供电设计及保护校验.docx

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供电设计及保护校验

第一节供电电源

本矿井位于陕西省神木县，根据陕西省煤炭工业局“陕煤局发[2009]（253）号”文件批准的《神木县地方煤矿供电方案》，排界南煤矿（即盛博煤业有限公司煤矿）双回路10kV电源引自三卜树10kV开闭所，线路长度约为1km。

三卜树10kV开闭所两回电源分别以LGJ-185/4.73km的10kV线路引自马连塔110kV变电站。

第二节电力负荷

一、设备容量

矿井设备总容量：

7534.8kW

矿井工作设备总容量（正常涌水时）：

5595.7kW

矿井工作设备总容量（最大涌水时）：

5650.7kW

二、负荷计算

1．无功补偿前10kV母线的最大计算负荷

有功功率：

2776kW

无功功率：

2112kvar

视在功率：

3488kVA

自然功率因数：

0.80

2．无功补偿后10kV母线的最大计算负荷

有功功率：

2776kW

无功功率（-2×600kvar）：

912kvar

补偿后功率因数：

0.95

视在功率：

2922kVA

3．吨煤电耗

矿井全年电耗：

1268.4万kW·h

矿井吨煤电耗：

21.10kWh/t

第三节送变电

一、供电系统

1．供电系统的技术特征

设计在工业场地内新建一座10kV总配电室，两回10kV电源引自三卜树10kV开闭所10kV不同母线上。

根据现行《煤矿安全规程》的有关规定，矿井的两回电源线路当任一回发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷；矿井的两回电源线路上不得分接任何负荷；矿井电源线上严禁装设负荷定量器。

为减少线路的电压损失和电能损耗，双回电源线路的运行方式按同时运行互为备用设计。

根据矿井负荷统计，任意一回线路带矿井全部负荷正常工作电流为169A，按载流量选择导线面积为95mm2，两回线路同时运行按照经济电流密度选择导线面积为120mm2（J=0.9A/mm2），考虑为矿井电源容量留有余地，两回线路导线选择LGJ-150，线路长度约为1km。

经计算，当一回线路担负矿井全部负荷时最大线路压降为0.96%（从三卜树10kV开闭所算起）。

由于三卜树10kV开闭所两回电源分别以LGJ-185/4.73km的10kV线路引自马连塔110kV变电站，为满足矿井压降要求，三卜树10kV开闭所担负负荷除矿井负荷外其它负荷不应超过280kW，经计算，当一回线路担负矿井全部负荷时最大线路压降为4.47%（从马连塔110kV变电站算起）。

因此供电部分在建设三卜树10kV开闭所和马连塔110kV变电站时应满足矿井负荷及线路压降的要求。

2．输电线路的技术特征

设计两回10kV线路分杆架设，线路原则上尽可能接近公路架设，以便于施工和日后维护；进入井田沿矿井大巷所留的保护煤柱架设，既方便线路施工，又使矿井的安全性和可靠性得到了保证，同时还减少了压煤量。

线路采用混凝土杆架设，线路两端均装设避雷器。

本线路设计采用如下气象条件：

最高温度+38.9℃（采用+40℃）；最低温度－28.5℃（采用－30℃）；年平均气温+8.5℃（采用+10℃）;最大风速21m/s；覆冰厚度10mm。

3．工业场地10kV总配电室的技术特征

（1）总配电室的布置

矿井工业场地10kV总配电室布置在工业场地西南侧。

10kV配电装置采用户内布置，设有高压配电室、控制值班室及资料备品库。

无功补偿装置采用户外布置。

矿井工业场地10kV总配电室室外污秽等级按Ⅲ级考虑。

（2）主接线及主要电气设备的选型

为保证矿井供电可靠，矿井工业场地10kV总配电室10kV侧均采用单母线分段接线，此接线方式具有可靠性高、接线简单、设备少、投资少、运行操作方便等特点。

10kV开关柜选用KYN28A-12金属铠装移开式高压开关柜，共21面，其中进线柜2台、出线柜13台（含备用2台）、母联柜1台、隔离柜1台、所用变柜2台、PT柜2台。

