某礦井地面35kV 變電所設(shè)計(jì)方案

姜霏JIANG Fei

（煤炭工業(yè)石家莊設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050051）

（Shijiazhuang Institute of Coal Mine Design &Survey，Shijiazhuang 050051，China）

1 變電所所址的選擇

本礦井采用雙回35kV 電源供電，兩回35kV 電源分別引自不同的區(qū)域變電站。礦井工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)一座35/10kV變電所，變電所低壓為0.4kV。變電所所址的選擇應(yīng)靠近負(fù)荷中心，便于進(jìn)、出線(xiàn)且周?chē)h(huán)境無(wú)明顯污穢，結(jié)合礦井工業(yè)場(chǎng)地總布置情況，本變電所設(shè)于礦井工業(yè)廣場(chǎng)的東南部。

2 變電所一次設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算負(fù)荷及短路計(jì)算 礦井35kV 變電所10kV母線(xiàn)計(jì)算負(fù)荷：有功功率Pj＝11638kW，無(wú)功功率Qj＝7724kvar；無(wú)功補(bǔ)償Qc＝4380kvar，補(bǔ)償后無(wú)功功率Qj＝3344kvar，視在功率Sj＝12123kVA，功率因數(shù)COSφ＝0.96。

2.2 主要電氣設(shè)備選擇 經(jīng)過(guò)計(jì)算，礦井變電所35kV母線(xiàn)短路容量為94.3MVA，短路電流1.47kA，短路電流沖擊值3.75kA；10kV 母線(xiàn)短路容量為50MVA，短路電流2.75kA，短路電流沖擊值7.02kA。短路參數(shù)對(duì)電氣設(shè)備選擇無(wú)特殊要求。變電所35kV 配電裝置選用KYN61-40.5Z（開(kāi)斷電流25kA）型戶(hù)內(nèi)鎧裝移開(kāi)式金屬封閉關(guān)柜；10kV配電裝置選用KYN28A-12Z 型（開(kāi)斷電流20kA）戶(hù)內(nèi)中置開(kāi)關(guān)柜；主要電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)算符合動(dòng)熱穩(wěn)定的要求。10kV 饋出電纜最小熱穩(wěn)定截面：按中速開(kāi)斷速度考慮，取0.2S 短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)為0.2=9.86，電纜熱穩(wěn)定允許的最小電纜截面103/C=22.9mm2，C 取137（銅芯電纜）。變電所10kV 饋出電纜按交聯(lián)聚乙烯絕緣（銅芯）最小熱穩(wěn)定截面為25mm2。

