KV供电设计设计.docx
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KV供电设计设计
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
摘要
本设计是在煤矿实习的基础上完成的。
通过对灵北煤矿的实地考察，结合该矿现有生产水平和未来发展前景，在原有供电系统的基础上根据煤炭生产行业的有关规定进一步规范和完善。
灵北煤矿系240万吨大煤矿，供电系统设计内容包括：
地面变电所设计、井下供电设计、短路电流计算、地面及井下高低压设备选择、保护装置、地面及井下接地等。
本设计主供电系统由来自不同地方的两路35kV线路供电，经主变压器变为10kV，由单母分段的接线方式分别向地面和井下供电。
根据煤矿供电系统特点，本设计系统主线路均以最大运行方式进行整定，并以此对线路及其设备进行选择。
灵北煤矿35kV供电系统包括井上供电系统和井下供电系统两个部分。
为保证供电的安全、可靠，又考虑灵北煤矿50年的服务期限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对灵北煤矿设计的合理性。
关键词：
灵北煤矿35KV供电设备选择
Abstract
Thedesignisbasedonthecompletionoftheinternshipinthecoalmine.DaLiaoGapofNingwuCoalMinethroughfieldvisits,inconjunctionwiththeexistinglevelofproductionplantandtheprospectsforfuturedevelopmentinthepowersupplysystemonthebasisoftherelevantprovisionsofthecoalproductionindustryfurtherstandardizeandimprove.
DaLiaoGapofNingwuCoalMineis30milliontonsandcoalmines,powersystemdesigninclude：
groundsubstationsdesign,minesupplydesign,shortcircuitcurrentcalculations,groundandundergroundhigh-lowvoltageequipmentselection,protectiondevices,groundandundergroundgrounded.Fromthedesignofthepowersupplysystemindifferentpartsofthetworoads35kVpowerline,themain10kVtransformersintothesingle-parentseparatelytotheabovegroundandundergroundwiringelectricity.Accordingtothecharacteristicsofcoalsupplysystem,thedesignofthemainlinesarethelargestoperationofthesystemmeansthesetoflinesandequipmentandtochoose.
Ningwucoal35kVelectricitysupplysystemincludestwopartsoftheUndergroundpowersupplysystemandabovegroundpowersupplysystem.Consideringthethreeyears’serviceofNingwumine,inordertoensurethesecurityofelectricitysupply,reliable,thepaperdesignstheengineeringsystemwhichisreasonableforLingbeiminefromtheeconomicandtechnicalaspects.
Keywords:
LingbeiCoalMine。
35kV。
PowerSupply。
electricalequipmentselection
1绪论
本设计为了保证灵北煤矿供电质量，保证供电系统运行的安全性、可靠性和经济性，不但要求监测监控和保护效果要好，而且重要的一点要求在灵北煤矿的供电设计中严格遵守国家煤矿设计的有关规定，保证其供电的可靠性和安全性，尽量避免和减少因系统供电和设备保护问题给煤矿带来的不安全因素。
1.1灵北基本情况简介
