地面供电设计方案.docx
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地面供电设计方案
山西朔州山阴金海洋五家沟煤业有限公司
地面供电设计方案
机电部
2018年1月
审批意见
单位
审批人
审批时间
机电部
调度室
生产技术部
安监站
机电副总
总工程师
贯彻学习记录
贯彻人
贯彻时间
贯彻地点
签到表
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第一节供电电源
本矿井位于朔州市山阴县，属于朔州市电网管理范围，截止到目前，朔州市网最高电压为500kV。
山阴县供电区内有两座220kV变电站：
翠微（2×150MVA）、七里沟（2×120MVA）；供电区内有两座110kV变电站：
永静城（2×40MVA）、增子坊（2×50MVA），在建一座110kV变电站：
下石井（2×50MVA）；六座35/10kV变电所：
芍药沟（10+6.3MVA）、玉井（2×10MVA）、五家沟（2×16MVA）、扒罗山（2×6.3MVA）、金龙（4+2.5MVA）。
永静城110kV变电站，双回路电源分别引自翠微、七里沟220kV变电站；站内主变两台（2×40MVA），电压等级110kV/35kV/10kV。
主要供电对象是扒罗山、水泉等35kV变电站，目前主变裕量较大。
下石井110kV变电站为在建工程，预计2010年投入运行。
该电站双回路电源引自翠微220kV变电站；站内主变二台（2×50MVA），电压等级110kV/35kV/10kV。
主要供电对象是扒罗山、水泉、史家屯等35kV变电站，主变裕量较大。
增子坊110kV变电站，单回电源引自右玉220kV变电站，电源线路型号LGJ-300，长度15.75km；站内主变2×40MVA，电压等级110kV/35kV/10kV。
主要供电对象为玉井等35kV变电站，目前主变裕量较大。
目前，建设方已通过当地供电部门新建五家沟35kV变电站一座，现已投入运行。
该站位于五家沟主工业场地东北，距离辅助工业场地约1.0km，距离主工业场地约0.3km，规划电源两回，目前仅有一回电源，其引自七里沟220kV变电站；站内主变2台，容量2×25MVA；35kV规划接线为单母线分段接线，目前为单母线运行；10kV为单母线分段接线。
根据山西省电力公司“晋电发展[2010]149号”《关于金海洋矿业股份有限公司矿区供电方案的批复》，同意对现有五家沟35kV变电站完善第二电源。
具体批复如下：
新建五家沟35kV变电站至右玉220kV变电站一回35kV线路，长度为27km，导线采用LGJ-185型；北周庄变电站-金龙变电站-五家沟变电站的35kV线路与金龙变电站断开，在金龙变电站站外连通；新建五家沟35kV变电站至金龙35kV变电站一回35kV线路，长度为15.8km，导线采用LGJ-150型；新建翠微220kV变电站至北周庄35kV变电站一回35kV线路，长度为3km，导线采用LGJ-240型。
上述工程完工后，矿井电源分别引自右玉220kV变电站和翠微220kV变电站，符合《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》有关“双电源”的要求。
地区电力系统地理接线示意见图11-1-1。
第二节送变电
一、矿井供电系统
本矿井供电电压为35kV，以两回35kV送电线路引自电力系统变电站。
在矿井主工业场地东北部已建成35/10kV变电站，矿井生产用电均引自该站。
根据《煤矿安全规程》第四百四十一条的规定，正常情况下矿井电源应采用分列运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证带电的连续性。
该站以10kV电压等级向本矿井各工业场地供电，共10回，其中井下主变电所2回、主工业场地变电所2回、主斜井配电室2回、辅助工业场地变电所2回、风井场地配电室2回。
每个配（变）电点的电源分别接于两段10kV母线上。
同时该站以两回10kV线路向马营矿供电。
二、送电线路
