礦井輸變電系統(tǒng)探討

曹陽(yáng)

摘要：煤炭行業(yè)是我國(guó)的主要能源產(chǎn)業(yè)之一。在煤炭生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展背景下，礦井的煤炭產(chǎn)量直線上升，促進(jìn)大功率采煤機(jī)組和運(yùn)輸裝置的廣泛運(yùn)用，在一定程度上加大了井下供電系統(tǒng)的整體負(fù)荷，并對(duì)煤礦輸變電系統(tǒng)提出了相對(duì)較高的要求。基于此，文章探討分析了礦井輸變電系統(tǒng)，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤炭生產(chǎn)；輸變電系統(tǒng)；供電系統(tǒng)；繼電保護(hù)

一、工程概況

本工程礦建有35kV變電站，主變?nèi)萘?×8MVA，電壓等級(jí)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(hào)JL/GIA-240，長(zhǎng)度分別為12km和8km。

二、電力負(fù)荷

1、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

正常涌水時(shí)：全礦井設(shè)備總計(jì)臺(tái)數(shù)210臺(tái)，工作臺(tái)數(shù)179臺(tái)。設(shè)備總計(jì)容量為13626.90kW，工作容量為11084.75kW，計(jì)算有功功率為7331.34kW，計(jì)算無(wú)功功率為4519.18kvar，計(jì)算視在功率為8612.29kVA。

最大涌水時(shí)：全礦井設(shè)備總計(jì)臺(tái)數(shù)210臺(tái)，工作臺(tái)數(shù)180臺(tái)。設(shè)備總計(jì)容量為13626.90kW，工作容量為11364.75kW，計(jì)算有功功率為7555.34kW，計(jì)算無(wú)功功率為4658.00kvar，計(jì)算視在功率為8875.82kVA。礦井噸煤電耗為24.11kW·h/t。

2、供電負(fù)荷

根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50215-2005）的有關(guān)規(guī)定：變電站負(fù)荷同時(shí)系數(shù)取0.85，正常（最大）涌水時(shí)負(fù)荷計(jì)算如下：

2.1變電站10kV計(jì)算負(fù)荷：

有功功率：7331.34

（7555.34）×0.85=6231.64

（6422.04）kW

無(wú)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(shù)：COSΦ=0.85（0.85）

2.2 無(wú)功補(bǔ)償量：2500（2500）kvar

2.3 變壓器及線路損耗（按計(jì)算負(fù)荷的5%考慮）：

有功損耗：311.58（321.10）kW

無(wú)功損耗：192.07（197.97）kvar

2.4 變電站35kV計(jì)算負(fù)荷：

有功功率：6543.22（6743.14）kW

無(wú)功功率：1533.37（1657.27）kvar

視在功率：6720.49（6943.81）kVA

功率因數(shù)：COSΦ=0.97（0.97）

主變壓器選擇見(jiàn)表1。

三、供電系統(tǒng)

根據(jù)礦井負(fù)荷及電源點(diǎn)情況，礦井供電電壓等級(jí)為35kV，輸電線路為兩回，礦井35kV變電站采用放射式供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以10kV電纜線路向礦井地面、井下負(fù)荷供電。

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

四、礦井35kV變電站

1、變電站的設(shè)置

本站作為礦井的總降站，主要擔(dān)負(fù)著向礦井井下、地面生產(chǎn)系統(tǒng)供配電的任務(wù)。

2、主變壓器

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

3、電氣主接線

礦井35kV變電站35kV側(cè)采用單母線分段接線，2回電源、2臺(tái)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(wú)功補(bǔ)償裝置等分別接在10kVI、II段母線上。

4、主要電氣設(shè)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(kāi)關(guān)柜，配永磁真空斷路器，斷路器的額定電流為1250A，開(kāi)斷電流為31.5kA。

4.2 10kV配電裝置

10kV配電裝置選用KYN28A-12型開(kāi)關(guān)柜，配永磁式真空斷路器。主變進(jìn)線柜和分段柜額定電流為1250A，其它饋線額定電流根據(jù)負(fù)荷和設(shè)備大小確定。斷路器的額定開(kāi)斷電流為25kA。

5、消弧線圈

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本礦采用10kV交聯(lián)聚乙烯電纜約15km，采用10kV礦用屏蔽橡套電纜約6.9km。交聯(lián)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(lián)聚乙烯電纜電容電流計(jì)算：Ic=2×0.1×UN×L=2×0.1×10×6.9=13.8（A）；考慮本礦井10kV系統(tǒng)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(guò)《礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50070-2009）中規(guī)定的10A限值，應(yīng)采取限制措施。消弧線圈自動(dòng)補(bǔ)償裝置容量計(jì)算如下：消弧線圈的容量配置采用過(guò)補(bǔ)償方式，補(bǔ)償系數(shù)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(bǔ)償電流取100A。

根據(jù)上述計(jì)算，本站應(yīng)補(bǔ)充設(shè)置2臺(tái)消弧線圈，型號(hào)為ZDBG-10/10-100/J。該裝置接地變壓器和消弧線圈均為干式結(jié)構(gòu)，并裝在同一殼體內(nèi)，具有自動(dòng)跟蹤電容電流、跟蹤靈敏度高、無(wú)級(jí)平滑調(diào)節(jié)、占地少和火災(zāi)危險(xiǎn)性小等優(yōu)點(diǎn)。消弧線圈布置在10kV配電室內(nèi)。

6、無(wú)功補(bǔ)償裝置及諧波治理

本礦主井采用斜井開(kāi)拓，井下大巷及主井運(yùn)輸主要采用帶式輸送機(jī)，其功率和無(wú)功沖擊負(fù)荷均不是很大。

經(jīng)計(jì)算，本礦井無(wú)功補(bǔ)償容量共需2500kvar，本站設(shè)置兩套補(bǔ)償容量為3600kvar的無(wú)功補(bǔ)償裝置，型號(hào)為T(mén)VQC2-12/3600-4N，該補(bǔ)償裝置具有分組自動(dòng)補(bǔ)償功能，滿足使用要求，兩套無(wú)功補(bǔ)償裝置可使本站功率因數(shù)維持在0.95以上。

7、變電站布置

變電站采用戶內(nèi)布置方式，35kV架空電源線路經(jīng)終端塔引入35kV配電室，10kV饋出線經(jīng)電纜溝引至礦井工業(yè)場(chǎng)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(nèi)直配變壓器，裝于35kVII段母線側(cè)，型號(hào)：SC10-50/3535±5%/0.4kVDyn11Ud=6.5%；10kV站用變裝于10kVI段母線側(cè)，型號(hào)：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(shè)備的二次控制、保護(hù)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(jié)束語(yǔ)

該礦建有35kV變電站，采用放射式供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以10kV電纜線路向礦井地面、井下負(fù)荷供電。單臺(tái)主變帶全站最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，主變負(fù)荷率為84%；兩臺(tái)主變分列運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)主變負(fù)荷率為42%；主變事故保證率100%。滿足礦井供電負(fù)荷要求。

參考文獻(xiàn)

[1]苗培青，陳宇.輸變電主要設(shè)備狀態(tài)檢修分析系統(tǒng)及其C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)[J].山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，（3）：37-39.

[2]吳義純，丁明，李生虎.風(fēng)電場(chǎng)對(duì)發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性影響的評(píng)估[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2004，（11）17-21.

[3]彭卉，張焰，溫興文，陳春霖，江峰青，房嶺鋒，施偉國(guó).輸電網(wǎng)供電可靠性的實(shí)用化定量評(píng)估軟件包[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化；2004，（21）：27-30.