1、矿山供电系统设计说明9矿山生产系统设计94 供电系统设计9.4.1 概述一 供电的重要性和基本要求 电力是企业生产的主要能源。对企业应做到可靠、安全全和生产的需要，企业对供电提出以下基本要求：供电安全、供电可靠、供电优质、供电经济。1.供电安全 在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身伤亡和设备损坏事故。对于煤矿生产来说，由于主要是地下作业，工作环境特殊，供电线路和电气设备易受损坏，可能造成人身触电、电气火灾和电火花引起的瓦斯煤尘爆炸等事故，所以必须严格按照煤矿安全规程的有关规定进行供电，确保安全生产。2.供电可靠 供电可靠就是要求供电具有连续可靠性。供电中断时不仅影响企业生产，而且可能损
2、坏设备，产生废品，甚至发生人身伤亡事故。而煤矿一旦断电，不仅影响产量，还有可能引发瓦斯集聚、淹井、人身伤广和设备损坏，严重时将造成矿井的破坏。为了保证供电的可靠性，通常采用双电源。双电源可来自不同变电所或发电厂或同一变电所的不同母线上。对于煤矿，在一个电源发生故障的情况下，另一电源应能满足对主要个产设备的供电，以保证通风、排水以及生产的正常进行。3.供电优质 在保证安全和可靠供电的前提下，还要保证供电的质量，用电设备在额定值下运行性能最好。因此要求供电质量方面有稳定的电压和频率，电压和频率足衡量电能质量的重要指标。 具体有以下4项指标：(1)电压：额定电压电压偏差不得超过允许值，电动机5，白炽
3、灯+3-2.5。(2)频率：额定频率50Hz，频率偏差不得大于0.41。 (3)波形：正弦波形，波形上不得有高次谐波产生的毛刺，以防造成电力污染。(4)平衡度：三相电网电压平衡。4供电经济 一般考虑下列3个方面； (1)尽量降低企业变电所与电网的基本建设投资。 (2)尽量降低设备材料及有色金属的消耗量。 (3)注意降低供电系统的电能损耗及维护费用。此外，企业还要求有足够的电能。这不仅要求电力系统或发电厂能提供充裕的电能而且要求企业供电系统的各项供电设施具有足够的供电能力。二 电力负荷分类 为了满足电力用户对供电可靠性的要求，即停电所造成的影响不同同时又考虑到供电的经济件，根据用电设备在企业中所
4、处的重要地位，以方便在不同情况下区别对待，通常将电力负荷分为3类。 1一类负荷(一级负荷)凡因突然小断供电，可能造成人身伤亡事故或重要设备损坏事故，给国民经济造成重大损失的或在政治上产生不良影响的负荷，均属于一类负荷。如钢厂炼钢炉，停电30min，即造成炼钢炉报废；电解铝厂，停电15min，即造成电解槽破坏；煤矿主通风设备，井下主排水泵，副井提升机等有个独立的电源供电。一类负荷应有两个独立的电源供电，对行特殊要求的一类负荷，两个独立电源应火自不同的地点，以保证供电的可靠连续性要求。一类负荷中影响人身与设备安全的负荷又叫保安负荷。2二类负荷(二级负荷)凡因突然停电，造成大量度仍或大量减产形成较大
5、经济损失的负荷，属于二类负荷：如工厂的主要生产车间，煤矿的集中提煤设备、地面空气压缩机、井下采区变电所等。对于中小型企业的二类负荷一般由专用线路供电。而对于大型企业的二类负荷，也应有两个电源，并且两回路电源应尽量取自不同的变电所或母线段。另外，为了减少长时间停电对生产的影响，供电设备应有一定数量的库存，以便及时更换。3三类负荷(三级负荷)除了一类、二类以外的所有其他负荷均为三类负荷，如企业的附属车间及办公、生活福利设施，煤矿井门机修厂等。三类负荷对供电没有特殊的要求，一般只设一回路供电，不考虑备用电源。根据需要各负荷还可共用一条输电线路。对于电力用户分类的门的是分级管理，便于调整电力负荷，合理