根据《煤炭工业矿井设计规范》的第11.2.3条规定，电源线路导线截面应按经济电流密度选取。
《煤矿安全规程》第四百四十一条规定：
正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。
电源线路分列运行时，每回最大工作电流约112A，矿井年最大负荷利用小时数约5000h，架空钢芯铝绞线的经济电流密度取0.9A/㎜2,此时，电源线路的经济截面为120mm2。
根据山西省电力公司批复的五家沟35kV变电站电源方案，右玉至五家沟35kV线路，长度为27km，导线采用LGJ-185型；翠微至北周庄至五家沟35kV线路，长度约15.8km，导线采用2*LGJ-240+2*LGJ-150型。
上述两回电源线路均满足经济截面的要求。
两条电源线路压降：
正常分列运行时，右玉至五家沟35kV线路压降约4.3%；翠微至北周庄至五家沟35kV线路压降约3.5%。
当任一回停止供电，另一回担负全部负荷运行时，右玉至五家沟35kV线路压降约8.6%；翠微至北周庄至五家沟35kV线路压降约6.7%。
从以上分析得知，两回电源线路分列运行时，线路压降满足《煤炭工业矿井设计规范》的要求；但是当任一回停止供电，另一回担负全部负荷运行时，线路压降大，此时可通过有载调压变压器调节10kV侧电压水平满足供电要求。
由于线路的负荷裕量很少，若变电站负荷再有增加，线路压降将超过规程限定值，因此建议业主单位适时更换大截面线路导线。
1、线路路径
本矿井的两回35kV电源线路应分开架设，其路径较长，线路路径应避开采区、塌陷区或其它不良地质区。
2、线路地质地貌特征
线路地处山西朔州西部山区，该地区是典型的山地特征。
地势起伏较大，地质条件较复杂。
3、线路气象条件
线路所在地区主要气象条件见表11-3-1。
表11-3-1线路所在地区主要气象条件
最高气温（℃）
＋40
最低气温（℃）
－30
年均气温（℃）
+6.5
最大风速（m/s）
30
年雷暴日（天）
42.3
覆冰厚度（mm）
10
4、线路机电
1）导线、地线选择
右玉至五家沟35kV线路导线为LGJ－185/30钢芯铝绞线，导线安全系数取3.0，年平均运行应力不大于瞬时破坏应力的25％。
翠微至北周庄至五家沟35kV线路导线采用2*LGJ-240+2*LGJ-150型。
导线安全系数取3.0，年平均运行应力不大于瞬时破坏应力的25％。
根据《66kV及以下架空电力线路设计规范》的规定，并结合本地区地形地貌特点和气候条件，设计确定全线架设地线。
地线采用光纤复合地线OPGW（12芯）。
2）绝缘配合
线路污秽等级按GB50061中规定的E3级污秽区考虑。
又因该线路所经部分地段海拔高度超过1000m，所以新建线路杆塔采用加强绝缘型绝缘子串，以满足规程要求。
跨越铁路、一、二级公路时，绝缘子串应采用双串。
3）线路金具
本工程线路金具均采用电力定型金具，导线悬垂线夹和耐张线夹分别采用XGU－4和NLD－4型，导线在档距中均采用爆压方式进行联接，耐张杆塔的跳线采用并勾线夹进行联接，导线并勾线夹为JB－4型。
4）防振措施
按照规程规定，线路应采取防振措施，导线加装FD－4型防振锤进行防振，OPGW地线加装4D型防振锤进行防振。
防振锤安装数量见表11-3-2。
表11-3-2防振锤安装数量表
外径（mm）
档距（m）
D＜12
≤300
300～600
600～900
12≤D≤22
≤350
350～700
700～1000
22＜D＜37.1
≤450
450～800
800～1200
防振锤数量（每档）
2
4
6
5）接地装置
全线杆塔均需逐基接地，接地装置的工频接地电阻应符合规程要求，接地体材料采用Ф10圆钢。
由于线路所经地段大部分为砂地，土壤电阻率高，应采取延长接地体、添加降阻剂、做局部接地极板等措施降低接地电阻。
5、杆塔与基础
1）杆塔选型
本次线路较长，地形平坦，为降低造价，线路直线杆采用钢筋混凝土门型杆，终端、转角等耐张杆采用铁塔型式。
2）基础选用
根据本工程地质条件和杆塔型式，采用不同的杆塔基础。
直线杆基础采用预制钢筋砼底盘、卡盘及拉线盘基础，砼强度等级不低于C25。
