兴利煤矿井上下供电设备选型设计.docx
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兴利煤矿井上下供电设备选型设计
井上下供电设备选型设计
（一）电源
兴利煤矿位于兴仁县潘家庄镇境内，属于贵州电网兴义供电局及兴仁县供电局供电范围。
兴仁县内35kV供电网络已经形成，目前在李关建有一座220kV的变电站一座（李关变电站），容量3×180MVA；在巴铃镇建有一座110kV的变电站（长坡变电站），容量3×40MVA；县城境内建有一座110kV的变电站（兴仁变电站）,容量3×31.5MVA。
其余的高武变电站、潘家庄变站、雨樟变电站、屯脚变电站、振兴变电站等均为35kV。
从供电地理接上图上可知，兴利煤矿距离振兴变电站最近，且附近也没有可靠的电源，振兴变电站（2×4MVA）的进线分别从潘家庄变电站（2×8MVA）和高武变电站（2×10MVA）引入，设一套JSQ-31-512型数字程控调度系统作为与上一级变电站电力调度的专用通信设备。
故设计该矿双电源分别取自35kV振兴变电站的不同母线段，引两回线路至主井工业场地，线路规格均为LGJ—3×95mm2，供电距离一回约5.5km，两趟线路构成可靠的矿井供电电源。
两回路供电电源线路矿方与供电部门签定了供电协议。
使矿井形成安全可靠的双回路供电电源。
另一回约5.6km。
地理接线图见图6-4-1。
图6-4-1兴仁县地理接线图
（二）用电负荷
矿井投产时设备总台数63台，工作台数45台，设备装机容量2357kW，工作容量1513kW，有功负荷990.53kW，无功负荷813.82kvar，视在功率1281.97kvA。
总电耗4697600，吨煤电耗15.66kWh/t。
后期矿井采用机采，设备总台数64台，工作台数46台，设备装机容量2624kW，工作容量1869kW，有功负荷1199.37kW，无功负荷1021.29kvar，视在功率1575.28kvA。
总电耗5996850，吨煤电耗20.0kWh/t。
矿井投产时电力负荷统计详见表6-4-1。
二采区生产时供电系统重新设计。
补偿电容总量330kvar，补偿后功率因数0.91。
（三）无功补偿电容量计算
1、无功补偿电容量计算
QC=P（tgφ1-tgφ2）
式中:
QC——总电容量，kvar；
P——全矿最大有功负荷，P=990.53kW；
tgφ1——补偿前功率因数正切值；
=0.77，Φ=39.67°
式中：
P——全矿最大有功负荷，P=990.53kW；
S——全矿负荷视在功率，S=1281.97kvA；
tgφ1=tgφ39.67°=0.83
tgφ2——补偿后功率因数正切值
取补偿后功率因数cosΦ=0.9，则Φ=25.84°
所以tgφ2=tg25.84°=0.4843
QC=P（tgφ1-tgφ2）=990.53（0.83-0.4843）=342.4kvar
取Q=360kvar（选用BWF10.5-30-1W静电电容器11只）
2、补偿后实际功率因数计算
由QC=P（tgφ1-tgφ2）
tgφ2=tgφ1-Q/P=0.83-360/990.53=0.467
φ2=25.0°
cosφ2=cos25.0°=0.91
设1台HVC-10/450-3型自动补偿电容柜，补偿后功率因数为0.91。
同理计算，后期无补偿容量为441kvar，取450kvar（选用BWF10.5-30-1W静电电容器15只）。
（四）供电方案
1、矿井供电方案
矿井已形成双回路供电,两回电源分别取自35kV振兴变电站的不同母线段，两回线路均为LGJ—3×95mm2，供电距离5.5km；两趟线路构成可靠的矿井供电电源。
两趟线路构成可靠的矿井供电电源。
两回路供电电源线路一备一用，备用供电线路必须经常处在热备用状态。
矿井在主井工业场地设一座10kV地面变电所，10kV电源架空线至主井变电所附近，经终端杆安装的FW2-10G/200型高压负荷开关和HY5WS-12.7型避雷器后，再由电缆引入地面变电所高压配电室。