2.3 電氣主接線(xiàn)及主要電氣設(shè)備 根據(jù)礦井負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，35kV 變電所主變壓器設(shè)計(jì)選用SZ11－8000/35、8000kVA 三臺(tái)，電壓比為35±3×2.5%/10.5kV、接線(xiàn)組別Y，d11。兩臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，主變正常負(fù)荷率74%，故障保證率100%。為滿(mǎn)足節(jié)能要求，主變壓器分列運(yùn)行。變電所35kV 電氣主接線(xiàn)采用單母線(xiàn)分段系統(tǒng)，設(shè)計(jì)選用KYN61－40.5Z 型鎧裝移開(kāi)式交流封閉開(kāi)關(guān)柜，配真空斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)。共設(shè)13 個(gè)間隔（進(jìn)線(xiàn)間隔2 個(gè)、進(jìn)線(xiàn)避雷器間隔2 個(gè)、出線(xiàn)間隔3 個(gè)、母聯(lián)間隔2 個(gè)、PT 間隔2個(gè)、站用變2 個(gè)）；開(kāi)關(guān)柜單列布置。變電所10kV 電氣主接線(xiàn)采用單母線(xiàn)分段系統(tǒng)，設(shè)計(jì)選用KYN28A－12Z 型戶(hù)內(nèi)中置開(kāi)關(guān)柜31 臺(tái)，配真空斷路器彈簧操作機(jī)構(gòu)；10kV出線(xiàn)建設(shè)15 回；預(yù)留2 回。主變進(jìn)線(xiàn)采用架空進(jìn)線(xiàn)，10kV出線(xiàn)采用電纜敷設(shè)，開(kāi)關(guān)柜雙列布置。變電所0.4kV 系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷Pj＝907kW、Qj＝222kvar、Sj＝945kVA；其中一、二級(jí)負(fù)荷Pj ＝332kW、Qj ＝80kvar、Sj ＝346kVA。設(shè) 計(jì) 選 用SCB11－800/10、10/0.4kV、800kVA 動(dòng)力照明變壓器2 臺(tái)，同時(shí)運(yùn)行，負(fù)荷率59%，故障保證率84.6%；當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)另一臺(tái)能保證供電范圍內(nèi)一、二級(jí)負(fù)荷用電。0.4kV采用單母線(xiàn)分段系統(tǒng)。變電所設(shè)兩臺(tái)35/0.4kV 所用變，一用一備，設(shè)備自投。變電所正常工作照明電源由所用電380/220V 系統(tǒng)供電。事故照明電源正常由交流電源供電，事故時(shí)由由直流屏供電，兩電源回路可自動(dòng)切換。主控室、高壓配電室及主要通道進(jìn)出口處均裝設(shè)事故照明燈。

2.4 無(wú)功補(bǔ)償 礦井用電負(fù)荷較大，特別是主、副井提升機(jī)采用可控硅直流傳動(dòng)系統(tǒng)，且礦井變頻設(shè)備使用較多，無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理要求較高，為降低設(shè)備投資，本設(shè)計(jì)選用靜態(tài)電容器組和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償組合的方式。根據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，SVG 鏈?zhǔn)侥孀兤髟O(shè)置1500kVar，電容器組為1200kvar，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和濾除諧波。

2.5 中性點(diǎn)接地方式 35kV 中性點(diǎn)按不接地方式設(shè)計(jì)。礦井10kV 電纜線(xiàn)路總長(zhǎng)約12.5km，10kV 配電網(wǎng)絡(luò)的單相接地電容電流計(jì)算值為12.68A，考慮變電所16%的附加值后，變電所10kV 側(cè)總單相接地電容電流約為14.7A，設(shè)計(jì)10kV 系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地；0.4kV 系統(tǒng)中性點(diǎn)接地。

2.6 防雷及接地 礦井所在地區(qū)年平均雷暴日數(shù)為40 天，屬于多雷區(qū)。變電所樓屋面采用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，將屋面砼內(nèi)鋼筋焊接成網(wǎng)裝接地，防直擊雷。線(xiàn)路進(jìn)站段采用避雷針進(jìn)行直擊雷保護(hù)。根據(jù)《交流電氣裝置的接地（DL/T621-1997）》的要求，變電站設(shè)計(jì)工頻接地電阻不大于4Ω。變電站主接地網(wǎng)按不等間距方孔網(wǎng)布置，以水平接地體為主，垂直接地體為輔聯(lián)合構(gòu)成。變電所接地槽均置換為粘土，并添加專(zhuān)用降阻劑。變電站設(shè)計(jì)除砼路面外的場(chǎng)地均鋪設(shè)砼預(yù)制塊，增加地表接觸電阻，進(jìn)一步提高變電站允許接觸電壓差及跨步電壓差，保障人身安全。

3 變電所二次設(shè)計(jì)

