煤矿供配电系统

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前 言

目前，电力已经被广泛应用于社会的各个领域。随着电力在国民经济和人们日常生活中的作用越来越重要，电力的安全、经济输送成了人们研究的一个重要课题。在我国，由于历史诸方面的原因，目前越来越多的出现某地某个电力系统面临着因用电负荷的快速大量增加而不能安全经济运行的局面。对存在类似这样的问题的供电系统进行合理的技术改造成了许多电力部门亟需解决的问题。本人不揣浅陋，在邹老师的指导下，通过对这一问题的研究，完成了本毕业设计。

本毕业设计针对义（马）煤（业）集团新安煤矿供电系统存在的问题，提供了两种可供选择的技术改造方案，并对两种方案分别进行阐述和简单的对比。然后主要针对第二种方案展开技术论证。通过大量的相关技术参数的计算，内容翔实的方法论证和校验，可以证明第二种方案从技术上讲是完全可行的，它又能从根本上解决现有供电系统存在的问题。通过上述论述和与第一种方案的综合比较，作者主要突出第二种方案技术上的优势。作者的本意就是向煤矿方面推荐作者着重论述的第二种方案，希望煤矿方面能够从长远规划出发，采用第二种方案。

限于作者的水平十分有限，再加上时间仓促，本毕业设计种难免出现不严密之处或这样那样的错误，恳请各位老师批评指正。

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1 概述

要搞好这个设计题目，必须首先对供电系统中的某些知识有一个总体的了解，现简单介绍如下。

1.1 《煤矿安全规程》中的有关规定

第441条

矿井应有两回路电源线路，当任一回路发生故障停止供电时，

另一回路应能担负矿井全部负荷。年产60000t以下的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源；备用电源的容量必须满足通风、排水、提升等的要求。

矿井的两回路电源线路上都不得分接任何负荷。

正常情况下，矿井电源应采用分裂运行方式，一回路运行时另一回路必须带电备用，以保证供电的连续性。

10kV及其以下的矿井架空电源线路不得共杆架设。 矿井电源线路上严禁装设负荷定容量。 第442条

对井下各水平中央变（配）电所主排水泵房和下山开采的采

区排水泵房供电的线路，不得少于两回路。当任一回路停止供电时，其余回路应能担负全部负荷。

主要通风机、提升人员的上井绞车、抽放瓦斯泵等主要设备，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路；受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。

本条上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷。

本条上述设备的控制回路和辅助设备必须有与主要设备同等可能的备用电源。

1.2 供电系统的要求

1.2.1 一般用户对供电的要求 保证供电安全可靠：

安全是指不发生人身触电事故和因电气故障而引起的爆炸、火灾等重

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大灾害事故。尤其是在一些高粉尘、高湿、有易爆、有害气体的特殊环境中，为确保供电安全，必须采取防触电、防爆、防潮、抗腐蚀等一系列技术措施，正确选用电气设备、拟定供电方案，并设置继电保护，使之不易发生电气事故，一旦发生，也能迅速切断电源，防止事故的扩大并避免人员的伤亡。

供电的可靠性是指供电系统不间断供电的可能程度。为了保证供电系统的可靠性，必须保证系统中各电气设备、线路的可靠运行，为此应经常对设备、线路进行监视、维护，定期进行实验和检修，使之处于完好的运行状态。此外，对一、二级负荷采用两独立电源或双回路供电，则是最重要的设计措施之一。

保证供电电能质量：

对于用户，良好的电能质量是指电压偏移不超过额定电压的±5%。频率偏移不超过±0.2～0.5Hz，正弦交流的波形畸变极限值在3%～5%的允许范围之内。在电能的质量指标中，除频率一项用户不能控外，其余两项指标都可以在供电部门和用户的共同努力下，采用各种技术措施加以改善并达到允许范围之内。

保证供电系统的经济性：

该项要求供电系统的一次投资要少，运行费用要低。在满足前两项要求的前题下，尽可能节约电能和减少有色金属的消耗。

总之，要在保证安全可靠的前题下，使用户得到具有良好质量的电能，并且在保证技术经济合理的同时，使供电系统结构简单、操作灵活、便于安装和维护。

1.2.2 矿区供电的一规定

矿区总体供电应根据煤炭系统电力负荷的分布和发展情况，结合地区电力规划，照顾当地农用和其他需要，合理确定供电电源、电压等级、供电系统和建设顺序。供电系统应有利于分期建设，不建或少建临时工程。

供电系统采用6、35千伏及以上电压，当两种电压的技术经济比较相差不多时，宜采用较高电压方案。在10千伏系统已经形成的矿区，经技

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术经济比较，宜可采用10千伏供电。

矿区电源一般取自电力系统，确有技术经济根据时，可建自备电场。 每一矿井应有两回电源线路，当任一回发生故障停止供电时，另一回应能担负矿井全部负荷。矿井的两回电源线路上，都不得分接任何负荷；特殊情况，经省（区）煤炭局批准，其中一回可不在此限。

