华航煤矿供电设计.docx
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华航煤矿供电设计
习水县华航煤矿
供电设计
编制：
李玉洪
时间：
2011年5月
第一节泰丰煤矿供电相关情况………………………………………2
第二节地面主变电所位置的确定……………………………………2
第三节地面供电系统………………………………………………11
第四节地面建（构）筑物防雷及防雷电波侵入井下………………13
第五节应急照明………………………………………………………14
第六节井下供电系统………………………………………………14
第七节电缆的选择…………………………………………………21
第八节井下电气设备保护接地……………………………………26
第九节井下照明、信号……………………………………………27
第一十节电气开关保护的整定计算…………………………………28
第一节华航煤矿供电相关情况
一、外部电网布局及矿井双回路电源供电情况
1、矿井应有两回电源线路。
当任一回
路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。
矿井采用的双回路供电，电源一回路（良村—华航线）引自良村镇变电站,以10KV电压向矿井供电，另一回路（温习水县良村镇华航煤矿安全专篇（变更）361水—华航线）引自习水温干线变电站,以10KV电压向矿井供电。
良村镇变电站距矿井（直线距离）约3km，线路规格为LGJ-50；习水温干线变电站距矿井（直线距离）约19km，
线路规格为LGJ-120。
双电源供电以确保矿井安全和主要生产负荷用电。
两个电源线路的路径应有足够的安全距离，避免两回线路受到外部的影响同时发生故障的概率。
在矿井变电所的进线处，如因地理环境等条件的控制使线路之间距离不易分开，也要尽量拉开两线路间距离。
并适当的增大杆塔安全系数，避免因煤田的开采或气候变化等各种原因而使两回线路同时出现事故。
户外测量线路时，应认真细致的收集当地的气象资料、土壤资料、水文资料及测准线路沿途的一形一物，为户内设计工作做好充分的准备。
在线路的导线及避雷线上安装防振锤使其消除共振疲劳。
10kV线路全段均安装避雷线，防止直接雷击。
每基杆塔都安装接地装置，减小接地电阻保障线路安全运行。
按规程规范的要求做设计。
选择导线截面按温升、经济电流密度及线路压降综合考虑，并适当的放大裕量以满足矿井将来的再发展。
10kV架空输电线路根据具体情况考虑防污、防振、防雷、防滑坡、防泥石流等，在地势较高处和进变电所的电杆上设避雷器，提高线路防雷水平，在线路选择杆位定点和踏勘工作时应尽量避开村民房屋、小窑、树木等地段。
矿井电源架空线路路径的选择，应尽量利用井田境界或断层煤柱，避免通过塌陷区
或初期开采区。
10KV以下的的矿井架空电源线路不得共杆架设。
矿井两回供电线路上都不得分接任何负荷，严禁装设负荷定量器。
第二节矿井10KV变电所
8.2.1.V10KV变电所负荷矿井生产能力为21万吨/a，全矿共安装设备共50台，其中工作37台，设备总容量1238.9KW；地面764.5KW；井下474.4KW。
工作容量852.6KW，地面479.5KW；井下373.1KW。
井下有功功率Pj为244.69KW；无功功率Qj为266.6kvar；视在功率Sj为366.95KVA。
地面有功功率Pd为361.3KW；无功功率Qd为360.1kvar；视在功率Sd为494.1KVA。
矿井耗电302.98万KWh/a，吨煤综合电耗为18.12KWh/t。
矿井负荷统计详见表。
8.2.2.地面变压器选择矿井采用10kV电源直接供电。
根据矿井用电负荷分布情况、矿井开拓方式，同时考虑各用电负荷的供电质量及规程、规范对有关供电负荷的特殊要求，矿井供电系统设计为地面供电系统、井下供电系统（其中井下局部通风机为独立的供电系统）。