灵北位于山西省境内中部，南同蒲铁路、大运高速和大运二级公路由本区东南部经过，介休至阳泉曲和介休至柳林铁路支线由扩区北部通过，其中大运二级公路距拟建的矿井工业场地仅4km，距南同蒲铁路仅4.5km，向井田东北方向经介休抵达太原，向井田东南方向经灵石县抵达临汾和运城，区内均有简易公路与干线公路相通，采用汽车外运煤炭可通过大运高速和大运二级公路直接运往全国各地。
在南同蒲铁路的一侧建有河溪沟矿井铁路装车站，本矿井煤炭可通过汽车运往该装车站装火车运往全国各地。
矿区交通十分便利。
1.2灵北煤矿原始情况
本次设计主要针对灵北煤矿进行设计，位于矿井工业场地东南面15km处，有灵石110kV变电站一座，内设两台31500kVA110/35/10kV变压器，高峰负荷20000kW,其110kV电源两回；有35kV及10kV出线间隔。
位于矿井工业场地东北面20km处，有北村110kV变电站一座，内设两台20000kVA110/35/10kV变压器，高峰负荷15000kW,其110kV电源两回；无35kV及10kV出线间隔。
位于矿井工业场地西南面8km处，有矿区发展规划拟建的北王中110kV变电站一座，内设两台20000kVA110/35/10kV变压器，其110kV电源两回；有35kV及10kV出线间隔。
矿井地面工业场地设一座35kV变电站，其两回35kV电源均引自拟建的北王中110kV变电站的35kV母线，供电电源十分可靠。
1.2.1地面用电负荷统计
地面用电负荷主要包括主副井提升机、扇风机等一级地面用电负荷，此外还包括机修车间、室内照明、工业场地照明和其它的一些常规负荷，这些负荷构成了灵北煤矿的地面用电系统。
灵北煤矿设计地面用电负荷统计如表1-1所示。
表1-1地面用电负荷统计表
序号
设备名称
型号规格
数量
容量（单台）（kW）
电压（V）
1
提升机
JK-2.5/20X
2
280
380
2
扇风机
BDK618-8
2（1台备用）
160
380
3
机修车间
20
380
4
室内照明
10
220
5
工业场地照明
10
220
6
其它
50
1.2.2井下采区设计原始资料
井下采区巷道及设备布置如图1-1所示。
图1-11411采区巷道及设备布置图
说明：
①②……为用电设备负荷，其具体设备如1411采区用电设备负荷统计表1-2中1、2……所示
灵北煤矿采区具体情况如下：
1、该矿为低瓦斯较高涌水量矿井，年产量设计为240万吨，煤层南北走向，倾角11度（北高南低），斜井开拓，井深120M；煤质中硬、厚度为3.6M，顶，底板中等稳定。
2、1411采区为中间上山开采，采区分三个区段，区段总长度345M，工作面长100M；东翼走向长度400M，采用国产80机组采煤，煤巷掘进用放炮落煤、皮带机运输；西翼最大长度走向280M，为炮采工作面。
3、井下中央变电所配出电压为6kV，配出开关的断流容量为500MVA；其到上山巷道下部的距离1600M，采区主要用电设备采用1140V电压，煤电钻和照明采用127V电压。
4、采煤方法为长壁后退式综采采和普通机采，三班出煤，一班检修，日产量约5000吨，本采区服务年限为50年。
其井下采区主要用电设备负荷统计如下页表1-2所示：
表1-21411采区用电设备负荷统计表
序号
设备名称
型号规格
数量
容量（单台）（kW）
电压（V）
1
采煤机
MLQ-80
1
80
1140
2
机采面运输机
SGW-44A
1
22+22
1140
3
下顺槽运输机
SGW-40
3
40
660
4
炮采面运输机
SGW-22
1
22
660
5
顺槽皮带机
SPJ-800
1
30
660
6
上山皮带机
SDJ-150
1
30+30
660
7
上山绞车
JTB-1200
1
55
660
8
煤电钻
MZ2-1.2
9
12
127
9
掘进巷局扇
JBT52-2
2
11
660
10
调度绞车
JD-11.4
2
11.4
660
11
回柱绞车
JH2-17
2
17
660
12
掘进皮带机
SPJ-800
2
30
660
13
运输巷皮带机
SPJ-800
1
30+30
660
14
水泵
3
90+90+30
660
2灵北35kV煤矿供电设计方案及论证
灵北煤矿35kV供电系统设计包括井上和井下两个部分，下面对其供电方案进行选择和论证。
2.1灵北煤矿总体设计方案
本设计进线为35kV，地面变电所设置在电源进线方向的工业广场的边缘。
将10kV高压电能经过敷设在副井筒中的电缆送到井下中央变电所，再由井下中央变电所通过电缆将6KV电能送到井下各用电设备。
在井底车场附近设置井下中央变电所。
