煤矿矿井供电设计.docx
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煤矿矿井供电设计
新临江煤矿（水井湾矿井）
供电设计
（一）矿井电源
设计矿井采用两回电源线路供电，一回、二回电源来自大竹木头变电站不同电源母线端，电压10kV，供电距离2km，采用一趟LGJ-3×70型架空线路输送至地面变电所。
（二）电源线路安全载流量及电压降校核
1、按经济电流密度选择电源线路截面
全矿计算电流：
●
来自大竹县木头变电站的不同母线段导线型号均采用LGJ-3×70。
＜70,满足供电要求，并留有余地。
式中：
矿井最大有功负荷。
2、按长时允许负荷电流校验电缆截面
线路LGJ-3×70允许载流量：
环境温度为25℃时为275A（查表），考虑环境温度40℃时温度校正系数，则Ix=275×=（A）
Ix=＞I=
3、电源线路压降校核
供电线路LGJ-3×70/10kV单位负荷矩时电压损失百分数：
当cos∮=时为%/（查表）
则电源线路电压降为：
△U1%=×2×%=%＜5%
式中：
电源线路长取2km。
来自大竹县木头变电站不同母线段两回电源线路电压降均符合要求。
（三）电力负荷
1、矿井采用机械化采煤，投产时期即为最大负荷时期。
机电设备布置及使用情况统计详见表10-1。
设备总台数47台
设备工作台数36台
设备总容量
设备工作容量
有功负荷
无功负荷
视在功率
功率因数
按补偿后功率因数达到约，则所需补偿电容容量为
=
考虑到电容易的配置及矿井负荷的变化情况，变电所电容易室安装BFMR11-420-3W型高压电容自动补偿装置2套，补偿无功功率420kvar。
补偿后：
无功功率：
视在功率：
功率因数：
矿井投产时年耗电量：
，吨煤电耗。
表10-1电力负荷统计表（投产时期、最大负荷时期）
序号
负荷名称
电压V
电机容量kW
总台数
工作台数
设备容量
需用系数
Cosф
计算容量
年耗电量（kW·h）
吨煤耗电量（kW·h/t）
变压器型号（台数）
总容量kW
工作容量kW
有功功率kW
无功功率kvar
视在功率kVA
一
井下负荷
（一）
+280m变电所
KBSG-315/10/（1台）
1
一级行人暗斜井人车
660
37
1
1
37
37
59829
2
二级行人暗斜井人车
660
37
1
1
37
37
59829
3
一级提升暗斜井绞车
660
185
1
1
185
185
73302
小计
660
3
3
259
259
192960
（二）
±0m变电所
1
煤电钻
127
6
3
7603
KBSG-500/10/（2台）KBSG-100/10/（1台）
2
探水钻机
660
2
2
15
15
5940
3
泥浆泵
660
2
2
1742
4
调度绞车
660
2
2
15048
5
挖掘式装岩机
660
2
2
37
37
59829
8
±0m标高水泵房水泵
660
132
3
3
396
396
439085
10
机车充电
660
20
2
1
40
20
73920
11
采区照明、信号
127
5
1
1
5
5
1
7920
小计
660/127
20
16
611087
（三）
局部通风机
660
11
4
2
44
22
144540
小计
660
4
2
44
22
144540
（四）
采煤工作面移动变电站
1
采煤机
660
100
1
1
100
100
300300
KBSGZY-315/10/（1台）
2
刮板输送机
660
40
2
2
80
80
184800
3
乳化液泵站
660
37
2
1
74
37
30525
4
工作面运输巷带式输送机
660
30
1
1
30
30
79200
小计
660
6
5
284
247
594825
井下合计
33
26
1543412
二
地面负荷
1
主要通风机
380
37
4
2
148
74
615828
S11-100/10/（2台）S11-315/10/（2台）
2
空压机
380
55
4
3
220
165
261360
3
机车充电机
220
20
3
2
60