各供电系统供电变压器选择如下。
1、功率因数计算
全矿总的有功功率:
606kw；
总的无功功率:
626.7kvar
总的视在功率:
861.1KVA
自然功率因数cosφz=0.70
矿井10kv有功功率乘0.85同时率和无功功率乘0.9同时率，补偿331.26kvar之后：
10kv母线上有功功率：
548.57kw
10kv母线上无功功率：
279.88kw
10kv母线上视在功率：
615.79KVA
功率因数cosφ=0.90
2、变压器选型计算
（1）局部通风机专用变压器计算
SB=KS³KX∑PE/COSkVA≥1³1.0³44/0.7=62.9（kVA）
式中：
∑PE–井下局部通风机额定功率之合，44kw；
COS′-平均功率因数，0.7。
KS-------同时系数，1.0；
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Kx-------需要系数，1.0；
根据上述计算，选取二台KBSG-100/10/0.69型变压器向井下局部通风机供电，一台工作，
另一台备用。
（2）井下其它设备变压器计算
SB=KS³KX∑PE/COSkVA≥1³0.6³329.1/0.7=282.1（kVA）
式中：
∑PE–井下除局部通风机外的由变压器供电的所有用电设备额定功率之合，
373.1-44=329.1kw（井下总额定功率工作容量373.1kw，局部风机额定功率工作容量
44kw）；
COS′-平均功率因数，0.7。
KS-------同时系数，1；
Kx-------需要系数，0.6；
根据上述计算，考虑到生产后期设备的增加,所以考虑一定的富余系数，配备两台KBSG
—315/10/0.69型矿用变压器向井下采、掘工作面等用电设备供电。
（3）地面设备变压器计算
主要工业场地变压器选型：
统华航煤矿主要工业场地用电负荷主要有：
地面生产系统38KW锯、园盘锯5.5KW、锅炉房
13KW主平硐皮带80KW，空压机220KW，机修车间58KW,全部容量414.5KW，有功功率186.3KW，无功功率185.1kvar，视在功率245.6KVA。
变压器必须为两台，当一台故障时，另一台必须保证安全和原煤生产负荷，且不小于全部负荷的75%。
即每台变压器的容量为：
SB≥0.75∑PE/COS′kVA≥0.75³414.5/0.8=388.6（kVA），式中：
∑PE–由变压器供电的除机修车间和主要通风机以外所有用电设备额定功率之合。
COS′-功率因数，0.8；
根据上述计算，选取两台SS11--400/10/0.4型变压器供地面负荷用电，两台均安装在主要工业广场,,一台使用一台备用。
风井工业场地变压器选型：
华航煤矿风井工业场地用电负荷主要有：
瓦斯抽放泵200KW（44台泵总功率）、主要通风机150KW（按后期两台主要通风机功率计算），全部容量350KW，有功功率1175KW，无功功率1175kvar，视在功率248.6KVA。
习水县良村镇华航煤矿安全专篇（变更）366SB≥0.75PE/COS′kVA≥0.75³350/0.8=328.1（kVA），式中：
∑PE–由变压器供电的机修车间和主要通风机用电设备额定功率之合，350KW；COS′-功率因数，0.8；根据上述计算，选取两台SS11--400/10/0.4型变压器供地面风机房和机修车间设备用电，一台工作，一台备用。
8.2.3.电气主接线及主要电气设备
11、电气主接线
矿井地面供配电采用380、220V。
一、二级用电负荷采用双电源供电，当其中一回电源故障时，另一电源可担负全部一、二级负荷用电。
变（配）电所内设有10kV高压配电室、电容器室、主控制和低压配电室。
10KV高压配电室母线为单母线分段接线，采用隔离开关分段，并装设断路器，10kV
母线分段运行。