變電站按無(wú)人值班設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完成對(duì)變電站內(nèi)所有設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集處理，資源共享。保護(hù)動(dòng)作及裝置報(bào)警等重要信號(hào)采用硬接點(diǎn)方式輸入測(cè)控單元。結(jié)合變電站無(wú)人值班方式的特點(diǎn)和目前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用情況，確定計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍如下：①全站的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及電動(dòng)操作的接地開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)；②主變壓器的分接頭調(diào)節(jié)（有載調(diào)壓變壓器）及10kV 無(wú)功補(bǔ)償裝置自動(dòng)投切裝置狀態(tài)；③直流系統(tǒng)和UPS 系統(tǒng)工作狀態(tài)；④通信設(shè)備及通信電源告警信號(hào)；⑤站用變壓器、直流系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)的重要饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有與電力調(diào)度數(shù)據(jù)專(zhuān)網(wǎng)的接口，軟、硬件配置支持聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及通信規(guī)約的要求。

3.1 保護(hù)配置及自動(dòng)裝置 主變壓器主保護(hù)設(shè)差動(dòng)保護(hù)、本體重瓦斯、有載分接開(kāi)關(guān)重瓦斯保護(hù)、非電量保護(hù)（跳閘）。后備保護(hù)設(shè)復(fù)壓過(guò)流、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、非電量保護(hù)（發(fā)信號(hào)）。35kV 母聯(lián)設(shè)母線(xiàn)充電保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)。10kV 饋出線(xiàn)設(shè)三段式電流保護(hù)。10kV 小電流接地選線(xiàn)由專(zhuān)用的裝置實(shí)現(xiàn)，同時(shí)擬將所有10kV 零序電流信號(hào)接入故障錄波裝置，便于分析接地故障；母聯(lián)分段設(shè)母線(xiàn)充電保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)；10kV 電容器回路設(shè)兩段式電流保護(hù)、高電壓、低電壓、零序電壓（開(kāi)口三角形）及過(guò)負(fù)荷，保護(hù)均動(dòng)作于電容器斷路器；10kV 動(dòng)力變壓器設(shè)兩段式電流保護(hù)、溫度及過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

3.2 變電所的計(jì)量 系統(tǒng)計(jì)量設(shè)置于產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)，即在上級(jí)變電站35kV 出線(xiàn)側(cè)設(shè)置關(guān)口計(jì)費(fèi)點(diǎn)，關(guān)口計(jì)費(fèi)點(diǎn)電度表按主、副表配置，精度有功為0.2S 級(jí)，無(wú)功為2.0 級(jí)。

變電所10kV 饋線(xiàn)電能計(jì)量按有功0.5S 級(jí)、無(wú)功2.0級(jí)配置。智能電能表測(cè)量具有有功、無(wú)功、電壓、電流、頻率、有功電量、無(wú)功電量和多費(fèi)率電量、最大需量、分時(shí)區(qū)、時(shí)段、不同費(fèi)率為基準(zhǔn)的電量累計(jì)和存儲(chǔ)，可通過(guò)串口向電能量遠(yuǎn)方終端傳送分時(shí)電量數(shù)據(jù)；其具備失壓記憶功能，以保持運(yùn)行參數(shù)和電能量數(shù)據(jù)；具有就地維護(hù)、測(cè)試功能接口站有電度表均通過(guò)串口送入集中的電能量采集裝置，并通過(guò)該裝置轉(zhuǎn)送給變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 變電站微機(jī)防誤閉鎖綜合操作系統(tǒng) 變電所裝設(shè)一獨(dú)立微機(jī)防誤閉鎖綜合系統(tǒng)，配置工控主機(jī)（應(yīng)具備與微機(jī)監(jiān)控、RTU 等接口功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并可閉鎖監(jiān)控操作）、漢字顯示器、開(kāi)關(guān)閉鎖控制器和電腦鑰匙等。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性五防閉鎖、在線(xiàn)自動(dòng)對(duì)位、仿真模擬預(yù)演、多任務(wù)并行操作。通過(guò)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊管理單元通訊的方式，接收各類(lèi)操作的操作順序，并與裝在一次設(shè)備上的編碼鎖配合，一起完成防誤閉鎖各項(xiàng)功能。

4 直流系統(tǒng)