角钢塔基础根据荷载大小和地质情况分别采用钢筋混凝土独立基础、钢筋混凝土筏板基础或桩基础，砼强度等级不低于C30。
三、地面35kV变电站
本矿井已建成35kV变电站，该站距主工业场地约0.3km，距辅助工业场地约1.0km，该站为本矿、马营矿等服务。
在满足规程、规范的前提下，本次设计不再进行方案比较及设备选型，仅通过对全站负荷统一计算，对该站进一步校验。
1、变电站位置选择
本站作为本矿井和马营矿井的总降站，主要担负着向矿井内井下、地面生产系统供配电的任务，根据《煤炭工业矿井设计规范》GB50215第10.1.10条的规定，变电站的位置应便于进出高压输电线路和靠近用电负荷中心，并应按全年风向频率布置在受粉尘污染最小的地点。
变电站布置在矿井主工业场地的东北部，变电站站区内不存在大雨漫灌、内涝或洪水威胁。
2、主变选择
变电站已经建成，主变压器采用有载调压型变压器，型号S11-25000/35，额定电压：
35±3×2.5%/10.5kV，阻抗电压：
Ud%=8，连接组别：
YN，d11。
经校验，现有变压器能够满足现有负荷需要。
由于用电负荷大，电源线路长、压降大，变电站35kV母线电压偏差则较大，因此，采用有载调压变压器可以有效调节10kV系统电压偏差值在合理范围内，保证供电质量。
变压器单台主变运行时，正常涌水负荷率78%，最大涌水负荷率79%，事故保证率100%。
3、电气主接线
该站规划的电气主接线为：
35kV、10kV母线均为单母线分段接线，目前35kV接线仅为单母线，2号电源进线、35kV分段、2号电压互感器尚未建设。
本次改造将完善电气主接线，形成该站规划的接线方式。
矿井35/10kV变电站电气主接线见附图C1739-253-1。
4、主要设备
1）配电装置
该站35kV配电装置采用室外装配式设备，采用真空断路器，额定开断电流为31.5kA，额定电流2000A。
10kV配电装置采用KYN28-12型成套开关柜，配ZN63A-12真空断路器，主变进线柜和分段柜额定电流为2000A，其它馈线额定电流为1250A。
断路器的额定开断电流为31.5kA。
根据馈线负荷，部分回路电流互感器不满足要求，需要更换，跟换型号及回路见电气主接线附图。
上述设备均符合规程、规范要求并能满足本矿实际需要。
2）无功补偿及谐波治理
由于本矿井无大的非线性设备，谐波电流和无功冲击不会超过规程限定值，因此，暂不采取谐波抑制和动态无功补偿措施。
变电站现有无功补偿装置容量为2×4200kvar，采用两等分调容方式，可以满足用电负荷的补偿要求，无需改造。
3）二次系统
原变电站二次设备已经配置，据建设方介绍，二次系统采用目前成熟的变电站综合自动化系统，采用集中组屏与分散安装结合的构成方式，主要元件的继电保护配置如下：
①主变压器：
三相纵联差动、复合电压启动的过电流、过负荷、瓦斯（含变压器本体及有载调压开关轻、重瓦斯）、温度、油位、压力释放保护。
②电容器：
速断、定时限过电流、零序电压、过电压、低电压保护。
③10kV母联：
过电流保护，也可由主变压器复合电压启动的过电流保护以较短时限跳开母联；
④10kV馈出线：
三段式电流保护；
⑤10kV系统单相接地保护。
本次完善主接线和配电装置后，相应增加2条35kV线路和分段开关设备，增加设备的二次应与原系统衔接良好。
新增电气设备的继电保护和自动装置配置如下：
35kV电源进线：
三段式电流保护。
35kV分段开关：
母线充电保护；三段式电流保护。
自动装置：
在电源进线上装设备用电源自动投入装置。
上述系统配置完善后，能够满足相关规程、规范的要求和矿井安全生产的需要。
4）站用交直流电源
据了解，站用交流电源使用1号35kV线路直配变压器（50kVA）提供一路电源，另一路电源由10kVII段母线的所变柜（50kVA）提供。
两路电源可由交流屏自动切换，保证所用电的可靠性。
直流系统采用100Ah的成套直流系统。
由于新增设备不多，经校核，现有站用交直流电源系统能够满足需要，因此，保持原有系统不变。
5）单相接地电容电流及消弧线圈
