煤矿供电系统设计 初稿

论文题目煤矿供电系统设计专业电气工程及其自动化摘要本设计是依据对黄家沟煤矿原始资料的仔细分析，根据系统实际生产需要，结合矿井地面和井下负荷计算，分析，研究设计地面和井下供电系统。本设计对黄家沟煤矿从110KV侧电源进线开始全面设计，设计过程主要包括矿井全部负荷的统计和计算、低压变压器和总降压变压器的选择、系统主接线方式选择、各种高低压电器设备和电缆的选择、采用标幺值进行短路计算并对电气设备的热稳定性和动稳定性校验、继电保护、防雷接地等。根据煤矿供电的特殊性，110KV侧主接线为全桥接线，10KV侧主接线方式为单母线分段方式，两台变压器采用分列运行方式，并依据电流的整定值选择断路器、隔离开关等电气设备，最终使整个供电系统满足矿井生产需要。关键词供电系统，负荷计算，短路计算，设备选型，继电保护研究类型系统设计SUBJECTMINEPOWERSUPPLYSYSTEMDESIGNSPECIALTYELECTRICENGINEERINGANDAUTOMATIONABSTRACTTHISDESIGNOFPOWERSYSTEMISBASEDONTHEHUANGJIAGOUMINEACCORDINGTOTHESYSTEMACTUALPRODUCTIONNEEDSCAREFULANALYSISOFTHEORIGINALDATA,COMBINEDWITHSURFACEANDUNDERGROUNDMINESLOADCALCULATION,ANALYSIS,RESEARCHDESIGNSURFACEANDUNDERGROUNDPOWERSUPPLYSYSTEMINTHISPAPER,A10KVPOWERSUBSTATIONOFHUANGJIAGOUMININGCOALWASDESIGNED,WHICHINCLUDINGLOADSTATISTICSANDCALCULATION,THEDEFINITIONOFLOWVOLTAGETRANSFORMERANDMAINTRANSFORMER,THERUNWAYOFPOWERSYSTEM,THEPOWERANDOTHERPOWERSUPPLYEQUIPMENTSANDSHORTCIRCUITCURRENTCALCULATION,THESYSTEMUSESHORTCIRCUITTOCHECKTHEEQUIPMENT,DYNAMICANDTHERMALSTABILITY,THERELAYPROTECTIONDEVICE,ANDLIGHTNINGPROTECTION,ETCACCORDINGTOTHECHARACTERISTICOFCOALPOWERED,THE110KVSIDEOFTHEMAINTERMINALFORTHEFULLBRIDGECONNECTIONANDTHE10KVSIDEOFTHEMAINWIRINGFORSECTIONALIZEDSINGLEBUSCONFIGURATION,THETWOMAINTRANSFORMERSOPERATINGMODEUSINGDISAGGREGATEDWAY,THROUGHTHESHORTCIRCUITCURRENTCALCULATION,THEVERIFICATIONOFDIFFERENTELECTRICALEQUIPMENTSWERECOMPLETEDANDTHEMODELSOFTHEELECTRICALEQUIPMENTSWEREDEFINITETOOPTIMIZETHERELIABILITY,SELECTIVITY,RAPIDITYANDSENSITIVITYOFTHEPOWERSUPPLYSYSTEMKEYWORDSPOWERSUPPLYSYSTEM,LOADCALCULATION,SHORTCIRCUITCURRENTCALCULATION,EQUIPMENTSELECTION,RELAYPROTECTIONTHESISAPPLICATIONRESEARCH第一章绪论11煤矿供电概述电力作为现代煤炭工业的主要动力，在煤炭生活中占有十分重要的地位。现代煤矿生产无不以电能在直接或间接作为动力，满足矿井日常生产运转。工矿企业供电系统处于供电系统末端，属于地方电网的一部分，是电力系统的重要环节。煤矿供电电源一般取自不同电源的高压变电所或发电厂，供电电压等级取决于企业规模的大小，供电距离的远近、电力系统的电压等级等因素，一般为35KV或110KV，大中型矿山多采用35110KV双电源供电。电源经企业内部总降压变电降压后，以610KV的高压向车间变电所、井下变电所、高压用电设备供电，此为高压供电系统；各6110KV变电所再次降压后，以设备需要低压向各用电设备供电，此为低压供电系统。所以矿井企业进行可靠、安全、经济、合理地供电，对提高经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义。111煤矿供电的可靠性供电可靠就是要求不间断供电，矿上如果供电中断，不仅会影响产量，而且有可能发生人身事故或设备损坏，严重时会造成矿井的破坏，由于矿山生产环境复杂，自然条件恶劣，供电设备容易受损害，可能造成触电及电火花引起的火灾和瓦斯煤尘爆炸等事故。因此，根据煤矿安全规程矿井重要负荷均应采用双回路供电，两路线路互为备用，当一路检修或故障时，则另一路可以可靠地供电，以保证供电的可靠性。