礦井輸變電系統探討

曹陽

摘要：煤炭行業是我國的主要能源產業之一。在煤炭生產技術的快速發展背景下，礦井的煤炭產量直線上升，促進大功率采煤機組和運輸裝置的廣泛運用，在一定程度上加大了井下供電系統的整體負荷，并對煤礦輸變電系統提出了相對較高的要求。基于此，文章探討分析了礦井輸變電系統，以供參考。

關鍵詞：煤炭生產；輸變電系統；供電系統；繼電保護

一、工程概況

本工程礦建有35kV變電站，主變容量2×8MVA，電壓等級35/10kV，兩回35kV電源線路分別引自沃泉110kV變電站和龍港西110kV變電站，線路型號JL/GIA-240，長度分別為12km和8km。

二、電力負荷

1、負荷統計

正常涌水時：全礦井設備總計臺數210臺，工作臺數179臺。設備總計容量為13626.90kW，工作容量為11084.75kW，計算有功功率為7331.34kW，計算無功功率為4519.18kvar，計算視在功率為8612.29kVA。

最大涌水時：全礦井設備總計臺數210臺，工作臺數180臺。設備總計容量為13626.90kW，工作容量為11364.75kW，計算有功功率為7555.34kW，計算無功功率為4658.00kvar，計算視在功率為8875.82kVA。礦井噸煤電耗為24.11kW·h/t。

2、供電負荷

根據《煤炭工業礦井設計規范》（GB50215-2005）的有關規定：變電站負荷同時系數取0.85，正常（最大）涌水時負荷計算如下：

2.1變電站10kV計算負荷：

有功功率：7331.34

（7555.34）×0.85=6231.64

（6422.04）kW

無功功率：4519.18（4658.00）×0.85=3841.30

（3959.30）kvar

視在功率：7320.45（7544.45）kVA

功率因數：COSΦ=0.85（0.85）

2.2 無功補償量：2500（2500）kvar

2.3 變壓器及線路損耗（按計算負荷的5%考慮）：

有功損耗：311.58（321.10）kW

無功損耗：192.07（197.97）kvar

2.4 變電站35kV計算負荷：

有功功率：6543.22（6743.14）kW

無功功率：1533.37（1657.27）kvar

視在功率：6720.49（6943.81）kVA

功率因數：COSΦ=0.97（0.97）

主變壓器選擇見表1。

三、供電系統

根據礦井負荷及電源點情況，礦井供電電壓等級為35kV，輸電線路為兩回，礦井35kV變電站采用放射式供電網絡結構，以10kV電纜線路向礦井地面、井下負荷供電。

本礦最大涌水時，單回線路工作電流Ig=114.55A。環境溫度25℃時，導線JL/GIA-240持續允許載流量為610A，導線允許工作電流Ixu=610×0.83=506.3A（0.83為校正系數），Ixu>Ig，滿足要求。

四、礦井35kV變電站

1、變電站的設置

本站作為礦井的總降站，主要擔負著向礦井井下、地面生產系統供配電的任務。

2、主變壓器

礦井35kV變電站主變型號為SZ11-8000/3535±3×2.5%/10.5kV。單臺主變帶全站最大負荷運行時，主變負荷率為84%；兩臺主變分列運行時，單臺主變負荷率為42%；主變事故保證率100%。滿足礦井供電負荷要求。

3、電氣主接線

礦井35kV變電站35kV側采用單母線分段接線，2回電源、2臺主變分別接在35kVI、II段母線上；10kV母線采用單母線分段接線，10kV饋出線、消弧線圈、無功補償裝置等分別接在10kVI、II段母線上。

4、主要電氣設備選型

4.1 35kV配電裝置

35kV配電裝置選用XGN21-40.5型固定式開關柜，配永磁真空斷路器，斷路器的額定電流為1250A，開斷電流為31.5kA。

4.2 10kV配電裝置

10kV配電裝置選用KYN28A-12型開關柜，配永磁式真空斷路器。主變進線柜和分段柜額定電流為1250A，其它饋線額定電流根據負荷和設備大小確定。斷路器的額定開斷電流為25kA。

5、消弧線圈

經統計，本礦采用10kV交聯聚乙烯電纜約15km，采用10kV礦用屏蔽橡套電纜約6.9km。交聯聚乙烯電纜的估算電容電流約為Ic=0.1×UN×L=0.1×10×15=15（A）；礦用屏蔽橡套電纜估算電容電流按2倍交聯聚乙烯電纜電容電流計算：Ic=2×0.1×UN×L=2×0.1×10×6.9=13.8（A）；考慮本礦井10kV系統附加電容電流16%，礦井電容電流總量為：∑Ic=（15+13.8）×1.16=33.41（A）。超過《礦山電力設計規范》（GB50070-2009）中規定的10A限值，應采取限制措施。消弧線圈自動補償裝置容量計算如下：消弧線圈的容量配置采用過補償方式，補償系數取K=1.35，裝置容量Icx=1.35×Ic=1.35×33.41=45.10（A）。因此，消弧線圈額定補償電流取100A。

根據上述計算，本站應補充設置2臺消弧線圈，型號為ZDBG-10/10-100/J。該裝置接地變壓器和消弧線圈均為干式結構，并裝在同一殼體內，具有自動跟蹤電容電流、跟蹤靈敏度高、無級平滑調節、占地少和火災危險性小等優點。消弧線圈布置在10kV配電室內。

6、無功補償裝置及諧波治理

本礦主井采用斜井開拓，井下大巷及主井運輸主要采用帶式輸送機，其功率和無功沖擊負荷均不是很大。

經計算，本礦井無功補償容量共需2500kvar，本站設置兩套補償容量為3600kvar的無功補償裝置，型號為TVQC2-12/3600-4N，該補償裝置具有分組自動補償功能，滿足使用要求，兩套無功補償裝置可使本站功率因數維持在0.95以上。

7、變電站布置

變電站采用戶內布置方式，35kV架空電源線路經終端塔引入35kV配電室，10kV饋出線經電纜溝引至礦井工業場地。

8、站用電及操作電源

8.1站用電

站用變壓器采用35kV戶內直配變壓器，裝于35kVII段母線側，型號：SC10-50/3535±5%/0.4kVDyn11Ud=6.5%；10kV站用變裝于10kVI段母線側，型號：SC10-50/1010±5%/0.4kVDyn11Ud=4%。滿足使用要求。

8.2 操作電源

由于礦井變電站的特殊重要性，變電站電氣設備的二次控制、保護操作電源采用220V直流電源，以保證變電站操作的安全可靠。

結束語

該礦建有35kV變電站，采用放射式供電網絡結構，以10kV電纜線路向礦井地面、井下負荷供電。單臺主變帶全站最大負荷運行時，主變負荷率為84%；兩臺主變分列運行時，單臺主變負荷率為42%；主變事故保證率100%。滿足礦井供電負荷要求。

參考文獻

[1]苗培青，陳宇.輸變電主要設備狀態檢修分析系統及其C++語言實現[J].山東電力高等專科學校學報，2005，（3）：37-39.

[2]吳義純，丁明，李生虎.風電場對發輸電系統可靠性影響的評估[J].電工技術學報，2004，（11）17-21.

[3]彭卉，張焰，溫興文，陳春霖，江峰青，房嶺鋒，施偉國.輸電網供電可靠性的實用化定量評估軟件包[J].電力系統自動化；2004，（21）：27-30.