6、供电。对于重要负福保证供电是第一位的，对于次要负荷应更多地考虑其供电的经济性。在电力系统中，发生故障或检修、限制用电负荷时，府根据具体情况区别对待，停止三类负荷供电，有必要时切除部分二类负荷，以确保对一类负荷的不间断供电。三 电力系统电力系统是指由发电厂、升乐和降压变电所以及各种不同电压等级的输电线路组成的整体。某电力系统简图如图所示。发电机发出的电压一般是3.15Kv、6.3kv、105kv。发电厂设有升压变压器将电压升高后再输送山去。输电容量越大，输电距离越长，要求输电线路的电压越高，在高压或超高压围(35500kv)。为厂经济合理地利用国家资源，发电厂一般建在煤炭或水利资源丰富的地区。发
7、电厂对附近的工矿企业供电，可直接用发电机发出的电压。根据发电厂电源距用户的距离和容量不同，输送的电压等级也不同。所以发电厂或区域变电所通常使用几种不同的电压供电。电力系统中各发电厂之间，以输电线路连接，称并网发电。这样不但可以提高供电的可靠性，同时还可调节各发电厂的负荷，综合发挥电力系统的供屯经济效益。企业用电设备的额定电压较低，为了将电力系统高压降低为用户所需要的低压电能，需设置降压变电所(或称变电站)，将电压降低后再输送出去。一般送到煤矿地面变电所的电压是35kv。若矿区的用电容量很大，距离发电厂又很远时，则发电厂使用更高的电压对矿区进行供电，这时就需要建立区域变电所(一次变电所)。反之距
8、离区域变电所很近的矿区，就不需要设置35kv6kv主变压器，使变电所设备简化，同时也会使供电的安全性和可靠性更高。煤矿地面变电所应有两个独方的电源。距离电力系统电源近时，使用平行双回路供电；当相邻的煤矿之间距离较近，而距离电力系统电源父较远时，一般由电源送一回路，另外相邻的煤矿地面变电所之间设一回路联络线，形成环形电网供电。某电力系统简图四 供电电压等级 现行企业所使用的电气设备都是按照一定的标难电压设计和制造的，这个标准电压称为电气设备的额定电压。为了便于批量生产和统一供电，国家规定了标准的额定电压等级(包括煤矿企业电压等级在)，见表 额定电压等级 Kv电网和用电设备的额定电压发电机的额定电
9、压变压器的额定电压直流三相交流交流三相交流交流三相单相线电压相电压线电压原绕阻副绕组原绕组副绕组0.110.1150.1270.127（0.133）（0.127）（0.133）（0.127）（0.133）0.220.220.220.230.230.22（0.23）0.22（0.23）0.380.400.380.400.380.443.03.153.0、3.153.15、3.36.06.36.0、6.36.3、6.61010.510、10.510.5、11353538.5636366110110121154154169220220242330330363500500550注：1.本表括号的数字只
10、用于井下或其他安全要求较高的场所。 2目前我目煤矿井下电机车使用0.25kv和0. 55kv电压，对应的变电所输出电压为0.275kv和0.6Kw 两种。 3.露天煤矿工业用电机车，使用的直流电压有0.75kv、1.5kv，变电所输出电压为0.825Kv和065kv两种。 4.原绕组电压为3.15kv、6.3Kv、105kv的变压器，适用于直接接十发电机山线上；副绕组电压为3.3Kv、 66kv、11kv的变压器，适用于供电半径大的场合。 电力线路的额定电压应等于与其相连接的用电设备的额定电压。 发电机的额定电压可比线路的额定电压高5。 电力变压器次、二次侧的空载额定电压，有一边可调35。用于
