第十章电气.docx

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第十章电气

第十章电气

第一节供电电源

本矿井位于郓城县东北部。

本地区电源主要来自济宁电厂和菏泽电厂，其中济宁电厂装机容量为300MW；菏泽电厂现装机容量为250MW，三期完工后将达850MW。

在矿区西南约15km处有一座水浒220kV区域变电所，该变电所容量为两台150MVA主变压器，电压等级为220/110/35kV。

一回220kV电源线路引自荷泽发电厂，另一回220kV电源线路为与梁山220kV变电所之间的联络线。

梁山220kV变电所的另一回220kV电源线路引自石横发电厂。

在矿区南约7km处有一座郓城中心110kV变电所，该变电所装设1×50+1×31.5MVA两台主变压器，其两回线路分别引自水浒220kV区域变电所和三里庙220kV区域变电所。

在矿区西南约35km处供电局拟建鄄城220kV区域变电所，该变电所计划将于今年年底开工建设。

本矿井井型大，机械化程度高，电力负荷大，为满足用电负荷的需要和保证供电的可靠性，其供电电源应采用110kV电压等级。

矿井周围有水浒220kV变电站，电源可靠，但110kV仅有一个备用间隔；郓城中心110kV变电站，电源线路线径小，供电能力不足。

由此设计提出三个供电方案：

方案Ⅰ：

扩建水浒220kV变电站，在其另一段110kV母线上再出一回路电源供矿井；

方案Ⅱ：

改造郓城中心110kV变电站电源线路，使其满足郓城中心110kV变电站和本矿井的供电需要，自郓城中心110kV变电站引出矿井另一回路电源；

方案Ⅲ：

选择拟建中的鄄城220kV区域变电所为矿井提供另一回路电源。

应该特别指出根据《煤矿建设安全规定》（1997年版）第420条的规定：

立井施工应设两回路电源线路，当一回路事故时，另一回路必须保证安全施工；由此要求必须在矿井立井开工前形成两回路110kV供电电源。

综合以上因素，经建设单位与菏泽市供电局协商，本矿井电源供电电压确定为110kV等级，两回电源分别引自水浒220kV变电站和鄄城220kV区域变电所，线路采用架空线路，线路杆塔采用水泥杆塔和铁塔，线路长度约为15km和35km，全线架设避雷线。

根据矿井负荷，线路导线选用LGJ-185钢芯铝绞线，正常工作时两回线路同时工作，分列运行，当一回路故障，另一回路可承担全部负荷，可满足矿井的供电要求。

（见地理接线图10-1-1）

第二节电力负荷

根据矿井主要设备装机容量，对本矿井电力负荷计算如下：

一、矿井部分

计算负荷：

有功功率：

25452.1kW

无功功率：

17443.72kvar

视在功率：

30856.03kVA

计入0.9重合系数后：

有功功率：

22906.9kW

无功功率：

15699.35kvar

视在功率：

27770.43kVA

自然功率因数：

0.82（考虑同步电机工作时，无功补偿）

补偿6000kvar后：

有功功率：

22906.9kW

无功功率：

9699.35kvar

视在功率：

24875.78kVA

补偿后功率因数：

0.92

矿井吨煤耗电量：

30.25kWh/t

二、选煤厂部分

有功功率：

5697.2kW

无功功率：

2812.42kvar

视在功率：

6353.58kVA

吨煤耗电量：

9.97kWh/t

三、全矿井合计

有功功率：

28604.1kW

无功功率：

12511.8kvar

视在功率：

31220.85kVA

自然功率因数：

0.92

吨煤耗电量：

40.22kWh/t

详见表10-2-1。

第三节送变电

一、矿井供电方案

（一）供电方案

矿井供电经过多方案比较，将技术经济指标较不合理的方案淘汰后，对以下两个方案进行进一步的比较，其比较结果见表10-3-1。

表10-3-1供电方案技术经济比较表

方案

内容

第一方案

第二方案

技术特征

变压器为2X31500kVA

变压器为3X20000kVA

变电所投资（万元）

1500

1600

年电能损耗（万元/年）

40

38.6

年基本电价（万元/年）

1197

760

第一方案：

在矿井工业场地内建一座110/10kV变电所。

变电所内设二台110/10kV31.5MVA主变压器，正常运行时二台变压器同时工作，故障时一台变压器可承担矿井的全部负荷，110kV和10kV采用单母线分段接线（见图10-3-1）。

