1、 摘 要 本文分析了露天煤矿现在的移动变电站 电铲供电系统存在的问题，设计出一套科学合理的新供电系统，为露天煤矿的发展提供可靠的电力保障。文中对该系统各个环节的设计作了详细的介绍。设计中采用了半移动式 60kv/6kv 移动变电站的设计方法，使其不用因迁移单台移动变电站而停 60kv 环线，具有巨大的经济效益。 关键词 :移动变电站，雪橇，电铲供电系统1 Subject: Specialty: Abstract This article analyses existing problem of electric power system of the movement transformer
2、substation-power shovel of open coal mine and the theory of this system. A set of electric power systems with rational science is designed, offering the reliable electric guarantee for the development of the coal group suddenly. The design of a link of system is introduced in detail in the article.
3、The design adopts the design method of the half movement transformer substation of 60kv/6kv, making their 60kv loop wire working on even if moving a single movement transformer substation. It has enormous economic benefits. Keywords: movement transformer substation, sleigh, power shovel， electric po
4、wer system 2 目 录 1 绪论 . 1 1.1 研究的现状及问题的提出 .1 1.2 设计的内容及方法 .2 2 露天煤矿 60KV 和 6KV 供电系统现状分析及设计 . 4 2.1 露天煤矿 60KV 供电系统现状及设计 .4 2.1.1 露天煤矿 60KV 供电系统现状分析 .5 2.1.2 结合煤矿 5 年生产发展实际分析设计出 60KV 环线 .7 2.2.2 6KV 供电系统存在问题的解决办法 .9 2.2.3 6KV 电力电缆的敷设及维护 .9 3.移动变电站主变容量的选择及技术 规范 . 12 3.1 移动变电站负荷计算及变压器容量选择 .12 3.2 作为变电站保
5、护的 60KV 避雷器的选择 .13 3.3 移动变电站 主变压器技术规范 .13 4 设计出新型 66KV/6.3KV-2000KVA 移动式变电站 . 18 4.1 设计过程及思路 .18 4.2 适用范围及使用环境条件 .19 4.3 产品结构特点 .20 4.4 设计要点 .21 4.5 技术数据 .24 4.5.1 短路电流的计算 .24 4.5.2 电气元件选择的要求和校验 .28 4.5.3 66KV 隔离开关的选择 .29 4.5.4 6KV 高压隔离开关的选择 .30 4.5.5 电流互感器的选择与校验 .31 4.5.6 跌落式保险 选择与校验 .32 4.5.7 出线断路
6、器的选择 .33 5.5.8 电压互感器的选择 .35 4.6 主要电气设备表 .35 5 新露天矿环线 移动变电站 电铲供电系统 . 38 5.1 露天环线 移动变电站 电铲供电系统的合理配置 .38 6 露天矿 60KV 移动变电站存在的问题及解决方法 . 40 6.1 矿用配电装置 .40 6.1.1 配电装置概念及作用 .40 6.1.2 配电装置的要求 .40 6.1.3 配电装置的分类及使用范围 .40 6.2 移动变电站整体运输可靠性的解决办法 .41 6.3 解决安全供电的难题 .42 3 6.3.1 中性线限流电阻 .42 6.3.2 接地线监测 .42 6.3.3 接地极雷