11、升压的变比器，一次侧的主载额定电压与发电机相同，二次侧的空载额定电压可比线路额定电压高10，如6300V385003675035000V。用于降压的变压器，次侧的空载额定电压为线路额定电压5，二次侧的空载额定电压勺发电机额定电压相同，如367503500033250V6300V。 输电线路电压等级的选择与确定，主要是根据输送距离的远近和输送电力功率的大小，通过经济技术指标的比较确定的，大致围见表。电压等级与输送距离和功率的围电压等级/KV输送功率/KW输送距离/Km0.38100以下0.6以下0.661001500.613100100013610001200415102002000620351
12、0001000020276035003000030100110100005000050150 由于企业一般从电力系统取得供电电源，其电压应根据企业的负荷、电源至企业的距离以及地区电力网可能供给的电压与有关电力部门进行共同协商确定。一般用电负荷较小的小型企业可选择10Kv用电负荷较大的大中型企业可选择35kv用电负荷很大的大型企业可选择110Kv或220Kv。一个企业可根据需要选择一种或几种电源电压。9.4.2 矿山供电系统 矿山供电系统按照矿山类型的不同分为尽同的形式，我国现阶段的矿山有矿井式和露天矿山式，所以其矿山供电系统也不同，下面分别加以介绍。一 矿井供电系统 矿井供电系统决定于井田围、
13、煤层倾角、埋藏深度、设计年产量、开采方式、涌水量以及井下负荷等因素，其供电系统必须符合安全、可靠、经济的原则。下面介绍矿井供电系统的类型。（一）深井供电系统 埋藏深、倾角小、负荷大和涌水量大，多采用将610kv高压直接送入井下的供电方式，称为深并供电系统。这种供电方式由设于地面的矿山变电所引出6kv10kv高压电缆，通过井筒送至井下中央变电所，然后从井下中央变电所沿铺设的高压电缆送到井下各高压用电设备和采区变电所，直至工作面配电点，形成地面变电所中央变电所采区变电所工作面配电点的4级供电系统，如图118所示。井底车场及附近的低压用电设备的供电，是由设在中央变电所的变压器降压后供给的；采区的低压
14、用电设备的供电，是由来区变电所降压后供给的。采区的综采设备高压由采区变电所高压或中央变电所高压电缆供给，低压通常由采区变电所引出的高压电缆，送至工作面附近巷道的移动变电站降压后供给；若距离近也可由采区变电所变压器降压后供给。（2）浅井供电系统 埋藏浅(100200m)、井田围大、负荷小和涌水量不大的矿井，可采用浅井供电系统，如图119所示。 浅井供电系统的特征是两级供电，高压电缆不下井。浅井供电主要有以下3种方式。 1井底车场及附近低压用电 地面降压后，由低压电缆通过井筒送到井底车场配电所，再分配给各级低压用电设备。井下架线式电机车所用直流电源，也是由地面变电所整流后，将直流电用电缆沿井筒送到
15、井底车场配电所供给。 2采区负荷小且无高压设备 由地面变电所通过高压架空线将电能送到采区工作面的地面上的变电室或变电亭，然后就地降压后，用低压电缆经钻孔送到井下采区配电所，再由其分配给工作面配电点和低压用电设备。 3. 采区负荷大且有高压设备 使用高压电缆将高压电能经钻孔送到井下采区变电所，再由采区变电所分配供电。 在浅井供电系统中，采区用电基本都是通道采区地面直通井下的钻孔完成的，所以也称为钻孔供电系统。为了防止钻孔壁塌落挤压电缆，钻孔中敷设有钢管保护，电缆穿过钢管送到井下采区。 浅井供电系统可节省井下价格昂贵的高压电气设备和电缆，并减少井下变电铜室的开拓量，投资少，所以经济、安全。不足之处
