煤礦供電高壓側設計研究

徐國強

(華晉焦煤有限責任公司，山西 太原 030001)

采區變電所是煤礦井下供電的核心環節，工作面配電點是生產及附近輔助設備的配電中心，為實現安全高效生產，合理地確定采區變電所的供電系統結構，進行設備布置優化是供電設計的重要任務之一。煤礦供電設計包括負荷統計、變壓器選擇、高壓電纜選擇與校驗、短路電流計算、低壓電纜選擇與校驗、移動變電站校驗、饋電開關選擇與校驗、磁力啟動器選擇與校驗、整定計算報告編制等諸多技術環節，其中煤礦工作面供電系統的正確設計，對于準確選擇變壓器容量、開關容量、電纜型號，進而進行準確地計算、整定具有重要意義。供電系統的安全可靠運行、設備容量的合理、保護的動作靈敏度對于安全生產具有至關重要的作用［1］。

國內外學者圍繞供電設計工作開展了一系列研究，取得了豐碩的研究成果，文獻［2］從構建合理的電網結構、改善電網運行方式、提高供電電網的裝備質量、災害預防、強化管理與檢修、加強管理與培訓等方面給出了系列建議。文獻［3］針對復雜供電系統電網中短路電流計算的技術難點，綜合了絕對值計算法與相對值計算法的優缺點后，提出了一種準折算值法，具有公式簡單，計算步驟易于掌握、公式優化等優點。文獻［4］針對中小煤礦供電設計中的突出問題，通過導線截面的合理選擇、變壓器的合理選擇與應用、無功補償的應用、軟啟動器的應用等方式優化了供電設計。文獻［5］針對煤礦供電設計中經常出現的一些問題，提出了弧光過電壓的治理措施、完善電力監控措施、供電電源的優化選擇、供電管理機制的革新、供電節能措施的完善等方面進行了系統地闡述。上述研究從不同角度對供電設計提出了建議，為供電設計的安全性與規范性提供了理論指導。

本研究針對煤礦供電設計中較難的技術問題—高壓供電設計，包括高壓電纜、高壓配電裝置、移動變電站的計算與保護整定等技術，研究提供一種比較實用的計算方法，為煤礦供電設計的優化提供一種借鑒，提高煤礦安全生產水平。

1 負荷統計與高壓供電設備

例如，某排水系統有5臺排水設備，工作電壓為660 V，額定功率因數均為0.85。現為此排水系統設計高壓供電系統，系統額定短路容量為70 MVA。負荷統計表見1。

表1 負荷統計表

首先選擇移動變電站:

負荷額定總功率360 kW，最大電機功率120 kW，因此，需用系數為:

所有設備平均功率因數為:

設備計算負荷為:

考慮供電系統后續擴展及實際下游供電設備，選用KBSGZY－630/10/0.69型號移動變電站，其額定容量為630 kVA。

其次選擇高壓配電裝置:

現有1臺PJG200 A/10 kV的高壓配電裝置單獨為該系統系統供電，額定開斷電流12 500 A，額定熱穩定電流12 500 A，額定斷流容量217 000 VA，現分析其供電合理性。

系統長時負荷電流:

高配出口處最大三相短路電流為:

熱穩定電流:

式中:

tph—系統短路電流作用的假想時間，s;

tts—高配熱穩定電流所對應的時間，s。

斷流容量為:

因此，分斷能力、熱穩定性與斷流容量均滿足校驗條件。

2 高配與移動變電站之間的高壓電纜校驗

根據式(4)可知，持續工作電流為14.7 A。

首先初選電纜:

選擇MYJV22－3x95型電纜，允許長時載流量為250 A，截面面積為 95.00 mm2。

計算電壓損失并校驗:

電壓損失為:

式中:

Lg—所選型號電纜長度;

R0—每公里電阻;

X0—每公里電抗;

tanφ—所帶負荷平均功率因數角正切值。

熱穩定性校驗:

計算三相短路電流為:

因此，根據計算可得熱穩定電纜截面為:

式中:

C—所選電纜的熱穩定系數。

3 高壓配電裝置保護整定

短路整定電流為

式中:

Ist·m—用電負載中功率最大一臺的啟動電流;

Σ IN—除最大功率設備外，其余設備的額定電流和;

實際中可選整定值為:Idz=120 A。

因此可得，整定靈敏度為:

滿足整定計算要求。對移動變壓電高壓頭的整定計算，與高壓配電裝置計算方法一致，代入相關參數即可。

4 總結

煤礦井下供電安全是煤礦安全生產的保證，在惡劣環境下，極易發生供電安全事故。如何合理地準確設計供電系統，計算與整定是兩大難題，尤其是在高壓部分，更是計算中容易忽視的問題，本研究從一個簡單實例及負荷統計出發，分析了高壓部分的計算方法，可為廣大電氣人員提供一種快速的計算方法。

［1］穆連生，郭增軍，邸滿田.煤礦綜連采實用電工技術［M］.北京:煤炭工業出版社，2006:156－158.

［2］陳國強.提高煤礦供電系統可靠性的措施與對策［J］.能源技術與管理，2007(1):89－90.

［3］王紅儉，吳 玲，申利燕.煤礦供電設計中復雜電網短路電流的準折算值計算方法［J］.煤礦機電，2009(5):72－74.

［4］竇勤耘，黎和凱.中小煤礦供電現狀分析及改進措施［J］.煤礦機械，2006，27(4):677－679.

［5］蔡代平.對煤礦供電設計幾個問題的看法［J］.煤炭技術，2012，31(11):39－40.