浅谈煤矿变电所选配技术及负荷计算等问题的分析与讨论

唐光华

【摘 要】电力系统作为煤矿企业的核心动力，对矿井生产、煤炭运输等重要生产工艺起到了决定性作用，对于整个煤矿采区的安全、稳定运行具有重要的意义。本文主要从电气專业角度，分析了煤矿变电所位置确定的基本原则，煤矿供电系统拟定的基本思路方法及负荷计算与无功补偿计算，在此基础上对煤矿变电所选址和配置等问题进行了讨论和研究。

【关键词】煤矿变电所 负荷计算 无功补偿 继电保护 接地保护

1前言

煤矿变电所供电系统的可靠性将直接影响其对矿井生产系统负载的供电能力，决定煤矿作业的安全性和可靠性。通过理论分析与实践，提高变电所供电可靠性的设计与技术管理工作，不断改善供配电的可靠性指标，是供电系统面临的重要课题，也是煤矿系统安全、经济、可靠运行的重要保障。作为一名煤矿机电技术人员，笔者从变电所及配电点位置、负荷计算、无功补偿计算以及接地保护等几个方面进行简要的论述，为煤矿变电所设计提供一定的参考和思路。

2煤矿变电所位置确定的基本原则

要搞好煤矿变电所设计，首先要做的是确定采区变电所位置，其基本原则如下：变电所要尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，确保供电质量；每个采区配置一个变电所为宜，负责整个采区的供电，避免和减少变电所迁移，节约变电所硐室的开拓费用；确保变电所内通风良好，温度不得超过附近巷道温度5℃；变电所选择地址要求地质条件好，顶底板稳定无淋水，设备运输及电缆进出要方便。上述条件在具体分析时，应全面分析，综合考虑。在确定变电所的位置时，一般要列出多种可行方案，进行技术经济比较后择优选用。随着采掘机械化的发展，煤矿工作面的电气设备较多、容量较大，而且工作面走向一般比较长，这种形式下若采用固定的采区变电所供电，则不够经济，且无法满足电压质量。因此，实际生产中，可以根据实际情况建设移动变电站。移动变电站的位置一般按下列原则确定：向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面100 ～150 m的巷道中；低瓦斯矿井的回采工作面移动变电站，可设置在该回采工作面的回风巷内。

3煤矿供电系统拟定的基本思路方法

拟定采区供电系统包括高压与低压两种种类。其中，高压供电系统的拟定先要确定电源回路数，再根据高压开关的配置进行参数设置。单电源进线的采区变电所，当变压器不超过两台且无高压出线时，可不设电源进线开关；当变压器超过两台或有高压出线时，应设置进线开关；双电源进线的采区变电所，应设置电源进线开关。当其经常为一回路供电，一回路备用时，母线可不分段；当两回路电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常分列运行；采区变电所的高压馈出线，宜用专用的开关柜。在拟定供电系统时，应将采区内的用电设备按电压等级、生产环节和安装地点分组，各组尽量分开供电。在用电设备分组时，还应考虑到各组用电负荷的大小、巷道布置情况和电缆敷设的路线。各组用电负荷不能过大，以保证受电端的电压质量。巷道有分叉点时，应装有开关或电缆接线盒。确定电缆的敷设路线时，应注意回采工作面、轨道上下山等处不应敷设电缆，溜放煤、矸、材料的溜道中严禁敷设电缆。在具体拟定供电系统时还应考虑以下原则：确保供电安全可靠的前提下，最大限度地减少开关、启动器和电缆等设备数量；以1台启动器只控制一台设备为宜；当变电所的动力变压器多于1台时，需合理分配变压器的负荷，以1台变压器负担1个工作面的用电设备为基本原则；避免变压器并联运行的现象；优先采用辐射式作为由工作面配电点到各用电设备的供电方式；设计最短的供电线路；大容量设备的启动器应靠近配电点的进线端，以减小启动器间电缆的截面；局部通风机与掘进工作面的电气设备，必须装有风电闭锁装置。井下中央变电所、采区变屯所的电源进线以及变电所的供配电系统，当有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。

4负荷计算与无功补偿计算

负荷计算目的是为电气设备、输电导线选择，以及继电保护装置整定等提供重要的计算依据。负荷计算主要有以下方法步骤：第一，确定用电设备的功率，区分该用电设备是长时连续工作制、短时工作制还是断续周期工作制用电设备。第二，需用系数法计算负荷，所谓需用系数，即用电设备的实际负荷总容量与其额定总容量的百分比值。先计算出单台用电设备的需用系数，再换算成组用电设备的需用系数，这样可以计算出单台用电设备和成组用电设备的计算负荷。第三，单相用电设备的计算负荷，计算时要确保负荷尽量对称，当单相设备容量超过三相设备容量15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加，以满足安全运行的要求。第四，变电所总负荷的计算，要注意按逐级计算法确定计算负荷，还要考虑同时系数、线路损耗、变压器损耗等因素的影响。

5继电保护与接地保护

煤矿变电所是矿山的重要组成部分，变电所出现故障将会严重影响整个矿区的正常运行，甚至造成重大生产或安全事故。因此，必须专门装设保护装置，而且保护装置须满足选择性、快速性、灵敏性、以及可靠性等要求。一般来说，煤矿变电所的变压器常用保护装置有瓦斯保护、过电流保护、纵联差动保护、过负荷保护、温度保护、架空线路保护和电缆线路保护等。接地保护是对整个变送电系统的重要保护，是确保整个供配电系统安全运行的基础。保护接地网是将变电所在正常运行时，设备不带电的外露金属体与接地引线、接地干线和接地极在电气上连接起来组成的整体。为了减少对地电位分布曲线的陡度，接地网还设有水平均压带，从而减小接触电压和跨步电压。对不同点的接地电阻至少每年测量一次，保证达到一定的要求。还有一种井下总接地网，主要包括主接地极、局部接地极、接地母线和辅助接地母线、连接导线和接地导线等。需要注意的是，禁止采用铝导线作为接地极、接地母线、辅助接地母线、连接导线和接地导线，禁止使用无接地线芯的橡套电缆或塑料电缆作为接地导线。

6结语

作为一名矿山机电技术人员，笔者认为学习和掌握上述知识是指导日后工作、学习的重要参考，通过对变电所选配技术、负荷计算、无功补偿、继电保护以及接地保护的研究，拓展了视野，提高了综合业务水平。

参考文献：

[1]唐新安.浅论我矿电力变压器配置与经济运行.中国计量协会冶金分会，2008年.

[2]王少荣.电力系统分布式广域同步并行处理平台研究.华中科技大学，2004年.