保护、控制、测量、信号选用变电所微机综合自动化装置。

工业场地10kV总配电室系统图见C1807-253-1。

（3）无功补偿及谐波滤波

由于本矿井无大功率变频设备，高次谐波的治理不予考虑。

根据矿井无功计算，全矿井总高压无功补偿约1200kvar。

考虑到传统电容器组补偿效果较差，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高压动态无功补偿（MSVC），每套补偿容量为600kvar，安装于户外，通过10kV电力电缆分别与总配电室10kV两段母线连接。

本装置可以平滑的调节输出的无功，具有响应速度快、损耗小、寿命长、运行维护简单等特点。

补偿后，变电所10kV母线的功率因数可达0.95。

（4）限制单相电容电流

经统计本矿井10kV电缆总长度约8.6km，计算本矿井工业场地10kV总配电室10kV系统单相接地电容电流约8.6A，未超过现行《煤矿安全规程》及《矿山电力设计规范》规定允许值要求，无须采取补偿措施。

（5）所用电及操作电源

在10kV两段母线各一台高压开关柜内各安装一台SC11-50/10、50kVA、10/0.4kV电力变压器及相应的高低压保护元件，电压等级10/0.4kV，作为所用电电源，以380V/220V电压向总配电室双电源自动切换配电箱供电，两个电源互为备用。

直流电源装置选用一套65Ah的微机控制免维护铅酸蓄电池，作为监控保护等二次设备的电源以及变电所事故照明电源。

（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。

在总配电室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1Ω。

总配电室必须安装总接地网，设备、管道、结构钢筋、电缆外皮必须与总接地网连接。

二、短路电流计算及设备校验

1．短路电流的计算

计算条件：

由于缺少资料，设计根据上级电源马连塔110kV变电所10kV开关的开断电流（31.5kA），进行了短路计算。

马连塔110kV变电所至三卜树10kV开闭所线路长度约为4.73km，导线型号为LGJ-185；三卜树10kV开闭所至矿井工业场地10kV配电室线路长度约为1km，导线型号为LGJ-150。

基准容量取100MVA，基准电压为各级的平均电压。

2．主要设备、电缆校验

矿井工业场地10kV总配电室10kV高压成套装置主要设备动、热稳定校验见设备选择校验表10-3-3。

矿井工业场地10kV总配电室10kV出线按满足短路热稳定的要求，采用交联聚乙烯绝缘电缆最小截面为35mm2，10kV出线LZZBJ9-10W1C最小电流互感器变比为50/5。

第四节地面供配电

根据负荷分布情况，设计在工业场地内设一个矿井10kV总配电室，此外，还另设3个10/0.4kV变电所，分别为主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所、浴室灯房联建10/0.4kV变电所、通风机房10/0.4kV变电所。

为满足电网合理运行要求，在10/0.4kV变电所低压侧进行集中无功补偿。

对含有一、二级负荷的各用电设备，均采用双回路电源供电。

地面工业场地单位工程电力负荷统计见表10-4-1，地面10/0.4kV变电所变压器选择见表10-4-2，地面负荷总计见表10-4-3。

地面全年电耗526万kW·h；地面吨煤电耗8.81kW·h/t。

一、高压配电系统

1．地面10/0.4kV变电所设置概况

工业场地主要负荷包括主斜井驱动机房、通风机房、空压机站、机修车间及综采设备库、浴室灯房联合建筑、锅炉房、井下水处理站、生活污水处理站、日用消防水泵房、黄泥灌浆站、办公楼、单身宿舍及食堂联合建筑、坑木加工房、油脂库、器材库、器材棚等建筑内设备用电。