112煤矿供电的安全性供电安全就是在电能的分配、供应和使用过程中，不应发生人身触电事故和设备事故，也不应发生火灾和爆炸事故。尤其是煤矿井下，生产环境复杂，自然条件恶劣，供电设备容易受潮损坏，特别容易发生事故。因此，必须依靠煤矿安全规程的有关规定执行，确保供电安全。12黄家沟煤矿简介黄家沟煤矿位于山西省吕梁地区临县湍水头镇黄家沟村，北距县城39KM，南距吕梁市22KM。行政区划隶属于湍水头镇管辖，地理坐标为北纬374249374432，东经11105531110816。北距临县城39KM,南距吕梁市22KM,行政区划隶属于湍水头镇管辖。为120MT/A生产能力的新型矿井。下图为黄家沟煤矿矿井鸟瞰图121地形地貌井田处于晋西黄土高原，吕梁山西侧。区内地形复杂，侵蚀、冲刷剧烈，形成了黄土高原特有的梁峁景观。地势东南高西北低，最高处在南部边缘12638M，最低点在西北角10609M，最大相对高差2029M，属中、低山区。122河流与水系流经区域的常年性河流有北川河、南川河。井田位处北川河以西。井田内无常年性水流，均为季节性河流，雨季洪流经区内各大沟谷汇入区外的南川河、北川河。123气象及地震本区属温带大陆性气候，四季分明，冬季少雪，春季多风，夏季雨量集中，秋季阴雨天较多，年平均降水量5148MM，最大降水量7864MM。最小降水量2729MM，一年中水量集中在68月三个月内，占全年降水量的593，年蒸发量为14821941MM，年平均气温103，最高气温37，出现在7月份，最低气温248，出现在1月份，昼夜温差大，最大风速日平均31M/S。据史料记载，清道光九年三月（即公元1829年4月）曾发生过525级地震。依据中华人民共和国国家标准中国地震动峰值加速度区划图GB183062001图A，本地区地震动峰值加速度005G，地震基本烈度6度。124井田开发历史及现状本矿始建于1971年，75年正式投产，设计生产能力006MT/A，系国有企业，批准开采2、5、89、10号煤层，井田面积7392KM2。1991年省计委批准030MT/A改扩建工程，采用一斜两立混合开拓，两个水平开采。主斜井为混合提升井，净宽40M，净断图11黄家沟煤矿鸟瞰图面积122M2，倾角22，斜长422M，机轨合一，装备一部TD7510063型强力胶带输送机，电机功率275KW，担负矿井提煤任务，另装备一部JTP1615型单滚筒绞车，电机功率110KW，担负矿井提矸、下放材料及运送人员等任务，为矿井的进风井；回风立井净直径40M，净断面126M2，垂深135M，设梯子间，装备两台FBCDZ616B型轴流式风机，担负矿井回风任务，兼矿井一个安全出口；行人立井净直径30M，净断面71M2，垂深143M，装设梯子间，为矿井的另一个安全出口。井底车场与运输大巷布置于5号煤层，井底车场及运输大巷均为料石砌碹。运输大巷铺设B800MM皮带机，矿井正常涌水量为100M3/H，最大涌水量为180M3/H。主排水泵型号为D85455型，电机功率90KW，共计4台。矿井采煤方法为轻型支架炮采放顶煤一次采全高长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。由于多种原因，矿井030MT/A改扩建工程一直未正式投产，2005年山西省煤炭工业局以晋煤行发2005883号文核定其生产能力为015MT/A。矿井地面工业场地内设有简易的储、装、运系统。原煤在储煤场由汽车外运。在工业场地内还设有绞车房、变电所、风机房、灯房、浴室、矿办公室、职工宿舍、库房、机修间及坑木加工房等建筑物。目前，井下5号煤层F1断层以南区域资源几乎已全部采完（剩余零星少量边角煤也将于2009年内回收干净）。5号煤层中已布置有运输、回风两条大巷，向北已过F1断层，北部采区煤仓已形成；新施工的副斜井井筒已落底5号煤层井底车场；北区回风立井已施工至5号煤层。125黄家沟煤矿供电综述根据本矿井及选煤厂负荷，本矿井宜采用10KV供电。由于煤矿用电设备绝大部分为一、二级负荷，按煤炭工业矿井设计规范，矿井应有两回路电源线路，当任何一回发生故障停止供电时，另一回应能担负矿井全部符合，矿井电源应取自电力网中两个不同区域变电所或发电厂，确有困难则必须取自同一区域变电所或发电厂不同母线段，矿井现有10KV变电所一座，双回电源线路引自星原110KV变电站，经矿井10KV总降压变电所为整个矿井供电，保证煤矿安全可靠地运行。第二章负荷计算21负荷计算211成组用电设备的计算负荷公式MERGEFORMAT21CADNPKMERGEFORMAT22TNAVQMERGEFORMAT23OSCCAS式中、该组用电设备的实际有功功率（KW）、无功功率CA（KVAR）和视在功率（KVA）该组用电设备的总额定容量，KVANP、该组用电设备的需要系数和加权平均功率因数；DKCOSAV与对应的正切值TNAV212生产系统低压负荷原煤厂储存系统负荷计算MERGEFORMAT2406524103KWCADNPKMERGEFORMAT257TN2AVVAQRMERGEFORMAT26OS8CCAAVS其他计算于此类似，计算负荷表如下洗煤厂负荷表21矿井负荷表2222地面变电所负荷的统计与变压器选择221低压变电所负荷统计统计矿井变电所总计算负荷时，应从供电系统末端开始逐级向电源侧统（1）首先应该公式计算各个用电设备的计算容量（2）当某一供电干线有多个用电设备组时，则将该干线上各用电设备组的计算负荷相加后乘以组间最大负荷同时系数，即得该干线的计算负荷。