优点：

系统简单，主接线明晰，投资较省，操作维修方便，便于管理。

缺点：

初期变压器负荷率较低，变压器损耗较大，年基本电价费高。

第二方案：

在矿井工业场地内建一座110/10kV变电所。

变电所内设三台110/10kV20MVA主变压器，正常运行时二台变压器工作,一台变压器备用，故障时备用变压器可投入运行保证供电的持续可靠。

110kV采用单母线分三段接线,10kV采用单母线分段接线（见图10-3-2）。

优点：

年基本电价费低，可分期投资，初期变压器负荷率合理，利用率高，变压器损耗较小，便于矿井的发展。

缺点：

系统接线较复杂,初期设备投资较高，操作维修较为不便。

经技术经济比较，根据矿井建设周期，本着高效节能、合理分配投资的原则，设计推荐第二方案为主导方案。

即选用三台20MVA变压器的供电方案。

（二）矿井供电电压等级

本矿井为大型矿井，矿井电力负荷大，尤其是井下采掘机械化水平高，设备的装机容量大，采掘工作面的电力负荷大。

另外由于本矿井为深井开采，供电距离长。

对供电电压采用10kV、6kV进行了经济技术比较（见表10－3－2）后可见，6kV设备初期投资相对少，但运行费用较高，电能、电压损失大，供电能力范围小，有色金属消耗量大，难以保证供电质量，且不利于矿井的发展。

目前国内10kV设备已经成熟完善，虽然10kV设备初期投资稍高，但运行费用较小，有色金属消耗量小，供电能力强，有利于将来矿井后期发展。

表10-3-210kV、6kV供电经济比较表

项目

电压等级

设备投资

（万元）

电能损耗费用

（万元）

备注

10kV供电系统

1200

100

只计入可比较部分

6kV供电系统

900

160

采用10kV电压供电较之6kV电压供电相比有以下几点优越性：

1、提高输电线路的输送能力，增大供电范围。

2、提高供电的质量。

3、减少电能的损耗。

4、减少下井电缆的数量。

5、减少有色金属消耗。

综合比较后设计采用10kV电压等级供电。

（三）、短路电流计算

根据菏泽电业局提供的水浒220kV变电站110kV母线短路参数，考虑本矿井110kV电源及变电所的接线系统后，各短路点的短路电流值见表10-3-3。

表10-3-3短路电流值表

短路点

项目

地面

变电所

110kV母线

地面

变电所

10kV母线

井下中央

变电所

10kV母线

采区

变电所

10kV母线

最大运行方式

短路容量（MVA）

不计入

同步电机

693

149.4

129.1

110.2

计入

同步电机

729

193.8

161

132.6

短路电流（kA）

不计入

同步电机

3.48

8.22

7.1

6.06

计入

同步电机

3.66

10.66

8.86

7.29

最小运行方式

短路容量（MVA）

564.7

142.4

123.9

106.4

短路电流（kA）

2.83

7.83

6.81

5.85

根据热稳定校验，并考虑到今后系统容量的发展，地面10kV铜芯电缆最小截面为70mm2，井下中央变电所10kV铜芯电缆最小截面为50mm2，采区变电所10kV铜芯电缆最小截面为25mm2。

（四）主要设备选型

地面设有110kV变电站一座，位于主、副井附近，是矿井负荷中心地区，承担矿井地面、井下全部负荷的供电。

变电所为三层半室内布置，110kV设备选用SF6封闭式组合开关，其中包括断路器、隔离开关、电流及电压互感器等，该产品成套性强，安装方便，安全可靠性高，占地面积小。

10kV设备选用KYN28A-12型中置式开关柜，共43面。

主变为SFZ10-20000/110型有载调压油浸式变压器，低压动力变压器为SCB10-630/10型干式变压器两台，0.4kV低压柜为GCS型抽出式开关柜9面。