由两回及以上线路供电时，其中一回停止运行，其余线路对矿井、露天应保证全部负荷，对其他用电单位应保证其全部负荷的75%。

矿区或大型矿井变电所的数量、容量和所址位置的选择，除应接近负荷中心，便于进出线、有发展余地、不占或少占用农田、地形地质条件适宜尽量不压资源；运输、通讯、给水、采暖方便等条件外；尚应考虑分期建设、投资效果与矿区总体供电系统一起经方案比较后确定。

矿区和主要企业送电线路的导线均应按经济电流密度选择，按允许电压损失及允许载流量的条件验算。

矿区变电所主变压气一般选用两台。当一台停止运行时，尚应保证安全和原煤碳生产用电负荷，且不小于全部负荷的75%。

对于经过审定的矿区逐年用电负荷发展计划，矿区供电系统分期建设规模等各项原则方案，必须与当地电力部门密切联系，共同协商，并进量取得协商纪要或书面协议。

1.3 架空导线截面的选择校验

架空导线截面的选择对电网的技术、经济性能影响很大，在选择导线截面时，既要保证工矿企业供电的安全与可靠，又要充分利用导线的负荷能力。因此，只有综合考虑技术、经济效益，才能选出合理的导线截面。

1.3.1 高压架空线路截面选择计算 1.3.1.1 按长时允许电流选择导线截面

电流通过导线将使导线发热，从而使其温度升高。当通过电流超过其允许电流时，将使导线过热，严重时将烧毁导线，或引起火灾和其他事故。为了保证架空线路安全可靠地运行，导线温度应限制在一定的允许范围。为此，通过导线的电流必须受到限制，保证导线的温度不超出允许范围。

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选择导线截面应使线路长时最大工作电流Ica（包括故障情况）不大于导线的长时允许电流Iac，即

Iac≥Ica

裸导体的长时允许电流如表1－1所示。

表1－1

裸导体的长时允许电流（环境温度为25℃，导线最高允许温度70℃） 铜 线 铝 线 钢芯铝线 导线 长时允许电流A 导线 长时允许电流A 导线 室外长型号 型号 型号 时允许室内 室外 室内 室外 电流A TJ-4 50 25 LJ-16 105 80 LGJ-16 105 TJ-6 70 35 LJ-25 135 110 LGJ-25 135 TJ-10 95 60 LJ-35 170 135 LGJ-35 170 TJ-16 130 100 LJ-50 215 170 LGJ-50 220 TJ-25 180 140 LJ-70 265 215 LGJ-70 275 TJ-35 220 175 LJ-95 325 260 LGJ-95 335 TJ-50 270 220 LJ-120 375 310 LGJ-120 380 TJ-70 340 280 LJ-150 440 370 LGJ-150 445 TJ-95 415 340 LJ-185 500 425 LGJ-185 515 TJ-120 485 405 LJ-240 610 -- LGJ-240 610 TJ-150 570 480 -- -- -- LGJ-300 700 TJ-180 645 550 -- -- -- LGJ-400 800 TJ-240 770 650 -- -- -- -- -- 一般决定导线允许载流量时，周围环境温度均取+25℃作为标准，当周围空气温度不是+25℃，而是θ正：

Ial?Iac式中

′0

时，导线的长时允许电流应按下式修

??m??0?IacK (1－1)

?m??0′0

Ial——环境温度为θ

′0

时的长时允许电流，A；

Iac——环境温度为θ０时的长时允许电流，A； θ

——实际环境温度，℃；

θ０——标准环境温度，℃； θm——导线最高允许温度，℃； Ｋ——称为电流修正系数。

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导线电阻：R21?0.163?4.5?0.7335? 有功损耗：

2?P21?3IgR21?10?3kW?3?3302?0.7335?10?3?239.63445kW

年损耗电费：

?A21??P21???j?239.63445?4500?0.51

?107.84?0.51?55万元

2.8.2.2 L22与L23并联运行（Ⅱ与Ⅲ回架空线）

导线LGJ-240与LGJ-185并联，几何均距1.25m，电流cos??0.9,sin?0.436，两导线的线路长均为3.5km

L22电阻：R22?0.163?3.5?0.5705? L22电抗：X22?0.327?3.5?1.1445?

并联运行后等效电阻，电抗

R0.455?0.57052?0.455?0.5705?0.2531?

X.1164?1.14452?11.1164?1.1445?0.5651?