本變電站裝設(shè)一套智能型微機(jī)高頻開(kāi)關(guān)直流電源成套裝置，負(fù)擔(dān)斷路器合閘、微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、通訊及事故照明等直流負(fù)荷。直流系統(tǒng)電壓采用220V，設(shè)一組閥控式密封鉛酸蓄電池和雙套冗余配置的（模塊按N+1 冗余配置）高頻開(kāi)關(guān)電源充電裝置。該裝置能與微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)直流屏的無(wú)人職守。蓄電池的容量按能滿(mǎn)足微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)全站事故2 小時(shí)停電時(shí)的放電容量配置，設(shè)計(jì)選用100Ah 鉛酸免維護(hù)蓄電池。微機(jī)高頻開(kāi)關(guān)直流電源屏組安裝于中央控制室。為了防止可能由于交流站用電系統(tǒng)突然事故發(fā)生，本工程設(shè)計(jì)選用一套5kVA 的UPS 不間斷逆變電源裝置，UPS 微機(jī)不間斷逆變電源屏裝設(shè)在中央控制室內(nèi)，為確保運(yùn)行的可靠性，電源輸入另外還設(shè)有交流旁路系統(tǒng)及直流直接供電系統(tǒng)。

5 系統(tǒng)通信及調(diào)度自動(dòng)化

礦井變電所對(duì)外通信線(xiàn)路隨礦井35kV 變電所至上級(jí)變電站的35kV 線(xiàn)路同時(shí)建設(shè)，設(shè)計(jì)假設(shè)采用35kV 線(xiàn)路架設(shè)1 條12 芯OPGW 光纜，本礦35kV 變電所新設(shè)光通信設(shè)備和相應(yīng)配套設(shè)施，光通信設(shè)備安裝在所內(nèi)主控室設(shè)備區(qū)。通訊電源由所用直流電源加DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊方式給通信設(shè)備供電，共設(shè)置3 套30A 220V/48V 模塊。變電所備用通信為市話(huà)通信。本變電站遠(yuǎn)動(dòng)信息通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道分別上傳至集控站和地調(diào)，遠(yuǎn)動(dòng)信息包括變電站全部“四遙”（遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)）信息。本變電所采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，交流采樣，遠(yuǎn)動(dòng)功能由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)工作站來(lái)完成。

6 節(jié)能及環(huán)境保護(hù)

所內(nèi)主要污染源有電磁輻射、噪聲等。變電所設(shè)備選用低場(chǎng)強(qiáng)電氣設(shè)備；對(duì)裸露電氣設(shè)施采取有效的屏蔽措施；減少接觸不良產(chǎn)生的火花放電；避免火花放電產(chǎn)生高頻電場(chǎng)。變電所的噪聲主要來(lái)源主變壓器，變壓器采用自冷低噪音設(shè)備滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定。設(shè)計(jì)主變壓器選擇節(jié)能型銅芯低損耗電力變壓器，變電站站用變壓器選用S11 型低損耗變壓器；變電站照明燈具選用節(jié)能燈具。本變電所10kV側(cè)配置了動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，提高了功率因數(shù)。結(jié)合變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的電能監(jiān)控信息系統(tǒng)，建立計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控信息系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)企業(yè)的電能消耗等運(yùn)行參數(shù)，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行節(jié)電目標(biāo)管理，嚴(yán)格控制高峰期用電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)企業(yè)電能管理信息化和自動(dòng)化。

[1]煤礦安全規(guī)程.

[2]礦山電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]煤礦井下供配電設(shè)計(jì)規(guī)范.

[4]礦井設(shè)計(jì)規(guī)范.

[5]供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[6]35～110kV 變電所設(shè)計(jì)規(guī)范.

[7]10kV 及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范.

[8]交流電氣裝置的接地（DL/T621-1997）.

[9]電力裝置的電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50063-2008).

[10]電能量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程(DL/T5202-2004).

[11]電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程(DL/T448-2000)等.