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[摘 要]为满足矿井生产需要，本文对榆树沟煤矿供电系统进行了配套设计。按照煤炭工业矿井设计规范的要求，根据矿井负荷统计结果，对矿井地面变电所、地面供配电系统、下井电缆、井下供配电系统的规划与设计进行了说明。
[关键词]供配电系统 计算负荷 变电所 变压器 无功补偿 供电线路
中图分类号：TD61 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）34―0058―01
一、项目简介
榆树沟煤矿隶属于河北省张家口市沽源县管辖，矿井设计生产能力为120万t/年。本文对榆树沟煤矿供配电系统进行了配套设计。
二、供电电源
本矿井采用双回35kV电源供电。两回电源线路一回引自沽源110kV变电站35kV母线，该站为本地区的枢纽站，输电距离约35km；另一回引自2012年底建成的自黄盖淖110kV变电站35kV母线，输电距离约45km。
三、供电系统
1 输电线路
矿井35kV母线计算电流Ij=212A。设计按经济电流密度选择导线截面，并按电压损失校验。矿井年最大负荷利用小时数按5000h以上，经济电流密度J=0.9A/mm2，则
S=Ij/（N*J）=212/（1*0.9）=235mm2
若导线截面选为240mm2，线路安全载流量为610A，35kV架空导线LGJ—240在cosφ=0.95时，单位负荷矩电压损失为0.0215%MW-km，沽—榆线路电压损失：
ΔU=0.0215×35×12.22=9.2%
黄—榆线路电压损失：
ΔU=0.0215×50×12.22=13.1%
均不满足要求。为满足电压损失的要求，设计采用LGJ—2×240双分裂导线。经计算，沽—榆线路电压损失ΔU=3.55%；黄—榆线路电压损失ΔU=4.56%；满足矿区高压允许电压损失要求。
本矿位于河北省张家口市塞北管理区，年平均雷暴日数为40.3天，属高雷区，设计输电线路全线架设避雷线。为兼顾电力调度通讯，避雷线采用12芯OPGW光纤复合地线。直线杆采用钢筋砼上字型直线单杆；转角及耐张选用钢筋砼门型双杆，在大档距或交叉跨越处采用自立式铁塔。
2 地面供电系统
（1）地面主变电所设计 矿井地面设一座35/10kV变电所，变电所高、低压主接线均采用单母线分段系统。矿井地面变电所10kV母线补偿后计算有功负荷Pj=12122kW，无功负荷 Qj=3408kvar，视在功率 Sj=12627kVA，功率因数COSφ=0.96。
根据计算负荷结果，设计选用三台SZ11-8000/35、35±3×2.5%/10.5kV、8000kVA主变压器，接线组别Y，d11。为满足节能要求，变电所主变压器采用分列运行方式，两台运行一台备用，主变正常负荷率78.9%，故障保证率100%。
35kV系统按中性点不接地方式设计。矿井初期单相接地電容电流较小，10kV采用中性点不接地系统。矿井后期10k侧总单相接地电容电流约为14.7A，因此变电所预留两套接地消弧线圈安装位置。实测单相接地电容电流超过10A后，应安装两套接地消弧线圈，使得10kV中性点经消弧线圈接地。
由于矿井主、副井提升机采用直流传动系统，并且变频设备使用较多，谐波治理要求较高。本次设计选用静态电容器组和动态补偿组合的方式，设计选用1500kvar的SVG链式逆变器和1200kvar电容器组，既满足矿井无功补偿和滤波的要求，又节约了设备投资。
为防直击雷，35kV变电所设独立避雷针2座。变电站主接地网按不等间距方孔网布置，以水平接地体为主，垂直接地体为辅联合构成，变电站工频接地电阻不大于4Ω。
（2）地面供配电系统 矿井地面一、二级负荷采用双回电源供电，且双回电源直接引自矿井35/10kV变电所不同母线段，当其中一回电源故障时，另一电源可担负供电范围内的全部一、二级负荷用电。三级负荷由一回电源线路供电。由于主、副井提升机、地面空压机功率较大，设计采用10kV电源供电。
根据工业场地负荷分布情况，矿井地面变电所设置两台10/0.4kV动力变压器，负担主副井绞车房低压设备、副井井口房、排矸系统、机电修理间、联合建筑、单身宿舍、换热站、生活水处理等设备。
工业场地另设有通风机房变电所，以10kV向两台主通风机及所内两台动力变压器供电，其0.4kV主要负担括主通风机辅助设备、主井井口房、给水设备、制浆站、水源井泵房等。矿井生产系统变电所以～660V向原煤生产系统设备供电，660V配电系统中性点经电阻接地。铁路装车站变电所以10kV向装车带式输送机及所内两台动力变压器供电。各变电所均由两回10kV电源供电，且两回10kV电源均引自地面主变电所两段不同的10kV母线段。
