给煤机6601118.518.50.80.810.7214.810.65618.3 8照明及其它12711202010.90.48209.622.2 小 计1010265.9265.9203.08174.3384269.5 (二)皮带巷1联络巷带式输送机1140225005000.70.71.02350357500.0 215106带式输送机11401175750.70.71.0252.553.5575.0 3152胶带平巷660221101100.70.71.027778.54110.0 4152胶带下山660221101100.70.71.027778.54110.0 小 计77795795556.5567.63795.0 (三)15号煤集中运输巷配电点1带式输送机1140225005000.70.80.75350262.5437.52下山绞车1140112202200.50.80.7511082.5137.53皮带张紧绞车660117.57.50.50.80.753.752.81254.68754照明及其它127114410.90.4841.924.444444444小 计55731.5731.5467.75349.7325584.1319444(四)15号煤水仓配电室1主排水泵100003213509000.50.80.75450337.5562.5(五)152胶带下山综掘面1掘进机660112212212探水钻6601111113小水泵6603266444掘进局部扇风机6602174745胶带输送机660111101106刮板输送机660115555小 计976835510.50.71.02275.5281.01393.5714286(六)152轨道下山综掘面1掘进机660112612612探水钻6601111113小水泵6603266444掘进局部扇风机660212201105胶带输送机660111101106刮板输送机66022110110小 计1087786460.50.71.02323329.46461.4285714(七)15108综采工作面1双滚筒采煤机1140114754752转载机1140112002003破碎机1140112002004乳化液泵660214002005后刮板输送机1140114004006前刮板输送机1140114004007回柱绞车660213718.58可伸缩胶带输送机660115005009小水泵66044888810调度绞车66021502511回柱绞车6601118.518.512无极绳绞车6601111011013小水泵66011222214煤层钻机66011373715泥浆泵66011151516照明及其它12711202010.90.48209.622.2 小 计22192972.527290.510.71.021391.791419.62581988.271429(八)8号煤主变电所18号煤石门皮带6601175750.70.80.7552.539.37565.62528号煤胶带下山660222202200.70.80.75154115.5192.538号煤绞车房660111601600.50.80.7580601004皮带张紧绞车66011440.50.80.7521.52.558号煤架空乘人器6601145450.70.80.7531.523.62539.3756照明及其它12711202010.90.48209.622.22222222小 计77524524340249.6422.2222222(九)1架空乘人装置6601145450.70.80.7531.523.62539.3752排水泵10000317502500.60.80.75150112.5187.5小计42795295181.5136.125226.875(十)8号煤采区变电所182轨道平巷无极绳660111101100.50.80.755541.2568.75282轨道下山无极绳660111101100.50.80.755541.2568.7538#煤4部皮带660111101100.70.80.757757.7596.2548#煤5部皮带660111101100.70.80.757757.7596.25582采区水泵房660327505000.70.810.72350252432.0987654682胶带上山6601155550.70.80.7538.528.87548.1257照明及其它12711202010.90.48209.622.222222228调度绞车6601125250.50.80.7512.59.37515.6259小水泵66064132880.60.80.7552.839.666小 