110kV变电所采用微机综合自动化监控保护系统，实现变电所保护、控制、监视、监测的自动化。

变电所采用谐波及无功自动补偿装置，具备滤除矿井系统内高次谐波和无功自动功率补偿的功能，可大大提高电能质量和效益。

变电所装设自动调谐消弧线圈，可有效减小系统电容电流，提高矿井供电安全及可靠性。

变电所内动力、照明及直流电源装置电源分别取自10kV所用电柜和低压配电柜。

控制、保护、微机自动化系统等直流电源均引自直流屏。

第四节地面供配电

一、矿井110kV变电所

地面设有110kV变电站一座，位于主、副井附近，是矿井负荷中心地区，承担矿井地面、井下全部负荷的供电。

变电所为三层半室内布置，110kV设备选用SF6封闭式组合开关，其中包括断路器、隔离开关、电流及电压互感器等，该产品成套性强，安装方便，安全可靠性高，占地面积小。

10kV设备选用KYN28A-12型中置式开关柜，共45面。

主变为SFZ10-20000/110型有载调压油浸式变压器。

110kV变电所共有二十五回10kV馈出线。

其中至主井提升机房、副井提升机房、通风机房、压风机房、制冷机房10kV变电所、综合办公楼10kV变电所、选煤厂各二回路；至井下中央变电所四回路；至采区变电所三回路；予留监舍箱变、武警及联合办公区10kV变电所的备用出线各两回路。

