某矿井地面35kV变电所设计方案

摘要： 本文介绍了某矿井地面35/10kV变电所的设计方案，分别对变电所一次、二次的设计方法进行了说明。文章根据矿井负荷计算结果，确定了主变压器的规格；分别介绍了35kV、10kV、0.4kV系统的供配电方案的设计及设备选择。本变电所设计方案不仅满足矿井用电负荷的需要，同时兼顾了节能环保的要求，满足安全可靠、经济合理的要求。

关键词： 变电所；供配电系统；一次设计；二次设计；变压器

中图分类号：TD61 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）04-0051-02

1 变电所所址的选择

本矿井采用双回35kV电源供电，两回35kV电源分别引自不同的区域变电站。矿井工业场地建设一座35/10kV变电所，变电所低压为0.4kV。变电所所址的选择应靠近负荷中心，便于进、出线且周围环境无明显污秽，结合矿井工业场地总布置情况，本变电所设于矿井工业广场的东南部。

2 变电所一次设计

2.1 计算负荷及短路计算 矿井35kV变电所10kV母线计算负荷：有功功率Pj=11638kW，无功功率Qj=7724kvar；无功补偿Qc=4380kvar，补偿后无功功率Qj=3344kvar，视在功率Sj=12123kVA，功率因数COS？准=0.96。

2.2 主要电气设备选择 经过计算，矿井变电所35kV母线短路容量为94.3MVA，短路电流1.47kA，短路电流冲击值3.75kA；10kV母线短路容量为50MVA，短路电流2.75kA，短路电流冲击值7.02kA。短路参数对电气设备选择无特殊要求。变电所35kV配电装置选用KYN61-40.5Z（开断电流25kA）型户内铠装移开式金属封闭关柜；10kV配电装置选用KYN28A-12Z型（开断电流20kA）户内中置开关柜；主要电气设备的技术参数经验算符合动热稳定的要求。10kV馈出电缆最小热稳定截面：按中速开断速度考虑，取0.2S短路电流产生的热效应为Qth=I×Tth=7.022×0.2=9.86，电缆热稳定允许的最小电缆截面Smin=×103/C=22.9mm2，C取137（铜芯电缆）。变电所10kV馈出电缆按交联聚乙烯绝缘（铜芯）最小热稳定截面为25mm2。

2.3 电气主接线及主要电气设备 根据矿井负荷统计结果，35kV变电所主变压器设计选用SZ11-8000/35、8000kVA三台，电压比为35±3×2.5%/10.5kV、接线组别Y，d11。两台运行一台备用，主变正常负荷率74%，故障保证率100%。为满足节能要求，主变压器分列运行。变电所35kV电气主接线采用单母线分段系统，设计选用KYN61-40.5Z型铠装移开式交流封闭开关柜，配真空断路器弹簧操作机构。共设13个间隔（进线间隔2个、进线避雷器间隔2个、出线间隔3个、母联间隔2个、PT间隔2个、站用变2个）；开关柜单列布置。变电所10kV电气主接线采用单母线分段系统，设计选用KYN28A-12Z型户内中置开关柜31台，配真空断路器弹簧操作机构；10kV出线建设15回；预留2回。主变进线采用架空进线，10kV出线采用电缆敷设，开关柜双列布置。变电所0.4kV系统计算负荷Pj=907kW、Qj=222kvar、Sj=945kVA；其中一、二级负荷Pj=332kW、Qj=80kvar、Sj=346kVA。设计选用SCB11-800/10、10/0.4kV、800kVA动力照明变压器2台，同时运行，负荷率59%，故障保证率84.6%；当一台变压器停运时另一台能保证供电范围内一、二级负荷用电。0.4kV采用单母线分段系统。变电所设两台35/0.4kV所用变，一用一备，设备自投。变电所正常工作照明电源由所用电380/220V系统供电。事故照明电源正常由交流电源供电，事故时由由直流屏供电，两电源回路可自动切换。主控室、高压配电室及主要通道进出口处均装设事故照明灯。

2.4 无功补偿 矿井用电负荷较大，特别是主、副井提升机采用可控硅直流传动系统，且矿井变频设备使用较多，无功补偿与谐波治理要求较高，为降低设备投资，本设计选用静态电容器组和动态补偿组合的方式。根据负荷统计结果，SVG链式逆变器设置1500kVar，电容器组为1200kvar，实现动态无功补偿和滤除谐波。

2.5 中性点接地方式 35kV中性点按不接地方式设计。矿井10kV电缆线路总长约12.5km，10kV配电网络的单相接地电容电流计算值为12.68A，考虑变电所16%的附加值后，变电所10kV侧总单相接地电容电流约为14.7A，设计10kV系统中性点经消弧线圈接地；0.4kV系统中性点接地。

2.6 防雷及接地 矿井所在地区年平均雷暴日数为40天，属于多雷区。变电所楼屋面采用现浇钢筋砼结构，将屋面砼内钢筋焊接成网装接地，防直击雷。线路进站段采用避雷针进行直击雷保护。根据《交流电气装置的接地（DL/T621-1997）》的要求，变电站设计工频接地电阻不大于4Ω。变电站主接地网按不等间距方孔网布置，以水平接地体为主，垂直接地体为辅联合构成。变电所接地槽均置换为粘土，并添加专用降阻剂。变电站设计除砼路面外的场地均铺设砼预制块，增加地表接触电阻，进一步提高变电站允许接触电压差及跨步电压差，保障人身安全。