计161314221128737.8537.45914.0709877(十一)82采区下山水泵房4排水泵660322701800.50.80.759067.5112.55照明及其它127114410.90.4841.924.444444444小 计432741849469.42116.9444444(十二)8209运输顺槽综掘面1掘进机660112212212探水钻6601111113小水泵6603266444掘进局部扇风机66021120605胶带输送机660111101106刮板机660115555小 计975835010.50.71.02250.5255.51357.8571429(十三)8209回风顺槽综掘面1掘进机660112212212探水钻6601111113小水泵6603266444掘进局部扇风机66021120605胶带输送机660111101106刮板机660115555小 计975835010.50.71.02250.5255.51357.8571429(十四)8号煤综采工作面1双滚筒采煤机1140113753752刮板运输机1140112642643转载机11401190904回柱绞车11401118.518.55乳化液泵114021150756喷雾泵11401175757调度绞车6601140408无极绳绞车6601137379回柱绞车6601118.518.510小水泵66044888811带式输送机66011808012带式输送机660115555小 计1615129112160.530.71.02644.48657.3696920.6857143三统计1中央变电所合计12410512523.910443.45826.45370.68137948.6938052地面合计75501499598677190.255418.849002.23全矿合计19915527518.920310.413016.6510789.521316950.893814全矿考虑同时系数 计算全矿总计算负荷时，应考虑个用电区域之间最大负荷的出现是参差不齐的，因此应把各区域计算负荷相加之后再乘以最大负荷同时系数，才得全矿总的计算负荷。煤矿企业(采区有两个工作面取0.95，三个工作面取0.9，全矿当时取0.8)全矿有功、无功和视在计算负荷，分别按下式计算式中：、全矿各用电区域计算负荷之和2.3主变压器选择2.3.1 矿山地面降压变电所的变压器，一般选用两台，以保证对一、二类负荷的供电可靠性。我矿的重要负荷约占总负荷的80%左右，需100%的备用。为此，当选两台变压器时，每台变压器的容量应为：式中：事故时的负荷保证系数，取0.8补偿后的变电所负荷功率因数 要求在0.9以上2.3.2主变压器容量的选择(1)对表中的计算负荷求和，则得全矿总负荷13016=10789(2)取，求得全矿计算负荷130160.8=10412107890.8=863113524自然功率因数 10412/13524=0.76992.3.3无功功率的补偿功率因数低，及无功功率很大，矿山企业需给大量无功功率，使发电和输配电设备的能力不能充分利用，浪费了电能。由于自然功率因数低于规定值0.9，因此应在10KV母线上分别装设电力电容器，使其功率因数提高到0.910412/0.9=115692.2.4补偿后的无功功率为：5043Kva固求得10KV母线上所装电容器的容量为8631-5043=3588kva 取：3600kva10KV母线上增设3600kva电容器后、实际的无功功率、视在功率、及功率因数分别为：8631-3600=5031kva11563KVA10412/11563=0.902.4高压电容器的选择在提高电力系统的功率因数时，应选择并联电容器。电容器的额定电压与其接入电网的工作电压相适应。由于电容器的实际补偿容量与其端电压的平方成正比，所以电容器的台数N应按下式计算：3600/334=10.77取12台。