（3）得到计算负荷后，进行无功功率补偿后，选择合适的变压器，将变压器的损耗计算得出，相加后即为变压器一次侧的计算负荷。其公式如下MERGEFORMAT27SPCAPKMERGEFORMAT28QQMERGEFORMAT292S式中、各组用电设备的有功、无功计算负荷之和CAPCA、考虑各组用电设备最大负荷不同时出现的有功、无功组间最大负SPKQ荷同时系数，组数越多，其值越小，一般取，0859SPK；097SQK、干线或变电所二次母线的总有功、无功和视在计算负荷。PQS各级电网的或的连乘积不应小于08。SPKQ222选煤厂生产系统变电所低压负荷计算（1）计算负荷543CAPKW1572VARCAKCOS08取则有09SPKSQMERGEFORMAT2100943197PCAKWPMERGEFORMAT2115SQQKVARMERGEFORMAT212262SQVA（2）无功功率的补偿功率因数是电力系统特别是用电户的一项重要电气指标。我国电力规程规定高压供电用户功率因数应达到090以上，其他电力用户功率因数为085以上。其公式为MERGEFORMAT213TANTCNATACQP式中补偿后的无功功率，KVARC系统的有功计算负荷，KWP补偿前功率因数角的正切值NAT补偿后功率因数角的正切值TANC则有MERGEFORMAT2146240391CRENTS近似补偿600KVARCQ因此，补偿后的系统无功功率为MERGEFORMAT21504756475KVARAC此时的系统视在容量为MERGEFORMAT21621P3SQVA（3）变压器的选择生产系统变电所3回10KV电源引自地面110KV变电所，为了保证设备的可靠性，故设2台动力变压器，两台变压器同时工作。当变电所选用两台变压器且同时工作时，每台主变压器的容量应该按下列式计算MERGEFORMAT217COSTPNTTPACAKPSS式中变电所的额定容量，KVANTS变电所总的有功计算负荷，KWP变电所人工补偿后的功率因数，一般应在095之上COSA变电所人工补偿后的视在容量，KVA故障保证系数，根据企业一、二类负荷所占比重确定，对工矿企业TPK不应小于08，工厂企业不小于07TP变压器的选择MERGEFORMAT0814573602COSTPNTTPACAKPSVKAS218因此，选用S11M1250/1010/069KV1250KVA动力变压器。负荷率为MERGEFORMAT2191602582NTS各个变压器型号选择如表223变压器型号选择额定电压额定损耗名称型号额定容量KVA高压KV低压KV空载W短路W生产系统变电所S11M1250/10125010069136512000主厂房10KV变电所S11M1250/11125010069136512000矿井变电所S11M630/1163010048056200矿井中部10KV变电所S11M800/1080010044252550风井10KV变电所S11M250/1025010043953050厂前区箱变一SGB10800/108001004170011560厂前区箱变变二SGB10800/118001004170011560地面变电站主变压器SFZ1116000/11016000110101540073100（4）变压器损耗的计算变压器运行过程中，在绕组和铁芯中都会产生一定的损耗。变压器的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。变压器的有功功率损耗变压器的有功功率损耗由两部分组成一部分是变压器额定电压时的空载损耗，通常为铁损；另一部分是变压器带负荷时绕组中的损耗，通常是铜损。变压器的铜损与变压器的负荷率的平方成正比，所以变压器的有功功率损耗为MERGEFORMAT2202TITP式中变压器的有功功率损耗，KWTP变压器在额定电压时的空载损耗，KWI变压器在额定负荷时的短路损耗，KW变压器的负荷率（亦称负荷系数），它等于变压器的实际容量与其额定容量的比值变压器的无功功率损耗变压器的无功功率损耗也由两部分组成一部分是变压器空载时的无功损耗，它与变压器的空载电流百分数有关；另一部分是变压器带负荷时的无功损耗，它与变压器的短路电压百分数及变压器的负荷率有关。所以变压器的无功功率损耗为MERGEFORMAT22122010STITNTNTIUQS式中变压器的无功功率损耗，KVART变压器空载时的无功功率损耗，KVARI变压器额定负荷时的无功功率损耗，KVAR变压器的空载电流百分数0I变压器的短路电压百分数，即阻抗电压SU变压器的额定容量，KVANTS如果缺乏变压器的有关数据，变压器的功率损耗可按下列式估算有功功率为MERGEFORMAT22202TTP无功功率为MERGEFORMAT2231Q（5）各低压变电所高压侧计算负荷为MERGEFORMAT224GDTPMERGEFORMAT225MERGEFORMAT2262GS查看变压器手册有1365ITPKW12TPK05I45SU带入公式中有MERGEFORMAT2272213650854TITKPWMERGEFORMAT091VAR10SNNIUQS228其他所选择变压