完整word版矿井供电系统设计.docx
《完整word版矿井供电系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整word版矿井供电系统设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
完整word版矿井供电系统设计
矿井供电系统设计
（矿山机电专业）
学生：
王建锋
二0一一年三月
第1节井田自然概况-----------------------------------------------------------------------3
第2节供电电源-----------------------------------------------------------------------------5
第3节电力负荷-----------------------------------------------------------------------------6
第4节送变电--------------------------------------------------------------------------------10
第5节地面供配电--------------------------------------------------------------------------16
第6节井下供配电--------------------------------------------------------------------------19
第一节井田自然概况
一、交通位置
山西柳林凌志兴家沟煤业有限公司位于柳林县成家庄镇兴家沟村北西，行政区划隶属于柳林县成家庄镇，其地理坐标为：
东经：
110°51′57〞—110°54′43〞
北纬：
37°33′06〞—37°34′48〞
井田距柳林县城约17km，距汾军高速公路约17km，距307国道约15km，距柳林—临县二级公路约2km，有柏油路与省二级公路相通，该矿有柏油公路与307国道和柳林县城相通，交通较为便利，详见交通位置图1-1-1。
二、地形地貌
井田位于山西黄土高原的西部，吕梁山脉中部。
本区为黄土高原地貌，地形侵蚀冲刷剧烈，地势总体上北高、南低，最高处在井田中北部，高程1105m，最低点在井田的西南角，高程800m，最大高差为305m，属中低山区。
三、河流水系
井田内河流不发育，只发育季节性排洪支叉冲沟，位于井田南部边界附近向西倾斜的冲沟为主冲沟，平时干涸无水，雨季分别汇集分叉冲沟，向西经各大沟谷流入黄河。
本区属黄河流域。
四、气象及地震情况
本区地处山西黄土高原西部，吕梁山中部，属大陆干旱性气候，气候干燥，春、夏、秋、冬四季分明，昼夜温差大，冬季长而寒冷，夏季短而炎热，气温多变。
气温：
年平均气温8.9℃，最高是7月份，平均约22.7℃，最低为1月份，平均约-10℃。
气温极端值：
最高32.5℃，最低-26.1℃。
降水量与蒸发量：
该区降水量主要集中在7-9月份，全年降水量为374.4-577.7mm，平均464.3mm。
其中7-9月间降水量占年降水量的60%。
降水量最少是一月份,约为15mm，仅占年降水量的3%左右。
年蒸发量为1482-1941mm，平均为1711mm。
5-6月份蒸发量最大，约占全年的30%；最小是1月份，仅为全年蒸发量的0.5%。
全年蒸发量是降水量的4倍左右，所以该区气候干旱。
冻结深度：
最大冻土深度0.9m。
相对湿度：
一般相对湿度为53-60%。
风向、风速：
一般冬季风向多为西北风及西风，而夏季多为东南风和南风,平均风速3.1m/s，历年最大风速为27-28m/s。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008年版）和《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001图A1），本区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。
第二节供电电源
兴家沟煤业有限公司地处柳林县境内。
该矿井田内现建有凌志集团兴家沟35kV变电站一座，该35kV变电站属于凌志集团运营。
该变电站供电电源采用双回路，一回35kV电源引自大井沟110kV变电站35kV母线段，导线型号为LGJ-240，供电距离为4km；另一回35kV电源引自穆村110kV变电站35kV母线段，导线型号为LGJ-240，供电距离为15km。