地面主变电所10kV采用单母线分段运行方式。
表6-4-1电力负荷统计表
序号
负荷名称
电压（V）
数量
（台）
设备容量（kW）
需要系数
cosφ
tanφ
计算负荷
年工
作小
时数
（h）
耗电量
（kWh）
选用
变压器
容量
（kVA）
总
工作
总
工作
有功
功率
（kW）
无功
功率
（kvar）
视在
功率
（kVA）
一
地面负荷
（一）
工业场地
1
矿灯充电房
380
3
3
15
15
0.4
0.8
0.75
6.00
4.50
2
锅炉房
380
1
1
10
10
0.7
0.75
0.882
7.00
6.17
3
坑木加工房
380
2
1
15
7.5
0.5
0.65
1.169
3.75
4.38
4
机修车间
380
3
2
40
26.67
0.4
0.75
0.882
10.67
9.41
5
主平硐皮带
380
1
1
30
30
0.7
0.8
0.75
15.40
11.55
6
空压机
380
4
1
330
220
0.7
0.75
0.882
126.00
111.12
7
办公楼
380
1
1
30
30
0.7
0.75
0.882
21.00
18.52
8
照明
220
1
1
30
30
0.8
0.7
1.02
24.00
24.48
9
其它
380
1
1
50
50
0.7
0.8
0.75
35.00
26.25
10
小计
16
12
482
371.2
248.82
216.39
11
同时系数0.9
223.94
194.75
296.77
12
变压器损失
4.45
17.81
13
合计
0.732
0.931
228.39
212.56
312.00
（二）
瓦斯抽放站
1
瓦斯抽放泵
660
4
2
400
200
0.7
0.85
0.62
224.00
138.82
2
循环水泵
660
4
2
60
30
0.7
0.85
0.62
21.00
13.01
3
主通风机
660
2
1
440
220
0.85
0.85
0.62
187.00
115.89
4
风门绞车
660
2
1
15
7.5
0.7
0.85
0.62
5.25
3.25
6
其它
660
3
2
30
20
0.7
0.85
0.62
14.00
8.68
7
小计
15
8
1185
597.5
451.25
279.66
8
同时系数0.9
406.13
251.69
477.79
9
变压器损失
7.17
28.67
10
合计
0.828
0.678
413.29
280.36
499.41
二
井下负荷
（一）
中央变电所
1
无级绳绞车
660
1
1
55
55
0.7
0.8
0.75
25.90
19.43
2
调度绞车
660
6
6
68.4
68.4
0.7
0.7
1.02
47.88
48.85
3
回柱绞车
660
1
1
7.5
7.5
0.7
0.7
1.02
5.25
5.36
4
刮板输送机
660
1
1
40
40
0.7
0.7
1.02
38.50
39.28
5
皮带输送机
660
1
1
90
90
0.65
0.75
0.882
58.50
51.59
6
皮带输送机
660
1
1
22
22
0.65
0.75
0.882
14.30
12.61
6
刮板转载机
660
1
1
40
40
0.7
0.7
1.02
28.00
28.57
7
水泵
660
3
2
480
160
0.7
0.8
0.75
51.80
38.85
8
乳化液泵
660
2
1
74
37
0.7
0.8
0.75
10.50
7.88
9
钻机
660
2
2
37
37
0.65
0.7
1.02
24.05
24.54
10
探水钻
660
2
1
8
4
0.65
0.7
1.02
2.60
2.65
10