本矿井使用高压电缆较多，根据初步估算，矿井10kV系统接地电容电流为42A，按照《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》的要求，必须采取限制措施。
对于单相接地电容电流的限制，本站原有系统未配置消弧线圈，而配置了消弧柜。
设计认为，消弧柜仅能消除单相接地产生的弧光过电压，而不能补偿电容电流，不符合《煤矿安全规程》相关规定。
因此，本站新增2套自动跟踪补偿消弧线圈装置以限制10kV系统电容电流，每段母线配置1套，以保证在任何运行方式下，矿井10kV系统都不会失去补偿。
消弧线圈自动补偿装置容量计算如下：
消弧线圈的容量配置采用过补偿方式，补偿系数取K=1.35，装置容量Icx=1.35×Ic=1.35×42=56.7（A）。
因此，消弧线圈额定补偿电流取100（A）。
消弧线圈型号为ZDBG-10.5/5-100/J，补偿范围为5～100A。
该装置的接地变压器和消弧线圈为干式结构，并装在同一壳体内，与10kV高压开关柜同室布置。
5、变电站布置
变电站布置采用现有的布置方式，35kV配电装置、无功补偿装置位于变电站北部，南部为10kV配电室和二次设备室，主变压器位于变电站中部。
主变压器、35kV配电装置、无功补偿装置为室外布置，其他设备室内布置。
变电站布置型式能够满足规程规范的要求，本次不做变动。
变电站电气平面布置见附图C1739-253-2。
6、过电压保护及接地
变电站设避雷针3座，高度30m，保护室外主变、35kV架构等。
保护范围满足要求。
变电所高压配电装置中也采取了雷电侵入波过电压、谐振过电压、操作过电压等保护的措施。
变电站内已设置接地网，接地电阻满足规范要求。
7、短路电流计算
由于电源参数尚未确定，为稳妥起见，短路电流计算按翠微220kV站220kV母线短路电流为无穷大考虑。
最大运行方式为：
电源线路分列运行，矿35kV变电站主变分列运行。
因基础资料不完整，本初步设计无法确定最小运行方式，不再进行最小运行方式下的
短路电流计算。
经计算，最大运行方式下，本矿35kV母线短路电流有效值为2.37kA，冲击值为6.04kA；10kV母线短路电流有效值为4.75kA，冲击值为12.10A。
短路电流计算网络阻抗见图11-3-1。
图11-3-1短路电流计算网络阻抗图
经校验，10kV母线所有电气设备均满足最大运行方式下的动、热稳定要求。
其中，10kV母线电流互感器变比最小值要求为40/5，变电站10kV母线所馈出的电缆截面最小值为35mm2（按交联聚乙烯绝缘铜芯电缆，后备保护动作时间为1.0秒考虑）。
经校验，35kV、10kV侧设备参数的选择满足短路电流水平的要求。
8、火灾报警、视频监控及其它
火灾报警、视频监控由矿井消防系统和工业电视系统统一考虑。
9、通信及调度自动化
变电站已建成投运，隶属当地地调调管，通信及调度自动化设备已经配置。
本次改造不再新增。
第三节地面供配电
一、地面配电系统
地面用电设备电压等级为：
10kV、660V、380V、220V。
根据地面负荷分布及负荷性质，在主工业场地设两座变电所和两座配电室，在辅助工业场地设一座变电所，在风井场地设一座变电所。
1、主工业场地变电所
在原有主工业场地上原有地面10kV变电所一座，内由9台KYN28A-12型高压开关柜，1台1600kVA10/0.4kV变压器和5台低压柜组成。
由于矿井改造后新增部分用电设施，且原有变电所内低压系统为单电源不符合规范要求，所以在原有地面10kV变电所的基础上重新规划改造成为新的主工业场地变电所。
本变电所10kV双回电源引自矿井35kV变电所10kV配电室的不同母线段，高压线路采用电缆敷设。
变电所内利用原有其中8台KYN28A-12型高压开关柜，再增加一台SGB11-1600/10/0.4kV1600kVA免维护节能型干式变压器和11台低压开关柜，高低压均采用单母线分段，向原有工业场地内的生活水处理站、行人进风斜井空气加热室、空压机房、宿舍、办公楼、调度室、锅炉房、联合建筑、水源井及新增设施等低压负荷及照明供电。
变电所设低压电容器自动补偿装置，功率因数补偿到0.9以上。
当一台变压器故障时，另一台可保证本变电所管辖区域内二级及以上低压的负荷供电。