考虑可实现不间断供电，地面变电所用两路35kV进线电源，经变压器降压后的10kV电能分别接于两段母线上，经配电装置再经变压器变压后向地面各个用户如提升、通风、机修、照明等用电设备供电。
对一类用户分别接在两段母线上形成双回路供电。
井下供电，是由地面变电所经副井筒中的高压电缆，将10kV的电能送到井下中央变电所的母线上，其电源的引线为两条，当一条出故障时，其余的一条电缆能承担井下最大涌水量时排水用全部负荷。
为了便于安装和维护，电缆截面一般不超过120mm2。
为了保证供电可靠，地面变电所和井下中央变电所均采用单母线分段。
井下主排水泵分别联接在变电所母线的两段上。
对井底车场附近硐室和巷道低压动力设备和采区1140V、127V用电，经电缆供电。
2.2方案的可行性论证
本设计方案主要从技术和经济两个方面来论证设计方案的可行性。
总体方面来讲，为保证供电的可靠性，变电所从不同的地方引进两条进线，设置两台35kV主变压器，采用外桥式接线的室外布置配电；从主变压器出线后的10kV侧，采用单母线分段固定式室内高压配电柜配电，分别对地面和井下进行供电；地面负荷用电利用两台变压器供电，其进线分别引自10kV侧单母分段的两个部分，经地面变压器配出0.4kV侧采用低压配电屏配电后，直接将配出电能供给地面380V和220V的用电负荷；对井下供电设计，是用两条10kV电缆经副井口直接下井，在井下设置一处中央变电所，经配电装置配电后分接两台矿用防爆变压器供井下用电。
以上内容将在第三章、第四章中详细介绍，这里不再说明。
2.2.1技术方面论证
1、供电可靠性：
主变压器、地面及井下直接供电的各变压器，均采用双线两台变压器供电。
这样当一台主变压器出现故障或需要检修时，另一台主变压器能够保证煤矿负荷用电，使生产正常进行；当供地面用电的一台变压器出现故障或需要检修时，其另一台变压器能够承担起煤矿地面用电的一、二级负荷用电（如主扇风机、人员提升机等），不至于引起煤矿事故，导致人员伤亡；当供井下用电的一台变压器出现故障或需要检修时，其另一台井下变压器能够承担起煤矿井下最大涌水量时，井下排水泵的负荷，以不至于出现煤矿被淹，设备被损坏的情况。
2、供电质量：
设计采用直接引入35kV供电方案，有煤矿变电所自身进行由高压到负荷的配送电和对用电的无功补偿，在必要的时候还可以对35KV变压器直接进行空载调节，从而保证了供电质量。
3、运行操作的灵活性：
对矿用设备均设有单独的磁力起动器，可以方便的对设备频繁操作，并在一组设备送电端设置馈电开关，作为设备的一级保护。
同时，在设备之间装设闭琐保护装置，增加了设备运行操作的安全性和灵活性。
4、维护与检修：
从本设计的接线方式考虑（第三章、第四章中详细介绍），当线路出现故障或需要检修时，可以方便的切除故障或将重要负荷供电切换到其它线路。
2.2.2经济方面论证
1、投资：
在对主变压器接线、变电所配电线路接线和有关设备的选用上，均考虑了投资费用，在保证供电可靠和安全的情况下，尽量选用投资费用较低的设备。
2、年运行费用：
包括各种设备的折旧费、维护费和电费等。
由于设备的折旧费一般是固定不变的，只有从降低维护费和电费的角度考虑。
本设计做到了从变电所的位置选址到设备的保护装置，都考虑了能降低维护费的因素。
由于电价是固定的，因此降低电费主要从降低电能损耗方面入手，尽量减少损耗。
3、电能损耗：
包括有功损耗和无功损耗。
由于输电线路固定，主要从变压器、电抗器等耗电设备考虑电能损耗。
在变压器选择上尽量接近用电负荷容量，减小空载运行的损耗；在变电所加设无功补偿器，补偿无功功率的损耗。
从技术和经济两个方面论证来看，本设计方案满足论证要求，故在以后各章节对灵北煤矿供电系统的设计中均以本设计方案为中心进行设计。
3矿井地面变电所设计
煤矿地面变电所，从设计情况看大体分为两种情况：
一种是电源进线为35kV，经主变压器降压到10kV或6kV后，向高压设备供电，就是通常所说35kV变电所；另一种是电源进线为10kV或6kV直接引到母线上，通过高压配电装置，直接向高压负荷供电，称为10kV或6kV配电所。
本矿地面变电所设计采用的是第一种方案，即35kV变电所供电。
3.1地面用电负荷计算
灵北煤矿地面负荷容量计算采用的方法是当前广泛被采用的需用系数法估算，当然也可用有用功和无功功率的复数计算法。
因有功和无功功率的复数计算法比较复杂，所以这里不在说明。
1、根据地面用电负荷及用电设备在煤矿生产中的负荷等级，为保证当一台变压器受到损害，而另一台变压器能够保证其煤矿所有一、二级负荷供电，确定此设计地面供电采用两台变压器供电。
2、地面负荷按下式（3-1）进行计算
（3-1）
式中S——所计算的电力负荷总的视仔功率，kVA；
——参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW；