根据负荷分布及统计情况，工业场地设10/0.4kV变电所2个、10/0.4kV车间变配电室1个。

10/0.4kV变电所包括：

主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所、浴室灯房联建10/0.4kV变电所。

10/0.4kV车间变配电室包括：

通风机房设10/0.4kV专用变配电室。

通风机房10/0.4kV专用变配电室对外不分接任何负荷，满足通风机一级负荷供电要求。

为了井下小型电气设备下井前空载送电试验电源使用，综采设备库设10/1.14/0.69kV试验变压器一台。

2．高压配电系统

从矿井工业场地10kV总配电室共引出8回10kV出线回路，分别向主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所（2回）、浴室灯房联建10/0.4kV变电所（2回）、通风机房10/0.4kV变配电室（2回）、井下主变电所（2回）、综采设备中转库试验电源（1回）供电。

高压10kV系统室外采用电缆放射式供电，电缆敷设方式主要以电缆沟为主、部分采用直埋引至各配电点。

二、低压配电系统

1．主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所及主斜井带式输送机配电控制

主斜井带式输送机参数为Q=600t/h，B=1000mm，L=368m，V=0～3.15m/s，倾角16度。

配套2台电动机，单台电机功率185kW，电压380kV，调速型液力耦合器驱动。

主斜井带式输送机属于二级负荷，采用双回电源供电，两回10kV电源采用YJV22-8.7/10kV3×50mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆引自工业场地矿井10kV总配电室10kV不同母线段；低压设两台SG11-1250/10/0.4kV变压器，高低压均采用单母线分段接线型式。

主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所，担负着主斜井驱动机房本身及地面生产系统设备供电，同时还担负着空压机站、日用消防水泵房、井下水处理站、黄泥灌浆站、地磅房等建筑内设备供电。

变电所负荷统计（折算到变压器10kV侧）：

安装容量1924kW，工作容量1334kW，计算容量：

有功为907kW，无功为440kvar（补偿容量为300kvar），视在功率为1000kVA，功率因数为0.92。

根据负荷统计，选择SG11-1250/10/0.4kV变压器2台，两台变压器一用一备，负荷率为78.3%。

变电所内设ZBN11-GG型高压开关柜2台、ZBN11-BG型变压器柜2台。

高压开关柜采用真空断路器弹簧储能交流操作，设微机型综合保护装置；低压设13台GGD2固定式开关柜。

主斜井选用一套KTC101型集控制、保护与通信功能于一体的带式输送机保护系统，在皮带机头和沿线设有电机温度、烟雾、洒水、速度、跑偏、撕裂、紧急拉绳闭锁开关等检测保护装置及起车预告和通信装置，从而保证胶带机安全可靠运行。

2．浴室灯房联建10/0.4kV变电所及综采设备中转库配电

本变电所位于行政办公区与辅助生产区间，与浴室灯房联建，双回电源供电，10kV电源采用YJV22-8.7/10kV3×50mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆引自矿井工业场地10kV总配电室。

变电所担负综采设备中转库、办公楼、单身宿舍及食堂联合建筑、浴室灯房联合建筑、锅炉房、矿井修理车间、生活污水处理站、副井空气加热室、胶轮车库、坑木加工房、油脂库、器材库与消防材料库、器材棚、加油站等建筑内设备用电及部分室外照明供电。

变电站负荷统计如下（折算到变压器10kV侧）：

安装容量1339kW；工作容量981kW；计算容量：

有功为513kW，无功为200kvar（补偿容量为250kvar），视在功率为551kVA；功率因数0.93。

根据负荷统计情况，低压选择2台500/10/0.4kVA变压器，负荷率分别为60.1%和47.1%，负荷率低的变压器留有一栋单身宿舍的负荷。

变电所内设KYN28A-12型高压开关柜10台、ZBN11-BG变压器柜2台、GGD2型低压开关柜11台，变电所10kV及0.4kV系统均采用为单母线分段接线型式。

3．通风机房10/0.4kV变配电室及通风机配电控制

风井场地地面布置两台FBCDZ-12-No27型防爆变频轴流通风机，1台工作，1台备用，每台通风机电机功率为2×110kW，电压等级380V。

矿井通风机为一级负荷,应为两回路电源线路供电，10kV双回电源采用YJV22-8.7/10kV3×50mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆引自矿井工业场地10kV总配电室10kV不同母线段。