煤电钻
127
7
5
8.4
6
0.4
0.6
1.333
2.40
3.20
12
小计
28
23
514.3
455.9
309.68
282.79
13
同时系数0.9
278.71
254.51
377.43
14
变压器损失
5.66
22.65
15
合计
0.716
0.975
284.37
277.16
397.09
（二）
局部通风机
1
局部通风机
660
4
2
176
88
0.8
0.85
0.62
70.40
43.63
2
小计
4
2
176
88
70.40
43.63
3
同时系数0.9
63.36
39.27
74.54
4
变压器损失
1.12
4.47
5
合计
0.828
0.678
64.48
43.74
77.91
三
功率因数补偿
地面供电
0.97
0.251
641.68
160.82
661.52
井下供电
0.95
0.329
348.85
114.66
367.21
总供电
63
45
2357
1513
0.773
0.822
990.53
813.82
1281.97
补偿量
270
吨煤电耗
15.66kW.h/t
矿井主变电所10kV配电装置选用KYGC-Z型成套开关柜17台，其中进线柜2台、馈出柜12台（备用柜2台）、母联柜1台、PT柜2台、。
该开关柜主要电气元件选用ZN63A-12/630型真空断路器、LZZBJ9型电流互感器、JDZX-10型电压互感器。
矿井主井变电所两段10kV母线各安装XHG-10Ⅲ/63型消弧消谐选线装置1套。
主变电所设HVC型自动无功补偿高压电容器柜（补偿量为450kvar）1套，补偿后功率因数达到0.91。
矿井主井变电所的所用电取自主变电所0.4kV不同母线段上，可互为备用。
变电所操作电源选用微机高频开关直流屏，装设免维护铅酸蓄电池一组，电压220V，选用蓄电池容量为80Ah，直流电源屏型号为GZDW35-80-220/40-M型。
2、地面供电方案
地面变电所，包括低压配电室、高压配电室、检修工具间及器材存放间等，地面变压器为露天布置，变电所设围墙。
1）主井工业场地供电
设计在主井地面变电所安装两台SGB10-315/10/0.4kV型变压器供压风机、主平硐皮带、机修等设备用电，正常运行时，一台工作，一台备用，地面供电变压器中性点接地。
地面低压动力供电电压为380V、660V，照明电压220V。
低压母线采用单母线分段，选用GCL型低压开关柜5台。
一类负荷（包括空压机、安全监测监控系统等），其余负荷为单回路供电，矿井生产和生活用电分开，变电所、调度室设应急照明。
地面变电所设接地网。
所有配电线路采用电缆出线方式。
监测监控地面中心站供电电源由地面变电所0.4kV两段母线各引一回MVV22-0.6/1kV-3×25+1×25聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆至中心站电源总开关，形成双回路供电电源。
井下分站电源箱由中央变电所KBSG-630/10/0.69型变压器供电系统供电。
设计主要通风机房和地面瓦斯抽采泵站选用两台SGB10-500/10/0.69kV型变压器变供电，其中1台工作、1台备用。
两回10kV电源，来自变电所10kV不同母线段。
瓦斯抽采泵采用矿用隔爆本质安全型真空电磁起动器进行控制。
3、井下供电方案
1）中央变电所
设计在+1545m标高的设中央变电所，中央变电所与水泵房联合布置，由地面变电所引出的二回路高压电缆经进风斜井、轨道下山向中央变电所供电。
中央变电所安装4台变压器，其中2台KBSG-100/10/0.69型变压器专供2台工作局部通风机用电，掘进工作面局部通风机实现双风机双电源，并能互相切换；2台KBSG-630/10/0.69型变压器，向井下除局部通风机外的其它设备供电。
井下高低压母线均采用单母线分段。
所内设BGP46型高压隔爆配电装置7台，KJZ5型馈电开关16台、ZBZ-2.5M型照明综合保护器1台。