站内设16MVA变压器2台，负荷率为84%，有10kV出线间隔，电源可靠。
大井沟110kV变电站位于该矿井井田东南方向约4km，为新建变电站，该变电站现已施工接近尾声，在今年9月将投入运行，能保证矿井投产时的供电需要。
该变电站内安装有2台三绕组变压器，其容量为2×40MVA，电压为110/35/10kV，电源可靠，供电质量有保证。
穆村110kV变电站位于该矿井井田西南方向约15km。
安装2台变压器，其容量均为2×40MVA，电压为110kV/35kV/10kV，电源可靠，供电质量有保证。
兴家沟煤矿地面生产区新建10kV变电所一座，两回10kV电源分别引自凌志集团兴家沟35kV变电站10kV不同母线段，两回线路一回工作，一回（带电）备用.当一回路发生故障时，另一回仍能保证所供负荷用电。
兴家沟煤矿地面生活办公区已有一座10kV变电所，一回10kV电源引自凌志集团兴家沟35kV变电站10kV母线段。
兴家沟煤矿风井场地已建风机配电室一座，两回10kV电源分别引自凌志集团兴家沟35kV变电站10kV不同母线段,两回线路一回工作，一回（带电）备用。
当一回线路故障时，另一回仍能保证所供负荷用电。
附图一：
供电地理位置接线图
第三节电力负荷
矿井达产时，10kV母线计算负荷如下：
1.生产区10kV变电所：
设备总台数：
143台
设备工作台数：
132台
设备总容量：
6987.25kW
设备工作容量：
6401.25kW
计算有功功率：
4433.54kW
计算无功功率：
4122.07kVAR
视在功率：
6053.74kVA
自然功率因数：
0.73
无功功率补偿：
2600kVAR
补偿后无功功率：
1522.073kVAR
补偿后功率因数：
0.95
补偿后视在功率：
4687.53kVA
生产区负荷年耗电量：
16.02×106kW·h
2.生活、办公区10kV变电所：
设备总台数：
16台
设备工作台数：
16台
设备总容量：
293.34kW
设备工作容量：
293.34kW
计算有功功率：
205.34kW
计算无功功率：
160.30kVAR
视在功率：
260.50kVA
自然功率因数：
0.79
生活办公区负荷年耗电量：
0.62×106kW·h
3.风机房10kV配电室：
设备总台数：
4台
设备工作台数：
2台
设备总容量：
1430kW
设备工作容量：
720kW
计算有功功率：
644kW
计算无功功率：
483kVAR
视在功率：
805kVA
自然功率因数：
0.80
主风机房负荷年耗电量：
2.22×106kW·h
4.全矿井10kV侧负荷合计：
设备总台数：
156台
设备工作台数：
143台
设备总容量：
8710.59kW
设备工作容量：
7414.59kW
计算有功功率：
5282.88kW
计算无功功率：
2165.37kVAR
视在功率：
5709.43kVA
功率因素：
0.93
全矿井负荷年耗电量：
18.86×106kW·h
矿井吨煤耗电量：
20.96kW·h
详见负荷统计表11-2-1、变压器选择表11-2-2。
表11-2-2变压器选择表
序号
负荷
名称
变电所母线最大负荷
最大负荷考虑第6项时母线最大负荷
功率
因数
cosφ
变压器选择
有功
（kW）
无功
（kvar）
视在
（kVA）
重合
系数
有功
（kW）
无功
（kvar）
视在
（kVA）
台数×容量
（kVA）
负荷
系数
保证
系数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
一
采掘工作面移变
1
采煤机移变
578.00
589.68
825.71
1250
66.1%
2
10/1.2kV移变
475.32
484.92
679.03
1250
54.3%
3
10/0.69kV移变
97.32
99.27
139.01
250
55.6%
4
10/0.69kV移变
254.28
259.37
363.22
500
72.6%
5
运输顺槽掘进移变
269.79
275.24
385.41
500
73.8%
6
回风顺槽掘进移变
269.79
275.24
385.41
500
73.8%
7
掘进面胶带机移变
210.00
214.2
299.97
500
60%
二
井下主变电所
518.31
317.69
607.93
2×500
60.8%
三
工业生产区10/0.4kV侧
754.32
701.95
1030.41
2×1600
64.4%
100%
四
工业生产区10/0.69kV侧
491.45
501.28
702.00
2×1000
70.2%
100%
五