器损耗计算如表223变压器损耗计算变压器损耗名称型号负荷率有功KW无功KVAR生产系统变电所S11M1250/100581085034主厂房10KV变电所S11M1250/1107516237578矿井变电所S11M630/110393586矿井中部10KV变电所S11M800/100451882418风井10KV变电所S11M250/10025117525厂前区箱变一SGB10800/1008810654517厂前区箱变变二SGB10800/1109111274775地面变电站主变压器SFZ1116000/110048322419（6）生产系统一次侧计算负荷生产系统低压负荷为MERGEFORMAT22913897521397SPKWMERGEFORMAT230440VARQMERGEFORMAT2316CRENTSMERGEFORMAT232OSSP其他变电所计算于此类似，计算结果如表224表名称有功功率KW无功功率KVAR视在功率KVA功率因数负荷率生产系统变电所13997749209148375094058主厂房10KV变电所1722998579719247909075矿井变电所471751755850337094039中部10KV变电所685872490472968094045风井10KV变电所508542516627077025厂前区箱变一645213507373438088088厂前区箱变变二6686736087598088091地面总降压变电站1407031714314157796708907523井下变压器与移动变电站的选择231井下变压器选择方法井下变电所的选择和地面变电所的选择有一定的区别，井下各动力变电所取决于供电负荷的大小及负荷种类。井下变压器的选取也采用需要系数法。（1）将采区用电设备适当分组，并对各组的工作额定功率相加，求出。NP（2）求出采区变压器的计算容量MERGEFORMAT233COSDNAAKPS式中，、分别是需用系数和加权平均功率因数。采煤工作面的需用系数DKCOSA按经验公式计算采用单体支架，各用电设备间无一定顺序启动的一般机组工作面MERGEFORMAT234MAX0286714NDPK采用自移动支架，各用电设备间按一定顺序启动的机械化采煤工作面MERGEFORMAT235AXDN式中，最大一台电机的额定功率，KW。MAXNP（3）采取变电所变压器总额定容量应大于或等于计算容量，即TSMERGEFORMAT236NCA（4）井下所选变压器型号的确定井下变电所，由于运输条件和硐室高度限制及安全等原因，对采掘工作面供不设备用变压器，以减少设备容量和硐室开拓量。232井下变压器选择确定变压器的型号时，应考虑变压器的容量、电压等级、体积大小及运输方便等因素，应选用KBSG型矿用防爆干式变压器、或选择KBSGZY型矿用隔爆移动变电站。以一水平带式输送机机头变电所为例由负荷表一水平带式输送机机头变电所低压负荷查负荷表有则15NYPKWCOS08DKMERGEFORMAT23715KDNCAAKPS（VA）考虑到将来负荷的增加以及留有一定的裕度且满足NTCAS所以11采区带式输送机机头变电所采用KBSG50/1010/069KV50KVA矿用隔爆干式变压器。其他井下变电所计算与此相似，变压器选择表如图521表521井下变压器型号选择额定电压名称型号额定容量KVA高压KV低压KV台数井下中央变电所KBSG400/10/069400100691采区变电所KBSG400/10/07040010069211采区带式输送机机头变电所KBSG50/10/06950100691一水平带式输送机机头变电所KBSG50/10/06950100691233井下移动变电站的选择根据井下综采工作面配电需要，在1103综采工作面设置六个移动变电站，其中1103综采工作面可伸缩带式输送机及制氮机设置三个移动变电站，1103综采工作设置两个移动变电站，1103综采工作面回风巷设置一个移动变电站。以1103综采工作面可伸缩带式输送机及制氮机1移动变电站为例查负荷表有1980PKW57EDCOS0则，计算负荷为MERGEFORMAT23811985798KVAEDKPS考虑到可发展留有一定的裕度，选择KBSGZY125010/12型移动变电站。其他移动变电站选择与1移动变电站类似，其选择表名称序号型号容量额定电压1移动变电站KBSGZY1250125010/12KV2移动变电站KBSGZY20020010/069KV1103综采面可伸缩输送机及制氮机3移动变电站KBSGZY80080010/12KV4移动变电站KBSGZY80080010/12KV1103综采面5移动变电站KBSGZY2000200010/345KV1103综采面回风巷6移动变电站KBSGZY20020010/069KV24全矿井负荷的计算241全矿井高低压负荷统计（1）从表中可以知道选煤厂高低压计算负荷合计452836XMPKW241VARXMQKCOS08取则有09SP5SQMERGEFORMAT239095236419SPCAPKWMERGEFORMAT240VARXQKMERGEFORMAT241287MSVA矿井高低压计算负荷合计10879KJPKW876VARKJQKCOS0取则有SPSQMERGEFORMAT2420918793617JSPCAPKWMERGEFORMAT243248VARKQKMERGEFORMAT2442JSVA因此黄家沟煤矿全部计算负荷为MERGEFORMAT4301976103GXMKJKP245MERGEFORMAT24924VR8AJQ246MERGEFORMAT247COS0由计算可知，无功功率因数没有达到额定要求，因此需要进行无功功率补偿。