煤矿供电系统项目设计方案.docx
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煤矿供电系统项目设计方案
煤矿供电系统项目设计方
案
1绪论
本设计为了保证盐池县四股泉煤矿供电质量，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四股泉煤矿的供电设
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。
1.1四股泉煤矿基本情况简介
1.1.1交通位置
1、位置
四股泉煤矿位于回族自治区市东南部，行政区划隶属盐池县惠安堡镇管辖，具体位置
在萌城以东，北至贺陡沟，南抵新建队到省界，东至南河队，西至四股泉村。
地理极值坐
标：
东经106°42′00″～106°45′15″，北纬37°07′30″～37°12′30″，南北长约10.0km，东西宽约2.50km，面积约24.12km2。
2、交通
四股泉煤矿北距惠安堡镇42km,东侧有G211公路穿过，北部有盐兴公路和惠安堡至大
水坑公路和在建的太中银铁路通过，北至市、灵武市、市，往南到环县、庆阳，东至盐池、
定边，西至红寺堡、中宁县均有公路相通，由G211国道与萌（城）石（板沟）一般公路相通，
并从煤矿中部通过，交通便利。
1.1.2地形、地势
1、地形地貌
四股泉煤矿位于青龙山和萌城石梁所狭持的惠安堡复向斜构造盆地中，盆地由古近系
—第四系砂质泥岩、泥岩及砂质黄土组成的残山丘陵与洼地相间排列，地形波浪起伏。
丘
陵多呈长塬形，长轴呈北西方向展布，丘间洼地展布方向与之相同，地形东南高，西北低，
海拔最高为1641.2m，最低为1442.0m，相对高差209.2m，发育的沟谷主要有烟泉沟、沙
坡子沟、羊粪沟、苦水河等，呈“Ⅴ”或“∪”形，一般宽5-40m，切深3-50m不等，呈
蛇曲状向北西—北延伸，汇集于北部的苦水河中。
丘陵区植被不发育，主要生长有骆驼刺、
芨芨草、沙蒿、老瓜头、甘草等，另外还有人工种植的拧条、刺槐、杏树等。
1.1.3四股泉煤矿原始情况
回族自治区发展改革委对盐池县四股泉矿区总体规划的批一号井井田境界北以Ⅲ勘探
线为界，南以省为界，东以煤层隐伏露头线为界，西以500m煤层底板等高线为界，南北走
2
向长约5km，东西倾斜宽2.4km，井田面积12km。
本次设计主要针对四股泉煤矿进行设计，位于矿井工业场地东南面15km处，有110kV变电站一座，设两台31500kVA、110/35/10kV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110kV变电站一座，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，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，这些负荷构成了四股泉煤矿的地面
用电系统。
四股泉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）
JK-2.5/20
1
提升机
X
2
280
380
2（1台备
2
扇风机
BDK618-8
用）
160
380
3
机修车间
20
380
4
室照明
10
220
5
工业场地照明
10
220
6
其它
50
四股泉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120万吨，煤层南北走向，单斜构造，地层倾向西，倾角16-29°。
斜井开拓，井深120米；煤质中硬、厚度为3.6米，顶，底板中等稳定。
2、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1600米，采区主要用电设备采用1140V电压，煤电钻和照明采用127V电压。
3、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。
其井下采区巷道及设备布置如图1-1所示，井下采区主要用
电设备负荷统计如表1-2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
表1-2井下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
DMB-300S
1
300
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
MZ-1.2
9
12
127
2
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
JH-17
2
17
660
2
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
2四股泉煤矿供电设计方案及论证
四股泉煤矿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。
2.1四股泉煤矿总体设计方案
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
2
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120mm。
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[3]
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。
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，故在以后各章节对四股
泉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
本矿地面用电负荷统计采用需用系数法[5]：
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
K
de
P
N
[5]
Sca
（3-1）
coswm
式中——所计算的电力负荷总的视在功率，
kVA；
PN——参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW；coswm——参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；
——需用系数。
其中coswm=PN1?
cosN1......
PNn?
cosNn[5]
（3-2）
PN1......