——参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；
Kr——需用系数，其数值有以下方法计算：
3、地面所取的各用电负荷的需用系数及平均功率因数见下表所示。
4、可以较正确计算出用电功率的设备，如提升机、通风机等的电力负荷，应取其计算负荷。
公式中：
——最大一台电动机的额定功率；
——电机在相应负荷率时的工作效率；
——同一工作面所有用电负荷容量的总合（不包括备用）。
5、地面用电总负荷的计算，按式（3-2）计算：
（3-2）
式中SS——地面总负荷的视在功率，kVA；
、、——地面各用电计算负荷的视在功率，kVA；
——同时系数。
地面总负荷的功率因数应按式（3-2）的复数计算，即有功功率和无功功率分别相加后，可求得总负荷的功率因数，这里不再求得。
按地面用电设备负荷统计表1-1及地面用电负荷的需用系数及平均功率因数表3-1，具体计算如下：
表3-1地面用电负荷的需用系数及平均功率因数表
地面负荷名称
需用系数KX
平均功率因数
提升机
扇风机
机修车间
室内照明
工业场地照明
其它
0.3
0.3
0.4
0.3
根据所选电机的负荷率确定
根据所选电机的负荷率确定
0.65
0.84
0.84
0.8
1、提升机工作面
（=0.87，=110kW）
=（110+25）kW=135kW（25kW为在提升工作面的其它用电负荷）
故==0.93
由所选电机的负荷率知：
=0.86
=135×kVA=146kVA
2、扇风机工作面
（=0.88，=55kW）
=（55+10）kW=65kW（10kW为在扇风机工作面的其它用电负荷）
故==0.96
由所选电机的负荷率知：
=0.87
=65×kVA=72kVA
3、机修车间
Kr=0.3，=0.65，=20kW
=20×kVA=9.2kVA
4、室内照明
Kr=0.3，=0.84，=10kW
=10×kVA=3.6kVA
5、工业场地照明
KS=0.4，=0.84，=10kW
=10×kVA=4.8kVA
6、其它负荷
KS=0.3，=0.8，=15kW
=15×kVA=5.7kVA
7、地面总负荷计算
=0.85
=（146+72+9.2+3.6+4.8+5.7）×0.85kVA
=241.3×0.85kVA
=206kVA
根据此计算容量大小选择供地面负荷由高压侧10kV变到0.4kV用电的变压器容量和台数。
要选择35kV侧供电的电力变压器，必须知道矿井的所有负荷（即地面负荷和井下负荷的总和），才能确定35kV侧变压器的选择。
这里暂且不提，本内容在第六章变压器选择里详细介绍。
3.2地面变电所位置选择
灵北煤矿变电所虽说容量不大，但它是全矿供电的中心。
所址选得正确与否，直接影响到供电的可靠、安全与经济运行。
因此本矿是在符合以下条件下进行的所址选择：
1、接近负荷中心，这样可以减小供电距离、电能损耗、电压损失和节约有色金属。
2、不占或少站农田。
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，例如避开滑坡、塌陷区、溶洞地带等；如在煤田上则应避免压煤，躲开采空区。
6、尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污措施或设在污源的上风侧。
7、因本矿位于山区，故所址选择不应为积水浸淹，山区变电所的防洪措施应满足泄洪要求。
8、具有生产和生活用水的可靠水源。
9、适当考虑职工生活上的方便。
10、考虑了设计变电所与邻近设施之间的相互影响。
11、由于矿井地面工业广场已统一考虑了压煤的问题以及运输、通讯、水暖等设施，所以本所址选择于矿井地面工业场边缘地上。
12、所址位置必将影响矿区供电系统的接线方式，送电线路的规格与布局，电网损失和投资的大小。
考虑以上因素，将此变电所选在工业广场边缘的上风向区，此处环境污染小，又能满足其他方面的要求。
3.3地面变电所的主接线
地面变电所起着接受电能，并将电能（或经主变压器降压）再分配给全矿用电设备的作用。
电源进线和负荷出线之间采用什么设备和以什么形式进行连接，称接线方式。
它与电源进线回路数、电压等级、距电源远近、主变压器的台数等因素有关。
3.3.135kV侧主接线
由于本矿供电电压为35kV，矿井终端变电所采用接线方式有如下几种如图3-1所示，现通过比较后选择主接线形式。
1、外桥接线
外桥接线如图3-1a所示。
（1）优点：
高压断路器数少、四个回路只需三台断路器。
（2）缺点：
线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧的断路器检修时，变压器需较长时间停运。