2.5变压器的容量：Sb10412/0.90=11568KVA考虑到将来采煤工艺改造，选SZ11-16000/35型电力变压器，技术数据为 1#变压器型号SZ11-16000/35/10.5，额定电流：263.9/879.8A，短路阻抗：7.83%，空载电流：0.33%，空载损耗：13.04KW，负载损耗：75.283KW，接线组别：YNd11，出厂序号：013008，生产日期：2013年3月。制造厂家：山西省长治市电力变压器厂。2#变压器型号SZ11-16000/35/10.5，额定电流：263.9/879.8A，短路阻抗：7.9%，空载电流：0.73%，空载损耗：11.307KW，负载损耗：75.395KW，接线组别：YNd11，出厂序号：013009，生产日期：2013年4月。制造厂家：山西省长治市电力变压器厂。3 短路电流计算及10KV开关继电保护3.1计算前系统运行方式的确定110KV红星变电站10KV母线阻抗大方式：0.62411小方式：0.6502135KV母线阻抗大方式：0.2457小方式：0.45135KV白和变电站10KV母线阻抗大方式：2.3246小方式：3.58535KV母线阻抗大方式：0.4902小方式：1.054535KV111变电站10KV母线阻抗大方式：0.9939小方式：1.707大方式：红马线和1#主变小方式：白马线和2#主变3.2短路电流计算系统图及等值电抗图3.2.1确定短路点：短路点应根据变电所电气设备选择和继电保护来定，一般常采用下列地点：、矿井地面变电所35kv及10KV母线;、压风机房、主、副井车房、风井输电线路末端、井下中央变电所母线3.2.2绘制短路电流计算系统图此图绘制与短路点有关的供电网络，图中应标出母线的平均电压及各元件的电气参数，各短路点的位置、编号及各供电回路的名称。3.2.3绘制等值电路(电抗)此图与短路电流计算系统图相对应，将系统图中各元件以其电抗符号代替。3.2.4短路电流计算短路电流采用有名制。电压取标准电压等级的平均电压值 UP=10.5KV,UP=0.40KV,UP=0.69KV1) 线路电抗： -单位长度电抗,/km (高压架空线 0.4/km)L-导线长度，km (3-10kv电缆 0.08/km)线路电阻：L-线路长度，mS-导线截面积，mm2D-电导率，m/(* mm2) (铜芯铠装电缆 80 44.3)2)变压器电抗Ud%-变压器的短路电压百分数Up-短路点的平均电压Sb-变压器的额定容量3)电抗器的电抗式中：Xk %-电抗器的百分电抗值Uke -电抗器的额定电压，vIke-电抗器的额定电流，A3.3整定方案3.3.1电力线路的有时限的电流保护继电器的动作电流：- 可靠系数- 接线系数- 线路最大计算电流- 继电器返回系数，对DL型继电器取0.85;GL型继电器取0.8;数字、数字继电器取0.9- 电流互感器变比灵敏度校验-被保护线段末端最小两相短路电流-保护装置的整定电流3.3.2电流速断保护(1)线路继电器的动作电流：- 可靠系数- 接线系数- 被保护线路末端的最大短路电流- 电流互感器变比3.3.3线路变压器组继电器的动作电流：- 变压器二次出口处短路时的最大短路电流 灵敏系数校验： - 整定电流 - 被保护线路末端的最小两相短路电流3.3.4时限电流速断继电器的动作电流：-变电所的时限电流速断的动作电流-可靠系数 取1.2-下级变电所的无时限电流速断的动作电流灵敏系数校验： - 整定电流 - 被保护线路末端的最小两相短路电流3.3.5高压电动机的速断及过流保护1)电流速断保护继电器的动作电流：KK- 可靠系数KJX- 接线系数Iq- 电动机启动电流Kf- 继电器返回系数，对DL型继电器取0.85;GL型继电器取0.8;数字、晶体管继电器取0.9Ni- 电流互感器变比灵敏系数校验： - 整定电流 - 电动机出口处的最小两相短路电流2)过负荷保护继电器的动作电流：- 可靠系数取1.2- 接线系数Ie- 电动机额定电流- 继电器返回系数，对DL型继电器取0.85;GL型继电器取0.8;数字、晶体管继电器取0.9- 电流互感器变比电动机过负荷动作时限的整定：大于电动机的起动时间，取10-15秒。3.4初算井下变电所的短路容量(最大运行方式)数据：35KV架空线路长度红马线9.031KM，白马线5.5KM下井电缆长度8#煤中央变电所为600M，15#中央变电所为1300M电源参数：最大运行方式0.9939，最小运行方式1.707.煤矿供电系统中，大多属于无限大电源容量系统。