（2）无功功率补偿无功功率计算公式MERGEFORMAT248TANTCNATACQP式中补偿后的无功功率，KVARC系统的有功计算负荷，KWP补偿前功率因数角的正切值NAT补偿后功率因数角的正切值TANC功率因数补偿到09则有MERGEFORMAT14038T70483KVARTANCGNATCQP249近似补偿MERGEFORMAT250KVARCQ（3）主变压器的选择主变压器的选择与低压变压器选择方法类似，计算公式一样，即MERGEFORMAT081564325OSCTPNTTPACAKKPSSVA251考虑到主变压器的重要性，因此，选用两台台主变压器，两台同时工作来提高供电系统的可靠性，变压器型号为SFZ1116000/110三相风冷式有载调压变压器。（4）全矿井总负荷统计矿山在主变电所，选用变压器为SFZ1116000/110三相风冷式有载调压变压器，计算变压器的损耗主变压器的负荷系数为MERGEFORMAT25215643082GNTS主变压器的损耗有功损耗MERGEFORMAT2215473TITPKW253无功损耗MERGEFORMAT208419VAR10STNTNTIUQS254242矿山变电所和主变压器的选择（一）变电所位置的确定地面变电所是全矿供电的总枢纽，担负受电、变电、配电的任务。选择依据靠近主要负荷和入井电缆井筒，以便减少金属导线的消耗量，降低电能损耗。架空线与变电所地址同时确定，以便给各级电压线路进出变电所流出走廊。尽量不设在空气污秽的地区（否则需采取防污措施），应将其设在常年主导风向上风侧，以便躲开污染源。使其具有适宜的地形及地质条件，如避开滑坡、采空区、塌陷区，在煤田上避免压煤。不应设在采矿场爆破危险区和炸药库爆炸危险区；不应设在稳定的排废场内，并与之有适当的安全距离；变电所的生产建筑物和构筑物与运输繁忙的标准轨矩铁路的距离一般不小于40M。交通方便，利于变、配电设备的运输。应有扩展的余地。（二）矿井主变压器的选择（1）主变压器台数的确定根据煤炭工业设计规范，矿井总降压变压器一般选用两台，保证对一、二级负荷的可靠供电。（2）矿山变电所容量的确定MERGEFORMAT255COSTPNTTPACAKPSS具体计算在负荷计算过程中。（3）主变压器的型号根据煤矿实际供电需要，选用型号为SFZ1116000/110三相风冷有载调压变压器。243功率因数的提高（一）提高功率因数的意义。功率因数是电力系统特别是用户的一项重要的电气指标。在煤矿供电系统中，有大量的感性电动机和变压器，消耗大量无功，使的发电和输电，不能充分的利用，因此必须提高功率因数。（1）提高电力系统的供电能力。（2）减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。（3）降低供电网络中的功率损耗。（4）降低企业产品的成本。（二）提高功率因数的方法（1）提高用电设备本身的功率因数（2）用人工补差法提高功率因数（三）并联电力电容器提高功率因数（1）主要方式高压集中补偿、低压成组补偿、分散就地补偿。（2）补偿容量的确定一般功率补偿后，功率因数达到09左右，补偿容量为MERGEFORMAT256TANTCGNATACQP目前煤矿的无功补偿仍以高压集中补偿为主，即在地面610KV母线上装设电力电容器组来提高功率因数。由计算有TANT1403870483KVARCGNATACQPMERGEFORMAT257近似于MERGEFORMAT258KVARCQ由于电容器补偿效果较差，加之投入电容器组时合闸涌流和分闸时会造成的操作过电压，本次设计选用两套磁控式动态无功补偿（MSVC）两套,保证系统功率因数始终保持09以上，减少功率损耗，达到合理利用能源及节能的目的。244变压器的经济运行（1）无功功率经济当量电力系统的有功损耗，不仅与设备的有功功率损耗有关，而且还与设备的无功损耗有关。为了计算电气设备的无功损耗在电力系统中引起的有功损耗，引入一个换算系数。称为无功功率经济当量。ECK对于发电机直配用户，024ECK对于经两级变压的用户，57对于经三级及以上变压的用户，801EC（2）变压器的经济运行两台变压器并联经济运行的临界负荷为CRSMERGEFORMAT2592ITEITCRNTPKQS当一台变压器运行于两台同容量变压器并联运行损耗相同时，称为一台变压器运行时的临界负荷率，即MERGEFORMAT260CRITECITENTKS同理，当变电所设置N台容量相同的变压器时，则N台与（N1）台经济运行的临界负荷为MERGEFORMAT2611ITECITCRNTPKQ（3）确定变压器的经济运行方式临界负荷MERGEFORMAT26225402601607315196ITECISKVA临界负荷率一台变压器经济运行的临界负荷率为MERGEFORMAT263039CRENTS可见，当变电所总负荷大于时，两台变压器并联运行；当总负荷小于24时，一台变压器单独运行比较经济。