行政、办公区
10/0.4kV变压所
205.34
160.30
260.50
630
41.3%
第四节送变电
一、矿井供电系统的技术特征
1、凌志集团兴家沟35kV变电站
该变电站内设有2台SZ10-16000/3535/10变压器，35kV、10kV母线均采用单母线分段方式，35kV侧选用KYN61-40.5型铠装移开式交流金属封闭开关柜，10kV侧选用XHN2-12型固定式金属封闭开关柜。
该变电站担负凌志集团公司的兴家沟煤矿、成家庄煤矿以及洗煤厂的供电任务。
2、生产区10kV变电所
兴家沟煤矿生产区新建一座10kV变电所，两回10kV电源引自凌志集团兴家沟35kV变电站10kV不同母线段，线路采用YJV22-8.7/103×185型电缆，供电距离为0.8km；两回线路一回工作，一回带电备用，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路仍能保证生产区负荷用电。
3、生活、办公区10kV变电所
兴家沟煤矿生活办公区内已建10kV变电所一座，一回10kV电源引自凌志集团兴家沟35kV变电站10kV母线段，线路采用YJV22-8.7/103×50型电缆，供电距离为0.2km；该线路能满足生产、办公区的负荷供电要求。
4、风机房10kV配电室
在风井场地已建有10kV主通风机配电室一座，两回10kV电源引自凌志集团兴家沟35kV变电站10kV不同母线段，线路采用YJV22-8.7/103×50型电缆，供电距离为1.0km；两回线路一回工作，一回带电备用，当任一回路发生故障停止供电时，另一回路仍能保证风机房全部负荷用电。
二、地面变电所
1、生产区10kV变电所
（1）主接线方式及主要设备选型
该矿井生产区新建10kV变电所一座，10kV侧为单母线分段加联络开关，室内单列布置。
0.69kV侧为单母线分段加联络开关供电,室内单列布置。
0.4kV侧为单母线分段加联络开关供电,室内单列布置。
所内设2台SCB9-1600/1010/0.4kV1600kVA变压器，1用1备，负荷率为64.4%，供生产区0.4kV低压设备用电；设2台SCB9-1000/1010/0.69kV1000kVA变压器，1用1备，负荷率为70.2%，供生产区0.69kV低压设备用电。
10kV、0.69kV及0.4kV系统均采用单母线分段接线方式，变电所的电气设备均为室内布置。
变电所层高12m,为两层建筑，所内设有10kV配电室、低压配电室、电容器室、控制室等。
10kV配电装置选用UniGearZS1型铠装式金属封闭开关柜共23面，0.38kV、0.66kV配电装置均选用MNS低压开关柜共16台。
上述产品性能好，操作方便，母线为封闭式，从而提高了供电的可靠性及安全性。
该10kV变电所采用10kV母线侧集中无功补偿的方式。
（2）所用电及操作电源
10kV配电装置采用220V直流操作。
直流电源为220V铅酸蓄电池，选用1套微机控制免维修铅酸蓄电池直流电源屏成套装置，容量为100Ah，正常情况下由硅整流装置向控制及保护回路供电，故障时由铅酸蓄电池电源屏向控制及保护回路、变电所照明回路供电。
（3）防雷接地
在变电所的10kV母线上装设氧化锌型避雷器，以防止雷电波侵入对电气设备的破坏。
由于高压开关柜内设有真空断路器，容易产生操作过电压，因此，每台真空断路器均配用MWD-15型过电压保护器，用以防止内部过电压对电气设备的损坏。
在变电所内设有以水平接地极为主的环形接地网，接地网外缘闭合，内敷水平均压带，其接地电阻不大于1Ω。
2、生活、办公区10kV变电所
该矿井生活办公区已建10/0.4kV变电所一座，0.4kV侧为单母线分段加联络开关供电,室内单列布置。
所内设1台SCB9-630/1010/0.4kV630kVA变压器，负荷率为41.3%，供生活办公区0.4kV低压设备用电。
0.38kV配电装置采用GGD2低压配电柜4面。
3.风机房10kV配电室
（1）主接线方式及主要设备选型
该矿井风井场地已建主通风机10kV配电室一座，10kV侧为单母线分段加联络开关供电，室内单列布置。
10kV配电装置选用KYN28A型铠装移开式交流金属封闭开关柜共23面。
（2）所用电及操作电源
10kV配电装置采用220V直流操作。
直流电源为220V铅酸蓄电池，选用1套微机控制免维修铅酸蓄电池直流电源屏成套装置，容量为100Ah，正常情况下由硅整流装置向控制及保护回路供电，故障时由铅酸蓄电池电源屏向控制及保护回路、变电所照明回路供电。
（3）防雷接地
在变电所的10kV母线上装设氧化锌型避雷器，以防止雷电波侵入对电气设备的破坏。