3 井下供配电系统
井下计算负荷Pj=5234kW、Qj=4816kvar、Sj=7112kVA，计算电流410A。设计采用两回10kV电源向井下供电，双回电源引自矿井地面35/10kV变电所不同母线段，经副井引至井下中央变电所。下井电缆长度为650m。
下井电缆按经济电流密度选择，按载流量及电压损失校验。井下最大负荷利用小时按5000h，J=1.15A/mm2，则
S=In/（N×J）=410/（2×1.15）=178mm2
设计选用两根MYJV42-8.7/10kV、3×240mm2铠装电缆，环境温度为40℃时其载流量为482A，当一回电缆故障时，另一回能负担井下全部负荷的用电。一回路送电时，电压损失为0.52%<5%，满足规范要求。
井下设中央变电所、石门变电所。井下采用中性点不接地系统。
井下中央变电所主接线为单母线分段。变电所以10kV分别向石门变电所、上仓胶带机头高压配电点、主排水泵供电；以660V向水泵房电动阀门、井底水窝水泵、副井井底机械设备、架线电机车整流装置、定量装载设备等负荷供电。
石门变电所两回10kV电源电缆引自中央变电所不同母线段，石门变电所以10kV向综采工作面移动变电站、掘进工作面移动变电站供电；所内共设5台变压器，其中两台KBSG-500/10、10/1.2kV、500kVA变压器负担移动制氮机组用电；两台KBSG-400/10、10/0.69kV、400kVA变压器以660V向掘进工作面局扇、普掘工作面、轨道上山绞车等负荷供电；一台KBSG-200/10、10/0.69kV、200kVA变压器作为掘进工作面局部通风机专用变压器。掘进工作面配电设备实行风电瓦斯闭锁。
综采工作面皮带顺槽设备由设置在皮带顺槽的移动变电站供电。运输顺槽设备由运输顺槽移动变电站供电。每个综掘工作面配置二台移动变电站，其中一台为掘进机供电，另一台为综掘面其他设备供电。普掘工作面设660V配电点。
参考文献
[1]《煤矿安全规程》2012
[2]《矿山电力系统设计规范》GB 50070-94
[3]《煤矿井下供配电设计规范》GB 50417-2007
[4]《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215-2005
[7]《供配电系统设计规范》GB 50052-2009
[8]《10kV及以下变电所设计规范》GB 50053-94
[关键词]供配电系统 计算负荷 变电所 变压器 无功补偿 供电线路
中图分类号：TD61 文献标识码：TD 文章编号：1009―914X（2013）34―0058―01
一、项目简介
榆树沟煤矿隶属于河北省张家口市沽源县管辖，矿井设计生产能力为120万t/年。本文对榆树沟煤矿供配电系统进行了配套设计。
二、供电电源
本矿井采用双回35kV电源供电。两回电源线路一回引自沽源110kV变电站35kV母线，该站为本地区的枢纽站，输电距离约35km；另一回引自2012年底建成的自黄盖淖110kV变电站35kV母线，输电距离约45km。
三、供电系统
1 输电线路
矿井35kV母线计算电流Ij=212A。设计按经济电流密度选择导线截面，并按电压损失校验。矿井年最大负荷利用小时数按5000h以上，经济电流密度J=0.9A/mm2，则
S=Ij/（N*J）=212/（1*0.9）=235mm2
若导线截面选为240mm2，线路安全载流量为610A，35kV架空导线LGJ—240在cosφ=0.95时，单位负荷矩电压损失为0.0215%MW-km，沽—榆线路电压损失：
ΔU=0.0215×35×12.22=9.2%
黄—榆线路电压损失：
ΔU=0.0215×50×12.22=13.1%
均不满足要求。为满足电压损失的要求，设计采用LGJ—2×240双分裂导线。经计算，沽—榆线路电压损失ΔU=3.55%；黄—榆线路电压损失ΔU=4.56%；满足矿区高压允许电压损失要求。
本矿位于河北省张家口市塞北管理区，年平均雷暴日数为40.3天，属高雷区，设计输电线路全线架设避雷线。为兼顾电力调度通讯，避雷线采用12芯OPGW光纤复合地线。直线杆采用钢筋砼上字型直线单杆；转角及耐张选用钢筋砼门型双杆，在大档距或交叉跨越处采用自立式铁塔。
2 地面供电系统
（1）地面主变电所设计 矿井地面设一座35/10kV变电所，变电所高、低压主接线均采用单母线分段系统。矿井地面变电所10kV母线补偿后计算有功负荷Pj=12122kW，无功负荷 Qj=3408kvar，视在功率 Sj=12627kVA，功率因数COSφ=0.96。