供电电压高压10kV，低压电压为660V、127V，各设备用电由各配电点采用放射式供电。
井下机电硐室、各提升运输绞车道车场、井底车场、消防材料库、皮带运输巷等地点设置固定照明。
由井下中央变电所的一台低压ZBZ-2.5M型照明综保变压器供电。
井下照明器具KBB-60型矿用防爆白炽灯，吊挂在巷道及硐室的顶帮。
灯具的数量以照明亮度足够为宜，照明灯的间距不大于30m。
照明电缆选用MZ500-3×4+1×4不燃性橡套电缆，悬挂于巷道侧帮的电缆钩上。
4、防地面雷电波及井下的措施
1）经由地面架空线路引入井下的供电线路必须在入井处装设防直接雷及防感应雷接地装置。
2）由地面直接入井的轨道及露天架空引入（出）的管路，必须在井口附近100m内将金属体进行不少于两处的良好的集中接地。
接地电阻不大于5Ω。
局部通风机采用双风机双电源运行方式，工作局部通风机主、备用电源均采用“三专”（专用变压器、专用开关、专用电缆），主备电源互为备用；并与采掘电气设备实行风电瓦斯电闭锁。
备用局部通风机由另一回单独电源供电，主备风机能自动转换运行，当工作风机故障停止运行时备用风机能自动切换到运行状态，保证掘进工作面不停风。
电压在36V以上和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的外壳、构架（包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线）等必须有保护接地，在井底主副水仓中分别设1块主接地极（主接地极为面积不小于0.75m2，厚度不小于5mm的镀锌钢板）；各配电点均在巷道水沟内或其它就近潮湿处设置局部接地极（设置在水沟中的局部接地极为面积不小于0.6m2，厚度不小于3mm的镀锌钢板或等效面积的镀锌钢管，其它地点的局部接地极为直径不小于35mm，长度不小于1.5m且外有20个φ5以上孔的钢管）。
所有电气设备的保护接地点的接地电阻不得超过2Ω，每个移动式和手持式电气设备至局部接地极之间的保护接地用的电缆芯线和接地连接导线的电阻值，不得超过1Ω。
馈电开关的过流保护装置，均采用相应配电网路的最大三相短路电流校验开关设备的分斯能力和动、热稳定性以及电缆的热稳定性，校验结果全部符合要求。
同时采用相应配电网路的最小两相短路电流校验保护装置的动作可靠性系数均大于1.5。
灵敏度系统符合要求。
所有的过流保护装置、熔断器的熔体的整定值均按规定要求进行了计算确定，
确定整定值时充分考虑该网路中容量最大一台的电气设备正常起动，其他同时工作组的电气设备能够正常工作。
（五）变压器选择
1、地供电压器选择
=231.28（kvA）
式中：
PZ—变电所有功功率，228.39kW；
k—设备同时使用系数，取k=0.80；
cosΦ—加权平均功率因数，0.79。
根据上述计算，矿井选用两台SGB10-315/10/0.4型变压器2台供地面负荷，正常运行时1台工作，1台备用。
2、瓦斯抽放泵站、主要通风机供电压器选择
=418.82（kvA）
式中：
PZ—变电所有功功率，413.29kW；
k—设备同时使用系数，取k=0.80；
cosΦ—加权平均功率因数，0.79。
考虑以后设备容量增加，设计选用两台SGB-500/10/0.69kV型变压器2台，专供通风机、瓦斯抽放站的设备用电，正常运行时，一台工作，一台备用。
3、井下局部通风机及掘进设备供电变压器
局部通风机采用双风机双电源运行方式，工作局部通风机主、备用电源均采用“三专”（专用变压器、专用开关、专用电缆），主备电源互为备用，工作风机与备用风机能够自动切换。
正常情况下一台变压器向二台工作局部通风机供电。
当工作局部通风机因故停止运行时，由另一电源供电的备用风机自动投入运行。
保证掘进工作面不停风。
因此变压器的容量为：
＝89.56（kVA）
式中：
PZ—有功功率，64.48kW；
k—设备同时使用系数,取k=1;
