根据负荷估算分析， 参照相关设计规范[4]“矿区机电设备修理设施变电所宜有两回电源线路供电”的规定， 经与甲方沟通后确定：本次设计的机修厂两回10kV电源引自上级公司35kV变电站10kV不同母线段。
以下为本篇论文正文：
摘 要：根据A集团煤矿机修厂工艺要求及电力负荷的实际情况， 结合煤矿电气设备的特点， 完成了该机修厂供配电系统的设计， 并详细地阐述了在设计过程中采用的节能措施， 以期在机修厂投入使用后能够很好地节约电能、降低生产成本。
关键词：煤矿机修厂； 供配电设计； 电源； 配电线路敷设； 照明；
Abstract: According to the technical requirements of machine repair plant of coal mine and the actual power load, combined with the characteristics of the electrical equipment in coal mine, the design of the power supply and distribution system of the factory was completed.The energy saving measures in the design process were elaborated in order to save energy and reduce cost when the machine repair plant is put into use.
Keyword: machine repair plant of coal mine; power supply and distribution design; power supply; distribution line laying; lighting;
1、 煤矿机修厂供配电系统设计
1.1、 煤矿机修厂供电等级确定
根据相关设计规范[1-3], 确定本煤矿机修厂消防设备、弱电机房、应急疏散照明供电等级为二级， 其它用电负荷供电等级为三级。
1.2、 煤矿机修厂负荷的计算
在进行煤矿机修厂供配电设计时， 由于各车间功能不同、电压不同、试验设备较多且车间变电所的变压器存在功率损耗， 因此应详细列出相关的负荷计算表， 对全厂总变电所高压侧负荷、总功率因数等进行计算并对比分析， 为后续供配电系统的具体内容设计提供基础材料。
1.3、 煤矿机修厂总变电所位置的选择
本机修厂具有建筑体功能集中、用电设备多的特点， 并结合高压电源进线方向等因素， 选择出合理的位置， 另外还要综合各车间工艺特点及车间建筑形式， 并考虑煤矿机修厂将来的扩建与备用的需求， 因此将总变电所设置在厂区东北部。
1.4、 煤矿机修厂总变电所主接线的设计
总变电所主接线的设计在保证其安全性和可靠性外， 还应考虑到未来设备维修的方便性与可操作性。
根据负荷估算分析， 参照相关设计规范[4]“矿区机电设备修理设施变电所宜有两回电源线路供电”的规定， 经与甲方沟通后确定：本次设计的机修厂两回10kV电源引自上级公司35kV变电站10kV不同母线段。
1.5、 厂区高低压配电设计
煤矿机修厂供配电系统设计最重要的设计内容就是厂区的高低压配电设计。
1.5.1、 配电电源设计
根据厂区布置及其电力负荷的分布情况， 本着系统合理、节约投资、便于管理的原则， 本次设计确定两个厂区配电方案进行对比。
以下就各车间变配电点设置的两个方案进行比较。
方案一：在两大功能区车间的辅助间设置集中变配电点， 由此配电点向各车间设备供电。
方案二：在各个车间设置变配电点， 分别负责各个车间的用电设备。
从技术上看， 方案一、二供电均可靠， 但方案二的配电点设置较多， 要求每个车间均有高低压供电， 增加故障点；从经济上看， 方案二的高低压柜体明显多于方案一， 投资偏高；从管理上看， 方案二由于分散设置， 增加了管理的难度。综合来看， 方案一供电可靠、投资较低且便于管理， 故设计推荐方案一。
综上所述， 最终设计确定在东区和西区的辅助间各设置1个集中变配电点， 在生活区设置1座户外组合站， 上述3个集中配电点分别向各自功能区内的车间及公共设施供电。
1.5.2、 总变电所配电设计
总变电所内10kV母线采用单母线分段接线型式， 配电装置为KYN28A-12 （Z） 型金属铠装抽出式高压开关柜， 内设真空断路器、永磁操作机构等。10kV配电装置的操作电源为直流操作， 选用高频开关直流系统 （65Ah） 一套。本变电所选用微机综合自动化保护装置， 完成对所内主设备的控制、保护、测量、信号等功能。
10kV开闭所各以一回10kV电源向东区配电点、西区配电点、生活区户外组合站、矿山电气修理车间试验装置及矿山机械修理车间试验装置送电， 另设一套10±2×2.5%/6.3kV 2 000kVA户内站， 用于满足6kV设备的用电要求。总变电所供电系统如图1所示。
1.5.3、 东区配电点和西区配电点配电设计