3 变电所二次设计

变电站按无人值班设计，采用计算机监控系统，计算机监控系统采用分层分布式网络结构，完成对变电站内所有设备的实时监视和控制，数据统一采集处理，资源共享。保护动作及装置报警等重要信号采用硬接点方式输入测控单元。结合变电站无人值班方式的特点和目前计算机监控系统在变电站的应用情况，确定计算机监控系统的监控范围如下：①全站的断路器、隔离开关及电动操作的接地开关工作状态；②主变压器的分接头调节（有载调压变压器）及10kV无功补偿装置自动投切装置状态；③直流系统和UPS系统工作状态；④通信设备及通信电源告警信号；⑤站用变压器、直流系统、UPS系统的重要馈线开关状态。计算机监控系统具有与电力调度数据专网的接口，软、硬件配置支持联网的网络通信技术以及通信规约的要求。

3.1 保护配置及自动装置 主变压器主保护设差动保护、本体重瓦斯、有载分接开关重瓦斯保护、非电量保护（跳闸）。后备保护设复压过流、过负荷保护、非电量保护（发信号）。35kV母联设母线充电保护、限时速断保护、过流保护。10kV馈出线设三段式电流保护。10kV小电流接地选线由专用的装置实现，同时拟将所有10kV零序电流信号接入故障录波装置，便于分析接地故障；母联分段设母线充电保护、限时速断保护、过流保护；10kV电容器回路设两段式电流保护、高电压、低电压、零序电压（开口三角形）及过负荷，保护均动作于电容器断路器；10kV动力变压器设两段式电流保护、温度及过负荷保护。

3.2 变电所的计量 系统计量设置于产权分界点，即在上级变电站35kV出线侧设置关口计费点，关口计费点电度表按主、副表配置，精度有功为0.2S级，无功为2.0级。

变电所10kV馈线电能计量按有功0.5S级、无功2.0级配置。 智能电能表测量具有有功、无功、电压、电流、频率、有功电量、无功电量和多费率电量、最大需量、分时区、时段、不同费率为基准的电量累计和存储，可通过串口向电能量远方终端传送分时电量数据；其具备失压记忆功能，以保持运行参数和电能量数据；具有就地维护、测试功能接口站有电度表均通过串口送入集中的电能量采集装置，并通过该装置转送给变电站计算机监控系统。

3.3 变电站微机防误闭锁综合操作系统 变电所装设一独立微机防误闭锁综合系统，配置工控主机（应具备与微机监控、RTU等接口功能，实现数据共享，并可闭锁监控操作）、汉字显示器、开关闭锁控制器和电脑钥匙等。实现强制性五防闭锁、在线自动对位、仿真模拟预演、多任务并行操作。通过与综合自动化系统的通讯管理单元通讯的方式，接收各类操作的操作顺序，并与装在一次设备上的编码锁配合，一起完成防误闭锁各项功能。

4 直流系统

本变电站装设一套智能型微机高频开关直流电源成套装置，负担断路器合闸、微机综合自动化系统、通讯及事故照明等直流负荷。直流系统电压采用220V，设一组阀控式密封铅酸蓄电池和双套冗余配置的（模块按N+1冗余配置）高频开关电源充电装置。该装置能与微机综合自动化系统进行网络通讯，实现直流屏的无人职守。蓄电池的容量按能满足微机综合自动化系统全站事故2小时停电时的放电容量配置，设计选用100Ah铅酸免维护蓄电池。微机高频开关直流电源屏组安装于中央控制室。为了防止可能由于交流站用电系统突然事故发生，本工程设计选用一套5kVA的UPS不间断逆变电源装置，UPS微机不间断逆变电源屏装设在中央控制室内，为确保运行的可靠性，电源输入另外还设有交流旁路系统及直流直接供电系统。

5 系统通信及调度自动化

矿井变电所对外通信线路随矿井35kV变电所至上级变电站的35kV线路同时建设，设计假设采用35kV线路架设1条12芯OPGW光缆，本矿35kV变电所新设光通信设备和相应配套设施，光通信设备安装在所内主控室设备区。通讯电源由所用直流电源加DC/DC转换模块方式给通信设备供电，共设置3套30A 220V/48V模块。变电所备用通信为市话通信。本变电站远动信息通过远动通道分别上传至集控站和地调，远动信息包括变电站全部“四遥”（遥控、遥测、遥信、遥调）信息。本变电所采用微机监控系统，交流采样，远动功能由计算机监控系统的远动工作站来完成。

6 节能及环境保护

所内主要污染源有电磁辐射、噪声等。变电所设备选用低场强电气设备；对电气设施采取有效的屏蔽措施；减少接触不良产生的火花放电；避免火花放电产生高频电场。变电所的噪声主要来源主变压器，变压器采用自冷低噪音设备满足环境保护的有关规定。设计主变压器选择节能型铜芯低损耗电力变压器，变电站站用变压器选用S11型低损耗变压器；变电站照明灯具选用节能灯具。本变电所10kV侧配置了动态无功补偿装置，提高了功率因数。结合变电站综合自动化系统及电力监测监控系统设置的电能监控信息系统，建立计算机远程监控信息系统，实时监测企业的电能消耗等运行参数，对用电负荷进行节电目标管理，严格控制高峰期用电负荷，实现企业电能管理信息化和自动化。

参考文献：

[1]煤矿安全规程.

[2]矿山电力系统设计规范.

[3]煤矿井下供配电设计规范.

[4]矿井设计规范.

[5]供配电系统设计规范.

[6]35～110kV变电所设计规范.

[7]10kV及以下变电所设计规范.

[8]交流电气装置的接地（DL/T621-1997）.

[9]电力装置的电测量仪表装置设计规范（GB50063-2008）.

[10]电能量计量系统设计技术规程（DL/T5202-2004）.

[11]电能计量装置技术管理规程（DL/T448-2000）等.