有功损耗： ?P2?322=3IgR2×10kW =3×7002×0.2531×10?3 =372.1 kW

年损耗电费：?A22=?P22?j=372.1×4500×0.51 =85.4×0.51=43.554万元 常村矿三回路6kV架空线年损耗电能

??E?107.84?85.4?193.24万度

常村矿三回路6kV架空线年损耗电费

??A?55?43.554?98.554万元

2.8.2.3 全年35kV、6kV架空线总损耗电能 216.2+193.24=409.44万度

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700A，

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2.8.2.4 全年35kV、6kV架空线总损耗电费

110.25+98.554=208.8万元

2.9 原系统最大功率电动机起动电压计算

以前有关书及手册中的算法未考虑千伏级大容量电动机的起动电流折算到6千伏侧使6千伏线路压降增加而影响电机端电压的情况，故常有起动电压损失校验合格而电动机仍起动困难的问题发生，就像该矿一样，若按以前的计算方法，起动电压损失仅为18.64％，现场中电机就起动不起来。因此在实际工作中应计入6千伏侧因电动机起动而引起电压损失增加的影响。当然，在6千伏供电线路较短时，不考虑其电压损失工程上是可以接受的，因为其上的电压损失很小，可以忽略。然而当线路较长时，其上的电压损失就不得不考虑。

由资料可知，最大功率的电动机为2×400kW为运输机。

由以前的计算可得： L22-、L23的并联阻抗Z1为

Z1=0.2531+0.5651j

L41的阻抗Z3为

Z2=1.236+0.24j

运输机的额定工作电流IN由下式得：

PIN?

3UNcosΦη ?2?400?1033?1140?0.8?0.98=517A

P——运输机的额定功率 UN—— 额定电压 cosΦ——额定功率因数 η—— 额定效率 折算到高压侧为：

I1?517?12001=517?=103 60005

按半小时最大实际负荷进行校验

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2×400kw运输机起动前：

流过Z1的电流为 I1=700-103=597A 流过Z2的电流为 I3=150-103=47A 则对应线路上电压损失分别为：

cosΦ=0.9 sinΦ=0.0.436 △U1=3I1（R cosΦ+X sinΦ）

=3×597×（0.2531×0.9+0.5651×0.436） =490.31V

△U2=3I2（R cosΦ+X sinΦ）

=3×47×（1.236×0.75+0.24×0.6614） =88.39V

所以至2107工作面的移动变电站时总的电压损失为：

△U=△U1+△U2 =490.31+88.39 =578.7V

所以运输机刚起动时变电站二次侧实际电压U2为：

1200 U2=U-△U=（6300-578.7）×=1144.26V

60001144.26相电压为： U2??=660.64V

3KSGZY型移动变电站，用于把从煤矿井下采区变电所引来的6KV高压，变为1.2kV或0.69kV电压，向采煤工作面电气设备供电。移动变电站具有隔爆结构，使用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井。其型号含义为：K，矿用隔爆；S，三相；G，干式；Z，组合；Y，移动。

移动变电站由一台FB-6型隔爆负荷开关、一台KSGB型隔爆干式变压器和一台DZKD型隔爆低压馈电开关组成。高压负荷开关箱包括高压电缆连接器。三部分之间用法蓝隔爆面和紧固螺栓连成整体，该整体靠变压器拖撬下面的有边滚轮在轨道上随采煤工作面的推进前移，移动变电站的主 要技术数据见下表2-1。

由表2-1KSGZY-1600/6参数可得：

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3UN3?1200 =769.8A

8000?P相电阻RT为 RT?2? 23I2N3?769.8 =0.0045Ω

6%U2N6%?1200阻抗ZT为 ZT? ?3I2N3?769.8二次侧额定电流I为 I2N?SN?1600?103

=0.054Ω

22?XT由 ZT?RT 得

电抗XT为 XT?0.0542?0.00452=0.0538Ω 运输机回路中流过其它负载的电流（低压侧）I／为 6000 I??150??IN

12006000?150??517

1200 =233A

??3U2NI?=P／/ cosΦ 因为 SN所以 P／= 3U2NI? cosΦ （cosΦ=0.75） = 3×1200×233×0.75

=363.2kW

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表 2-1 KSGZY型矿用隔爆移动变电站主要技术数据

型号 额定容量kVA 额定电压 kV 高压 KSGZY- 315/6 KSGZY- 500/6 KSGZY- 630/6 KSGZY- 800/6 KSGZY- 1000/6 KSGZY- 1600/6 315 500 630 800 1000 1600 6-2×4% 6±5% 6-2×4% 6±5% 6-2×4% 6±5% 6±5% 6±5% 6±5% 低压 1.2 0.69 1.2 0.69 1.2 1.2 1.2 1.2 高压侧分接头电压kV 定 -4% 6 6 6 5.76 5.76 5.76 -8% 5.52 5.52 5.52 损耗 W 空载 1700 2300 2800 2300 2700 4000 短路 2300 3600 4100 5000 5500 8000 阻抗 电压 % 4 4 4 空连接 载 组别 电流 % 6.5 6 6 Y，y0 Y，d11 Y，y0 Y，d11 Y，y0 Y，y0 Y，y0 Y，y0

5.5 1 6 1 6.5 1 采用等值阻抗计算法，可以较正确计算出机组电动机的起动电流和起动时电动机的端电压。

机组起动电流计算功率分布如下图2-1所示：

图2-1

根据工程经验取运输机的电动机额定起动电流为正常工作时的5.5倍，即：

ISTN=5.5IN =5.5×517 =2843.5A

起动时的功率因数cosΦST=0.35

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tpth.html