7、电反击限制装置 .43 6.4 移动变电站维护方案 .44 7 该露天煤矿 6KV 电力系统无功自动调节的研究 . 45 7.1 6KV 系统无功补偿现状及原理 .45 7.2 设计新型无功补偿装置 .46 7.2.1 无功补偿的计算 .46 7.2.2 闸管投切电容器补偿原理 .46 7.2.3 主电路接线形式分析 .48 7.2.4 动态无功补偿装置主电路设计 .49 7.2.5 单片机控制系统的设计 .50 结 论 . 52 致 谢 . 53 参考文献 . 54 1 1 绪论 1.1 研究的现状及问题的提出 (1)国外研究的现状 露天煤矿及大型工地采用移动式变电站，欧美国家要早中国近 2
8、0 年，上世纪九十年 代发达国家的移动式变电站也开始在中国使用。其中加拿大培顿 -库克公司的移动式变电站在江西德兴铜矿运行，美国阿克泰森公司移动式变电站在安太堡煤矿运行，满足了露天采场大容量、移动式供电的需求。 国外移动式变电站其移动方式有车载式、雪橇式两种方式。其主结线方式分考虑了现场无人值班，有效防护人身安全，设备安全的重点，且基本采用单回路架空进线，一至两回电缆出线，变压器容量在 25006300KVA 之间。 进线侧采用负荷开关、熔断器、避雷器组成过流及过电压保护和正常工作。变压器二次侧中性点通过电阻接地，输出电缆采用五芯 或六芯电缆，增加了一根控制地线和检测地线。配以智能型漏电电压、
9、电流检测，地线断线检测装置和跳闸装置，变压器用智能型综合保护装置。 这种方案有一个设备接地网和一个检测接地网随设备移动，有效地防护人身安全，但由于采用专用电缆，目前在国内只有少数矿山使用。 国内使用欧美移动式变电站大都为 35KV 电压等级。但美国阿克泰森公司亦有 110KV 产品。 (2) 国内研究现状 目前，我国国内各大型露天矿山的坑口移动式供电设备差异较大，山西朔州安太堡露天煤矿于 1986 年引进美国的 35KV/6KV-5000KVA 移动式变电站， 使用效果很好。 1991 年 内 蒙 古 准 葛 尔 矿 和 江 西 德 兴 矿 引 进 加 拿 大 产35KV/6KV-3150KV
10、A 移动变电站，使用的效果不理想。内蒙古伊敏河、霍林河露天煤矿使用完全国产组合式移动变电站，故障较多，影响了 6KV 坑口设备的正常2 运行。 1998 年山西朔州安家岭露开煤矿采购设备时，工程技术人员充分调研了进口移动变电站和国产的组合式移动变电站的使用及制造情况，与江苏泰兴开关厂共同开发了功能较好的移动变电站，并已有两台投入了使用，各项技术参数均达到了设计标准。 现在我国内蒙霍林河露天煤矿采用的 60KV/6KV-3150KVA 移动变电站， 于1990 年投入使用。该移动变电站是国内首例采用 60KV/6KV 电压等级移动变电站，其使用地点最显著特点是，最低气温可达 -40 ，风速可达
11、34m/s，该移动站60KV 部分采用室外布置， 6KV 设备采用室内布置，投入运行后效果很不理想。低温时机械部分动作失灵，保护可靠性差，严重影响了煤炭生产。 （ 3）问题的提出 我国的露天煤矿主要集中在北方，且大都为国有大型煤矿，这些露天煤矿大都采用单斗电铲 汽车 胶带运输半连续工艺。 虽然目前产量大，但现在移动变电站 电铲供电系统却存在严重问题，使煤炭生产受 供电的制约和影响，造成了很大的经济损失。 如何在海拔高，最低气温 -40 ,风力达到十一级的气候条件下，合理确定供电方式，确保移动变电站 电铲供电系统的可靠运行，已经成为摆在我国大多露天煤矿的一个十分重大的问题，也是一个期待解决的问题
12、。 由于所选露天煤矿占地面积大，地形复杂，只能沿矿坑四周架设 60KV 供电线路再用 60KV/6KV 的变压器降压供电。因此选定露天煤矿环线 移动变电站电铲供电系统设计，通过对该系统的理论分析，设计出科学合理的供电系统，为露天煤矿发展提供可靠的电力保障。 1.2 设计的内容及方法 （ 1）通过对 60KV 环坑线路及设备情况分析，设计出新的环坑线路。 （ 2）通过对 露天煤矿 6KV 供电系统现状分析，设计出 6KV 供电系统，并制定出电缆敷设维护方案。 （ 3）通过对电铲负荷的分析，合理设计主变容量及技术规范。 3 （ 4）设计出环线 移动变电站 电铲供电系统 。 （ 5）设计出 60KV
13、/6KV2000KVA 新型移动变电站，对主要电气设备选择。 （ 6）针对露天矿 60KV 移动变电站存在的问题，通过设计进行解决。 （ 7） 6KV 电力系统无功自动调节的分析及设计。4 2 露天煤矿 60KV和 6KV供电系 统现状分析及设计 2.1 露天煤矿 60KV供电系统现状及设计 主接线设计的基本要求 : （ 1）可靠性 保证必要的供电可靠性和电能质量。这是对电气主接线的最基本的要求。停电不仅使变电站造成经济损失，而且对国民经济各部门都要形成严重的损失，往往比少供电的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估计。因此，主接线的接
