结合工程设计阐述露天煤矿的输变电工程设计

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摘要：结合工程设计阐述露天煤矿输变电工程设计。针对露天煤矿输变电设计相关的规程规范要求和实际工程设计举例两部分内容进行阐述。

关键词：电力负荷输电线路变压器接线方式

一、问题的提出

随着市场煤炭需求量的不断增大，煤矿开采的规模越来越大型化。大型煤矿的供电可靠性、供配电系统的经济运行和优化设计更是尤为重要。下面结合本人近期的工程设计重点阐述大型露天煤矿的输变电工程设计。主要针对露天矿输变电设计相关的规程规范要求和实际工程设计举例(以新疆天池能源有限责任公司南露天煤矿为例)两部分内容进行阐述。

二、电源点的确定

相关规程规范要求：

露天煤矿主要生产设备均属于二级负荷，应由两回外部电源供电，当一回电源中断供电，另一回电源不应同时受到损坏。

工程设计举例：

新疆准东煤田大井矿区周边以110kV和35kV供电网为主。南露天煤矿附近现有或规划的电源点主要有准东电厂、吉木萨尔220kV变电站、奇台110kV变电站、瑶池220kV变电站、规划建设的五彩湾220kV变电站和将军庙220kV变电站。

1、准东电厂：位于南露天矿南部偏西，距离约100km，电厂装机容量为3×12MW，电厂升压站的110kV侧采用单母线带旁路母线接线方式，共有二回110kV出线，一回引至火烧山110kV变电站，另一回引至阜康西变并经过阜康变、瑶池变与新疆主网相连。

2、吉木萨尔220kV变电站：位于南露天矿南部，距离约90km，该变电站的220kV电源由瑶池变电站引来，线路规格为LGJ-300/69km。吉木萨尔220kV变电站目前主变压器容量为(90+120) MVA，220kV侧单回电源进线，采用双母线接线，110kV侧有两回线路引至奇台变电站，根据电力系统规划在2010年吉木萨尔220kV变电站将建设第二回220kV线路。

3、奇台110kV变电站：位于矿区的南部，距矿区约110km，该变电站的110kV侧有两回电源均由吉木萨尔220kV变电站引来，线路规格分别为LGJ-185/42.6km 及LGJ-185/49km。奇台变电站目前主变压器容量为(2×31.5)MVA，一回110kV出线LGJ-70引至相距69.2km的木垒110kV变电站。根据电力系统规划在2010年奇台变电站及其双回电源线路将升压为220kV。

4、瑶池220kV变电站：位于矿区西南方向，距矿区约180km，该变电站的220kV电源分别由米泉220kV变电站及红雁池二电厂引来，线路规格分别为LGJQ-400/27.26km 及LGJ-2×300/92.34km。瑶池变电站目前主变压器容量为1×150MVA，220kV出线3回，采用双母线带旁路母线接线方式，其中一回220kV出线引至吉木萨尔220kV变电所。

5、五彩湾220kV变电站：根据新疆电力公司的规划，应准东中部煤田开发的要求，在南露天煤矿南侧偏西距离约为6km的位置新建了五彩湾220kV变电站一座。为了适应附近矿区的发展，该变电站分期进行建设，前期建设由瑶池220kV变电站引来的220kV线路一条，线路规格为LGJQ-300/115km，该线路目前已建成并投运。考虑到负荷近期较小的情况，该线路暂时以110kV降压运行。五彩湾变电站设110/35kV 40MVA变压器两台，为矿区的前期开发及工业园内其它电力负荷提供电源。中期将两台40MVA变压器更换为两台150MVA变压器， 后期再增设一台150MVA变压器，同时建设由瑶池220kV变电站至五彩湾220kV变电站的第二条220kV线路，线路规格为LGJQ-300/115km。该变电站同时与准东东部矿区附近规划的将军庙220kV变电站以220kV线路联结。

6、将军庙220kV变电站：根据新疆电力公司的规划，应准东东部煤田开发的要求，在南露天煤矿东南约为70km的位置新建将军庙220kV变电站一座。为了适应附近矿区的发展，该变电站分期进行建设，前期建设由五彩湾220kV变电站引来的220kV线路一条，线路规格为LGJQ-300/80km，考虑到负荷近期较小的情况该线路暂时以110kV降压运行，将军庙变电站设40MVA变压器一台，为矿区的前期开发及工业园内其它电力负荷提供电源。中期将一台40MVA变压器更换为一台150MVA变压器，后期再增设两台150MVA变压器。

