矿山供电系统设计.docx
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矿山供电系统设计
矿山供电系统设计
9．4供电系统设计
9.4.1概述
一供电的重要性和基本要求
电力是企业消费的主要动力。
对企业应做到牢靠、平安全和消费的需求，企业对供电提出以下基本要求：
供电平安、供电牢靠、供电优质、供电经济。
1.供电平安
在电能的供应、分配和运用进程中，不应发作人身伤亡和设备损坏事故。
关于煤矿消费来说，由于主要是地下作业，任务环境特殊，供电线路和电气设备易受损坏，能够形成人身触电、电气火灾和电火花惹起的瓦斯煤尘爆炸等事故，所以必需严厉依照«煤矿平安规程»的有关规则停止供电，确保平安消费。
2.供电牢靠
供电牢靠就是要求供电具有延续牢靠性。
供电中缀时不只影响企业消费，而且能够损坏设备，发生废品，甚至发作人身伤亡事故。
而煤矿一旦断电，不只影响产量，还有能够引发瓦斯集聚、淹井、人身伤广和设备损坏，严重时将形成矿井的破坏。
为了保证供电的牢靠性，通常采用双电源。
双电源可来自不同变电所或发电厂或同一变电所的不同母线上。
关于煤矿，在一个电源发作缺点的状况下，另一电源应能满足对主要个产设备的供电，以保证通风、排水以及消费的正常停止。
3.供电优质
在保证平安和牢靠供电的前提下，还要保证供电的质量，用电设备在额外值下运转功用最好。
因此要求供电质量方面有动摇的电压和频率，电压和频率足权衡电能质量的重要目的。
详细有以下4项目的：
（1）电压：
额外电压电压偏向不得超越允许值，电动机±5％，白炽灯+3％~-2.5。
（2）频率：
额外频率50Hz，频率偏向不得大于±0.4％~±1％。
（3）波形：
正弦波形，波形上不得有高次谐波发生的毛刺，以防形成电力污染。
（4）平衡度：
三相电网电压平衡。
4．供电经济
普通思索以下3个方面；
（1）尽量降低企业变电所与电网的基本树立投资。
（2）尽量降低设备资料及有色金属的消耗量。
（3）留意降低供电系统的电能损耗及维护费用。
此外，企业还要求有足够的电能。
这不只要求电力系统或发电厂能提供富余的电能而且要求企业供电系统的各项供电设备具有足够的供电才干。
二电力负荷分类
为了满足电力用户对供电牢靠性的要求，即停电所形成的影响不同．同时又思索到供电的经济件，依据用电设备在企业中所处的重要位置，以方便在不同状况下区别看待，通常将电力负荷分为3类。
1．一类负荷（一级负荷）
凡因突然小断供电，能够形成人身伤亡事故或重要设备损坏事故，给国民经济形成严重损失的或在政治上发生不良影响的负荷，均属于一类负荷。
如钢厂炼钢炉，停电30min，即形成炼钢炉报废；电解铝厂，停电15min，即形成电解槽破坏；煤矿主通风设备，井下主排水泵，副井提升机等有内个独立的电源供电。
一类负荷应有两个独立的电源供电，对行特殊要求的一类负荷，两个独立电源应火自不同的地点，以保证供电的牢靠延续性要求。
一类负荷中影响人身与设备平安的负荷又叫保安负荷。
2．二类负荷（二级负荷）
凡因突然停电，形成少量度仍或少量增产构成较大经济损失的负荷，属于二类负荷：
如工厂的主要消费车间，煤矿的集中提煤设备、空中空气紧缩机、井下采区变电所等。
关于中小型企业的二类负荷普通由公用线路供电。
而关于大型企业的二类负荷，也应有两个电源，并且两回路电源应尽量取自不同的变电所或母线段。
另外，为了增加长时间停电抵消费的影响，供电设备应有一定数量的库存，以便及时改换。
3．三类负荷（三级负荷）
除了一类、二类以外的一切其他负荷均为三类负荷，如企业的隶属车间及办公、生活福利设备，煤矿井门机修厂等。
三类负荷对供电没有特殊的要求，普通只设一回路供电，不思索备用电源。
依据需求各负荷还可共用一条输电线路。
