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，南北走向长约5km，东西倾斜宽2.4km，井田面积12km2。

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20000kVA 110/35/10kV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20000kVA 110/35/10kV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1-1 1411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120mm2。

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 wmN de ca P K S φcos ∑=[5] （3-1）式中 ——所计算的电力负荷总的视在功率，kVA ； ∑NP ——参加计算的所有用电设备（不包括备用）额定功率之和，kW ；wm φcos ——参加计算的所有电力负荷的平均功率因数；——需用系数。

其中wm φcos =NnN NnNn N N P P P P ++•++•......cos ......cos 111φφ[5]（3-2）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： ∑+=Nde P P K max 6.04.0 [5]（3-3） 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1、提升机工作面)110(6.04.0max maxkw P P P K N de =+=∑)(13525110KW P N =+=∑,（25KW 是提升工作面其他用电负荷） 故：89.01351106.04.06.04.0max =+=+=∑N de P P K 由所选电机的负荷率知： 86.0cos =wm φ kVA P K S wmN de ca 14086.013589.0cos =⨯==∑φ2、扇风机工作面)55(6.04.0max maxkw P P P K N de =+=∑)(651055KW PN=+=∑（10 kW 为在扇风机工作面的其它用电负荷）故：91.065556.04.06.04.0max =+=+=∑Nde P P K由所选电机的负荷率知： wm φcos =0.87kVA P K S wmN de ca 6887.06591.0cos =⨯==∑φ 3、机修车间 =0.3，wm φcos =0.65，∑N P =20 kWkVA P K S wmN de ca 2.965.0203.0cos =⨯==∑φ 4、室照明 =0.3，wm φcos =0.84，∑N P =10 kW kVA P K S wmN de ca 6.384.0103.0cos =⨯==∑φ 5、工业场地照明 =0.4，wm φcos =0.84，∑N P =10 kW kVA P K S wmN de ca 8.484.0104.0cos =⨯==∑φ 6、其它负荷 =0.3，wm φcos =0.8，∑N P =15 kW kVA P K S wmN de ca 7.580.0153.0cos =⨯==∑φ 7、地面总负荷计算 T K =0.85T N S K S S S S ⨯+⋅⋅⋅++=)(21=（140+68+9.2+3.6+4.8+5.7）×0.85kV A=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。