矿山供电系统设计

9矿山生产系统设计9．4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％，白炽灯+3％~-2.5。(2)频率：额定频率50Hz，频率偏差不得大于±0.4％~±1％。(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，副井提升机等有内个独立的电源供电。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、10．5kv。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，在高压或超高压范围(35~500kv)。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)。反之距离区域变电所很近的矿区，就不需要设置35kv／6kv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内)，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0.110.115—0.1270.127（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.本表括号内的数字只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0．65kv两种。4.原绕组电压为3.15kv、6.3Kv、10．5kv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±3％—±5％。用于升压的变比器，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6300V／38500—36750—35000V。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36750—35000—33250V／6300V。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，大致范围见表。电压等级与输送距离和功率的范围电压等级/KV输送功率/KW输送距离/Km0.38100以下0.6以下0.66100~1500.6~13100~10001~361000~12004~1510200~20006~20351000~1000020~27603500~3000030~10011010000~5000050~150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范围、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6~10kv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6kv／10kv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1—18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；采区内的低压用电设备的供电，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。（二）浅井供电系统埋藏浅(100~200m)、井田范围大、负荷小和涌水量不大的矿井，可采用浅井供电系统，如图1—19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。（三）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1—20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