10kV母联断路器与两个10kV进线断路器之间设闭锁装置，保证系统安全操作与合理的运行。
22、无功补偿方式及无功补偿电容量计算
（1）无功补偿方式
设计采用高压集中无功补偿方式。
（2）无功补偿电容量计算
补偿前功率因数：
Cosφ0=0.7
补偿后功率因数：
COSφ=0.9
将自然功率因数从Cosφ0提高到COSφ时,所需补偿容量为:
根据计算取补偿电容331.26ar。
根据计算取补偿电容331.26ar。
33、主要电气设备选择
变电所设有10kV高压配电室、电容器室、主控制和低压配电室。
功率因数在地面
习水县良村镇华航煤矿安全专篇（变更）36710KV母线上集中补偿，补偿容量331.26Kvar，电容器柜2台。
10KV开关柜均采用电动操作，由主控室控制，操作电源选用镉镍电池直流屏；配电所所用电源引自低压配电室配电屏；变压器、线路及馈出柜的保护均按规程要求设各种保护装置。
10KV高压开关柜选用XGN2-10（Z）型14台，高压柜在室内双列布置，低压配电屏选用GGD2型9台。
44、继电保护（主保护和后备保护）及控制和远动10KV线路上装设过电流保护和瞬时电流速断保护。
10KV变压器主保护选择重瓦斯保护、压力释放和变压器差动保护；后备保护选择零序保护、过电流保护、电流速断保护、气体保护、温度保护和过负荷保护。
8.2.4.接地方式和接地网设置接地方式有工作接地、保护接地、重复接地、接零、过电压保护接地等。
地面电气设备的金属外壳及构架应采取工作接地、重复接地、接零方式。
电力设备的金属外壳或底座（包括电机、变压器、电器、照明器具、测量仪表的金属外壳、配电装置的外壳及构架、电缆终端盒及连接盒的的金属外壳等）均采用保护接地方式。
钢筋混凝土架构、靠近带电部分的金属围栏和金属门、互感器的二次接线、电力电缆的穿墙套管等均采用保护接地方式。
在地面变电所设二块主接地极，地面供电变压器中性点经过接地线与主接地极相连形成地面接地网。
井下在主、副水仓埋设二块主接地极与井下接地线及接地连接线构成井下接地网。
地面变电所10KV母线必须装设有选择性的单项接地保护装置。
8.2.5.防止矿井突然停电的措施
11、电源线路
（1）正常情况下定期对电源线路进行巡查及检修，特殊情况下加强对电源线路进
行巡查及检修，及时消除事故隐患，保证电源线路正常供电。
（2）对电源线路控制设备进行定期检修，及时消除安全隐患，保证控制设备正常
工作。
（3）加强对配电工的正常业务素质培训，提高配电工的操作技能水平，防止误操
作事故的发生。
（4）定期对矿内供电设备及设施进行检查、维护、保养、检修、试验，及时消除
短路、漏电、误动作的事故隐患。
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22、变电所停电
（1）供电规程要求定期对变电所内配电设备及设施进行检查、维护、保养、检修、
试验，及时消除短路、漏电、误动作的事故隐患。
（2）加强变电所的安全防范工作，杜绝小动物进入变电所造成停电事故。
（3）加强对配电工的正常业务素质培训，提高配电工的操作技能水平，防止误操
作事故的发生。
8.2.6.地面V10KV变电所事故及防治措施
11、可能发生的事故分析
地面变电所可能发生火灾、变电所设备事故；小物件及小动物引起的短路事故；泥
石流、滑坡、大风、瀑雨洪涝灾害、凝冻引起断线、倒杆事故；雷电引起过电压及雷击事故；保护不完善、系统设置不合理引起误动作事故；操作人员引起误操作事故等。
22、地面变电所事故防治措施
山洪灾害或雨雪的侵入可使电器设备受潮而影响绝缘水平及使用寿命，并可能危及人身安全。
大气及内部过电压更会使设备毁坏产生故障、引起火灾。
室内外电器设备之间及建筑物与电器设备之间的安全距离如不按规程要求设计，则有可能引起电火花发生火灾。
假如有小动物进入了电器设备里会引起短路事故，造成停电，影响矿井生产和工作人员的安全。
