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近几年煤炭企业飞速发展,矿井的生产能力大幅提高,现在矿井的生产能力大约在60~1000万吨之间。矿井与工厂不同,矿井的自然条件千变万化,情况非常复杂,特别是开采深度、矿井涌水量、瓦斯相对涌出量以及工作面的机械化水平等与全矿井的用电负荷的大小密切相关。根据我国目前生产矿井的实际情况,矿井开采深度从几十米到千米变化,矿井小时涌水量从零到四、五千立方米变化,瓦斯相对涌出量从零到一百多立方米变化,工作面的机械化水平有炮采、机采、综采、水采等,因此矿井的用电负荷相差很大。根据矿井不同的生产能力及不同开采方式等,矿井的供电方式也有所不同。

矿井的供电,一般由地区电力网供电,在矿井内只设变电所,电压一般为35~110kV(个别地区也有220kV),变电所多数为终端和分支变电所。近年来国家大力提倡热电联产和资源综合利用,因此煤矸石热电厂和资源综合利用电厂不断出现,它们以本企业的热、电负荷为主,并与地区电网相联,构成地区电力网的一部分。其中有相当数量的煤矸石电厂直接给矿井供电,因而提高了矿井用电的自给率和矿区电力系统在地方电力网中的地位。

矿井供电的内容较广,一般包括矿井的供电电压、变配电所的数量、位置、规模以及与用户连接的供电系统。根据输电线路能输送的距离和负荷的大小、导线、电缆的经济电流密度、电压损失,确定矿井的供电电压,合理划分变电所的用户和送电范围。

现以一个年产600万吨的矿井为例,介绍矿井的供电系统。

本矿井共有主斜井、副斜井、副立井、回风立井四个井筒,其中主、副斜井及副立井位于工业场地内,回风立井位于风井场地内。井下采煤采用长壁大采高综采,装备具有世界先进水平的大功率、高可靠性设备,实现工作面单产年产500万吨以上。井下原煤通过主斜井带式输送机运至主斜井井口房,在经转载后进入选煤厂系统。

矿井工业场地分为矿井生产及辅助生产区、选煤厂生产及辅助生产区、行政福利设施区三部分。在矿井工业场地新建110kV变电所一座,矿井高压采用10kV供电,地面高压系统采用放射式,地面低压配电系统以树干式和放射式为主。根据场地布置和各建筑物内工艺设施及用电设备负荷情况,在工业场地内及其他场地内共设置了9个变配电点。矿井的工业场地布置图见附图1。

以下对矿井的供电系统进行简单介绍: 1、110kV变电所

工业场地110kV变电所110kV有两回电源进线,110kV系统采用双母线接线方式。10kV接线采用单母线分段接线,设分段断路器。

主变压器选用SFZ9-20000/110双绕组变压器3台。110kV配电装置选用LW35-126型自能式六氟化硫断路器6台,LW5-110ⅡD/630型隔离开关。

10kV配电装置选用KYN-10型金属铠装移开式高压真空开关柜45台。 10kV高压配电室中的两台KYN18A-10型金属铠装移开式高压真空开关柜内设SC-50/10 10/0.4kV电力变压器及相应的高低压保护元件,作为所用电电源。两个电源互为备用。选用一套微机监控高频开关直流电源装置(100Ah,双电池)作为断路器的操作电源、二次设备的电源以及变电所事故照明电源。

110kV变电所电气主接线图见附图2。 2、地面供配电

根据本矿井供电的要求以及负荷性质与分布,工业场地、风井场地采用10kV供电。高压配电系统采用放射式。

低压配电系统采用TN-C-S系统,动照合一。低压配电系统以放射式为主,辅以树干式。为提高功率因数,满足电网合理运行要求,采用就地平衡补偿无功的方式,在低压变电所中集中设无功补偿电容器,使功率因数达到规定要求。

地面供配电设备采用S9系列低损耗电力变压器及SC型干式电力变压器、KYN-10金属铠装移开式高压真空开关柜、GCK型低压抽出式开关柜及XL-52型低压动力配电箱等。

工业场地的主要高压负荷为主斜井带式输送机(3×1800kW)、副斜井提升机(482kW)、副立井提升机(388kW),主要低压负荷为主斜井井口房、副斜井井口房及空气加热室、副立井井口房及空气加热室、日用消防水泵房、锅炉房、井下水处理站、污水处理站、联合建筑、单身公寓等,根据负荷性质、场地布置,设以下变电所及配电控制室:

(1)副立井提升机配电

在副立井提升机房左侧设电控设备间,其双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段,双回380V电源引自主斜井井口房10/0.4kV变电所380V侧不同母线段。电控设备间设KYN-10型金属铠装移开式高压真空开

关柜4台、低压配电柜、整流变压器、励磁变压器、电抗器、直流快开、整流柜、励磁柜、控制柜等。

(2)副斜井提升机配电

在副立井提升机房后侧设电控设备间,其双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段,一回工作、一回备用;双回380V电源引自主斜井井口房10/0.4kV变电所380V侧不同母线段,。电控设备间设KYN-10型金属铠装移开式高压真空开关柜4台、低压配电柜、整流变压器、励磁变压器、电抗器、直流快开、整流柜、励磁柜、控制柜等。