根据计算负荷结果，设计选用三台SZ11-8000/35、35±3×2.5%/10.5kV、8000kVA主变压器，接线组别Y，d11。为满足节能要求，变电所主变压器采用分列运行方式，两台运行一台备用，主变正常负荷率78.9%，故障保证率100%。
35kV系统按中性点不接地方式设计。矿井初期单相接地電容电流较小，10kV采用中性点不接地系统。矿井后期10k侧总单相接地电容电流约为14.7A，因此变电所预留两套接地消弧线圈安装位置。实测单相接地电容电流超过10A后，应安装两套接地消弧线圈，使得10kV中性点经消弧线圈接地。
由于矿井主、副井提升机采用直流传动系统，并且变频设备使用较多，谐波治理要求较高。本次设计选用静态电容器组和动态补偿组合的方式，设计选用1500kvar的SVG链式逆变器和1200kvar电容器组，既满足矿井无功补偿和滤波的要求，又节约了设备投资。
为防直击雷，35kV变电所设独立避雷针2座。变电站主接地网按不等间距方孔网布置，以水平接地体为主，垂直接地体为辅联合构成，变电站工频接地电阻不大于4Ω。
（2）地面供配电系统 矿井地面一、二级负荷采用双回电源供电，且双回电源直接引自矿井35/10kV变电所不同母线段，当其中一回电源故障时，另一电源可担负供电范围内的全部一、二级负荷用电。三级负荷由一回电源线路供电。由于主、副井提升机、地面空压机功率较大，设计采用10kV电源供电。
根据工业场地负荷分布情况，矿井地面变电所设置两台10/0.4kV动力变压器，负担主副井绞车房低压设备、副井井口房、排矸系统、机电修理间、联合建筑、单身宿舍、换热站、生活水处理等设备。
工业场地另设有通风机房变电所，以10kV向两台主通风机及所内两台动力变压器供电，其0.4kV主要负担括主通风机辅助设备、主井井口房、给水设备、制浆站、水源井泵房等。矿井生产系统变电所以～660V向原煤生产系统设备供电，660V配电系统中性点经电阻接地。铁路装车站变电所以10kV向装车带式输送机及所内两台动力变压器供电。各变电所均由两回10kV电源供电，且两回10kV电源均引自地面主变电所两段不同的10kV母线段。
3 井下供配电系统
井下计算负荷Pj=5234kW、Qj=4816kvar、Sj=7112kVA，计算电流410A。设计采用两回10kV电源向井下供电，双回电源引自矿井地面35/10kV变电所不同母线段，经副井引至井下中央变电所。下井电缆长度为650m。
下井电缆按经济电流密度选择，按载流量及电压损失校验。井下最大负荷利用小时按5000h，J=1.15A/mm2，则
S=In/（N×J）=410/（2×1.15）=178mm2
设计选用两根MYJV42-8.7/10kV、3×240mm2铠装电缆，环境温度为40℃时其载流量为482A，当一回电缆故障时，另一回能负担井下全部负荷的用电。一回路送电时，电压损失为0.52%<5%，满足规范要求。
井下设中央变电所、石门变电所。井下采用中性点不接地系统。
井下中央变电所主接线为单母线分段。变电所以10kV分别向石门变电所、上仓胶带机头高压配电点、主排水泵供电；以660V向水泵房电动阀门、井底水窝水泵、副井井底机械设备、架线电机车整流装置、定量装载设备等负荷供电。
石门变电所两回10kV电源电缆引自中央变电所不同母线段，石门变电所以10kV向综采工作面移动变电站、掘进工作面移动变电站供电；所内共设5台变压器，其中两台KBSG-500/10、10/1.2kV、500kVA变压器负担移动制氮机组用电；两台KBSG-400/10、10/0.69kV、400kVA变压器以660V向掘进工作面局扇、普掘工作面、轨道上山绞车等负荷供电；一台KBSG-200/10、10/0.69kV、200kVA变压器作为掘进工作面局部通风机专用变压器。掘进工作面配电设备实行风电瓦斯闭锁。
综采工作面皮带顺槽设备由设置在皮带顺槽的移动变电站供电。运输顺槽设备由运输顺槽移动变电站供电。每个综掘工作面配置二台移动变电站，其中一台为掘进机供电，另一台为综掘面其他设备供电。普掘工作面设660V配电点。
参考文献
[1]《煤矿安全规程》2012
[2]《矿山电力系统设计规范》GB 50070-94
[3]《煤矿井下供配电设计规范》GB 50417-2007
[4]《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215-2005
[7]《供配电系统设计规范》GB 50052-2009
[8]《10kV及以下变电所设计规范》GB 50053-94