低压动力变压器为SCB10-630/10型干式变压器两台，0.4kV低压柜为GCS型抽出式开关柜9面。

主要以双回路向副井井口房、通风机房低压动力、生产调度中心、浴室矿灯房等供电；以单回路油脂库等室内外照明等供电。

变电所选用微机保护和变电站综合自动化装置一套，实现变电所保护、控制、监视、监测自动化。

其中110kVGIS设备保护单元和主变保护单元集中组屏，10kV保护单元为下放式。

所有开关断路器均可实现微机控制分合闸。

主变压器保护采用差动、过流、过负荷、有载（本体）轻瓦斯、有载（本体）重瓦斯及温度保护。

10kV馈出线设速断、过流、零序保护，10kV电容器回路设速断、零序和过电压保护。

动力变压器采用速断、过流、过负荷及温度保护。

变电所采用谐波及无功自动补偿装置，具备滤除矿井系统内高次谐波和无功自动功率补偿的功能，可大大提高电能质量和效益。

变电所装设自动调谐消弧线圈，可有效减小系统电容电流，提高矿井供电安全及可靠性。

变电所内动力、照明及直流电源装置电源分别取自10kV所用电柜和低压配电柜。

控制、保护、微机自动化系统等直流电源均引自直流屏。

二、场区10kV变电所

矿井工业场区共设两座10/0.4kV场区变电所（未包括选煤厂10kV变电所），分别为制冷站10kV变电所和综合办公楼10kV变电所。

另外主井提升机房、副井提升机房设专用10kV配电室。

制冷机房10kV变电所位于矿井北侧，承担井下制冷机房、主井井口房、矿井水处理站、污水处理站、日用消防泵房、综采设备库以及压风机房低压动力等的供配电。

变电所为单母分段接线，10kV设备采用KYN28A-12型中置式开关柜，共13面。

变压器选用SCB10-800/10型干式变压器两台，0.4kV低压柜为GCS型抽出式开关柜，共9面。

变电所为单层全室内布置。

综合办公楼10kV变电所位于综合办公楼底层，承担综合办公楼以及中央空调制冷系统低压动力的供配电。

变电所10kV设备采用XGN2-12型中置式开关柜，共2面。

变压器选用SCB10-800/10型干式变压器两台。

0.4kV低压柜为GCS型抽出式开关柜，共9面。

三、地面电缆

矿井地面供配电全部采用电缆线路。

高压电力电缆主要采用交联聚氯乙烯绝缘电缆，低压动力电缆以聚氯乙烯绝缘电缆为主。

主要电缆路径采用电缆沟，少数电缆通过穿管、直埋方式敷设。

四、地面照明

工业广场内照明采用LND-01型路灯和HXT-44型庭院灯。

第五节井下供配电

一、下井电缆

井下设有中央变电所、采区变电所和机头硐室变电所各一座。

井下中央变电所电源引自地面110kV变电所10kV两段母线，采用4回MYJV428.7/10kV3X150mm2电缆，通过副井井筒敷设至中央变电所。

采区变电所电源引自地面110kV变电所10kV两段母线，采用3回MYJV428.7/10kV3X185mm2电缆，通过主井井筒敷设至采区变电所。

机头硐室变电所电源引自井下中央变电所10kV两段母线，采用2回MYJV228.7/10kV3X95mm2电缆。

二、供电系统及主要设备

1、供电电压

井下高压供电电压为10kV，10kV用电设备为主排水泵、大巷胶带输送机、顺槽胶带输送机。

综采放顶煤工作面的采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机等设备采用3.3kV电压供电，采煤工作面其他设备及掘进工作面采用1140V、660V电压供电。

2、井下中央变电所、采区变电所及其他高压配电点

井下中央变电所为井底车场、井下中央水泵房等负荷供电。

中央变电所采用单母线分四段接线系统，该变电所内设KYGC-Z-10矿用一般型手车式高压真空开关柜20台，KYDZ-1矿用一般型低压配电箱7台，KBSG-315/1010/0.69kV315kVA矿用隔爆型干式变压器2台。

机头硐室变电所为大巷皮带机、配仓皮带、主井装载等负荷供电，2回电源引自中央变电所，采用单母线分段接线方式。

该变电所内设BGP9L-10G型矿用隔爆高压真空配电箱9台，KBSG-630/1010/0.69kV630kVA矿用隔爆型干式变压器2台。

采区变电所为综采工作面、顺槽皮带、掘进工作面、大巷掘进面等供配电，电源引自地面35kV变电所，采用单母线分三段的接线方式。

该变电所内设BGP9L-10G型矿用隔爆高压真空配电箱18台，KBSG-315/1010/0.69kV315kVA矿用隔爆型干式变压器1台。

综采工作面设10/3.3kV2500kVA和10/3.3kV2000kVA移动变电站各一台，向3.3kV的采煤机、前后刮板运输机、转载机、破碎机设备供电，设KBSGZY-1250/1010/1.2kV1250kVA移动变电站向1140V的乳化液泵、喷雾泵站、综放制氮机组设备供电，另设KBSGZY-500/1010/0.69kV500kVA一台，分别向阻化剂喷撒泵、污水泵、绞车及其他660V设备供电。

顺槽皮带为10kV设备，由采区变电所馈出10kV电源为其供电。

两个综合掘进工作面各设两台移动变电站，其型号分别为KBSGZY-500/1010/1.2kV500kVA和KBSGZY-315/1010/0.69kV315kVA。

两个大巷综合掘进面各设两台移动变电站，其型号分别为KBSGZY-500/1010/1.2kV500kVA和KBSGZY-250/1010/0.69kV250kVA。

井下高压固定设备10kV电缆采用MYJV228.7/10型矿用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆，至移动变电站的高压电缆采用UYPJ-6/10kV矿用监视型屏蔽电缆。

低压固定设备配电采用MVV22-1000型矿用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆，移动设备采用UYP型矿用移动橡套屏蔽电缆。

照明线网采用UY型矿用橡套电缆。

3、井下照明

井底车场、机电硐室、轨道大巷、胶带输送机大巷、胶带输送机顺槽、综采工作面等地点设固定照明。

井下照明电压为127V。

照明灯具选用矿用防爆荧光灯或矿用防爆高压钠灯。

4、保护接地

井下变压器为中性点绝缘系统，所有电气设备非带电的金属外壳采用保护接地。

在主水泵房水仓内设主接地极。

各变电所、配电点设局部接地极。

主接地极与局部接地极、铠装电缆金属护套、聚氯乙烯绝缘电缆及橡套电缆的接地芯线相连接组成完整的接地网。

接地网上任一保护接地点测得的接地电阻值，不得超过2Ω。

第六节矿井通信

一、矿井所在地通信网现状

矿井所在地菏泽市的中国网通分公司目前已对原使用的S1240型程控交换机进行了大规模的改造，并已完成NO.7信令网的建设。

国家级光缆通信干线济南～郑州段通过该地区，于菏泽下155M电路，山东省内西环线18芯光缆线路也已开通，并于菏泽下155M电路，济宁～菏泽段24芯光缆线路于菏泽下2×155M电路。