关于电力用户分类的门的是分级管理，便于调整电力负荷，合理供电。
关于重要负福保证供电是第一位的，关于主要负荷应更多地思索其供电的经济性。
在电力系统中，发作缺点或检修、限制用电负荷时，府依据详细状况区别看待，中止三类负荷供电，有必要时切除局部二类负荷，以确保对一类负荷的不连续供电。
三电力系统
电力系统是指由发电厂、升乐和降压变电所以及各种不同电压等级的输电线路组成的全体。
某电力系统简图如下图。
发电机收回的电压普通是3.15Kv、6.3kv、10．5kv。
发电厂设有升压变压器将电压降低后再保送山去。
输电容量越大，输电距离越长，要求输电线路的电压越高，在高压或超高压范围（35~500kv）。
为厂经济合理地应用国度资源，发电厂普通建在煤炭或水利资源丰厚的地域。
发电厂对左近的工矿企业供电，可直接用发电机收回的电压。
依据发电厂电源距用户的距离和容量不同，保送的电压等级也不同。
所以发电厂或区域变电所通常运用几种不同的电压供电。
电力系统中各发电厂之间，以输电线路衔接，称并网发电。
这样不但可以提高供电的牢靠性，同时还可调理各发电厂的负荷，综合发扬电力系统的供屯经济效益。
企业用电设备的额外电压较低，为了将电力系统高压降低为用户所需求的高压电能，需设置降压变电所（或称变电站），将电压降低后再保送出去。
普通送到煤矿空中变电所的电压是35kv。
假定矿区的用电容量很大，距离发电厂又很远时，那么发电厂运用更高的电压对矿区停止供电，这时就需求树立区域变电所（一次变电所）。
反之距离区域变电所很近的矿区，就不需求设置35kv／6kv主变压器，使变电所设备简化，同时也会使供电的平安性和牢靠性更高。
煤矿空中变电所应有两个独方的电源。
距离电力系统电源近时，运用平行双回路供电；当相邻的煤矿之间距离较近，而距离电力系统电源父较远时，普通由电源送一回路，另外相邻的煤矿空中变电所之间设一回路联络线，构成环形电网供电。
某电力系统简图
四供电电压等级
现行企业所运用的电气设备都是依照一定的标难电压设计和制造的，这个规范电压称
为电气设备的额外电压。
为了便于批量消费和一致供电，国度规则了规范的额外电压等级
（包括煤矿企业电压等级在内），见表
额外电压等级Kv
电网和用电设备的额外电压
发电机的额外电压
变压器的额外电压
直流
三相交流
交流
三相交流
交流
三相
单相
线电压
相电压
线电压
原绕阻
副绕组
原绕组
副绕组
0.11
0.115
—
0.127
0.127
〔0.133〕
〔0.127〕
〔0.133〕
〔0.127〕
〔0.133〕
0.22
0.22
0.22
0.23
0.23
0.22
〔0.23〕
0.22
〔0.23〕
—
0.38
0.40
0.38
0.40
0.38
0.44
3.0
3.15
3.0、3.15
3.15、3.3
6.0
6.3
6.0、6.3
6.3、6.6
10
10.5
10、10.5
10.5、11
35
35
38.5
63
63
66
110
110
121
154
154
169
220
220
242
330
330
363
500
500
550
注：
1.本表括号内的数字只用于井下或其他平安要求较高的场所。
2．目前我目煤矿井下电机车运用0.25kv和0.55kv电压，对应的变电所输入电压为0.275kv和0.6Kw两种。
3.露天煤矿工业用电机车，运用的直流电压有0.75kv、1.5kv，变电所输入电压为0.825Kv和0．65kv两种。
4.原绕组电压为3.15kv、6.3Kv、10．5kv的变压器，适用于直接接十发电机山线上；副绕组电压为3.3Kv、
66kv、11kv的变压器，适用于供电半径大的场所。
电力线路的额外电压应等于与其相衔接的用电设备的额外电压。
发电机的额外电压可比线路的额外电压高5％。