通风机房负荷：

安装容量467kW；工作容量225kW；最大计算容量（通风困难时）：

有功168.6kW，无功133.9kvar，视在功率为215.3kvar。

功率因数0.8。

根据负荷统计情况，通风机配电设10/0.4kV变配电室一座，选用SG11-400/10/0.4kV变压器2台，一用一备。

变电所内设ZBN1-GG变压器柜2台、GGD2型低压开关柜9台，变压器低压侧母线采用单母线分段接线型式。

变压器室、低压室及通风机值班控制室等设联合建筑，值班控制室设风机监测装置一套，包含上位机系统、PLC柜、各种传感器等设备，监测通风系统电气参数和设备运行状态参数、通风系统运行参数（包括风机的负压、风量、风速、风机振动、叶片角度等）、电机温度参数（包括电机绕组温度、电机两端轴承温度、风机轴承温度）等。

4．锅炉房配电

工业场地锅炉房布置两台SZL6-1.25-AII型组装蒸汽锅炉，额定蒸发量6T/H。

锅炉房负荷等级为二级，负荷统计如下：

安装容量205kW；工作容量168kW；计算有功负荷为109kW，无功负荷为96kW，视在功率为148kVA；功率因数0.75。

锅炉房电源由浴室灯房联建10/0.4kV变电所0.4kV不同母线段采用电缆YJV22-1kV3×185+1×70mm2引双回供电，配电室内GGD2型低压开关柜6台，系统为单母线双电源闭锁接线型式。

满足二级负荷双回电源供电要求。

5．空压机站配电

空压机站布置两台SA185A型螺杆式空气压缩机，配电动机功率185kW，电压380V,风冷型，负荷等级为二级。

空压机站负荷统计：

安装容量385kW；工作容量195kW；计算有功负荷为156kW，无功负荷为109kW，视在功率为190kVA；功率因数0.8。

空压机站电源由主斜井驱动机房10/0.4kV变电所0.4kV不同母线段采用电缆YJV22-1kV3×240+1×120mm2引双回供电，配电室内GGD2型低压开关柜3台，系统为单母线双电源闭锁接线型式。

满足二级负荷双回电源供电要求。

6．综采设备中转库配电

综采设备中转库选用多电压实验电源装置一套，作为交流10kV、3.3kV、1.14kV、0.69kV、0.133kV多电压等级电器设备检修后下井前空载送电试验电源使用。

其中包含1台试验电源变压器柜（内装SSG7-800/10/1.14/0.69kV变压器），4台高低压试验用开关柜以及2台就地操作箱。

综采设备中转库10kV电源采用YJV22-8.7/10kV3×50mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆引自矿井工业场地10kV总配电室。

7．工业场地动照网

矿井工业场地设一个矿井工业场地10kV总配电室，此外，还设有主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所、浴室灯房联建10/0.4kV变电所及通风机房设10/0.4kV专用变配电室。