40
73920
4
锅炉房
380
7286
5
坑木加工房
380
6494
6
变电所用电
220
12
12
19008
7
地面生产设施
380
10
10
15840
8
给水处理
7286
9
机修、电修
380
20
20
20
18480
10
矿灯房
220
3
3
11088
11
办公、照明及其它
220
40
40
52800
地面合计
14
10
1089390
全矿合计
/
47
36
线路变压器损耗
电容补偿
补偿后
矿井年总电耗（度）（投产时期）
2632802
吨煤电耗（度）（投产时期）
（四）送变电
1、短路电流计算及主要设备校验
矿井10kV变电所两回电源分别取自大竹县木头变电站的不同母线段，由于缺乏变电站的相关短路资料，设计按变电站馈出柜中断路器额定开断电流（25kA）和线路阻抗较小的电源线路（LGJ-3×70/2km）进行短路电流计算：
1）地面变电所10kV侧系统短路电流计算
选取基准容量，一般取Sd=100MVA,由Ud=Uc,得Uc1=,Uc2=,得
=
2）计算各元件的电抗标幺值
（1）电力系统的电抗标幺值：
=
（2）10kV架空线路电抗标幺值：
=
（3）总电抗标幺值和短路电流及短路容量
①总电抗标幺值：
=+=
②三相短路电流周期分量有效值
=
③各三相短路电流
10kV母线侧短路电流为:
=
10kV母线侧短路稳态电流为：
=×=
10kV母线侧短路冲击电流为：
=×=
3）三相短路容量
10kV母线侧短路容量为：
=
地面变电所采用HXGN-12型高压开关柜，主接线采用单母线分段。
高压开关柜额定电压12kV，额定电流630A，额定短路开断电流，额定动稳定电流50kA，额定热稳定电流（4s）16kA。
采用开关柜及真空断路器允许通过的最大电流峰值大于三相短路电流冲击值，符合要求。
表10-210kV变电所主要设备选择及校验结果表
序号
设备名称
型号
电压
（kV）
电流
（A）
开断电流
（kA）
关合电流
峰值（kA）
动稳定
（kA）
热稳定
（kA）
热稳定截面（mm2）
1
断路器
ZN28-12K
10/12
630
25
50
2
隔离开关
GN19-10
10/10
630
25
63
3
电压互感器
JDZJ-12
10/12
100
4
电流互感器
LZZBJ9-10
10/10
75
25
10
5
10kV下井电缆
10
-3×35
162
注：
表中分子为计算值，分母为设备参数。
2、电气主接线
矿井10kV主变电所设于主平硐工业场地内，根据变电所负荷、电源及出线回路数变电所的10kV主接线采用单母线分段接线。
3、主要电气设备选择
矿井地面主变电所采用HXGN-12型交流金属闭封环网开关柜；采用GGD2型低压配电柜；高压开关柜成单列双通道布置。
4、所用电及操作电源
地面变电所用电取自本变电所不同母线段上，所用电设所用电屏，可互为备用，自动切换。
操作电源选用GZDW01-100Ah/220型智能高频开关直流电源柜，直流系统电压为220V，以作为配电所、保护、自动装置、信号及事故照明之用。
5、控制、保护及测量系统
地面变电所设成套微机综合自动化系统，变电所10kV进线断路器、母线分段及馈出线路断路器均可在主控制室集中操作，也可就地操作。
根据配电所主接线情况及继电保护规程规范要求，配电所主要电气设备继电保护及自动装置如下：
1）10kV电源线路：
横联差动保护、限时电流速断保护、过电流保护。
2）10kV母线分段：
电流速断保护、过电流保护。
3）10kV线路：
电流速断保护、过电流保护、过电压保护、单相接地选线装置。
4）10kV电力电容易：
过流保护、过负荷保护、过电压保护、低电压保护、单相接地保护。
6、过电压保护及接地装置
高压架空线路终端设50型避雷器，变电所设HY5WS-17/50型避雷器，低压馈出线上设置型避雷器，以防雷电波侵入，为防止直击雷及雷电波侵入，过电压等设置相应的防雷保护设施，在变电所两侧各设置1根防止直接雷击的独立避雷针，避雷针高20m，以防直击雷；变电所设避雷网进行防雷保护，配电所各段及10kV母线均设有过电压保护器；为防止真空断路器操作过电压，各断路器柜均设有组合式过电压保护器。