电力变压器—次、二次侧的空载额外电压，有一边可调±3％—±5％。
用于升压的变
比器，一次侧的主载额外电压与发电机相反，二次侧的空载额外电压可比线路额外电压高
10％，如6300V／38500—36750—35000V。
用于降压的变压器，—次侧的空载额外电压为
线路额外电压±5％，二次侧的空载额外电压勺发电机额外电压相反，如36750—35000—
33250V／6300V。
输电线路电压等级的选择与确定，主要是依据保送距离的远近和保送电力功率的大
小，经过经济技术目的的比拟确定的，大致范围见表。
电压等级与保送距离和功率的范围
电压等级/KV
保送功率/KW
保送距离/Km
0.38
100以下
0.6以下
0.66
100~150
0.6~1
3
100~1000
1~3
6
1000~1200
4~15
10
200~2000
6~20
35
1000~10000
20~27
60
3500~30000
30~100
110
10000~50000
50~150
由于企业普通从电力系统取得供电电源，其电压应依据企业的负荷、电源至企业的距
离以及地域电力网能够供应的电压与有关电力部门停止共同协商确定。
普通用电负荷较小
的小型企业可选择10Kv用电负荷较大的大中型企业可选择35kv用电负荷很大的大型
企业可选择110Kv或220Kv。
一个企业可依据需求选择一种或几种电源电压。
9.4.2矿山供电系统
矿山供电系统依照矿山类型的不同分为尽同的方式，我国现阶段的矿山有矿井式和露
天矿山式，所以其矿山供电系统也不同，下面区分加以引见。
一矿井供电系统
矿井供电系统决议于井田范围、煤层倾角、埋藏深度、设计年产量、开采方式、涌水
量以及井下负荷等要素，其供电系统必需契合平安、牢靠、经济的原那么。
下面引见矿井供
电系统的类型。
〔一〕深井供电系统
埋藏深、倾角小、负荷大和涌水量大，多采用将6~10kv高压直接送入井下的供电方式，称为深并供电系统。
这种供电方式由设于空中的矿山变电所引出6kv／10kv高压电缆，经过井筒送至井下中央变电所，然后从井下中央变电所沿铺设的高压电缆送到井下各高压用电设备和采区变电所，直至任务面配电点，构成空中变电所→中央变电所→采区变电所→任务面配电点的4级供电系统，如图1—18所示。
井底车场及左近的高压用电设备的供电，是由设在中央变电所的变压器降压后供应的；采区内的高压用电设备的供电，是由来区变电所降压后供应的。
采区的综采设备高压由采区变电所高压或中央变电所高压电缆供应，高压通常由采区变电所引出的高压电缆，送至任务面左近巷道的移动变电站降压后供应；假定距离近也可由采区变电所变压器降压后供应。
（二）浅井供电系统
埋藏浅（100~200m）、井田范围大、负荷小和涌水量不大的矿井，可采用浅井供电系统，如图1—19所示。
浅井供电系统的特征是两级供电，高压电缆不下井。
浅井供电主要有以下3种方式。
1．井底车场及左近高压用电
空中降压后，由高压电缆经过井筒送到井底车场配电所，再分配给各级高压用电设备。
井下架线式电机车所用直流电源，也是由空中变电所整流后，将直流电用电缆沿井筒送到井底车场配电所供应。
2．采区负荷小且无高压设备
由空中变电所经过高压架空线将电能送到采区任务面的空中上的变电室或变电亭，然
后就地降压后，用高压电缆经钻孔送到井下采区配电所，再由其分配给任务面配电点和低
压用电设备。
3.采区负荷大且有高压设备
运用高压电缆将高压电能经钻孔送到井下采区变电所，再由采区变电所分配供电。
在浅井供电系统中，采区用电基本都是通道采区空中直通井下的钻孔完成的，所以也
称为钻孔供电系统。
为了防止钻孔壁塌落挤压电缆，钻孔中敷设有钢管维护，电缆穿过钢
管送到井下采区。
浅井供电系统可节省井下价钱昂贵的高压电气设备和电缆，并增加井下变电铜室的开拓量，投资少，所以经济、平安。
