矿井输变电系统探讨

摘要：煤炭行业是我国的主要能源产业之一。在煤炭生产技术的快速发展背景下，矿井的煤炭产量直线上升，促进大功率采煤机组和运输装置的广泛运用，在一定程度上加大了井下供电系统的整体负荷，并对煤矿输变电系统提出了相对较高的要求。基于此，文章探讨分析了矿井输变电系统，以供参考。

关键词：煤炭生产；输变电系统；供电系统；继电保护

一、工程概况

本工程矿建有35kV变电站，主变容量2×8MVA，电压等级35/10kV，两回35kV电源线路分别引自沃泉110kV变电站和龙港西110kV变电站，线路型号JL/GIA-240，长度分别为12km和8km。

二、电力负荷

1、负荷统计

正常涌水时：全矿井设备总计台数210台，工作台数179台。设备总计容量为13626.90kW，工作容量为11084.75kW，计算有功功率为7331.34kW，计算无功功率为4519.18kvar，计算视在功率为8612.29kVA。

最大涌水时：全矿井设备总计台数210台，工作台数180台。设备总计容量为13626.90kW，工作容量为11364.75kW，计算有功功率为7555.34kW，计算无功功率为4658.00kvar，计算视在功率为8875.82kVA。矿井吨煤电耗为24.11kW・h/t。

2、供电负荷

根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-2005）的有关规定：变电站负荷同时系数取0.85，正常（最大）涌水时负荷计算如下：

2.1变电站10kV计算负荷：

有功功率：7331.34

（7555.34）×0.85=6231.64

（6422.04）kW

无功功率：4519.18（4658.00）×0.85=3841.30

（3959.30）kvar

视在功率：7320.45（7544.45）kVA

功率因数：COSΦ=0.85（0.85）

2.2 无功补偿量：2500（2500）kvar

2.3 变压器及线路损耗（按计算负荷的5%考虑）：

有功损耗：311.58（321.10）kW

无功损耗：192.07（197.97）kvar

2.4 变电站35kV计算负荷：

有功功率：6543.22（6743.14）kW

无功功率：1533.37（1657.27）kvar

视在功率：6720.49（6943.81）kVA

功率因数：COSΦ=0.97（0.97）

主变压器选择见表1。

三、供电系统

根据矿井负荷及电源点情况，矿井供电电压等级为35kV，输电线路为两回，矿井35kV变电站采用放射式供电网络结构，以10kV电缆线路向矿井地面、井下负荷供电。

本矿最大涌水时，单回线路工作电流Ig=114.55A。环境温度25℃时，导线JL/GIA-240持续允许载流量为610A，导线允许工作电流Ixu=610×0.83=506.3A（0.83为校正系数），Ixu>Ig，满足要求。

四、矿井35kV变电站

1、变电站的设置

本站作为矿井的总降站，主要担负着向矿井井下、地面生产系统供配电的任务。

2、主变压器

矿井35kV变电站主变型号为SZ11-8000/3535±3×2.5%/10.5kV。单台主变带全站最大负荷运行时，主变负荷率为84%；两台主变分列运行时，单台主变负荷率为42%；主变事故保证率100%。满足矿井供电负荷要求。

3、电气主接线

矿井35kV变电站35kV侧采用单母线分段接线，2回电源、2台主变分别接在35kVI、II段母线上；10kV母线采用单母线分段接线，10kV馈出线、消弧线圈、无功补偿装置等分别接在10kVI、II段母线上。

4、主要电气设备选型

4.1 35kV配电装置

35kV配电装置选用XGN21-40.5型固定式开关柜，配永磁真空断路器，断路器的额定电流为1250A，开断电流为31.5kA。

4.2 10kV配电装置

10kV配电装置选用KYN28A-12型开关柜，配永磁式真空断路器。主变进线柜和分段柜额定电流为1250A，其它馈线额定电流根据负荷和设备大小确定。断路器的额定开断电流为25kA。

5、消弧线圈

经统计，本矿采用10kV交联聚乙烯电缆约15km，采用10kV矿用屏蔽橡套电缆约6.9km。交联聚乙烯电缆的估算电容电流约为Ic=0.1×UN×L=0.1×10×15=15（A）；矿用屏蔽橡套电缆估算电容电流按2倍交联聚乙烯电缆电容电流计算：Ic=2×0.1×UN×L=2×0.1×10×6.9=13.8（A）；考虑本矿井10kV系统附加电容电流16%，矿井电容电流总量为：∑Ic=（15+13.8）×1.16=33.41（A）。超过《矿山电力设计规范》（GB50070-2009）中规定的10A限值，应采取限制措施。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=1.35×33.41=45.10（A）。因此，消弧线圈额定补偿电流取100A。

根据上述计算，本站应补充设置2台消弧线圈，型号为ZDBG-10/10-100/J。该装置接地变压器和消弧线圈均为干式结构，并装在同一壳体内，具有自动跟踪电容电流、跟踪灵敏度高、无级平滑调节、占地少和火灾危险性小等优点。消弧线圈布置在10kV配电室内。

6、无功补偿装置及谐波治理

本矿主井采用斜井开拓，井下大巷及主井运输主要采用带式输送机，其功率和无功冲击负荷均不是很大。

经计算，本矿井无功补偿容量共需2500kvar，本站设置两套补偿容量为3600kvar的无功补偿装置，型号为TVQC2-12/3600-4N，该补偿装置具有分组自动补偿功能，满足使用要求，两套无功补偿装置可使本站功率因数维持在0.95以上。

7、变电站布置

变电站采用户内布置方式，35kV架空电源线路经终端塔引入35kV配电室，10kV馈出线经电缆沟引至矿井工业场地。

8、站用电及操作电源

8.1站用电

站用变压器采用35kV户内直配变压器，装于35kVII段母线侧，型号：SC10-50/3535±5%/0.4kVDyn11Ud=6.5%；10kV站用变装于10kVI段母线侧，型号：SC10-50/1010±5%/0.4kVDyn11Ud=4%。满足使用要求。

8.2 操作电源

由于矿井变电站的特殊重要性，变电站电气设备的二次控制、保护操作电源采用220V直流电源，以保证变电站操作的安全可靠。

结束语

该矿建有35kV变电站，采用放射式供电网络结构，以10kV电缆线路向矿井地面、井下负荷供电。单台主变带全站最大负荷运行时，主变负荷率为84%；两台主变分列运行时，单台主变负荷率为42%；主变事故保证率100%。满足矿井供电负荷要求。

参考文献

[1]苗培青，陈宇.输变电主要设备状态检修分析系统及其C++语言实现[J].山东电力高等专科学校学报，2005，（3）：37-39.

[2]吴义纯，丁明，李生虎.风电场对发输电系统可靠性影响的评估[J].电工技术学报，2004，（11）17-21.

[3]彭卉，张焰，温兴文，陈春霖，江峰青，房岭锋，施伟国.输电网供电可靠性的实用化定量评估软件包[J].电力系统自动化；2004，（21）：27-30.