变电所设接地网，其工频接地电阻不大于1Ω。
电气设备金属外壳、设备构架、支架、开关柜及控制保护屏基础槽钢或角钢、电缆金属外壳等均就近与接地网连接。
7、变电所照明
矿井10kV配电所采用交流220V电源为常用照明，户外采用低位投光作为操作检修照明。
配电装置室采用投光灯配合荧光灯、LED矿灯混合照明10kV配电室及其他配电室装设事故照明。
事故照明灯采用直流220V电源。
事故照明灯正常时由交流供电，事故时由自动切换至直流电源供电回路。
（五）地面供电
根据矿井电力负荷分布地面设置：
矿井10kV变电所。
1、地面变电所
地面变电所设在主平硐地面工业广场内，地质条件良好，且不会受到洪水威胁。
变电所建筑面积200m2，采用室内布置，变电所内设事故照明，建筑物按二级防火等级考虑，采用防火材料修建，控制室、配电室等均使用外开防火门。
10kV架空进线端装设负荷开关、氧化锌避雷器和高压计量装置两组。
在变电所的两侧各设置20m高铁塔避雷针，保护变电所。
每支避雷针设一组接地装置，其接地电阻不大于10欧姆。
地面变电所10kV配电装置选用HXGN-12型高压开关柜共17台，其中进线柜2台，电源隔离柜1台，母联柜1台，PT保护柜2台，补偿电容柜2台，电容控制柜2台，供地面变压器柜2台，供风井辅助变电所2台，供井下变电所2台，供+280m变电所1台。
各开关柜成单列双通道布置，馈出电缆线沿电缆沟敷设。
地面变电所设2台S11-315/10/型变压器，变压器中性点接地,变配电后供空压机、监控系统主机、地面生产生活等设备用电。
设置GGD2型交流低压配电柜10台，其中进线柜2台，母联柜1台,补偿柜二台，馈出柜5台。
地面生产设备采用低压380V供电，主要通风机、空压机、监控系统主机、机车充电使用双回路电源线路供电，分别从地面主变电所配电房引入双回路电源，分接在配电室不同的母线段上，使用LGJ型低压架空线或矿用阻燃电力电缆。
其余用电设备均采用单回路供电线路。
照明为220V，采用三相四线制。
见：
《地面变电所配电系统图》。
地面电气设备为保护接零，零线作重复接地。
地面变电所在变电所周围一圈地下处敷设闭式环形接地网，其接地电阻不大于4欧姆。
2）地面低压三相最大短路电流
10kV母线侧短路容量为，取较大的短路容量折算到母线侧电抗为：
400×400/1000/=
供地面用电S11-315/10/型变压器电抗：
4×400×400/100/315=20
总电抗：
+20=
母线侧短路电流为：
400/×=
母线侧短路稳态电流为：
×=
母线侧短路冲击电流为：
×=
母线侧短路容量为：
×315×400=
选用GGD2型交流低压配电柜开关最大分断电流为30kA，额定动稳定电流63kA。
经验算，地面所选择开关设备分断能力、动热稳定性及保护装置可靠系统符合要求。
2、空气压缩机供配电
分别从地面变电所电源不同母线段馈出两回电源至空气压缩机房，选用2回2×（×70+1×25）型交联聚乙烯电力电缆，单回电缆载流量为430A，供电距离60m。
按允许电压损失校验电缆截面:
MYJV22-3×70+1×25型铜芯电缆单位负荷矩时电压损失百分数（380V）：
当cos∮=时为%/（查表）。
该线路电压降：
△U
%=165×2××%=%＜5%。
至空气压缩机房的电缆全线埋地敷设，电缆间的地中间距为100mm，并作好钢带接地，穿越管沟加装套管保护。
3、主要通风机供配电
矿井通风容易和困难时期选用FBCDZ№2×37型矿用防爆轴流式主要通风机二台，主要通风机配套电机功率2×37kW。
设计对矿井回风平硐风井辅助变电所作改造利用，该变电所为主要通风机供电源。
设备总容量148kW
设备工作容量74kW
有功负荷
无功负荷
视在功率
功率因数
风井辅助变电所设置在回风平硐主要通风机房附近，10kV电源由地面变电所不同母线段馈出两回LGJ-3×25型架空线路输送供给，供电距离。
按计算有功电力负荷及功率因数计算：
（1）按经济电流密度选择电源线路截面
＜25
满足供电要求，并留有余地。
（2）长时允许负荷电流校验电缆截面
查表得线路LGJ-3×25允许载流量：
