某矿井下采区变电所供电技术方案研究

摘要： 煤矿井下采区变电所供电服务对象为采煤、掘进、运输、通风、排水等重要生产环节，供电负荷种类繁多，本文针对某矿井采区实际情况，结合井下采区变电所供电发展的现状，选择合理的配电方案，保证了煤矿井下生产安全有序的进行。

Abstract： The power supply and service objects in coal mine underground mining area substation include important production processes， such as coal mining， excavation， transportation， ventilation， drainage etc.， which has power a wide range of supply load. For the actual situation of mining area of one coal mine， combined with the status of power supply development in underground mining area substation， this paper selects reasonable distribution programs， which ensures the safe and orderly operation of the coal mine production.

关键词： 采区变电所；供电方案；设备选型

Key words： substation of mining area；supply programs；equipment selection

中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）30-0103-03

1 采区概况

某矿井下新开采区，配置2个综掘对组，1个综采队，以及辅助运输、皮带集中运输和采区排水等负荷，预计年产量120万吨，采区欲设计一变电所，要求及实际条件如下：

①变电所应位于稳定岩巷中，且具备独立通风。

②电源引自该矿地面35KV＼6KV变电站，经架空线后，经电缆钻孔至井下大巷，然后至采区变电所。出线开关为微机保护。

③变电所采用双回路运行方式。

④变电所需配备远方监测监控系统，可与上级主站通信。

⑤采区负荷统计表，见表1。

2 采区变电所供电方案比较

2.1 方案一，变电所为双电源供电，带风机专供。

2.1.1 单母线不分段运行。（如图1）

正常时一台总高开运行，另一台热备用，运行线路；故障时倒另一台备用总开关运行。

缺点是：①负荷分配不均匀，一侧高开总是承担负荷较重；②风机专供会受到其它负荷、线路故障造成总高开跳闸的影响，并且风机专供和开掘工作面的负荷无法分开，风机专供的线路可靠性很低，不应采用这种供电方式。

2.1.2 单母线分段运行，有两种形式：

①偏分方式，如图2。

即单母线上其中一段母线上带风机专供高开，另一段为采区其它负荷。正常母联开关手车推入，开关断开，母联处于热备用状态。当两回进线中有一回出现故障或总开故障时，才断开故障侧总开，合联络开关，改为并列运行方式。排除故障后立即改为分列运行方式供电。

优点是：因采区变电所总进线开关与配出线开关在出线供电线路短路故障时，其总开和分开有同时动作的情况（速断保护反时限）。采用此方式供电时，避免了因其它负荷线路发生故障时造成风机专供高开停电，风机专供供电的可靠性比较高。

缺点是：此种供电方式在其中一回路进线故障时，另一回路能随时切换，但用电负荷长期集中在一个回路上，造成单侧总开负荷重，线路电压降大，故障时影响面积大，此种方式适合于负荷不大的盘区变电所。

②正分方式，如图3。

即母联开关两侧的负荷基本上均匀分开，但必须保证风机专供和开掘工作面动力在母联的两侧。正常母联开关手车推入，开关断开，母联处于热备用状态。

优点是：采区负荷由两趟进线高开分别负担，负荷分配较均匀。

缺点是：风机专供会受到其它负荷、线路故障造成专供侧高开跳闸的影响，风机专供的供电可靠性降低，并且要求风机专供和开掘工作面的负荷在母联开关两侧，这种供电方式适合于负荷较大的采区变电所。

2.2 方案二，变电所为双电源供电，带风机专供，双母线并列运行，如图4。

正常状态下，其中一条母线采用分段运行方式，供采区所有负荷，另一条母线供风机专供。

优点是：两条母线互不影响，风机专供线路为独立的供电系统，可靠性高，而且两回路进线在母联开关两侧的负荷分配比较均匀，供电更合理。优先推荐这种供电方式。

缺点是：多使用了两台风机进线高开，成本也比较高。

从上面两个供电方案的分析，结合本采区采掘负荷较大，相对瓦斯涌出量较大矿井采区带有局扇风机，为安全可靠性起见，选择双母线并列运行效果较好。

3 采区变电所设计位置及尺寸

变电所位置选择在采区大巷中部，两个出口，一进一回，前门通道与大巷相连，后门通道与采区回风大巷相连。变电所位于稳定岩巷中，变电所尺寸，要满足设备安全间距及检修距离的要求，初步设计长度25m、宽度5m，变电所巷道一侧内设水沟，一侧设电缆沟。变电所断面，见图5。

4 变电所设备选型

根据负荷情况及变电所运行方式，确定实际需要的变电所供用电设备数量，变电所设备按高低、压分列巷道两侧布置，电缆、接地母线布置于电缆沟中。

4.1 变电所总容量的确定 因井下无功就地补偿装置安装台数较少，线路总体功率因数cos？准仍接近于0.7；根据该矿其他采区变电所供电情况，负荷率维持在0.35～0.45之间。