16、是需打钻孔和敷设钢管，而且钢管使用完不能回收。矿井采用哪种供电方式，应根据矿井的具体情况并进行经济技术比较后确定。（3）井下中央变电所1. 井下中央变电所结线 井下中央变电所是井下供电的核心担负着井下供电的重要任务，其结线如图120所示。结线原则是高压母线采用单母线分段方式，母线数与下井电缆数对应，各段母线通过高压开关联络。正常情况下，多采用分列运行的方式；当某一厂井电线出现故障时，才将联络开关闭合。 井下高压水泵是井下中央变电所的重要负荷，应分别接在母线各段上，以保证供电的可靠。向采区供电的电缆也应分别按在母线各段上，这样当某段母线出现故障时不会造成全矿采区的停电，从而影响煤炭生产。 井下电
17、机车需要的直流电源，通常采用的是硅整流装置，为了保证供电的可靠，也应分别接在母线各段上。井底车场及附近低压动力和照明用电，一般设置两台变压器供电。当主排水泵为低压水泵时，变压器的容量和台数的选择，应保证备用变压器能提供排出最大涌水量所需的容量。 井下中央变电所应留有高、低压配电装置的备用位置，其数量一般不少于各自安装总数的20，以适应发展的需要。2井下中央变电所的位置和硐室布置选择井下中央变电所的位置，应遵循以下原则：(1)尽量靠近负荷中心，以节省电缆，减少电能和电压损失。(2)井下中央变电所通风要良好。(3)进出线方便，交通运输便利。(4)井下中央变电所的顶底板要坚固，无淋水现象。按上述条件
18、，通常变电所硐室设在井底车场附近，直接与中央水泵房相连，有条件时应与电机车用的变流所联合建筑，如图121所示。井下个央变电所应特别注意防水、防火与通风问题。为了防水，井下中央变电所的地面应比并底车场的轨道面标高高出0.5m。为了防火，硐室应用耐火材料支护，出口5m以的巷道也用耐火材料支护；硐室电缆应用不带黄麻保护层的；硐室还应设有砂箱和干式灭火器材。井下中央变电所设备布置如图122所示。井下中央变电所的变压器与配电装置分开布置；高压与低压配装装置及直流设备也应分开布置；设备与墙壁间要留有0.5m以上的过道。各设备之间应留0.8m以上的间距或根据具体情况留设间距，以方便维护和检修。完全不需要从两
19、侧或后面进行检修维护的设备，可以不留间隙放置。3采区变电所与移动变电站(车)采区变电所是采区供电的中心，其任务是将井下中央变电所送来的高压电变为低压电，并将此电力配送至采掘工作面及附近的用电设备。1)采区变电所结线采区变电所结线如图123所示。由图可知，变电所每台动力变压器高压侧都装有一台高压配电箱，低压侧各装有一台总开关；采掘工作面及附近的供电都经过各磁力分开关配送处去。照明变压器一般用手动开关控制。另外还装有绝缘监视用的检漏继电器等。 单电源进线的采区变电所，如变压用不超过两台且无高压配出线的，可不设电源进线开关；否则，为了操作的方便，设电源进线开关。 双电源进线的采区变电所，采用单母线结
20、线时，应一路工作一路备用；若需同时工作，母联开关应断开，使两电源回路分列运行。双电源进线适用于综采工作面或下山采区行排水泵的采变电所。采区变电所变压器通常采用分列运行的结线方式，低压侧各装有台总馈电开关，各变压器形成独立的供电系统。 每台变压器的低压侧都装有检漏继电器，它与变压器低压侧总馈电开关配合使用，起漏电保护作用。若总馈电并关有漏电保护时，可不再装设检漏继电器。 2)采区变电所位置和硐室布置 采区变电所位置的确定原则向中央变电所类似，但根据采区生产的特殊性还要求每个采区应只设一个变电所对全采区供电；如不可能，也应尽量少设变电所，以减少变电所迁移的次数。 因此，通常将采区变电所设置在采区装