环境温度为25℃时为135A，考虑环境温度40℃时温度校正系数，则Ix2=135×=（A）
Ix=＞I=，电源线路安全载流量符合要求。
（3）按允许电压损失校验电缆截面
查表得供电线路LGJ-3×25/10kV单位负荷矩时电压损失百分数：
当cos∮=时为%/，长度，计算有功电力负荷。
该线路电压降：
△U1%=××%=%＜5%。
满足要求
10kV电源进线终端设置FW2-10G/100型高压负荷开关和50型避雷器。
风井辅助变电所室外设置2台S11-100/10/型变压器，变压器中性点接地。
单台变压器运行负荷率为74%＜85%，输出电源采用单母线分段接线方式。
变电所内设GGD2型交流低压配电柜5台。
其中进线柜2台，母联柜1台，馈出柜2台。
主要通风机房电源由低压配电室不同母线段馈出两回电缆输送供给，采用主要通风机降压启动。
通过操作电动机可逆开关实现主要通风机电机反转反风。
主要通风机房设监控系统分站一台，设开停、负压传感器等。
主要通风机房内设KTH8本安型电话，与调度交换机相连。
严禁主要通风机房兼作他用。
主要通风机房内必须安装水柱计、电流表、电压表、轴承温度计等仪表，还必须有直通矿调度室的电话，并有反风操作系统图、司机岗位责任制和操作规程。
主要通风机的运转应由专职司机负责，司机应每小时将通风机运转情况记入运转记录簿内；发现异常，立即报告。
主要通风系统必须设过流和无压释放保护，具有良好的接地系统，高压电机应装设避雷装置，电动机和风机的轴承要有超温报警装置，转动及带电裸露部分有保护栅栏和安全警示牌。
矿井自然功率因数为，在矿井地面变电所高压侧上作集中自动补偿，选用BFMR11-420-3W型高压电容自动补偿装置2套，补偿静电电容420kvar，补偿后的功率因数为。
矿井变电所高压线路终端及高、低压馈出线上设置避雷器，以防雷电袭击。
4、地面其他设备供配电
分别从地面变电所电源不同母线段各馈出两回电源至监控系统主机、矿灯房、程控交换机，选用型交联聚乙烯电力电缆。
5、控制、保护及测量系统
矿井地面变电所10kV进线断路器、10kV母线分段、各10kV馈出线路断路器均可在主控制室集中操作，也可就地操作。
变电所主要电气设备继电保护及自动装置配置如下：
（1）10kV电源线路
限时电流速断保护、过电流保护。
（2）10kV母线分段
电流速断保护、过电流保护。
（3）10kV线路
带时限电流速断保护、过电流保护、单相接地保护。
（4）10kV变压器
电流速断保护、带时限过流保护、低压侧单相接地保护等。
（5）10kV电力电容
电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、过电压保护、低电压保护及单相接地保护。
6、工业场地照明
矿井地面按动力和照明共用变压器设计。
所有照明线路均单独设置，室内照明采用TN-S系统，对移动设备的供电回路设有漏电保护装置。
矿井通风机房、各变电所等需要事故照明的场所一般采用双电源自动切换的照明装置来实现，个别场所采用应急灯作为应急照明。
检修照明采用36/24/12V电源。
室内照明与室外照明原则上分回路供电，分回路控制。
道路一般照明直接由就近的10/变电所分片区供电，光电自动控制。
路灯照明采用埋地敷设电缆线路。
矿井10kV系统采用不接地系统，低压系统采用TN-C-S系统及TT系统，TT系统主要应用室外路灯照明。
矿井10kV配电所采用交流220V电源为常用照明。
户外采用低位投光灯作为操作检修照明。
配电装置室采用投光灯配合荧光灯，LED矿灯混合照明。
事故照明采用直流220V电源。
事故照明灯正常时由交流供电，事故时自动切换至直流电源供电回路。
10kV配电室及其他配电室等装设事故照明。
7、场地动照线网
工业场地内压风机房、机修车间、空气热源泵热水机等处采用电力电缆沿电缆沟或直埋敷设至各配电点，进户处穿钢管保护。
穿越道路和轨道处应考虑电缆沟盖板强度。
路灯照明采用埋地敷设电缆线路。
（五）井下供电
1、井下供电系统
井下最大负荷时期用电设备33台，其中工作设备26台。
装机容量，其中：
工作设备容量。