由于高压开关柜内设有真空断路器，容易产生操作过电压，因此，每台真空断路器均配用MWD-15型过电压保护器，用以防止内部过电压对电气设备的损坏。
在变电所内设有以水平接地极为主的环形接地网，接地网外缘闭合，内敷水平均压带，其接地电阻不大于1Ω。
三、短路电流计算
1．短路电流计算
设穆村110kV变电站35kV母线短路容量为无穷大，按短路电流计算基准容量为100MVA进行短路电流计算。
短路电流计算结果见表11-3-1。
短路电流计算系统图及等值电路图见图11-3-1。
表11-3-1短路电流计算结果表
回路名称
短路点
综合
阻抗
短路电流
稳定值
Id（kA）
短路电流
冲击值
ich（kA）
短路全电流有效值
Ich（kA）
短路容量
S（MVA）
35kV变电站35kV母线
K1
0.45
3.55
5.35
9.05
222.22
生产区10kV变电所10kV母线
K2
0.94
5.85
8.89
14.92
106.38
井下主变电所10kV母线
K3
0.98
5.61
8.53
14.31
102.04
2.主要设备的选择
矿井生产区10kV变电所内10kV侧采用UniGearZS1型铠装式金属封闭开关设备。
10kV侧设集中无功补偿，设MSVC-10型高压无功功率补偿装置2套，电容器室内布置。
生产区10kV变电所10kV出线最小电缆截面铜芯不小于50mm2，电流互感器变比应大于50/5。
3．继电保护及自动装置
生产区10kV变电所采用220V直流操作系统，变电所电源采用蓄电池浮充电供电方式，继电保护采用变电所综合保护，其保护型式为：
1）所内低压变压器设速断、过流、单相接地保护。
2）母线由进线断路器的过电流速断及过电流装置进行保护。
3）10kV馈出线设电流速断保护和过电流保护，速断保护为主保护，过流保护为后备保护。
在10kV馈出线上安装零序电流互感器，构成单相接地保护，单相接地保护动作于信号。
4）电容器柜设无时限过电流，保护动作于跳闸。
另设过电压保护、单相接地保护。
4．变电所向井下供电的高压馈电线上，不设自动重合闸装置。
5．单相接地电容电流：
（电缆）
＜10A
经计算，矿井生产区10kV系统单相接地电容电流为6.5A。
第五节地面供配电
一、地面配电系统
矿井地面高压10kV级配电系统采用放射式，低压配电系统380V采用TN-C-S系统，660V采用接地电阻箱接地，动照合一，以树干式和放射式为主，个别距供电点远，彼此相近、容量较小的用电设备采用链式配电。
生产区10kV变电所分别以两回10kV线路向井下主变电所、地面主井胶带输送机、副斜井提升机供电。
以两回0.38kV（不同母线段）向主、副井空气加热室、锅炉房、充灯房等负荷供电；以两回0.66kV（不同母线段）向空压机、生产系统等负荷供电。
行政、办公区10/0.4kV变电所以一回0.38kV向行政、办公区等负荷供电。
风机房10kV配电室，10kV母线采用单母线分段，以四回10kV线路直接向主通风机供电。
矿井地面主斜井井口房、空气压缩机房选用MNS低压配电装置，其余地面低压系统均选用低压动力配电箱。
工业场地低压配电电缆均选用聚氯乙烯绝缘聚乙烯护套电缆，以电缆沟或直埋方式敷设。
工业场地内的室内、外照明与动力合用变压器。
为减少电压波动对照明的影响，照明出线做到三相平衡。
附图二：
矿井供电系统图
二、工业场地及建筑物照明，照明供电、控制方式
工业场地内的室内、外照明与动力合用变压器。
为减少电压波动对照明的影响，照明出线尽量做到三相平衡。
在潮湿、高温、腐蚀性介质和粉尘较大的车间及住宅，采用带漏电保护的照明开关，为节能和满足作业要求，场地的室内外照明优先选用节能型光源和高效灯具。
场地室外照明线路均采用电缆直埋的敷设方式。
室外照明灯具选用高压钠路灯，由设在变电所的光电自动控制器控制；厂房、车间选用工厂灯照明，办公楼、调度室等地采用荧光灯和白炽灯照明，各建筑物照明均引自各自的配电箱。
10kV配电室、0.4kV、0.69配电室、变电所控制室、提升绞车房、主通风机房、地面压风机房及生产系统走廊、锅炉房等一些重要场所设事故照明。
检修照明电源电压采用36V。
三、生产系统的配电及控制
生产系统在选矸楼设置配电点，两回660V电源分别引自生产区10kV变电所660V不同母线段，为系统内所有用电负荷供电。
生产系统采用PLC控制，控制方式为集中联锁与就地控制两种方式，控制原则为逆煤流开车，顺煤流停车。
控制室设于选矸楼。
四、水源地及爆炸材料库等分散负荷的配电
本矿水源井两回0.4V电源由工业生产区10kV变电所380V低压配电室供给，水泵房设控制室；爆炸材料库设独立避雷针1只，接地电阻不大于10Ω。