（1）矿井工业场地10kV总配电室10kV馈出线回路

井下主变电所二回，每回电缆为MYJV22-10kV-3×70mm2，约900m；

主斜井驱动机房联建10/0.4kV变电所二回，每回电缆为YJV22-10kV-3×50mm2，约500m；

浴室灯房联建10/0.4kV变配电室二回，每回电缆为YJV22-10kV-3×50mm2，约320m；

通风机房10/0.4kV专用变配电室二回，每回电缆为YJV22-10kV-3×50mm2，约480m。

综采设备中转库10kV实验电源一回，电缆为YJV22-8.7/10kV3×50mm2，约150m。

（2）由驱动机房联建10/0.4kV变电所380V馈出线回路

主井空气加热室二回，每回电缆为YJV22-4×10mm2，约20m；

空压站二回，每回电缆为YJV22-3×240+1×120mm2，约60m；

日用消防水泵房二回，电缆为YJV22-3×50+1×25mm2，约220m；

井下水处理站一回，电缆为YJV22-3×185+1×95mm2，约50m；

黄泥罐浆站一回，电缆为YJV22-3×95+1×50mm2，约100m；

地磅房一回，电缆为YJV22-4×16mm2，约250m；；

室外照明一回，电缆为YJV22-4×10mm2，约300m。

（3）浴室灯房联建10/0.4kV变电所380V馈出线回路

锅炉房二回，电缆为YJV22-1kV-3x185+1x95mm2，约150m；

综采设备中转库一回，电缆为YJV22-1kV-3×70+1×35mm2，约100m；

办公楼二回，电缆为YJV22-1kV-3x120+1x70mm2，约80m；

单身宿舍及食堂联合建筑一回，电缆为YJV22-1kV-3×120+1×70mm2，约80m；

矿井修理车间一回，电缆为YJV22-1kV-3×50+1×25mm2，约150m；

生活污水处理站一回，电缆为YJV22-1kV-3×25+1×16mm2，约100m；

无轨胶轮车库一回，电缆为YJV2-1kV2-4×16mm2，约60m；

副井空气加热室二回，每回电缆为YJV22-1kV-3x35+1×16mm2，约50m；

坑木加工房一回，电缆为YJV22-1kV-4×10mm2，约150m；

器材库器材棚及消防材料库一回，电缆为YJV22-1kV-4×10mm2，约200m；

加油站一回，电缆为YJV22-1kV-4×10mm2，约220m；

室外照明一回，电缆为YJV22-1kV-4×10mm2，约300m。

各回路均采用电缆沿电缆沟或直埋敷设。

10kV电力电缆截面按经济密度和持续工作电流选择，以电压损失及短路热稳定进行校验；低压电力电缆截面按持续工作电流选择，以电压损失进行校验，均满足要求。

为美化地面广场环境，工业场地不设电线杆。

场地内建（构筑物）室内动力及照明电源均用电缆引自相应的变电所。

第五节井下供配电

根据本矿井下开拓布置及负荷情况，为使矿井达到高产、高效，并有效改善供电质量，确定井下采用10kV供电。

一、井下负荷及下井电缆选择

1．井下负荷

（1）正常涌水时井下负荷

设备安装容量：

3805kW，

设备工作容量：

3056kW，

计算有功功率：

1453kW，

计算无功功率：

1540kvar，

视在功率：

2117kVA，

功率因数：

0.69，

吨煤电耗11.28kWh/t；

（2）最大涌水量时井下负荷

设备安装容量：

3805kW，

设备工作容量：

3111kW，

计算有功功率：

1496kW，

计算无功功率：

1572kvar，

视在功率：

2113kVA，

功率因数：

0.69。

井下电力负荷统计见表10-5-1，井下主要变电所负荷统计见表10-5-2。

2．下井电缆

根据井下负荷统计情况，确定两回下井电缆由矿井工业场地10kV总配电室经主斜井井筒挂钩敷设至井下主变电所，下井电缆采用MYJV22-10kV3×70mm2煤矿用交联聚乙烯绝缘电力电缆，经电缆持续载流量、电压损失及经济电流密度校验符合要求。

两回电缆分别引自矿井工业场地10kV总配电室10kV侧两段不同的母线段上。

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井下全部负荷用电。

二、井下供电方案和设备选型

1．井下供电方案

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、2-2上煤大巷带式输送机配电点、2-2上煤主运输联络巷刮板输送机配电点、移动式制氮机组变配电点、综采工作面变配电点、综掘工作面变配电点、大巷炮掘工作面变配电点等。

井下供电电压为10/1.14/0.66kV，综采工作面为1.14kV及0.66kV，综掘工作面为1.14kV及0.66kV，炮掘工作面为0.66kV，照明为127V。

2．主变电所

主变电所和主排水泵房联建，变电所内安装12台KYGC-Z型矿用一般型高压开关柜、6台KYDZ-1型矿用一般型低压开关柜和2台KBSG-630kVA10/0.69kV隔爆干式变压器。