计算有功电力负荷，无功负荷，视在负荷，平均功率因数。
根据井下开拓布置及电力负荷分布情况，设置+280m变电所、±0m变电所和移动变电站。
井下供电电压：
10kV、、。
±0m中央变电所设置在±0m水平运输巷与一级回风暗斜井之间，与±0m标高水泵房联建。
+280m变电所设置在一级提升暗斜井上部车场附近。
井下10kV高压电源线路均选用10型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆。
电缆在地面部份采用架杆敷设，在井筒部份沿井筒壁悬挂敷设。
从地面变电所至±0m中央变电所的下井高压电缆长1750m，从地面变电所至+280m变电所的下井高压电缆长700m。
2、下井电源线路
（1）至±0m中央变电所电源线路
井下最大负荷时期用电设备30台，其中工作设备23台。
装机容量，其中：
工作设备容量。
计算有功电力负荷，无功负荷，视在负荷，平均功率因数。
1）按经济电流密度选择电缆截面
式中
—经济截面，
；
—井下计算负荷电流，A；
A
J—经济电流密度，查表J＝A/
。
选用10-3×35煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆。
2）下井主电缆安全载流量校核
10-3×35型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆载流量：
环境温度为25℃时为200A（查表）。
Ix=200A＞In=，下井电缆安全载流量符合要求。
3）下井主电缆压降校核
10-3×35型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆单位负荷矩时电压损失百分数：
当cos∮=时为%/（查表）
则电缆线路电压降为：
△U%=××%=%＜5%，下井电缆电压降符合要求。
从变电所至移动变电站的高压电缆选用10-3×25mm2型煤矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆。
4）入井电缆按热稳定最小截面校验
按短路电流校验电缆热稳定性，电缆热稳定的最小截面：
计算电源至矿井地面变电所次暂态三相短路容量过大（S″=），不符合煤矿井下供电允许短路容量要求。
设计在地面变电所下井高压电源线路上串接限流电抗器，电抗器的电抗X=
=Ω；限流后下井电源线路首端最大短路容量Ss=50MVA。
则下井高压电缆首端三相短路电流稳定值：
设断路器的分断时间为，对无限大电源容量系统，周期分量的假想作用时间
；非周期分量的假想作用时间
，所以短路电流的假想作用时间
。
则至井下变电所高压电缆首端（即地面配出母线）所发生三相短路故障的短路电流Id（3）=，则
下井电缆选用10-3×35mm2煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，满足要求。
（2）至井下±280m变电所电源线路
井下最大负荷时期用电设备3台，其中工作设备3台。
装机容量259kW，其中：
工作设备容量259kW。
计算有功电力负荷，无功负荷，视在负荷，平均功率因数。
1）按经济电流密度选择电缆截面
式中
—经济截面，
；
—井下计算负荷电流，A；
A
J—经济电流密度，查表J＝A/
。
选用10-3×35煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆。
2）下井主电缆安全载流量校核
10-3×35型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆载流量：
环境温度为25℃时为200A（查表）。
Ix=200A＞In=，下井电缆安全载流量符合要求。
3）下井主电缆压降校核
10-3×35型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装电力电缆单位负荷矩时电压损失百分数：
当cos∮=时为%/（
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