同时，菏泽－郓城－郓城－菏泽6～8芯光缆622M自愈环形网也已开通，并在郓城县设有多业务宽带接入点。

郓城至各乡镇电信局间已敷设4～8芯光缆线路，并开通点对点的SDH光纤通信系统，可提供虚拟的传输链路。

另外，该地区内移动无线通信公用网经过6期改造，已实现“无缝覆盖”。

由上可见，矿井所在地公用通信网比较发达，虽然矿井距集团公司的距离比较远，但借助公用网组建郓城矿井的对外通信系统是比较可行的。

二、通路组织和传输系统

郓城矿井通信站作为中国网通菏泽分公司的一个用户局，与李能集团公司、及集团公司其它下属单位的话务往来由网通菏泽分公司郓城县通信站汇接，市话、长话、传真等业务由郓城县通信站汇接至菏泽分公司通信中心集中受理，矿井内部通话由本矿井交换机受理，站间设数字出、入中继。

因特网高速接入、局域网高速互联、视频会议、远程培训等数据由中国网通菏－郓－巨－菏自愈环形网在郓城县的多业务宽带接入点汇接。

本矿井至集团公司的电话、视频会议数据和计算机通信网信息均租用中国网通的虚拟链路传输。

建设矿井至网通郓城县通信站的SDH光同步传输网，配置ADM光同步数字分插复用设备，连接矿井交换、接入设备，形成传输通道。

租用中国网通由郓城县至集团公司通信站的SDH数字通信链路，形成完整的由矿井通信站至集团公司的光钎数字通信线路。

数字光缆通道不仅传输语音信息，而且用于因特网高速接入、局域网高速互联、视频会议、远程培训等业务。

三、矿井通信系统

矿井通信系统包括行政管理通信、生产调度通信、电力调度通信、防火灌浆通信、无线通信。

1、行政通信系统

行政管理通信系统选用一套C&C08数字程控电话交换机，安装于工业场地综合办公楼，初装模拟用户480线，数字用户16线（包括选煤厂行政电话用户），2Mb/S数字中继电路3套。

2、调度通信系统：

调度通信系统选用一套DDK-6数字程控调度交换机，初装模拟用户200线，配置2Mb/S数字中继电路1套，安装于工业场地综合办公楼。

该机除完成矿井生产调度业务外，还可“虚拟”出多个调度子系统，以满足矿井电力调度、防火灌浆调度和选煤厂生产调度的需要。

矿井110kV变电所与水浒220kV变电所间电力调度系统有两套，一是同110kV供电线路一并建设的光缆传输系统，同时支持数据和语音的传输，二是中国网通为当地电力部门建设的虚拟电力调度专网，用户线由网通郓城县通信站远端模块局引至矿井110kV变电所。

井下设KT25型PHS无线通信系统一套，用于井下辅助运输调度、胶带机运输调度、流动人员机动调度及地面流动人员通信使用。

第七节矿井综合信息化

一、概述

本矿井综合信息系统分设备层、过程控制层、集中监控层、管理层。

在设备层，PLC分站、电机智能控制器、其它智能监控分站等对现场设备实现运行参数的采集，并负责传达集中控制信号至现场设备。

在过程控制层，各子系统通过其现场总线采集各自所控制设备的运行参数，并实现对各个子系统设备的集中控制。

在集中监控层，集中监控中心可实现对全矿大多数设备的集中控制（部分设备不需要或不允许在集中监控中心实现控制），及对所有设备和环境参数的监测。

在管理层，管理网服务器系统负责收集全矿的生产、管理、经营等方面的信息，并为管理网与国际互联网的连接提供服务；在管理网的各PC终端，可以在统一的界面下查看全矿的所有信息（根据权限），将本部门的信息向管理网公布，实现全矿的办公自动化。