当电器设备或电缆线路等发生事故时，由于继电保护未及时动作切断故障回路，将会引起电气事故的扩大，影响生产并危及人身安全。
当矿井10kV电线网路上的单相接地电容电流超过规程允许值而不采取消弧措施时，也会影响矿井的安全生产。
地面变电所位置选择在工业场地附近，并符合下列要求：
（1）设置在无塌陷区、稳定的场地；
（2）设在爆炸材料库爆炸危险区以外；
（3）与高噪声源的距离，应满足主控制室背景噪声不大于60db（A）的要求。
（4）变电所周围必须设有围墙，其高主不低于1.8m，并在周围悬挂安全警示牌。
（5）变电所防雷、过电压保护及各种避雷设施齐备。
（6）变电所用不燃性材料建筑，应有专门的防灭火装置。
（7）开关、继电保护装置及电容器等必须制定防火措施，电缆钩、管道沟、窗户应
设置铁丝网，以防小动物入内造成线路短路。
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（8）变电所内悬挂与实际相符的供电电系统图以及有关操作、维护等规程、规则。
（9）变电所内变电装置与墙、顶必须按有关规定留足距离。
（10）矿井地面供电线路每年必须进行巡查。
10kv及其以下的矿井架空电源线路不得
共杆架设，矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。
（11）矿井应有两回电源线路。
当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷，变电所为双电源。
两个电源取自不同的变电站，避免了两回线路受到外部的影响同时发生故障的概率。
在变电所的进线处，如因地理环境等条件的控制使线路之间距离不易分开，也要尽量拉开两线路间距离。
并适当的增大杆塔安全系数，避免因煤田的开采或气候变化等各种原因而使两回线路同时出现事故。
（12）矿井10KV高压电网单相接地电容电流计算1）、两回10KV架空线路全长L1=4km（良村镇变电站3km，习水县温干线5km）,无架空避雷线。
则架空线单相接地电容电流为：
Ic1=2.7UeL1³10-3=2.7³10³5³10-3=0.135A；
两回下井为10KV，至中央变电所为750m。
则下井线单相接地电容电流为：
Ic2=0.02A；单相接地电容电流为Ic′=Ic1+Ic2=0.135+0.02=0.155A;2）、10KV变配电设备引起的单相接地电容电流增加值为16%,则全矿井10KV高压电网单个接地电容电流为：
Ic=1.16Ic′=1.16³0.155=0.18A＜20A全矿井10KV高压电网单相接地电容电流小于20A，可以不考虑限制单相接地电容电流的措施。
（13）地面变电所对建筑场地的要求：
1）变电所应设置在无塌陷、无滑坡、无腐蚀、无粉尘污染、防洪排涝条件好的无
地质灾害、无污染的稳定场地。
2）与爆炸材料库、矸石山、坑木场之间的安全距离符合规定要求。
3）与高噪声源的距离，应满足主控制室背景噪声不大于60dB（A）的要求。
（14）对变电所建筑物的要求
1）变电所采用不燃性材料建筑，按要求设置专门的防灭火设施。
2）变电所区域必须设有围墙与外界隔开，其高度不低于1.8m，并在周围及入口处悬挂安全警示牌。
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3）电缆钩、管道沟、穿墙孔、门窗均设置铁丝网，以防小动物入内。
4）变电所内变、配电装置与墙、顶；设备与设备之间必须按有关规定留足安全距
离。
5）开关、继电保护装置及电容器等必须制定防火措施。
（15）变电所应设置可靠的防雷设施
1）变电所内按要求设置避雷针。
2）所有的高压线路的出线端、终端各设一组避雷器。
3）设备的金属外壳、建筑物金属构件、电缆金属外皮均接地。
（16）管理制度
1）建立建全安全出入登记及消防检查制度。