14、线形式必须保证供电可靠，因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度越高。 （ 2）灵活性 具有一定的灵活性和方便性。 主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运方式的转换，不仅正常运行时能安全可靠的供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简单、迅速的调换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小，显然复杂的接线不会保证操作方便，反而使误操作的几率加多，但过于简单的接线，也不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和时间。 （ 3）操作方便 主接线应简单清晰，不只对称，运行方便，使设备切换所需要的操作步骤减少。
15、 （ 4）经济性 具有经济性。考虑主接线的设计时，主要矛盾往往 表现在可靠性与经济性上，要求主接线可靠且灵活，将会使投资提高，因此必须是将技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠，运行灵活的基础上，尽量降低投资和运行费开支，且尚需注意节约占的面积和搬迁费用。在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资，投产，尽快发挥经济效益。 （ 5）有扩建的可能性 在设计主接线时，一定要考虑到发展的需要，列有余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的5 方便。 2.1.1露天煤矿 60KV供电系统现状分析 （ 1） 60KV 供电系统现状图，如图形 2-1-1 为供电总图，图 2-1
16、-2 为移动站一次图。 LGJ-701号移动变电站60KV/6KV-3150KVA2号移动变电站60KV/6KV-3150KVA3号移动变电站60KV/6KV-3150KVA露天北线露天南线矿用电60 KV注：图中虚线区域为采矿作业区该矿向西北方向延伸 图 2-1-2为移动站一次图 FZ-60 GW-60 RW 5 -60 移动站(2)60KV供电系统现状分析 目前系统露天生产作业区供电容量为 9450KVA，由 3 台 3150KVA 变压器供电。 6 从图中可以发现， 1 号移动变电站正处于采区东中侧位置，已经无法向采区北侧供电。 2， 3 号移动变电站离采区北侧更远。 由于移动变电站采用
17、 3150KVA 变压器供电，变压器容量较大至使电铲无法 与变压器容量合理配合，经常出现一台变压器带 3 台或 4 台电铲过载运行，或只带1 台或 2 台电铲轻载运行，出现大马拉小车现象。 目前所用的 3150KVA 变压器耐冲击能力差，经常发生变压器损坏事故，己经到了无法保证正常供电的程度。 从 3 台移动站分布来看，由于移动站容量大、数量少，而坑下电铲数量多、分布广，造成移动站虽然总容量够用，但却不能满足电铲生产作业要求。造成电缆有时长达 2000 多米，移设困难，接头多，故障率高，严重影响生产。 从图 2-1-2 可以看出移动站变压器一次系统只采用了用于防雷的避雷器，和用于变压器短 路和
18、过载的高压跌落式熔断器保护。容量为 3150KVA 的变压器应装设瓦斯保护及温度保护，这也是原设计的一种缺陷。 (3)60KV 供电系统设计 从图 2-1-2 可以看出 60KV 隔离开关采用 GW5-60 型，该开关导电回路接触不可靠，怕冲击，转动部位锈蚀严重，分合闸操作不灵活，不具有防误操作功能，应改为 GW5A-60 DW 型隔离开关。该高压隔离开关具有接触可靠，不怕冲击，克服了转动部位锈蚀现象。分合闸操作灵活、轻松，操动机构具有防误措施，可不解体对转动部位轴承注油，支柱绝缘子采用合成绝缘子，重量轻、强度高、耐冲击、 不易断裂，减少了维修工作。 另外 GW5A系列可配 CS17-G型手动操动机构，或 CJ3-XX 型电动操动机构，当配用手动机构附装电磁锁时，可有效地实现隔离开关与断路器之间的电气联锁可靠保证并可进行就地操作，为将来整个供电系统实现远动和自动化提供，也为将来的发展打下基础。 线路位置的设计 从图 2-1-1 可明显发现露天北线已处在生产作业区中部，无法满足作业区北部生产供电。而露天南线己经处于待开采位置，影响到采区向西延伸。因此应根据生