变电所向移动式制氮机组变配电点、综采工作面变配电点、综掘工作面变配电点、大巷炮掘工作面变配电点提供10kV电源；向主排水泵、水仓清理绞车、综采工作面回风巷设备提供660V电源；向2-2上煤大巷带式输送机配电点、2-2上煤主运输联络巷刮板输送机配电点、综掘工作面局扇、大巷炮掘工作面局扇分别提供双回660V电源。

变电所高低压系统主接线方式为单母线分段，正常运行方式为分列运行。

主变电所高、低压系统见图C1807-212-1、C1807-212-2。

3．2-2上煤大巷带式输送机配电控制

（1）设备概况

2-2上煤大巷带式输送机采用调速型液力耦合器驱动方式，配置1台YB2-315M-4型防爆电动机，电机功率132kW，电压660V。

（2）配电

两回660V电源用MYJV22-1kV3×70+1×35mm2煤矿用交联聚乙烯绝缘铠装电力电缆引自井下主变电所。

配电点安3台KBZ型矿用隔爆低压馈电开关、1台QBZ型矿用隔爆磁力起动器、1台QJZ型矿用隔爆磁力起动器及ZBZ-4.0M4kVA矿用隔爆型照明信号综合保护装置一台。

本配电点向带式输送机、液压拉紧装置提供660V电源。

配电点主接线方式为单母线双电源闭锁。

（3）控制

在2-2上煤大巷带式输送机控制室设置1套KTC101型带式输送机保护装置，同时带式输送机配置速度、堆煤、跑偏、温度、烟雾、撕裂传感器和拉线急停闭锁、通信信号等装置，完成带式输送机控制保护功能。

2-2上煤大巷带式输送机配电系统见图C1807-212-5。

4．2-2上煤主运输联络巷刮板输送机配电

（1）设备概况

2-2上煤主运输联络巷刮板输送机采用限矩型液力耦合器驱动方式，配置1台YB2-250M-4型防爆电动机，电机功率75kW，电压660V。

（2）配电

两回660V电源用MYJV22-1kV3×70+1×35mm2煤矿用交联聚乙烯绝缘铠装电力电缆引自井下主变电所。

配电点安2台KBZ型矿用隔爆低压馈电开关及1台QBZ型矿用隔爆磁力起动器。

本配电点向刮板输送机提供660V电源。

配电点主接线方式为单母线双电源闭锁。

2-2上煤主运输联络巷刮板输送机配电系统见图C1807-212-5。

5．移动式制氮机组变配电点

（1）设备概况

井下设置3套移动式制氮机组，每套机制氮机组功率（110+2.2）×2kW，电压660V，两用一备。

（2）配电

变配电点两回10kV电源用MYPTJ-103×35+3×16/3+3×2.5mm2煤矿用金属屏蔽监视软电缆，一回引自井下主变电所，另一回引自综采工作面带式输送机移变。

变配电点安装3台PBG50D-10、3台KBZ型矿用隔爆低压馈电开关、1台KBSGZY-630kVA10/1.2k矿用隔爆型移动变电站。

本变配电点向制氮机组提供660V电源。

变电所主接线方式为单母线双电源闭锁。

6．212-2上02综采工作面变配电点在212-2上02综采工作面运输巷设KBSGZY-1250kVA10/1.2kV、KBSGZY-800kVA10/1.2kV、KBSGZY-250kVA10/0.69kV、KBSGZY-200kVA10/0.69kV矿用隔爆型移动变电站各一台，通过KJZ型矿用隔爆兼本质安全型真空组合开关、KBZ型矿用隔爆低压馈电开关及QBZ型矿用隔爆电磁起动器分别向212-2上02综采工作面采煤机、可弯曲刮板输送机、喷雾泵站、乳化液泵站、转载机和破碎机等提供1140V电源；向可伸缩带式输送机、调度绞车、阻化剂喷射泵、探水钻机和小