2）严格执行“二票、三制”操作监护制度。
3）严格执行巡回检查、维护保养、定期检修制度。
4）严格执行操作规程、检修安全技术措施及停送电措施。
5）按要求配备及悬挂有关图纸、资料。
6）矿井电源线路上严禁装设负荷定量器。
8.3.地面供电系统
8.3.1.负荷分级及各分级负荷的供电方式、供电安全性分析
矿井地面生产系统中电力负荷分级为：
三级。
其中，一级负荷有：
主要通风机、瓦斯抽放泵、固定空压机和矿井监测监控系统。
供电方式为：
双电源双回路。
供电安全性最高。
二级负荷有：
主运输胶带。
供电方式为：
双回路。
供电安全性较高。
三级负荷有：
矿井地面生产系统中除一、二级负荷外的其它电力负荷。
供电方式为：
单回路。
供电安全性一般。
8.3.2.地面供配电系统概况
11、变配电所分布和供电范围
根据本矿的实际情况在工业场地设计一个地面变电所，担负全矿的供电配电工作。
地面变电所，包括高压配电室、低压配电室、检修工具间及器材存放间等，变电所设围墙。
10kV电源架空线至变电所附近，经RM4-10跌落保险、FS6-10型避雷器及FW4-10户外型高压负荷开关，再由电缆引入高压配电室。
高压配电室内设14台XGN2-10（Z）习水县良村镇华航煤矿安全专篇（变更）371型真空固定高压配电柜，2台电容器柜；高压母线采用单母线分段。
高压开关柜采用220V直流操作电源，选用镉镍蓄电池直流屏ZKA86型1套，作为控制、保护、信号及事故照明用电。
设计地面变电所露天安装两台S11-400/10/0.4kV变压器供地面设备和照明用电，两台变压器一台工作，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，照明电压220V。
低压母线采用单母线分段，选用GGD2型低压开关柜9台。
通风机、瓦斯抽放泵、主排水泵、提升机、主井胶带机、空压机、矿井安全监测监控采用双回路（一用一备）供电，其余负荷为单回路供电，矿井生产和生活用电分开，主要通风机、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。
22、线缆选择与敷设
1）高压电源线路
矿井采用的双回路供电，电源一回路（良村—华航线）引自良村镇变电站,以10KV
电压向矿井供电，另一回路（温水—华航线）引自习水温干线变电站,以10KV电压向矿井供电。
良村镇变电站距矿井（直线距离）约3km，线路规格为LGJ-50；习水温干线变电站距矿井（直线距离）约19km，线路规格为LGJ-120。
双电源供电以确保矿井安
全和主要生产负荷用电。
（1）、安全载流量校核
全矿计算电流：
I=852.6÷（3³10³0.9）=54.7A
线路LGJ-50允许载流量：
环境温度25℃时为215A（查表），考虑环境温度30℃时温度校正系数0.95，则Ix=215³0.95=204.25＞I=54.7A
（2）、线路压降校核
良村—华航线：
10KV高压母线选用LGJ-50,当温度为20℃时，电阻为0.63欧/公里,线间几何均距习水县良村镇华航煤矿安全专篇（变更）
372LGJ-50线路单位负荷矩时电压损失百分数：
当cosφ=0.9时为0.824%MW.km（查表），则供电线路压降为△U1%=0.606³3³0.824%=1.5%＜5%。
其中：
矿井运行有功负荷0.606MW，线路最长为3km。
温水—华航线：
10KV高压母线选用LGJ-120,当温度为20℃时，电阻为0.27欧/公里,线间几何均距当cosφ=0.9,在10KV时，LGJ-120线路单位负荷矩时电压损失百分数K=1³（R0+X0tg
φ）=0.27+0.06³
U1%=K³P³L=0.30³0.606³19（%）=3.45%＜5%
其中：
矿井运行有功负荷0.606MW，线路最长为19km。
经验算，良村—华航线用采用LGJ-50符合要求，温水—华航线采用LGJ-120符合要求。