缺乏之处是需打钻孔和敷设钢管，而且钢管运用完不能回收。
矿井采用哪种供电方式，应依据矿井的详细状况并停止经济技术比拟后确定。
（三）井下中央变电所
1.井下中央变电所结线
井下中央变电所是井下供电的中心．担负着井下供电的重要义务，其结线如图1—20所示。
结线原那么是高压母线采用单母线分段方式，母线数与下井电缆数对应，各段母线通
过高压开关联络。
正常状况下，多采用分列运转的方式；当某一厂井电线出现缺点时，才
将联络开封锁合。
井下高压水泵是井下中央变电所的重要负荷，应区分接在母线各段上，以保证供电的
牢靠。
向采区供电的电缆也应区分按在母线各段上，这样当某段母线出现缺点时不会形成
全矿采区的停电，从而影响煤炭消费。
井下电机车需求的直流电源，通常采用的是硅整流装置，为了保证供电的牢靠，也应
区分接在母线各段上。
井底车场及左近高压动力和照明用电，普通设置两台变压器供电。
当主排水泵为高压水泵时，变压器的容量和台数的选择，应保证备用变压器能提供排出最大涌水量所需的容量。
井下中央变电所应留有高、高压配电装置的备用位置，其数量普通不少于各自装置总数的20％，以顺应开展的需求。
2．井下中央变电所的位置和硐室布置
选择井下中央变电所的位置，应遵照以下原那么：
（1）尽量接近负荷中心，以节省电缆，增加电能和电压损失。
（2）井下中央变电所通风要良好。
（3）进出线方便，交通运输便利。
（4）井下中央变电所的顶底板要稳固，无淋水现象。
按上述条件，通常变电所硐室设在井底车场左近，直接与中央水泵房相连，有条件时应与电机车用的变流所结合修建，如图1—21所示。
井下个央变电所应特别留意防水、防火与通风效果。
为了防水，井下中央变电所的空中应比并底车场的轨道面标高高出0.5m。
为了防火，硐室运用耐火资料支护，出口5m以内的巷道也用耐火资料支护；硐室内电缆运用不带黄麻维护层的；硐室还应设有砂箱和干式灭火器材。
井下中央变电所设备布置如图1—22所示。
井下中央变电所的变压器与配电装置分开布置；高压与高压配装装置及直流设备也应
分开布置；设备与墙壁间要留有0.5m以上的过道。
各设备之间应留0.8m以上的间距或依据详细状况留设间距，以方便维护和检修。
完全不需求从两侧或前面停止检修维护的设备，可以不留间隙放置。
3．采区变电所与移动变电站（车）
采区变电所是采区供电的中心，其义务是将井下中央变电所送来的高压电变为高压电，并将此电力配送至采掘任务面及左近的用电设备。
1）采区变电所结线
采区变电所结线如图1—23所示。
由图可知，变电所每台动力变压器高压侧都装有一
台高压配电箱，高压侧各装有一台总开关；采掘任务面及左近的供电都经过各磁力分开关配送处去。
照明变压器普通用手动开关控制。
另外还装有绝缘监视用的检漏继电器等。
单电源进线的采区变电所，如变压用不超越两台且无高压配出线的，可不设电源进线开关；否那么，为了操作的方便，范设电源进线开关。
双电源进线的采区变电所，采用单母线结线时，应一路任务一路备用；假定需同时任务，母联开关应断开，使两电源回路分列运转。
双电源进线适用于综采任务面或下山采区行排水泵的采变电所。
采区变电所变压器通常采用分列运转的结线方式，高压侧各装有—台总馈电开关，各变压器构成独立的供电系统。
每台变压器的高压侧都装有检漏继电器，它与变压器高压侧总馈电开关配合运用，起漏电维护作用。
假定总馈电并关内有漏电维护时，可不再装设检漏继电器。
2）采区变电所位置和硐室布置
采区变电所位置确实定原那么向中央变电所相似，但依据采区消费的特殊性还要求每个采区应只设一个变电所对全采区供电；如不能够，也应尽量少设变电所，以增加变电所迁移的次数。
因此，通常将采区变电所设置在采区卸车站左近，或设置在上（下）山巷道与运输