21、车站附近，或设置在上(下)山巷道与运输平巷交叉处或两个上(下)山巷道之间的中间位置。采区变电所的防水、防火、通风等安全措施与中央变电所相同。硕室长度若超过10m，应有两个出口，以保证通风的良好。采区变电所硐室布置如图124所示。变压器可与配电设备布置在向硕室但分开布置，高、低压设备应分开布置，检漏继电器放置于闲空墙壁的支架上。各设备间及与墙壁间根据实际需要可预留检修维护通道。 3)移动变电站(车) 由于综采工作面设备多，容量大，采区围广，回采速度快，使用固定的采区变电所不经济，也满足不了技术上的要求，所以必须采用移动变电站。移动变电站是由特制的高压配电装置、干式变压器及低压配电装量组成的整体，
22、放置在一辆车上，可以移动，距工作面一般50300m。随工作面每推进100200m，移动一次。由于高压进线电缆每100m就采用防爆插销连接一次，可以仲缩，故低压供电距离般小于500m。 4工作面配电点为了便于操作采掘工作面的电气设备，必须在工作面附近的巷道中设置控制开关和启动器，由这些装置组成的电器总体叫做工作面配电点。工作面配电点分为采煤和掘进两种。采煤工作面配电点距采煤工作面5080m；掘进工作面配电点距掘进工作面80100m。工作面配电点也随工作面的推进而相应前移，图125为采煤工作面配电点的布置及配电示意图。二 露天矿供电系统 露天矿供电系统一般分为两类，分别是地面供电系统与坑供电系统。
23、地面供电系统与矿山变电所的供电系统很相似，在此不多阐述。下面主要介绍坑供电系统。 露天矿坑供电系统主要由坑的配电所、配电线路和配电点等联成的系统所组成。坑配电方式的选择原则是易架设；随工作面可推进，移动方便；受爆破影响小，可以保证安全、经济、可靠地供电；坑配电系统比较典型的方式有横式配电系统、纵式配电系统、边缘式配电系统和放射式配电系统。1.横式配电系统横式配电系统适合于台阶数多而不太长的大型露天矿坑配电，如图126所示。3kv/6kv架空线路沿横向工作面或台阶敷设。其配电线路电杆必须加固和架高，以防倒杆和碰线事故。该配电系统受爆破作业影响小，但随工作面的推进，输电线路的缩短和延伸较为困难。2
24、.纵式配电系统 纵式配电系统如图l27所示。3Lv6kv架空线路由变电所引出，顺开采工作面架在可移动式的电杆上，300400m设一配电点，三个开采台阶架设一趟线路。纵式配电系统的特点是；架空线路敷设力向与电铲等移动方向平行，避免了生产过程小的碰线事故；架线工作较容易；但受爆破影响大，移动工作量大时间长。该系统适用于大而长的露天矿坑配电。3. 边缘式配电系统小型露天矿的坑配电，通常采用边缘式配电系统，如图128所示。3kv6kv架空线路由变配电所引出，沿坑的边缘敷设。采用橡套电缆将电送至单斗电铲等机械设备所用的低压变压器。该配电系统结构简单，而且沿坑线路可采用永久性的水泥杆。延伸到坑的线路可采用
25、木杆架设，再经跌落式熔断器和橡套电缆向各用电设备供电。4. 放射式配电系统 6KV架空线路变电所引至露天矿坑帮的配电点，再通过高压橡套电缆送到坑各工作台阶上的单斗电铲及其他设备的低压变压器。如图129所示为放射式配电系统，该配电系统接线点和配电点接线简单，有的甚至就安装在电杆上。电缆和架空线之间，有的只需安装隔离开关即可。配出线的过流保护讨利用变电所的配电开关拒来保护，有的在隔离开关负荷侧加装高压熔断器或跌落式熔断器来进行短路保护。放射式配电方式较为简单，适用于小型露天矿的坑配电。943 供配电系统负荷计算与变压器选择9.4.3.1 概述 供配电系统的负荷计算是为了选择变压器的台数和容量大小。