二、系统总体规划

1、生产环节过程控制

矿井配备一套安全及生产集中监测监控系统，用于矿井井下环境监测，井下主煤流运输设备、综采工作面设备、掘进工作面设备、井下排水设备、井下变配电设备、通风设备、压风设备的监测监控。

分别选用专用的成套电控装置实现对主、副井提升系统的自动控制。

110kV变电所采用微机继电保护系统。

地销煤系统采用电子汽车衡实现自动称重和核算。

2、集中监测监控

为建成管控一体化的综合信息化系统，关键是实现矿井主要生产环节的集中监测监控。

全集成自动化（TIA）代表了自动化组件的系列，它表现了最高程度的自动化，包括三个方面的内容：

一个支持所有项目阶段的集成软件工具集，从硬件的选择，编程到操作直到诊断和维护；所有工具访问一个公共数据库；节省投入开销，并确保整个项目的一致性。

实现全矿生产及安全集中监控需要解决几个关键的技术。

在系统的联网方面分两种情况，对于需要纳入集中控制的子系统需采用统一的现场总线平台进行联网；对于不需要纳入集中控制，只需进行数据采集的子系统可以考虑采用工业以太网为平台联网。

在不改变各监测监控子系统正常工作模式的情况下，研制相应系统的接口设备，将各监测监控子系统在开放的通信平台上互连起来。

在数据处理方面，将各监测监控系统的数据集成起来，构成统一的数据模式，对监控数据采用组态方法，选用标准组态软件包，供用户建立自己的显示控制界面，同时为方便向矿井管理系统提供生产和安全数据，要求集中监控的数据库系统提供标准访问接口。

3、综合信息管理

综合信息管理局域网宜采用光纤和无屏蔽双绞线相结合的全树型网络结构，构建以快速以太网技术为核心，交换到桌面的网络平台。

全网支持VLAN、SNMP、RMON等网络技术，以方便网络管理。

为保证数据服务器的高性能、高可靠性、高应用性和安全

性，其采用双机Cluster系统，并独立设置代理服务器、OA服务器和WWW服务器。

采用开放的网络操作系统Windows2000和应用体系结构Client/Server，结合企业网技术，建立企业Intranet网络。

开发高可靠性的应用数据库系统，网络客户可以通过特制应用软件或Web服务器访问数据库。

在此平台的基础上，开发适合煤矿生产的应用软件系统，其功能主要包括计划统计、工资管理、人事管理、档案管理、财务管理、物资供应管理、运销管理、矿井生产管理、综合查询、办公自动化管理等。

三、监测监控子系统

目前，市场提供的可供选择的用于矿井全集成自动化系统建设的系列技术和产品比较多，为方便实现全集成自动化，设备选型应考虑尽量选用支持相同通信协议的系列产品。

设计推荐生产监控系统采用支持工业以太网/Profibus工业现场总线的产品。

生产监控系统包括几个较独立的部分，各子系统内部模块单元之间的通信均采用工业现场总线协议，以保证子系统工作的实时性。

各子系统之间的连接有两个方案，即通过工业以太网实现或通过Profibus工业现场总线实现。

当通过工业以太网实现时，各子系统在通信上基本可实现无缝连接，若子系统主控制器为同一系列产品，可保证子系统之间数据交换的实时性，而若子系统主控制器为不同系列产品，数据交换的实时性及确定性并不能严格保证。

当通过工业现场总线实现子系统之间的互联时，可保证数据交换的实时性及确定性，但若子系统主控制器为不同系列产品，需专门开发用于互联的接口设备及软件。

考虑到子系统之间的联系是属于松耦合的关系，设计推荐采用后面的方案，即通过工业以太网实现子系统之间的互联。

1、矿井环境及生产环节监控系统

矿井装备一套基于S7-200/300/400系列PLC、Profibus现场总线及工业以太网的矿井生产监测监控系统，其中包括几个较独立的部分，下面分别描述：

（1）井下各采、掘工作面装备PC2