PNn
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。
5、地面工作面用电设备的需用系数可按下式计算：
Pmax
[5]
（3-3
）
Kde0.40.6
PN
式中表示容量最大的一台设备的额定功率，地面用电负荷的需用系数及平均功率因数如表
3-1
表3-1[10]
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cos
提升机
Kde0.40.6
Pmax
根据所选电机的负荷率确定
扇风机
P
N
机修车间
0.3
0.65
室照明
0.3
0.84
工业场地照明
0.4
0.84
其它
0.3
0.80
各种用电负荷的具体计算如下：
1、提升机工作面
Pmax
Kde0.40.6（Pmax110kw）
PN
PN11025135（KW）,（25KW是提升工作面其他用电负荷）
故：
Kde
Pmax
0.6
110
0.89
0.40.6
0.4
135
PN
由所选电机的负荷率知：
coswm
0.86
Sca
Kde
PN
0.89
135
coswm
140kVA
0.86
2、扇风机工作面
Kde
0.4
Pmax
0.6
（Pmax55kw）
PN
PN55
1065（KW）（10kW为在扇风机工作面的其它用电负荷）
故：
Kde
P
max
0.6
55
0.91
0.40.6
0.4
65
PN
由所选电机的负荷率知：
coswm
=0.87
Kde
PN
0.9165
68kVA
Sca
0.87
coswm
3、机修车间
=0.3
，cos
wm=0.65，
PN=20kW
Kde
PN
0.320
9.2kVA
Sca
0.65
coswm
4、室照明
=0.3
，coswm=0.84，
PN=10kW
Kde
PN
0.310
Sca
3.6kVA
coswm
0.84
5、工业场地照明
=0.4
，cos
wm=0.84，
PN=10kW
Kde
PN0.4
10
Sca
4.8kVA
cos
wm
0.84
6、其它负荷
=0.3
，cos
wm=0.8，
PN=15kW
Kde
PN
0.315
Sca
5.7kVA
coswm
0.80
7、地面总负荷计算
KT=0.85
SS（S1S2
SN）KT=（140+68+9.2+3.6+4.8+5.7）×0.85kVA=241.3×0.85
kVA
=197kVA
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，此容在第六章详细介绍。
3.2地面变电所位置选择
企业的变配电所担负着电力系统接受电能，变换电压和分配电能的任务，是企业供电
的枢纽。
变配电所的位置是否合理，直接影响供电系统可靠性和经济性，对供电系统的质
量也有很大的影响。
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、不占或少占农田。
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、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。
2、桥接线
桥形接线如图3-1b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。
3、全桥接线
全桥接线如图3-1c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，线路需较长时间停运。
3）适用围：
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。
a外桥接线bc全桥接线
[3]
图3-1三种桥型接线方式
通过比较三种方式的优缺点，再结合四股泉煤矿的实际情况，综合起来，我这里选择
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
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，该
回路必须停止工作。
这个缺点在某些情况下特别突出，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。
（如图3-2）
3、双母线接线
1）优点
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。
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。
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
增加一组母线，每回路就要增加一组母线隔离开关。
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，本设计中考虑经济和满足供电需求的需要。
10kv母线侧采用双母线的接线
方式。
[3]
图3-2单母线分段接线图
4井下中央变电所设计
井下中央变电所，是全矿井下的供电中心，接受从地面变电所送来的高压电能之后，
向采区变电所及主排水泵的电动机供电，通过降压后供给井底车场附近的低压动力设备、
照明及电机车的变流设备等用电。
4.1井下电力负荷计算
井下中央变电所变压器的容量、台数取决于由该变电所供电的用电设备负荷。
煤矿井
下的机电设备，由于井下工作条件比较复杂，使其负荷变化较大，而且对矿井不同的采煤
方法、机械化程度、供电接线方式，其总负荷也是各不相同的。
因此，本设计采用需用系
数法计算井下变电所容量，根据此容量大小选择变压器容量和台数。
4.1.1井下负荷的计算方法[6]
1、根据井下用电设备布置及用电设备的单台容量可大致确定此设计设置一个井下变电
所（两台变压器）即可。
2、井下采区负荷按下式进行计算
KdePN
（4-1）
Sca
coswm
式中S——所计算的电力负荷总的视在功率，kVA；
PN——参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，
kW；
coswm——参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；
——需用系数。
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