根据负荷统计结果及周边电源现状情况，露天矿供电电源电压等级采用110kV。从供电可靠性、供电能力、供电距离及投资等几个方面综合比较后，将五彩湾220kV变电站作为本矿的永久电源，并根据五彩湾220kV变电站的建设进度对露天矿110kV供电线路分期进行建设，在五彩湾220kV变电站第二回220kV电源线路建成前利用临时柴油发电机组作为坑内排水、消防等二级负荷的备用电源。

三、输电线路

相关规程规范要求：

露天煤矿变电所应有两回外部电源线路，线路导线截面按照经济电流密度选取，当一回线路故障时，另一回线路能够供全部负荷的电压偏差的规定及安全载流量的要求，电压偏差要求不大于线路标称电压的5%。

工程设计举例：

露天矿110kV变电所两回110kV电源引自五彩湾220kV变电站，每回线路长度约6km，导线规格为LGJ-240，采用水泥杆塔架设，其中一回架设GJ-70避雷线，另一回架设光线复合架空地线。正常情况下两回线路同时工作，每回线路的电压损失为0.185%；当其中一回线路故障或检修时，另一回线路满足供全部负荷时的电压损失为0.37%。

四、变电所

相关规程规范要求：

变电所选址要求靠近中心，便有架空和电缆线路的引入和引出，交通运输方便，周围环境无明显污染，在50年一遇高水位之上，与采掘场地表境界距离大于200m。主变压器选择要求宜装设两台及以上主变压器，分列运行，当一台变压器故障或检修时，其余变压器的容量不应小于75%的全部负荷。电力潮流变化大、电压偏移大的变电所，宜采用有载调压变压器。变电所的操作电源宜采用免维护铅酸电池直流屏。10kV侧设置集中自动补偿装置。10kV及35kV侧单相接地电容电流经计算后超过10A时，采用消弧线圈接地方式。

工程设计举例：

1、变电所位置及变压器选型

在露天矿工业场地东南角设露天矿110kV变电所一座。

露天矿负荷统计折合到变电所110kV母线的结果：有功功率23511.9kW；无功功率9421.6kvar；视在功率25329.3kVA。露天矿110kV变电所主变压器两台，型号为SFSZ10-20000/110 110±8×1.25%/38.5±5%/10.5kV YNyn0d11 20000/20000/20000 kVA三绕组有载调压电力变压器，两台同时工作分列运行，负荷率为0.63，保证率为0.79。

2、变电所主接线及平面布置

110kV、35kV、10kV侧均采用单母线分段接线方式。110kV、35kV及10kV配电装置均布置在室内，两台主变压器设在室外。变电所主要由110kV配电室、35kV及10kV配电室、电容器室、室外两台主变压器组成。110kV配电室、电容器室为单层建筑；35kV及10kV配电室为二层建筑，35kV配电室及控制室设在二层，10kV配电室及消弧室设在一层。

110kV配电装置选用ZF12-126型GIS组合电器；35kV配电装置选用KYN66-40.5型手车式高压开关柜，内配SFM-40.5型永磁真空断路器；10kV配电装置选用KYN28(A)-12型金属铠装封闭式高压开关柜，内配SEM-12型永磁真空断路器。电容器室设10kV无功自动补偿装置2套。消弧室设ZDBG-10/5-50 型10kV消弧线圈自动调谐及接地选线装置2套。

110kV侧采用架空进、出线，35kV侧采用架空进、出线，10kV侧采用封闭母线进线、电缆出线。

各配电装置的操作电压为DC220V，操作电源选用NGZ2-150Ah/220 150Ah型微机监控全数字免维护直流电源屏。

变电所10kV侧设置2套HVC型高压无功自动补偿成套装置。无功自动补偿装置安装于电容器室内，每套补偿容量为1200kvar，使变电所无功补偿后的功率因数达到0.9以上。

变电所10kV侧电容电流估算为13.2A，在变电所消弧室内设置ZDBG-10/5-50 型10kV消弧线圈自动调谐及接地选线装置2套。