煤矿供电高压侧设计研究

徐国强

(华晋焦煤有限责任公司，山西 太原 030001)

采区变电所是煤矿井下供电的核心环节，工作面配电点是生产及附近辅助设备的配电中心，为实现安全高效生产，合理地确定采区变电所的供电系统结构，进行设备布置优化是供电设计的重要任务之一。煤矿供电设计包括负荷统计、变压器选择、高压电缆选择与校验、短路电流计算、低压电缆选择与校验、移动变电站校验、馈电开关选择与校验、磁力启动器选择与校验、整定计算报告编制等诸多技术环节，其中煤矿工作面供电系统的正确设计，对于准确选择变压器容量、开关容量、电缆型号，进而进行准确地计算、整定具有重要意义。供电系统的安全可靠运行、设备容量的合理、保护的动作灵敏度对于安全生产具有至关重要的作用［1］。

国内外学者围绕供电设计工作开展了一系列研究，取得了丰硕的研究成果，文献［2］从构建合理的电网结构、改善电网运行方式、提高供电电网的装备质量、灾害预防、强化管理与检修、加强管理与培训等方面给出了系列建议。文献［3］针对复杂供电系统电网中短路电流计算的技术难点，综合了绝对值计算法与相对值计算法的优缺点后，提出了一种准折算值法，具有公式简单，计算步骤易于掌握、公式优化等优点。文献［4］针对中小煤矿供电设计中的突出问题，通过导线截面的合理选择、变压器的合理选择与应用、无功补偿的应用、软启动器的应用等方式优化了供电设计。文献［5］针对煤矿供电设计中经常出现的一些问题，提出了弧光过电压的治理措施、完善电力监控措施、供电电源的优化选择、供电管理机制的革新、供电节能措施的完善等方面进行了系统地阐述。上述研究从不同角度对供电设计提出了建议，为供电设计的安全性与规范性提供了理论指导。

本研究针对煤矿供电设计中较难的技术问题—高压供电设计，包括高压电缆、高压配电装置、移动变电站的计算与保护整定等技术，研究提供一种比较实用的计算方法，为煤矿供电设计的优化提供一种借鉴，提高煤矿安全生产水平。

1 负荷统计与高压供电设备

例如，某排水系统有5台排水设备，工作电压为660 V，额定功率因数均为0.85。现为此排水系统设计高压供电系统，系统额定短路容量为70 MVA。负荷统计表见1。

表1 负荷统计表

首先选择移动变电站:

负荷额定总功率360 kW，最大电机功率120 kW，因此，需用系数为:

所有设备平均功率因数为:

设备计算负荷为:

考虑供电系统后续扩展及实际下游供电设备，选用KBSGZY－630/10/0.69型号移动变电站，其额定容量为630 kVA。

其次选择高压配电装置:

现有1台PJG200 A/10 kV的高压配电装置单独为该系统系统供电，额定开断电流12 500 A，额定热稳定电流12 500 A，额定断流容量217 000 VA，现分析其供电合理性。

系统长时负荷电流:

高配出口处最大三相短路电流为:

热稳定电流:

式中:

tph—系统短路电流作用的假想时间，s;

tts—高配热稳定电流所对应的时间，s。

断流容量为:

因此，分断能力、热稳定性与断流容量均满足校验条件。

2 高配与移动变电站之间的高压电缆校验

根据式(4)可知，持续工作电流为14.7 A。

首先初选电缆:

选择MYJV22－3x95型电缆，允许长时载流量为250 A，截面面积为 95.00 mm2。

计算电压损失并校验:

电压损失为:

式中:

Lg—所选型号电缆长度;

R0—每公里电阻;

X0—每公里电抗;

tanφ—所带负荷平均功率因数角正切值。

热稳定性校验:

计算三相短路电流为:

因此，根据计算可得热稳定电缆截面为:

式中:

C—所选电缆的热稳定系数。

3 高压配电装置保护整定

短路整定电流为

式中:

Ist·m—用电负载中功率最大一台的启动电流;

Σ IN—除最大功率设备外，其余设备的额定电流和;

实际中可选整定值为:Idz=120 A。

因此可得，整定灵敏度为:

满足整定计算要求。对移动变压电高压头的整定计算，与高压配电装置计算方法一致，代入相关参数即可。

4 总结

煤矿井下供电安全是煤矿安全生产的保证，在恶劣环境下，极易发生供电安全事故。如何合理地准确设计供电系统，计算与整定是两大难题，尤其是在高压部分，更是计算中容易忽视的问题，本研究从一个简单实例及负荷统计出发，分析了高压部分的计算方法，可为广大电气人员提供一种快速的计算方法。

［1］穆连生，郭增军，邸满田.煤矿综连采实用电工技术［M］.北京:煤炭工业出版社，2006:156－158.

［2］陈国强.提高煤矿供电系统可靠性的措施与对策［J］.能源技术与管理，2007(1):89－90.

［3］王红俭，吴 玲，申利燕.煤矿供电设计中复杂电网短路电流的准折算值计算方法［J］.煤矿机电，2009(5):72－74.

［4］窦勤耘，黎和凯.中小煤矿供电现状分析及改进措施［J］.煤矿机械，2006，27(4):677－679.

［5］蔡代平.对煤矿供电设计几个问题的看法［J］.煤炭技术，2012，31(11):39－40.