爆炸材料库照明电源取自地面动照网，灯具，开关为防爆型。
五、建筑物防雷与接地保护
根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057—94）,工业场地内的建（构）筑物均按三类防雷建筑物考虑，凡高度在15m以上的建筑物设避雷带保护，其冲击接地电阻不大于30欧姆。
为防止雷电波侵入建筑物，对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。
当电缆转换为架空线时，在转换处装设避雷器，避雷器、电缆金属外皮同绝缘子铁脚、金具等连在一起接地，其冲击电阻不大于30欧姆。
为防止雷电波侵入井下，由地面直接入井的金属轨道及管道、钢丝绳、胶带机机架及各种露天引入（出）的管路等，在井口附近将金属体做不少于2处的可靠接地。
低压配电系统380V接地型式为TN-C-S系统，660V通过接地电阻箱接地。
在变电所内设有接地保护装置，各电气设备正常不带电的金属外壳、铠装电缆的金属外皮等均通过专用接地线按规程可靠接地。
附图三：
地面供电系统图
第六节井下供配电
根据本矿井下开拓布置及负荷情况，确定采用10kV下井供电。
一、井下负荷及井筒电缆选择
井下用电设备总台数：
53台，用电设备工作台数：
50台，用电设备总容量：
4063.3kW，用电设备工作容量：
3834.3kW，计算有功功率：
2735.77kW，计算无功功率：
2579.83kvar，视在功率：
3760.32kVA。
根据井下负荷、井下巷道布置及该矿原由设备的情况，采用10kV下井供电，下井电缆采用MYJV22-8.7/10kV3×150mm20.6km两回,沿副斜井下井至井下主变电所。
1、下井高压电缆的选择
（1）电缆电压、型号选择
下井电压10kV，主井为斜井，倾角为22°，确定选用MYJV22型矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，电缆长度为700m。
（2）电压等级
由于供电系统中性点对地绝缘，根据线电压和相电压，确定电缆电压8.7/10kV。
（3）电缆截面的选择
①按经济电流密度
流过电缆的长时最大工作电流IN
根据矿井年最大负荷利用时间在5000小时以上，则电缆的电流密度J选取2.00A/mm2。
则：
电缆截面A
2
根据经济电流密度及机械强度热稳定检验最小选取电缆截面120mm2，本次设计选用150mm2。
②按长时允许载流量校验
IP≥IN
150mm2交联聚乙烯绝缘电缆长时允许载流量为420A，IP=420A＞IN=217.11A。
③按允许电压损失检验
查表求得10kV交联聚乙烯绝缘电缆单位负荷距时的电压损失百分数，当cos
=0.75时，
u%=0.158%，则
U%=
u%PL=0.158%×2.73577×0.7=0.30%＜5.0%
电缆选型结果：
根据上述计算结果，下井选取MYJV22-8.7/10kV3×150mm2型矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。
二、井下变电所接线系统，设备选型
1.主变电所接线系统，设备选型
井下主变电所与井下主排水泵房联合布置，两回10kV电源引自矿井生产区10kV变电所10kV不同母线段，井下主变电所10kV及0.69kV母线均采用单母线分段供电方式。
井下主变电所设PJG-630/10矿用隔爆型高压真空配电装置12台；KBZ型矿用隔爆型真空馈电开关（带选择性漏电保护）10台及KBZ型矿用隔爆型真空馈电开关（联络用）1台，ZBZ-8.0MX型照明综合保护装置2台及2台KBSG-500/1010/0.69kV500kVA矿用隔爆型干式变压器（同时运行），担负井下主水泵、大巷皮带、大巷调度绞车、无极绳绞车等井下负荷的供电任务；另设有KBSG-100/1010/0.69kV（已有）矿用隔爆型干式变压器2台（局部通风机专用），专供局部通风机。
高压开关的选择：
矿井为低瓦斯矿井，根据《煤矿安全规程》及有关规定，结合矿井现有设备，选择PJG-630/10矿用隔爆型真空配电装置作为主变电所的配电开关，该配电装置采用微电脑智能高压综合保护装置，具有过载、短路、漏电、绝缘监视、低电压、过电压、欠压、通讯等保护功能。
根据负荷统计，流过入井电缆的长时最大工作电流IN=240.4A。
IN=217.11A＜400A
所以该矿井井下选用PJG-630/10型高压开关，均能满足矿井井下供电的需要。
三、井下高、低压配电系统，井下接地，照明及采掘工作面供电
1.井下高、低压配电系统
井下为双回路供电，下井电缆采用MYJV22-8.7/1
升级会员 