2、原煤仓配电室
在主工业场地原煤仓上、下各设一个配电室。
两个配电室的380V双回电源均引自主工业场地变电所380V配电室的不同母线段，线路采用电缆敷设。
配电室设低压开关柜，采用单母线不分段向地面生产系统低压负荷供电。
变电所设低压电容器自动补偿装置，功率因数补偿到0.9以上。
3、主斜井井口房变电所
在主工业场地主斜井井口房附近设主斜井井口房变电所。
本变电所10kV双回电源引自矿井35kV变电所10kV配电室的不同母线段，两回10kV电源相互闭锁，一回工作，一回备用，高压线路采用电缆敷设。
变电所内设置4台KYN28A-12型高压开关柜，1台SGB11-1250/10/0.69kV1250kVA免维护节能型干式变压器和5台低压柜，向主工业场地主斜井带式输送机供电。
高低压均采用单母线不分段，当一回高压线路故障时，另一回线路可保证本配电室管辖区域内所有负荷的供电。
380V低压电源引自主工业场地变电所低压柜
4、辅助工业场地变电所
在辅助工业场地设10kV变电所一座，本变电所10kV双回电源引自矿井35kV变电所10kV配电室的不同母线段，高压线路采用电缆敷设。
变电所内设置2台SGB11-500/10/0.4kV500kVA免维护节能型干式变压器和7台低压柜。
低压侧采用单母线分段向锅炉房，机修车间，副斜井空气加热室，联合建筑等设施供电。
变电所设低压电容器自动补偿装置，功率因数补偿到0.9以上。
当一台变压器故障时，另一台可保证本变电所管辖区域内二级及以上低压负荷的供电。
5、风井场地变电所
在风井场地设风井场地变电所一座，本变电所10kV双回电源引自矿井35kV变电所10kV配电室的不同母线段，高压线路采用电缆敷设。
高压采用单母线分段，配电室内设13台KYN28A-12型高压开关柜，向通风机和所内变压器供电。
所内设2台SGB11-500/10/0.40kV500kVA免维护节能型干式变压器和5台低压柜，向通风机辅助设备、黄泥灌浆站等低压负荷供电。
各个工业场地内高低压线路采用电缆沿沟或直埋敷设方式，室外照明电源电缆也采用直埋方式敷设。
1#和辅助工业场地之间采用电缆沟敷设的方式，主工业场地和风井场地之间主要采用电缆沟敷设，局部采用直埋敷设的方式。
地面供配电系统详见附图C1739-261-1、2、3、4
变压器选择表见表11-4-1。
二、室内、外照明
照明电压为220V，室内根据建筑物使用性质选择相应的节能型灯具，重要场合设置应急照明。
室外场地及道路照明采用高压钠灯，采用光控和时间控制。
三、防雷接地
各建筑物的防雷均根据《建筑物防雷设计规范》的要求设置防雷装置。
电气设备工作接地、保护接地和防雷接地采用联合接地形式。
所有电气设备正常不带电的金属外壳、电缆挂钩、电缆铠装外皮及接地芯线等均与接地干线可靠连接。
为防止雷电侵入井下，由地面直接下井动力电缆、通信电缆的金属保护层、轨道和各类金属管道均在井口处作不少于2处的可靠接地，接地电阻不大于4Ω。
通信线路必须在入井处装设熔断器和避雷器，接地电阻不大于1Ω。
矿井地面变压器选择见表11-4-1
表11-4-1变压器选择表
序
变压器母线的最大负荷
功率
变压器
号
负荷名称
有功（kW）
无功（kvar）
视在（kVA）
因数cosφ
主变台数X型号
负荷率
一、二级负荷保证系数
一
主工业场地变电所
2045.48
1849.55
2757.68
无功补偿
-1200
补偿后
2086.38
714.50
2205.34
0.95
2X1600kVA
68%
100%
二
主斜井井口房变电所
1108.80
831.60
1386.00
1600kVA
82%
100%
三
辅助工业场地变电所
520.25
507.77
726.97
无功补偿
-360
补偿后
530.65
162.55
554.99
0.96
2X500kVA
55%
100%
四
风井场地变电所
472.65
416.84
630.20
无功补偿
-250
补偿后
482.10
183.52
515.85
0.94
2X500kVA
52%
100%
升级会员 