我矿属无限大电源容量系统，短路电流计算采用相对值法。在计算高压电网中的短路电流时，一般情况只计算各元件的电抗而忽略其电阻。绘制等值电路图，计算各元件的相对基准电抗电源的电抗(包含35KV线路及主变压器)=1.1电缆电抗0.08*1/2=0.04D点短路总电阻X=1.1+0.04=1.14井下中央变电所母线的三相短路电流为10.5/1.97=5.32KA92.1450MVA目前井下开关柜的额定断流容量215MVA，因此每回井下电缆首段不需要加电抗器来降低井下高压系统的短路容量。4 供电系统4.1 35KV变电所电源系统的供电方式矿井地面35KV电源系统(矿区供电系统)为有备用系统的双回路放射式接线。一般为单侧电源供电，正常运行时由一回线路供电，故障时由另一回线路供电。本设计也采用双回路线路供电。35kv及10KV主接线方式的确定矿井变电所35kv主接线，应力求简单，运行可靠，操作方便，并适当考虑发展，当为终端变电所或只有两回出线时，一般采用桥式接线(内、外、全桥接线)。本设计采用全桥接线，其特点是线路侧、变压器侧和母线桥上都有断路器，故其有运行灵活、适应性强的优点，不论是切换变压器还是切换线路都可方便的操作，并易发展成为分段单母线接线的中间变电所。10KV母线一般采用断路器分段的单母线接线，以保证一类负荷有双电源，单母线分段使用断路器比用隔离开关操作方便，运行灵活，可实现自动切换提高供电的可靠性和连续性。正常供电时，主变压器一台运行，一台备用；10KV母线两段同时运行。所用电主要是指操作电源用电及所内动力及照明用电，所用电源的设置应按变电所的重要性、变压器容量大小及采用的操作方式等确定。本设计采用HP22010-2智能型直流操作电源系统。对35KV变电所提供断路器分、合闸以及二次回路中的仪表、仪器、继电保护和事故照明的供电。HP22010-2直流电源系统由充馈电屏以及蓄电池屏组成。电源系统配置采用高频开关技术的电源模块及大屏幕触摸式监控单元。监控单元界面直观，操作简单，可提供全面的在线模拟量和开关量数据信息，具有完善的保护告警功能以及远程数据传输和通讯接口功能。系统可按照电池的充、放电曲线和时间对电池进行智能自动管理，保证电池的工作寿命。4.2变电所一次供电设备的初选供电设备应按正常工作条件进行初选，即按工作电压即通过电器的最大长时工作电流来选择。尽量选用新型常用开关设备，选型时应尽量同一型号，减少设备种类。10-35kv断路器采用电动操作机构。4.2.1 35Kv开关设备的初选矿井变电所35kv设备一般采用户外布置，但本设计采用室内布置。根据供电系统的要求选用的设备有：1) 避雷器：主变压器和线路必须装设防雷保护装置。选用YH5W2-51/134型氧化锌避雷器。其技术参数为：2) 断路器：选真空断路器ZN85-40.5-1250-31.5型。其技术参数为：3) 电压互感器：电压互感器应装在一段或二段35Kv母线上，按v/v接线作为测量和保护用，选用JDZX9-35型。其技术参数为： 4) 电流互感器：在35kv侧装有计量电度表时，应在进线断路器处接入测量用的电流互感器。可选用LDBJ8-40.5型。其技术参数为： 5) 熔断器：电压互感器应装设熔断器作为短路保护，电压互感器选用XRNP-40.5型熔断器。4.2.2 10KV开关设备的初选矿井地面变电所10KV设备为户内布置，应根据使用环境和正常工作作参数选择电气设备。1) 断路器的选择当一台变压器故障或断路器检修的时候，10KV侧断路器的长时最大负荷等于变压器的额定容量，此时，10KV侧的断路器的长时最大工作电流为：A故10KV侧的断路器选ZN28A-12/2000-31.52)低压隔离开关的选择计算隔离开关的长时最大允许工作电流。当一条线路故障时，全部负荷电流都通过10KV低压侧的隔离开关，通过10KV侧的隔离开关的长时最大工作电流为：A故初步选择10KV侧的隔离开关为GN22-10C/2500A3）电流互感器的选择互感器是一次电路与二次电路之间的联络元件，用以分别向测量仪表的继电器的电压线圈和电流线圈供电。电流互感器按使用地点电网电压和长期最大负荷电流来选择，并按短路条件校验动热稳定性。35KV母线侧电流互感器的选择：因母联断路器不用于测量，只设保护，故选用LDBJ8-40.5G型电流互感器。10KV侧电流互感器的选择：10KV母线侧的长时最大工作电流为：A则初步选择为LZZBJ9-10C型电流互感器。