cosΦ—井下电网自然功率因数，0.72。
根据上述计算，工作局部机供电选取KBSG-100/10/0.69型变压器两台，一台工作，一台备用。
4、井下中央变电所供电变压器
＝449.76（kVA）
式中：
PZ—有功功率，380.72kW；
k—设备同时使用系数,取k=0.85;
cosΦ—井下电网自然功率因数，0.72。
根据上述计算，井下中央变电所选取KBSG-630/10/0.69型变压器两台，一台工作，一台备用。
矿井变压器总容量
315×2+500×2＋630×2+100×2=2890kVA）
（六）矿井主要电缆校核
1、矿井电源线路
1）计算电源线路最大工作电流
由于投产时矿井为炮采，后期为机采，按后期机采的负荷进校核。
计算最大工作电流Ij：
=1199.37/（
×10×0.91）
＝76.09（A）
式中：
Ij—最大工作电流Ij；
ΣP—矿井设备有功负荷，1199.37kW；
U—线路额定电压，10kV；
cosΦ—补偿后的功率因数，0.91；
2）按经济电流密度计算导线截面
S=I/J=76.09/1.15
=66.2（mm2）
式中：
J—电流经济密度，铝导线取1.15A/mm2；
A—导线经济截面，mm2；
利用矿井现有的两趟LGJ—95mm2钢芯铝绞线能满足要求,其正常时允许载流量为335A（查表），考虑环境温度40℃时温度校正系数0.633，则IX=335×0.633=212.1A。
3）校核载流量
IX=212.1>I=76.09A
电源线路安全载流量符合要求。
4）校核电压损失
矿井有功负荷为1199.37kW，补偿后无功负荷为571.29kvar。
式中：
△U—供电线路电压降，V；
UN—线路的额定电压，UN=10kV；
P—矿井最大有功负荷，Pmax=1199.37kW；
Q—补偿后无功负荷，Q=571.29kvar；
L—供电线路长度，5.6km；
r—供电线路的电阻，查表0.315Ω；
x—供电线路的电抗，查表0.353Ω。
经计算△U=324.5V，△U%=
=3.2＜5%，符合要求。
2、下井高压电缆
1）计算负荷电流：
由于投产时矿井为炮采，后期为机采，按后期机采的负荷进选择。
计算最大工作电流Ij：
=608.7/（
×10×0.67）
＝52.5（A）
式中：
ΣP—井下设备有功负荷，608.7kW；
U—线路额定电压，10kV；
cosΦ—加权平均功率因数，0.67；
2）按经济电流密度计算导线截面
S=I/J=52.5/2.25
=23.4（mm2）
式中：
J—电流经济密度，铜导线取2.25A/mm2；
A—导线经济截面，mm2；
下井两回路线路选择MYJV22-3×70/10kV允许载流量为Ix=165A（查表）。
3）校核载流量
Ix=165A＞Ij＝52.5（A）
电源线路安全载流量符合要求。
4）校核电压损失
当cosф=0.75时，MYJV22-3×70/10kV电缆单位负荷矩电压损失百分数为0.491％/MW·km（查表），供电距离0.85km
ΔU%=0.5879×0.85×0.491％=0.246%
2.1+0.246%=2.346%＜5%
电源线路及下井高压电缆均符合要求。
3、掘进工作面局部通风机供电线路
11913回风顺槽供电距离较长，供电负荷大，按11913回风顺槽掘进局部通风机供电进行校核，
1）计算负荷电流：
=17.5/（
×0.66×0.7）
＝21.9（A）
式中：
ΣP—设备有功负荷，17.5kW；
U—线路额定电压，0.66kV；
cosΦ——自然功率因数，0.7；
2）选择电缆及校核载流量
线路选择MYP-0.66kV-3×35+1×10型电缆允许载流量为Ix=138A（查表），则
Ix=138A＞Ij＝21.9A），符合要求。
3）校核电压损失
当cosф=0.75时，MYP-0.66kV-3×
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