平巷交叉处或两个上（下）山巷道之间的中间位置。
采区变电所的防水、防火、通风等平安措施与中央变电所相反。
硕室长度假定超越10m，应有两个出口，以保证通风的良好。
采区变电所硐室布置如图1—24所示。
变压器可与配电设备布置在向—硕室内但分开布置，高、高压设备应分开布置，检漏继电器放置于闲空墙壁的支架上。
各设备间及与墙壁间依据实践需求可预留检修维护通道。
3）移动变电站（车）
由于综采任务面设备多，容量大，采区范围广，回采速度快，运用固定的采区变电所不经济，也满足不了技术上的要求，所以必需采用移动变电站。
移动变电站是由特制的高压配电装置、干式变压器及高压配电装量组成的全体，放置在一辆车上，可以移动，距任务面普通50~300m。
随任务面每推进100~200m，移动一次。
由于高压进线电缆每100m就采用防爆插销衔接一次，可以仲缩，故高压供电距离—般小于500m。
4任务面配电点
为了便于操作采掘任务面的电气设备，必需在任务面左近的巷道中设置控制开关和启动器，由这些装置组成的电器总体叫唱任务面配电点。
任务面配电点分为采煤和掘进两种。
采煤任务面配电点距采煤任务面50~80m；掘进任务面配电点距掘进任务面80~100m。
任务面配电点也随任务面的推进而相应前移，图1—25为采煤任务面配电点的布置及配电表示图。
二露天矿供电系统
露天矿供电系统普通分为两类，区分是空中供电系统与坑内供电系统。
空中供电系统与矿山变电所的供电系统很相似，在此不多论述。
下面主要引见坑内供电系统。
露天矿坑内供电系统主要由坑内的配电所、配电线路和配电点等联成的系统所组成。
坑内配电方式的选择原那么是易架设；随任务面可推进，移动方便；受爆破影响小，可以保证平安、经济、牢靠地供电；坑内配电系统比拟典型的方式有横式配电系统、纵式配电系统、边缘式配电系统和放射式配电系统。
1.横式配电系统
横式配电系统适宜于台阶数多而不太长的大型露天矿坑内配电，如图1—26所示。
3kv/6kv架空线路沿横向任务面或台阶敷设。
其配电线路电杆必需加固和架高，以防倒杆和碰线事故。
该配电系统受爆破作业影响小，但随任务面的推进，输电线路的延长和延伸较为困难。
2.纵式配电系统
纵式配电系统如图l—27所示。
3Lv／6kv架空线路由变电所引出，顺开采任务面架在可移动式的电杆上，300~400m设一配电点，三个开采台阶架设一趟线路。
纵式配电系统的特点是；架空线路敷设力向与电铲等移动方向平行，防止了消费进程小的碰线事故；架线任务较容易；但受爆破影响大，移动任务量大时间长。
该系统适用于大而长的露天矿坑配电。
3.边缘式配电系统
小型露天矿的坑内配电，通常采用边缘式配电系统，如图1—28所示。
3kv／6kv架空线路由变配电所引出，沿坑的边缘敷设。
采用橡套电缆将电送至单斗电铲等机械设备所用的高压变压器。
该配电系统结构复杂，而且沿坑线路可采用永世性的水泥杆。
延伸到坑内的线路可采用木杆架设，再经跌落式熔断器和橡套电缆向各用电设备供电。
4.放射式配电系统
6KV架空线路内变电所引至露天矿坑帮的配电点，再经过高压橡套电缆送到坑内各工
作台阶上的单斗电铲及其他设备的高压变压器。
如图1—29所示为放射式配电系统，该配
电系统接线点和配电点接线复杂，有的甚至就装置在电杆上。
电缆和架空线之间，有的只
需装置隔分开关即可。
配出线的过流维护讨应用变电所内的配电开关拒来维护，有的在隔
分开关负荷侧加装高压熔断器或跌落式熔断器来停止短路维护。
放射式配电方式较为复杂，适用于小型露天矿的坑内配电。
9．4．3供配电系统负荷计算与变压器选择
9.4.3.1概述
供配电系统的负荷计算是为了选择变压器的台数和容量大小。
依据实践正确计算负荷
的大小十分重要，它将对供电的平安、牢靠和经济有重要的意义。
变压器容量过大不只投