4）电压互感器的选择本35KV变电站为终端变电站，35KV进线不需要进行绝缘监测，只需要测量线路电压，故按前面计算，选JDZ9-35型电压互感器。10KV侧的电压互感器选择为JSZW-10型。5）站用变压器的设计及配套用高压熔断器的选择：由于站用变负荷较小，故站用变的容量一般为50315KVA；在本设计中选用SCB10-50/35型电力变压器，其技术数据为：变电站用的熔断器选用XRNP-40.5型容管电流为2A站用变长时工作电流0.82A，故所选熔断器符合要求。4.3母线装置的初选室内电压在35kv以下，通常采用矩形母线，因为它比实心圆母线具有冷却条件好、交流电阻率小、在相同条件下截面较小的优点。矩形母线从冷却条件、集肤效应、机械强度等因素综合考虑，通常采用高、宽比为1/5-1/12的矩形母线。本设计35kv母线选择TMY-8010母线，10KV母线选择矩形母线LMY-12510母线。4.4电缆选择高压电缆机械强度较高，按其它选择的电缆截面能满足机械强度的要求，所以选择时可不考虑此项条件。但由于高压电缆散热条件差，所以必须考虑短路时热稳定性。高压电缆选择时，对年费用高应按经济电流密度选择，按长时允许电流、允许电压损失和短路时的热稳定条件校验。对年费用低的，可根据情况按长时允许电流或允许电压损失条件选择，按其他条件校验。4.4.1主井带式输送机电缆的选择：最大长时负荷电流：A；1） 按经济电流密度选择电缆截面：查表得铜芯电缆的经济电流密度为2.25，则其经济截面mm2查表可选MYPTJ-10 350+116型矿用高压橡套电缆，其长时允许载流量为165A。2） 按长时允许电流校验所选电缆截面：由于使用环境温度的地面最高温度为40，=0.82，则温度修正后其允许的最大长时负荷电流为=1650.82=135.3A=64.6A，满足要求。3） 按电压损失校验电缆截面：高压系统中要求不得超过7%-10%，对煤矿来说要求不得超过5%，得=100000.05=500V，线路实际电压损失为：=64.6（0.4410.85+0.0940.53）=47.5V故电压损失=500V，满足要求。4）热稳定校验：由前面短路计算知道主井带式输送机处三相最大短路电流为5.132kA短路电流作用的假想时间为：由于主保护为速断保护，所以断路器动作时间为0.2s即：=0.2s电缆最小热稳定截面为=24.15 C为热稳定系数，查资料为95；所以，=24.1550，故满足要求。其他电缆选择方法同样，选择结果见下表。地点最大长时负荷电流A选择电缆型号载流量至主井带式输送机64.6MYPTJ-10 350+116165至风井216LGJ-150323至主通风机226.8AMYPTJ-10 325+116+32.5110至瓦斯抽放高负压泵61AMYPTJ-10 325+116+32.5110至瓦斯抽放低负压泵46.5AMYPTJ-10 325+116+32.5110至干选机配电点40.8AMYJV22-10 350165至强排水泵51.5AMYJV22-10 350165至主井口配电点86.6AMYPTJ-10 370+125200至空压机配电点51.5AMYPTJ-10 370+116200至生活区配电点43.3AYJV22-10 370200至副井口配电点57.7AYJV22-10 370200至调度楼配电点46.2AYJV22-10 350165至8#煤中央变电所216AMYJV22-10 395245至15#煤中央变电所360AMYJV22-10 3185368至主水泵房166AMYJV22-10 3952455 变电所布置5.1 变电所位置的确定变电所的位置，占地面积及确定位置所考虑到的一些问题1、接近负荷中心，2、不占或少占农田3、便于各级电压线路的引入和引出4、交通运输方便5、具有适宜的地质条件6、尽量不设在空气污染地区7、具有生产和生活用水的可靠水源8、确定地址时应考虑与邻近设施之间的相互影响9、地址位置选择应于矿区个变电所的数量容量用户负荷的分配同时考虑。5.2 变电所总体布置的原则与要求35/10KV降压变电所，一般由主变压器，配电装置和控制室等组成。变电所总体布置应根据电压等级，各级配电装置的型式，进出线的条件，地形情况等因素合理确定，主要考虑以下几点：1、变压器与各级配电装置的连线应尽量短。2、保证架空线和电缆出现的方便。3、便于各类电器的运输与更