6240KVA第三章煤矿系统主接线31煤矿供电系统供电概述煤矿安全规程规定矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。年产60000T以下（不含60000T）的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源。备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等要求，并保证主要通风机等在10MIN内可靠启动和运行。备用电源应有专人负责管理和维护，每10天至少进行一次启动和运行试验，试验期间不得影响矿井通风等，试验记录要存档备查。矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。若一回路运行，另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性和可靠性。带电备用电源的变压器宜热备用；若冷备用，必须保证备用电源能及时投入正常运行，保证主要通风机等在10MIN内可靠启动和运行。10KV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。本煤矿供电系统，两回电源进线均取自黄家沟110KV变电站，可以可靠供电。正常情况下，矿井2回电源采用分列运行方式，1回路运行时另1回路必须带电备用，以保证供电的连续性。32矿井供电系统的分类由矿井地面变电所、井下中央变电所、采区变电所、工作面配电点按照一定方式相互连接起来的一个整体，称为矿井供电系统。井下供电方式的确定，主要取决于井田范围、煤层埋藏深度、年生产能力、开采方式、矿井瓦斯等级、井下涌水量，以及开采的机械化和电气化程度等因素。对矿井的供电一般采用两种典型方式深井供电系统和浅井供电系统。煤矿企业一般都设有矿山地面变电所，是矿山供电的枢纽，担负着全矿的供电任务。多数情况下，一个矿山只设立一个地面变电所，当矿井较多且比较分散时，可设立两个或两个以上的地面变电所，相互配合为各矿井供电。井下中央变电所设在井底车场或主要生产水平的变、配电中心，是井下供电的中心，它的电源由地面变电所提供，其任务是向采取变电所、整流变电所、主排水泵房变电所及井底车场附近的负荷供电。采区变电所是采区变、配电中心，任务是向采区负荷及巷道的配电中心，向工作面及附近的负荷供电。33供电类型一、深井供电系统当煤层埋藏较深、井田范围较大、井下用电量较大时，一般采用深井供电系统，深井供电系统的供电方式是由矿山变电所的10KV母线上引出下井电缆，沿井筒送到井下中央变电所，然后再从中央变电所通过沿巷道敷设的高压电缆，把电能输送到井下各高压用户和采区变电所，其特征为由地面变电所、井下中央变电所和采区变电所构成三级高压供电。大型矿井一般采用上述三级供电方式，而中小型矿井一般采用两级供电方式，即地面变电所、采区变电所。二、浅井供电系统浅井供电系统适用于煤层埋藏距地表不超过150M，井下涌水量不大且电力负荷较小的中、小型矿井。处于经济和运行方便的考虑，井下电力设备多为低压，此时可采用由地面变电所通过井筒、钻孔或辅助风井将低压（局部高压）电能送至井下的浅井供电系统，浅井供电的特征是两级供电，高压电缆不下井。在井底车场设置配电所，它接受来自地面变电所用电线送来的低电压。配电所向井底车场及附近巷道低压动力及照明供电。34黄家沟矿井供电系统本矿井设计采用三级供电方式，设计供电系统如图33110KV进线I110KV进线II10KVT1T2母线I10KV母线II井筒井筒井下中央变电所10KV井下中央变电所10KV1变压器2变压器备用备用2水泵1水泵一水平带式输送机机头变电所采区工作面066114KV采区低压负荷采区变电所KBZ采区工作面负荷移动变电站黄家沟供电示意图图33（1）矿井地面变电所由两条110KV线路供电。电源引自星原110KV变电所10KV不同母线上，正常情况下，矿井2回电源采用分列运行方式，1回路运行时另1回路必须带电备用，以保证供电的连续性。地面变电所将110KV降为10KV，再经10KV母线将电能分配给地面高压用电设备，为了保证供电的可靠性，其中一、二类负荷分别由不同段母线供电。同时，地面变电所将10KV降压为380V/220V供地面低压动力及照明用电。（2）从地面变电所不同的10KV母线上引出高压电缆。通过井筒下井送到井下中央变电所。井下中央变电所直接将高压电能转送到各采区变电所和井底车场及其附近巷道、硐室的高压用电设备，如主排水泵、变流设备等，并在井下中央变电所还设置了变压器。将10KV电压降到380V（660V），向井底车场附近巷道、硐室的低压动力设备供电。此外，还设置了照明、信号综合保护装置，将380V（660V）电压进一步降到127V，供井底车场及附近硐室照明、信号专用。（3）采区变电所将中央变电所送来的10KV电压降为380V或660V，用低压电缆向各工作面配电点及用电设备供电。中央变电所供电经移动变电所将电压降为1140V或660V后，有工作面配电点向综采和高档普采工作面的各种用电设备供电。采区变电所及附近巷道中的照明设备，由设在采区变电所中的矿用照明变压器供电，采区巷道中的照明、信号由照明、信号综合保护供电。