(3)主斜井井口房10/0.4kV变电所及主斜井胶带输送机配电

本变电所及配电控制室同主斜井井口房联合建筑,双层布置。双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段,双回同时工作,一回故障时,另一回能带全部负荷。

胶带输送机配电控制室担负的高压负荷为主斜井胶带输送机,并向主斜井井口房10/0.4kV变电所供电。主斜井胶带输送机采用交-交变频调速装置,变频同步电机双机驱动,配电控制室内设KYN-10型金属铠装移开式高压真空开关柜10台、整流变压器、励磁变压器、变频柜、励磁柜、直流快速开关、控制柜等。高压开关柜内配置ZN65-12真空断路器,弹簧储能交流操作,保护与监测采用微机型综合保护装置。

主斜井井口房10/0.4kV变电所担负的低压负荷为主斜井井口房、副斜井井口房、空气加热室、副立井井口房及空气加热室、联合建筑、矿井联合修理车间等。变电所内设SC-800/10 10/0.4kV干式变压器2台,GCK型低压抽出式开关柜9台。

(4)行政福利区10/0.4kV变电所

本变电所设在工业场地行政福利区内,双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段。所担负的低压负荷为单身公寓、食堂、行政办公楼、招待所、医院、职工培训中心、汽车库及室外照明供电等。变电所内设S9-1250/10 10/0.4kV干式变压器2台,设GCK型低压抽出式开关柜9台。

(5)锅炉房10/0.4kV变电所

本变电所与锅炉房联合建筑,单层布置。双回10kV电源用YJV22-8.7/10 3×70mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母

线段,电缆长度~800m,担负的低压负荷为锅炉房、日用消防水泵房、井下水处理站、污水处理站及室外照明供电等。变电所内设SC10-1000/10 10/0.4kV干式变压器2台,设FN2-10高压负荷开关2台、GCK型低压抽出式开关柜13台。锅炉房变电所系统图见附图3。

(6)瓦斯抽放泵站10/0.69kV变电所

本变电所设在瓦斯抽放泵站场地,单层布置。双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段,担负的高压负荷为瓦斯抽放泵,担负的低压负荷为循环水泵及室内、外照明供电等。变电所内设备均选用矿用隔爆型。

(7)风井场地

在通风机房内附设高低压配电室,双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段,高压配电室内设KYN-10型金属铠装移开式高压真空开关柜9台、KYN26-10型金属铠装移开式高压真空开关柜2台、XL-52型低压配电箱2台,控制室设集控柜1台、风机监测装置一套。通风机房低压负荷由设在高压开关柜内的干式变压器(50kVA)供电。

(8)地面爆破材料库场地

地面爆破材料场地内设10/0.4kV变电所一座, 双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段。担负场地内所有库房、设备用电及室外照明供电。变电所内设S9-100/10 10/0.4kV油浸变压器2台,GCK型低压抽出式开关柜6台。

(9)选煤厂10kV配电室

选煤厂设10kV配电室一座,选煤厂10kV配电室双回10kV电源引自工业场地110/10kV变电所10kV侧不同母线段。配电室设KYN-10型金属铠装移开式高压真空开关柜20台。

3、井下供配电

本矿井井田走向长,采区范围大,并采用了大采高综采采煤工艺,单一采煤工作面的设备工作容量已超过7000kW,为使矿井稳产高效,并有效改善供电质量,本矿井应采用10kV下井供电。

采掘工作面采用矿用隔爆型移动变电站供电。综采工作面中的采煤机、刮板输送机、可伸缩胶带输送机、刮板转载机、破碎机供电电压为3300V,其余设备供电电压均为1140V;顺槽综合机械化掘进工作面、大巷综合机械化掘进工作

面中的采煤机供电电压为3300V,激光定向仪、电钻供电电压为127V,其他设备供电电压为1140V或660V。

井下供电网络为中性点不接地系统。由地面变电所至井下变电所的电缆线路上均装设零序电流互感器和选择性的单相接地保护装置;带式输送机机头变电所的高压馈电线上也装设有选择性的单相接地保护装置;盘区变电所至移动变电站的馈电线路上装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置。井下低压馈电线路上均装设有选择性的检漏保护装置。由上述装置对井下电网的绝缘状况进行连续检测,当电缆线路发生故障时,可及时切断电源,以保证矿井安全生产。

在井底水泵房的主、副水仓中各设一块主接地极,各机电硐室、配电点及接地盒处均设有局部接地极。所有电气设备的保护接地装置(包括电缆的铠装、接地芯线等)和局部接地极均同主接地极相连接,以形成总接地网,其接地电阻不得大于2Ω。

井上下供电系统示意图见附图4。

由以上的例子可以看出,一般大中型矿井,矿井建有一座110kV变电所(或35kV变电所)。如果是大型矿井,根据煤田的走向长度的不同,还建有一到三座35kV变电所,地面建有10~15座10kV变配电所。选用KYN-10型金属铠装移开式高压真空开关柜50~100台,GCK型低压抽出式开关柜100~150台。

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