采区总有功功率P=0.45×∑Pe=0.45×6315=2842（KW）

式中：P—采区总有功功率，KW；

0.45—采区变电所总功率计算用负荷率；

∑Pe—采区设备功率之和，KW。

设备工作总容量S=■=■=4060（KVA）

式中：S—采区供电总容量，KVA

cos？准—供电功率因数，

吨煤电耗W=■=■=6.52（KWh/t）

式中：A—采区年生产能力，230万吨；

16—日采煤时间，t/天；

330—年工作时间，天。

4.2 进线高压电缆的选择 根据要求，变电所采用双回路供电，因有部分电缆经立眼入井，故选用交联聚氯乙烯铠装电缆。

4.2.1 首先按长时工作电流选择电缆截面KIy？叟Ig

由上节S=4060KVA，故变电所电源进线长时工作电流：

Ig=■=■=391（A）

查《煤矿电工手册》选用YJV59-3×185mm2-2600m矿用阻燃电力电缆2条，一运行一备用。该电缆的长时允许电流Iy=504（A）>391，满足要求。

式中：Iy—电缆的长时允许负荷电流，A；

Ig—电缆线路的长时工作电流，393A；

K—载流量的校正系数，查《煤矿电工手册》表12-2-32，按照环境温度25℃时取1。

4.2.2 按经济电流密度校验所选电缆截面

Sj=■=■174.7

式中：Sj —电缆截面，mm2；

Ig—电缆线路的长时工作电流，A；

Jj—经济电流密度，根据N4工作面的劳动组织和工艺安排，按Tmax=（365-12）×18×0.75=4765h，查《煤矿电工手册》取Jj=2.25A/mm2。

4.2.3 校验线路电压损失，压损？驻U=■×I×l（R0×

cos？渍+X0×sin？渍），V

式中：sin？渍—线路实际功率因数cos？渍=0.7的对应值，取0.714；

I—通过电缆的实际运行电流，A；

l— 电缆长度，km；

R0—单位电阻，Ω/km；

X0—单位电抗，Ω/km；

说明：根据《煤矿电工手册》，6KV高压线路电压允许损失7%，且应校验到地面变电站。

因有：变电所进线电缆YJV59-185，L=2.6，R0=0.116，X0=0.06，I=300

架空线LGJ-150，一回为L=1.39，R0=0.221，X0=0.384，I=300

一回为L=1.522，R0=0.221，X0=0.384，I=300

所以，线路压损取最长线路计算：

？驻U=■×I×（R×cosφ+X×sin×φ）=■×391×2.6×

（0.116×0.7+0.06×0.714）+■×391×1.522×（0.221×0.7+

0.384×0.714）=115+268=384

4.2.4 校验电缆热稳定

Smin=■=14449×■80.3（mm■）

式中：Smin—电缆短路时热稳定要求的最小截面，mm2；

I■■—三相短路稳态电流，A；

t■—短路电流的假想时间，对于井下取0.25s，地面取0.65s；

C—热稳定系数，对于橡胶铜芯电缆有接头取120，无接头取145；

说明：取采区变电所母线短路电流校验高压电缆。地面变电站最大运行方式下母线三相短路电流为14449A。

4.3 高压配电柜的选择 根据本矿供电系统运行方式及特点，高压配电装置选用BGP9L-6型，该装置采用国内先进的综合保护装置，用于对额定电压3～10kV的中性点不接地或经消弧线圈接地方式的供电系统进行监测、控制和保护。变电所需在一趟回路故障情况下，另一回路能够承担全部负荷的要求，因变电所总负荷电流391A，故选择容量400A的高开柜。

4.4 所变及风机专供变压器的选择 根据井下采区用电特点，因采取分散负荷较多，单个低压馈电开关不能满足供电需求，所以选用KGSB型干式变压器配多台低压馈电开关的供电方式。

变压器容量选择：

4.4.1 所用变容量

S=∑PTe■

=■=569（KVA）

故选择KGSB-630/6/660矿用隔爆型变压器，容量630KVA，电压660V。

式中：S-变压器计算容量，KVA；

cos？渍PJ-设备额定平均功率因数，0.85；

？浊PJ-设备平均效率，0.9；

Kf-负荷系数，0.75；

？浊l-电网效率，0.93；

∑PTe-同时工作的设备额定功率之和，540KW。

4.4.2 风机专用变压器容量

S=■=126（KVA）

故选择KGSB-315/6/660矿用隔爆型变压器，容量315KVA，电压660V。

5 变电所设备配置

综合上面的数据，初定变电所供电系统设备配置，见表2。

6 结语

随着煤矿生产设备向大功率、超大功率以及智能化方向发展，对井下供电系统的安全运行提出了更高要求，使得变电所供电系统向高性能、高稳定、智能化、数字化方向发展。从变电所高压配电装置、低压馈电、监测监控系统等主要设备着手进行选择，使变电所的管理逐步适应现代化矿井建设的需要。

参考文献：

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