26、根据实际正确计算负荷的大小十分重要，它将对供电的安全、可靠和经济有重要的意义。变压器容量过大不仅投资大，而且空载损耗也大，系统功率因数低；反之容量过小，变压器就将长期过负荷运行，铜损增加，线圈过热，可能烧坏线圈的绝缘或缩短变压器的寿命，既不经济也不安全可靠。下面介绍几种负荷的计算方法。 目前，我国负荷计算的方法主要有需用系数法和二项式法。需用系数法计算简便，其计算结果能满足工程上的要求，所以应用广泛。二项式法通常用于设备数量少而容量变化大的负荷计算，其计算过分突出了最大用电设备的影响，因而计算结果往往偏大，但可弥补需用系数法的不足。一、电力负荷有关概念1. 长期连续工作制负荷 长期连续工作制设
27、备长期连续工作，负荷比较稳定，如通风机、水泵、机床电动机和照明灯等。2. 短时工作制负荷 短时工作制设备工作的时间短，停歇的时间相对较长，如机床上的辅助步进电动机和升降电动机、小绞车等。3. 断续周期工作制负荷断续周期工作制设备周期性地工作停歇一工作，如此反复进行，而且工作周期不超过10min，如电焊机、吊车电动机等。二、 用电设备容量的确定 用电设备的额定容量是指用电设备在额定电压下，在规定的使用寿命能连续输出或耗用的最大的功率。对电动机巾言，额定容量则是指其轴上正常输山的最大功率。因此其耗用的功率应为其额定容量除以其效率。对电灯和电炉等，额定容量是指其在额定电压下耗用的功率，而非其输出的功
28、率。 不同工作制的用电设备其功率统计有所不同。 长期连续工作制用电设备的功率就等于其铭牌上的额定功率。 短时工作制用电设备的功率，按额定功率考虑。若该类设备只在故障或检修时用，是支线负荷按额定功率确定，干线上就不用考虑了。但若容量较大，影响干线设备选择时，应适当考虑。 断续周期工作制设备的功率，是将用电设备在不同暂载率下的额定容量统一换算为规定的暂载率下的额定功率。当然换算是以“热量等效”原则进行的。 暂载率又称负荷持续卒或相对工作时间，用符号表示。通常用一个工作周期的工作时间t与上作周期T的百分比来表示式中 T工作周期； t工作周期工作时间； t0工作周期停歇时间。采用断续周期工作制设备的额
29、定容量PN，对应于某一标淮负荷暂载率N。如实际运行的负荷暂载率N，则实际容量Pe应按向周期等效发热条件进行换算。由于电流I通过电阻为R的设备在t时间产生的热量为I2Rt，因此在设备产生相同热量的条件下，I。由式(21)可知，同一周期T的负荷暂载率为。因此，设备容量与负荷暂载率的平方根成反比。所以，如设备在N下的容量为PN，则换算到下的设备容量P。为3、 负荷曲线 负荷曲线是表水电力负荷随时间变化情况的图形。绘制在直角坐标系中，纵坐标表示负荷功率，横坐标表示负荷变动所对应的时间。负荷曲线按负荷绘制方式分为依点连接负荷曲线，如图2la所示；梯形负荷曲线，如图21b所示。 负荷曲线按负荷对象分为企业
30、、车间和设备的负荷曲线。 负荷曲线按负荷功率性质分为有功和无功负荷曲线。 负荷曲线按所表不的负荷变动时间分为年、月、日和工作班的负荷曲线。 年负荷曲线。般是根据冬口和夏日来绘制。这种负荷曲线从大到小依次排列，反映了全午负荷变化与对应的负荷持续时间(全年按876Dh)的关系。这种年负荷曲线全称为年负荷持续时间曲线，如图22a所示。年负荷曲线的另一种形式是按全年每日的最大半小时负荷来绘制，全称为年每口最大负荷曲线，如图22b所示。这种年负荷曲线主要用来确定何时段投入多少台变压器适宜，而为一时段又怎样投入变压器合适，从而使供电系统的能耗达到最小，以求得最大的经济效益。 下面讨论一下负荷曲线与负荷计算有关的物理量。 年最大负荷PMax，全年中有代表性的为最大负荷的最大半小时平均负荷P30。年最大负荷利用小时Tmax为一假想的时间，在此时间，电