（2）低压供电线路
地面低压供电线路的电缆选用VV22型。
地面10KV变电所主接线系统图和平面布置图、地面低压配电系统图详见井上、下
供电系统图。
习水县良村镇华航煤矿安全专篇（变更）
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8.3.3.主通风机房
11、电源及线路
由地面变电所铺设二路VV22-0.6/1kV-3³95+1³50铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护
套钢带铠装电力电缆至通风机房电气控制室，回路上不得分接任何负荷。
控制室安装进线电源柜二块，起动柜二块、联络柜一块，每块起动柜控制一台风机二台电机。
22、电力负荷
经统计，主通风机房用电设备装机负荷为220kW。
33、起动方式电抗器降压起动方式。
44、电气设备及保护功能
电气设备设有短路、过负荷、欠压、雷击过电压、电机轴承温度、电机线圈绕组温度等保护功能。
55、仪表、通讯及控制
电源柜设有电流表、电压表、电能计量表；起动柜设有电流表、电压表、电机轴承温度、电机线圈绕组温度液晶显示器。
通风机房设有至调度室的专用数字电话。
通风机房设有矿井安全监测监控分站一台，在线监测风井瓦斯、温度、一氧化碳、风速；风硐负压、安全出口风门开启状态、通风机停开状态等。
通过分站向安装在调度室的安全监测监控总站传输信号，在调度室主机显示屏上显示以上监测数据及状态变化的情况
瓦斯抽放站电源及线路
由地面变电所铺设二路VV22-0.6/1kV-3³95+1³50铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆至瓦斯泵房电气控制室，回路上不得分接任何负荷。
控制室安装矿用隔爆型智能组合真空电磁起动器3台，2台电源总开关，1台联络开关。
在每段电源母线上安装二台QJR-250型隔爆真空软起动器，每台起动器控制一台瓦斯抽放泵电机。
在电源母线上还安装一台BZX-2.5型干式变压器专供瓦斯泵房室内室外照明。
照明灯具采用DGS60－60/127B型矿用隔爆型白炽灯照明。
22、电力负荷
瓦斯抽放泵房所有用电设备装机负荷为200kW。
33、起动方式
采用QJR-250型隔爆真空起动器软起动。
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44、电气设备及保护功能
电气设备设有短路、过负荷、防雷等保护功能。
55、电气防爆及安全技术措施
泵房内电气设备、照明和其他电气、检测仪表均应采用矿用防爆型或本安型设备。
建立抽放设备检修制度，定期对抽放设备进行检查、维修，发现问题及时处理，并
将有关情况及时向主管部门和领导汇报。
66、抽放站防雷击、静电、火灾的安全措施
（1）瓦斯抽放站及其管路、瓦斯储气罐均要按GB50057《建筑物防雷设计规范》
的第一类建筑物防雷要求，设置避雷装置（避雷针、避雷带、接地系统等），距进风井口和主要建筑物不得小于50m的间距，防止雷击并防止雷电波侵入井下。
（2）瓦斯抽放泵站及管路必须设置防雷击、防静电、防爆炸、防回火装置，并制
订严格的定期检查制度，保持性能良好。
泵的进出口必须设放空管，其高度应超过泵房房顶3m以上。
77、仪表、通讯及控制
（1）防爆电源开关安设电压表、电流表。
（2）瓦斯泵房设有至调度室的专用数字电话。
（3）瓦斯泵房设有矿井安全监测监控分站一台，在线监测风井瓦斯、温度、一氧
化碳、流量；压力、瓦斯泵停开状态等。
通过分站向安装在调度室的安全监测监控总站传输信号，在调度室主机显示屏上显示以上监测数据及状态变化的情况。
8.4.地面建（构）筑物防雷及防
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