35矿井各级变（配）电所351矿井地面变电所矿井地面变电所是全矿供电的枢纽，担负着向井上、井下变、配电，以及测量、保护盒主要电气设备工作状态监视等任务。矿井10KV变电所采用户内布置形式，设有高压配电室、电容器室、控制值班室及资料备品库，变电所室外污秽等级按级考虑。（1）位置选择原则矿井地面变电所位置的确定，关系到矿井供电可靠性和技术经济的合理性。在确定地面变电所的位置时，应考虑一下原则尽量靠近负荷中心，以缩短供电线路的长度，使电能损耗、电压损失和有色金属消耗尽量减少。进出线要方便，尽量避免线路相互交叉和跨越。交通方便，利于变、配电设备的运输地质和地理条件好，避免遭受洪水和雷电的侵袭。避开滑坡，在煤田上避免压煤，躲开采空区、塌陷区。应当避开化工厂、锅炉房和矸石山等工业污染源。避免设在有剧烈震动的场所。占地要少，但应留有发展的、扩建的余地。根据上述原则，矿井地面变电所一般设在工业广场边缘，离井口不太远的地方。（2）地面变电所的布置地面变电所的布置是根据电压等级、配电装置的形式、母线种类、出线走廊的条件，以及地形情况等因素，因地制宜的决定的。变电所的布置包括主变压器、室内外配电装置和主控室等重要部分。主变压器将电压降为10KV后，分别经高压开关与变电所相应的二次母线相连接，然后通过接于各母线段上的成套高压开关设备将电能分配到地面备高压用户和井下中央变电所。此外，在变电所的一次和二次母线上还接有避雷器和电压互感器，它们担负着变电所电气设备，配出线路及用电设备的保护、测量、监视等任务。在变电所的二次母线上一般还接有动态无功功率补偿装置MSVC，用以提高变电所的功率因数（3）矿井地面变电所的主接线变电所的主接线是指由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器等）所连接的受电、变电和配电的电路系统。变电所主接线的形式与变电所设备的选择、布置、运行的可靠性和经济性，以及继电保护的配置都有密切的关系，它是变电所设计的重要环节。在拟定变电所主接线方案是，应满足可靠、简单、安全、运行灵活、经济合理、操作维护方便和适应发展等一般原则。各级变电所主接线具体分为一次接线、二次母线和配出线3个部分。1）一次接线一次接线指变电所受电线路与主变压器的连接。一次接线可分为线路变压器组接线、桥式接线和单母线分段式接线等几种。煤矿地面变电所一般具有两路和两台主变压器的终端变电所，通常采用桥式接线。下面是三种接线方式如图图34A所示为外桥接线，它是一次母线联络断路器（桥断路器）位于线路断路器的外侧而得名。这种接线形式的优点是对变压器切换方便，比内桥接线少两组隔离开关，继电保护简单且易于过渡到全桥或单母线分段接线，而且投资少、占地面积小，其缺点是倒换线路时操作不方便，这种接线主要适用于电源线路短、故障少、不需要经常切换线路，变电所负荷变化较大，需要经常改变变压器运行方式，以及没有穿越功率的终端变电所。图34B所示为内桥接线，它是因一次母线的联络断路器（桥断路器）位于线路断路器内侧而得名。内桥接线的优点是一次侧可设线路保护，倒换线路比较方便，设备投资和占地面积均比全桥少。其缺点是操作变压器不便，也不利于发展成为全桥和单母线分段接线。另外，变压器经隔离开关与一次母线相连接，在环形供电的变电所进行操作时，常被迫用隔离开关切、合空载变压器；当变压器容量较大时，其空载电流将超过隔离开关的切、合能力，此时则必须改用全桥接线。故适用于进行距离长，线路故障可能性大，需要经常对线路进行检修和切换，而变电所负荷稳定、不需要经常改变变压器的运行方式的变电所。图34C所示为全桥接线，它是内桥和外桥的综合接线形式，这种接线具有内桥和外桥接线方式的共同优点。它适用性强、操作方便、运行灵活、易于扩展成单母线分段式的中间变电所。这种接线克服了内桥和外桥接线中改变变压器和线路运行方式时所造成的短时停电现象。全桥接线的主要缺点是所用设备多、占地面积大、投资大。WL1WL2QS1QS2T1T2QS3QS4WL1WL2QS1QS2QF1T1T2QF2QS3QS4WL1WL2QS1QS2QF1T1T2QF2QS3QS4QF1QF2QF3（B）内桥接线A外桥接线（C）全桥接线QF3图34经过合理选择，考虑可靠性、经济性等要求，黄家沟煤矿地面变电站一次侧接线系统采用全桥接线方式。2）二次接线与主变压器二次侧连接的母线称为二次母线。按变电所在供电系统中的重要性，二次母线主要有三种形式。单母线在单母线接线方式中，进、出线均设有用于切断负荷与故障电流的断路器，并设有与母线连接的“母线隔离开关”和与线路连接的“线路隔离开关”。这种线路的优点是线路简单，配电装置造价低；主要缺点是在性能上不够灵活可靠，特别是在处理母线系统故障或检修时，需要停电。适合用于容量小，不太重要的变电所。QF1QF2WL1WL2WL3WL4G1G2QF3QF4QS1QS3QS2QS5QS4QS6单母线接线母线母线双母线对于容量大、供电可靠性要求高，进出线回路数多的重要变电所，常采用双母线接线方式。优点是供电可靠，运行灵活；缺点是使用设备多、投资大、接线复杂、操作安全性差。多用于负荷容量大、可靠性要求高的重要区域变电所。适用于进出线回数较多、容量较大、出线带电抗器的610KV配电装置；3560KV出线超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110KV出线为6回以上时；220KV出线为4回以上时。