（3）适用范围：
适用于较小容量的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障率较少的情况。
a外桥接线b内桥接线c全桥接线
图3-1三种桥型接线方式
2、内桥接线
内桥形接线如图3-1b所示。
（1）优点：
高压断路器数少、四个回路只需三台断路器。
（2）缺点：
变压器的切除和投入较复杂，需两台断路器动作，影响一回线路的暂时停运；桥联络断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需校长时间停运。
（3）适用范围：
适用于较小容量的变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。
3、全桥接线
全桥接线如图3-1c所示。
它适应能力强，运行灵活，操作方便，但所用设备较多，占地面积大。
综上所述，由于灵北煤矿为240万吨年产量的大型煤矿，本采区的服务年限为50年，考虑整个矿区近20年的开采能力，从投入经济和山区少占工业广场面积两个方面考虑，我这里采用全桥式主接线来完成35kV侧变电所设计。
3.3.210kV侧主接线
1、单母线接线
（1）优点：
接线简单清晰，操作方便，设备少，配电装置的建造费用低。
隔离开关仅在检修时作隔离电压用，不作任何其他操作，便于扩建和采用成套配电装置。
（2）缺点：
不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修时，均需使整个配电装置停电。
引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。
（3）适用范围：
由于单母线接线工作可靠性和灵活性都较差，故这种接线主要用于小容量特别是只有一个电源的变电所中。
2、单母线分段接线
单母线接线如图3-2所示。
图3-2单母线分段接线图
（1）优点：
用断路器把母线分段后，对重要一、二级用户可以从不同段上引出两个回路，有两个电源供电。
当一段进线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
（2）缺点：
当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在此期间内停电。
当出线为双回路时，架空线路会出现交叉跨越。
另外，在扩建时需向两个方向均衡扩建。
（3）适用范围：
由于单母线分段接线比单母线接线的供电可靠性相灵活性有所提高，所以在63kV以下的变电所中较广泛使用这种接线方式。
综上所述，不论分段或不分段的单母线接线，在检修任一回路断路器的全部时间内，该回路必须停止工作。
这个缺点在某些情况下恃别突出，因此，对于电压为35kV及以上的配电装置，当引出线较多时，应广泛采用单母线分段带旁路母线的接线。
3、双母线接线
双母接线中有两组母线，每一电源或每条引出线，通过一台或两台断路器，分别接到两组母线上。
双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配到两组母线上。
由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某—组母线连接，以固定连接方式运行。
1．优点
（1）供电可靠：
通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路。
（2）调度灵活：
各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
（3）扩建方便：
向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。
2．缺点
（1）增加一组母线，每回路就要增加一组母线隔离开关。
（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
3．适用范围
当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电。
母线和母线设备检修时，不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时，采用双母线接线较合适。
综上所述，在本设计中考虑经济和满足供电要求的需要，10kV母线侧采用双母线的接线方式，单母线接线图如3-2所示。
4井下中央变电所及供电设计
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