资大，而且空载损耗也大，系统功率因数低；反之容量过小，变压器就将临时过负荷运转，铜损添加，线圈过热，能够烧坏线圈的绝缘或延长变压器的寿命，既不经济也不平安牢靠。
下面引见几种负荷的计算方法。
目前，我国负荷计算的方法主要有需用系数法和二项式法。
需用系数法计算简便，其
计算结果能满足工程上的要求，所以运用普遍。
二项式法通常用于设备数量少而容质变化
大的负荷计算，其计算过火突出了最大用电设备的影响，因此计算结果往往偏大，但可弥
补需用系数法的缺乏。
一、电力负荷有关概念
1.临时延续任务制负荷
临时延续任务制设备临时延续任务，负荷比拟动摇，如通风机、水泵、机床电动机和照明灯等。
2.短时任务制负荷
短时任务制设备任务的时间短，停歇的时间相对较长，如机床上的辅佐步进电动机和
升降电动机、小绞车等。
3.断续周期任务制负荷
断续周期任务制设备周期性地任务—停歇一任务，如此重复停止，而且任务周期不超
过10min，如电焊机、吊车电动机等。
二、用电设备容量确实定
用电设备的额外容量是指用电设备在额外电压下，在规则的运用寿命内能延续输入或
耗用的最大的功率。
对电动机巾言，额外容量那么是指其轴上正常输山的最大功率。
因此其
耗用的功率应为其额外容量除以其效率。
对电灯和电炉等，额外容量是指其在额外电压下
耗用的功率，而非其输入的功率。
不同任务制的用电设备其功率统计有所不同。
临时延续任务制用电设备的功率就等于其铭牌上的额外功率。
短时任务制用电设备的功率，按额外功率思索。
假定该类设备只在缺点或检修时用，是
支线负荷按额外功率确定，支线上就不用思索了。
但假定容量较大，影响支线设备选择时，
应适当思索。
断续周期任务制设备的功率，是将用电设备在不同暂载率下的额外容量一致换算为规
定的暂载率下的额外功率。
当然换算是以〝热量等效〞原那么停止的。
暂载率又称负荷继续卒或相对任务时间，用符号ε表示。
通常用一个任务周期内的工
作时间t与上作周期T的百分比来表示
式中T—任务周期；
t—任务周期内任务时间；
t0—任务周期内停歇时间。
采用断续周期任务制设备的额外容量PN，对应于某一标淮负荷暂载率εN。
照实践运转的负荷暂载率ε≠εN，那么实践容量Pe应按向—周期内等效发热条件停止换算。
由于电流I经过电阻为R的设备在t时间内发生的热量为I2Rt，因此在设备发生相反热量的条件下，
I∝
。
由式（2—1）可知，同一周期T的负荷暂载率为ε。
因此，设备容量与负荷暂载率的平方根成正比。
所以，如设备在εN下的容量为PN，那么换算到ε下的设备容量P。
为
三、负荷曲线
负荷曲线是表水电力负荷随时间变化状况的图形。
绘制在直角坐标系中，纵坐标表示负荷功率，横坐标表示负荷变化所对应的时间。
负荷曲线按负荷绘制方式分为依点衔接负荷曲线，如图2—la所示；梯形负荷曲线，如图2—1b所示。
负荷曲线按负荷对象分为企业、车间和设备的负荷曲线。
负荷曲线按负荷功率性质分为有功和无功负荷曲线。
负荷曲线按所表不的负荷变化时间分为年、月、日和任务班的负荷曲线。
年负荷曲线。
般是依据冬口和夏日来绘制。
这种负荷曲线从大到小依次陈列，反映了
全午负荷变化与对应的负荷继续时间（全年按876Dh）的关系。
这种年负荷曲线全称为年负荷继续时间曲线，如图2—2a所示。
年负荷曲线的另一种方式是按全年每日的最大半小时负荷来绘制，全称为年每口最大负荷曲线，如图2—2b所示。
这种年负荷曲线主要用来确定何时段投入多少台变压器适宜，而为一时段又怎样投入变压器适宜，从而使供电系统的能耗到达最小，以求得最大的经济效益。
下面讨论一下负荷曲线与负荷计算有关的物理量。
年最大负荷PMax，全年中有代表性
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