QF1QF2WL1G1G2QF3双母线接线母线I母线IIWL2WL3QF4QF5单母线分段单母线分段，通常每段接一个或两个电影，其负荷分别接在各段上，使各段负荷尽量与电源功率相平衡，尽量减少各段之间的功率交换。优点是所用设备少、经济、系统简单、操作安全，并有一定的可靠性。适用于出线回路不是很多，母线故障可能性比较少的变电所作为主接线。适用于变电站有两台主变压器时的610KV配电装置；3563KV配电装置出线48回；110220KV配电装置出线34回。QFDQF1QF2WL1WL2WL3WL4G1G2QF3QF4QF5QF6QS1QS5QS4QS3QS2QS11QS10QS9QS8QS7QS6QS12单母线分段接线母线母线本煤矿系统，二次侧接线采用单母线分段的接线方式。配出线是指矿井地面变电所二次母线上引出的高压配电线路。矿井地面变电所常采用成套装置对线路和设备进行控制、保护、测量和工作状态的指示，其具体出线根据矿井负荷确定。（4）无功补偿谐波滤波本矿井除副斜井提升设备容量为500KW交直交变频拖动和通风机交直交变频拖动外，其它均为异步电机交流拖动，虽然变频拖动会产生一定量的谐波，但由于容量较小，经计算所产生的高次谐波含量均在电力系统所要求范围之内，故高次谐波的治理不予考虑。根据煤矿无功计算，目前补偿装置容量不能满足煤矿无功补偿的要求，因此需增加两套无功补偿装置。由于电容器分组投切补偿效果较差，加之投入电容器组时合闸涌流和分闸时会造成的操作过电压，本次设计选用两套磁控式动态无功补偿（MSVC）两套，补偿容量为3000KVAR，安装于户外。（5）单相电容电流经统计本矿井10KV电缆总长度约15公里，经计算本矿井10KV变电所10KV系统单相接地电容电流约15A，未超过煤矿安全规程规定的允许值20A，无须采取补偿措施。（6）过电压保护及接地防止雷电波侵入对电气设备的破坏，10KV电压等级的每段母线上均装设金属氧化锌避雷器。由于高压开关柜内装设真空断路器，熄弧能力强，容易产生操作过电压，因此每台真空断路器均配置金属氧化锌避雷器以防止内部过电压对电气设备的损坏，同时防止外部操作过电压的侵入。在变电所内设有以水平接地极为主的人工接地网，接地网外缘闭合，内敷水平均压带，其接地电阻应不大于1。变电所必须安装总接地网，设备、管道、结构钢筋、电缆外皮必须与总接地网连接。352井下中央变电所（1）概述井下中央变电所又称井下主变电所，它直接由地面变电所供电，是井下供电的中心，它担负着整个井下受电、配电、变电的重要任务。根据煤矿安全规程规定对井下变（配）电所含井下各水平中央变（配）电所和采区变（配）电所、主排水泵房和下山开采的采区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。井下在中央变电所的主要供电负荷是中央泵房的在主排水泵、各采区变电所、井下架线式电机车的整流装置和井底车场附近巷道的动力、照明变压器等。各用电负荷应分散的连接在各段母线上，以免在一段母线故障时，造成较大范围的停电。根据井下负荷统计情况，确定两回下井电缆由矿井10KV变电所经主斜井引至二水平主变电所，两回电缆分别引自矿井10KV变电所10KV侧两段不同的母线段上。满足供电系统的可靠性，主变电所两回电源同时工作，互为备用，当任一回电源因故停止供电时，另一回电源仍能保证所供全部负荷用电。据井下开拓布置及负荷分布情况，确定设置井下中央主变电所（设置在二水平）、采区变电所、一水平带式输送机机头变电所、11采区带式输送机机头变电所、综采工作面变配电点、顺槽掘进工作面变配电点、大巷综掘工作面变配电点等。井下供电电压为10/33/114/066KV，综采工作面为33KV、114KV及066KV，综掘工作面为066KV，照明为127V。（2）井下中央变电所及其位置确定原则井下中央变电所位置的确定原则尽量靠近负荷中心，以节省电缆并减少电能损耗和电压损失。电缆进出线和设备运输要方便。变电所通风要良好，以便散热和降低瓦斯浓度。地质条件好，顶、底板的岩层要稳定，尽量少压煤并避免淋水等不利因素，以防电气设备受损、受潮。根据以上要求，一般中央变电所设置在井底车场附近，并与中央水泵房相邻。井下中央变电所位置示意图（3）井下中央变电所硐室的要求井下中央变电所的硐室应符合煤矿安全规程中关于井下机电硐室的规定，满足防火、防水和通风的要求。（4）井下中央表达式的接线方式井下中央变电所的高压母线一般都采用单母线分段接线，母线的分段数与下井电缆的数目相应。每一条下井电缆通过高压开关与一段母线相连接，隔断母线之间装设联络开关。正常情况下联络开关断开，采用分列运行方式，由于下井电缆分别向接于各段母线的负荷供电。当某条电缆故障而退出运行时，将母线联络开关闭合，有其他电缆对用户供电。根据井下开拓布置及负荷分布情况，确定设置井下主变电所（设置在二水平）、采区变电所、一水平带式输送机机头变电所、11采区带式输送机机头变电所、综采工作面变配电点、顺槽掘进工作面变配电点、大巷综掘工作面变配电点等。井下供电电压为10/33/114/066KV，综采工作面为33KV、114KV及066KV，综掘工作面为066KV，照明为127V。各变电所均尽量靠近所供电范围的负荷中心，减少总线路长度及线路损耗；进、出线均根据负荷情况、载流量