两配电点内0.4kV母线均采用单母线接线方式。10kV配电装置均选用户内成套变电站各1套， 含高压开关柜1台， 变压器柜1台。变压器选用干式变压器， 东区配电点选用型号为SCB11-2500/10 10±2×2.5%/0.4kV 2 500kVA, 负荷率约为71.9%;西区配电点选用型号相同， 容量为2 000kVA, 负荷率约为72.2%.两台变压器均安装在各自的变压器柜内。
两配电点的低压配电系统为树干式和放射式相结合为主， 变配电室内低压配电系统以树干式为主， 车间内动力、照明系统树干式和放射式相结合为主。两配电点0.4kV配电装置选用GCS型低压配电柜， 低压无功补偿选用TSVG型低压动态无功功率自动补偿装置。
图1 10kV供电系统图Fig.1 10kV power supply system
东区配电点各以一回0.4kV电源向液压支架修理车间1、液压支架修理车间2、矿山机械修理车间、东区户外门式起重机、综合间、汽车库、东厂区照明等处供电。西区配电点各以一回0.4kV向液压支架修理车间、矿山电气修理车间、综合辅助修理车间、仓库及预留车间、西区户外门式起重机、综合间消防泵 （第二电源） 、后期预留车间、西厂区照明等处供电。
矿山电气修理车间及矿山机械修理车间内各设置一套ZDS-1型多电源试验装置。每套试验装置包括1台SCB10-2000 6/3.45/1.2/0.69kV 2000kVA试验变压器、1台ZDS-1-3.45kV配电柜、1台ZDS-1-1.2kV配电柜、1台ZDS-1-0.69kV配电柜。
1.5.4、 生活区配电点配电设计
在厂办公楼附近设10/0.4kV户外箱式变电站1座， 内含高压开关柜1台， 变压器柜1台， 0.4kV低压柜3台。变压器选用干式变压器， 其型号为SCB11-630/10 10±2×2.5%/0.4kV 630kVA.本配电点各以一回0.4kV电源向厂办公楼、宿舍楼、职工食堂、热加压站、配件库等处供电。
1.6、 厂区高低压配电线路敷设设计
高压缆线及厂区内低压缆线的敷设采用电缆沟与直埋相结合的方式敷设。生产车间内380V动力干线配电线路采用电力电缆配电缆桥架沿柱、墙敷设；380V动力分支配电线路均采用电缆或电线穿钢管在地面下、沿墙敷设；生产车间照明配电线路采用BV-0.45/0.75型导线穿钢管沿屋架敷设。
生产辅房、行政区照明配电线路均采用BV-0.45/0.75型导线穿钢管在墙内、顶板敷设；所有应急、疏散照明、化学品库照明配电线路均采用NH-BV-0.45/0.75型导线穿钢管在地板内、墙内及沿墙敷设。
1.7、 厂区照明系统的设计
1） 按现行国家建筑照明设计标准：生产区域的机加工、修理区、消防控制室、弱电机房等照度为300Lx, 其照明光源显色指数为Ra≥60, 色温k=3 500~4 500, 照明功率密度值≤11 W/m2;配电点的照度为200Lx, 其照明光源显色指数为Ra≥60, 色温k=3 500~4 500, 照明功率密度值≤8 W/m2;加压机房、泵房、一般库房的照度为100Lx, 照明功率密度值≤5 W/m2;楼梯间、洗手间、走廊的照度为50Lx, 照明功率密度值≤3 W/m2;疏散照明照度≥0.5Lx.
2） 灯具：生产区域采用高光效、高功率因数金属卤化物灯；生产辅房、行政区采用高光效、高功率因数T5荧光灯；配电房、泵房等应急采用自带蓄电池式高光效、高功率因数T5荧光灯；疏散照明采用自带蓄电池式低功率高亮度LED;乙炔、油漆等易燃易爆物品储藏间设防爆照明。
3） 道路照明：道路照明选用LED路灯， 灯杆高8.0m, 功率250W, 道路照明灯具距路边0.5m布置， 灯具间距≤30m, 采用室外型照明节能控制器控制。
此外， 还应对煤矿机修厂厂区防雷系统和电气安全系统进行设计， 设计时按照相关现行规范进行标准化设计， 此处不再赘述。
2、 节电技术在供配电设计中的应用
2.1、 优化供电电气的选型和设计
1） 合理选择总变电所位置。在电力传输过程中， 由于供电线路导线本身存在电阻， 会造成大量的电能损耗， 因此总变电所的位置应位于整个煤矿机修厂的负荷中心， 这样能够较大幅度减少供电线路损耗， 而且在向外供电时可最大程度地降低缆线敷设的工程量， 节约工程投资。
2） 采用无功功率补偿措施。煤矿机修厂要对矿用大型机械设备进行检修和试验， 配有大量的焊机和试验设备， 很多设备是间断性工作， 这些负荷在工作时会向供电线路输送大量的波动性无功功率， 造成电路电压不稳定、功率因数较低的问题， 降低了供电的电能质量， 严重时还会影响带载设备的安全运行， 降低煤矿的生产效率。
因此， 参考国家电网公司的《电力系统无功补偿配置技术原则》第二十五条“配电网的无功补偿以配电变压器低压侧集中补偿为主”的原则， 设计在本机修厂的东区、西区两个配电点的低压侧均设置一套TSVG型低压动态无功功率自动补偿装置， 补偿后功率因数达到90%以上。采用动态无功功率自动补偿装置， 实现了无功补偿双向连续调节， 消除了传统无功功率补偿装置固有的断续补偿问题， 避免出现补偿不足或过补的现象。
3） 在设计过程中， 合理地选择电缆敷设的方式和路径， 不仅能够减小电缆截面， 而且降低了线路损耗， 有效地提高了供电的可靠性和安全性。
4） 选用节能型照明设施。煤矿机修厂部分车间内设备是对零件进行精加工的， 其对照明要求较高， 具有照明时间长、照度高的特点， 因此照明设施选用高效节能的金属卤化物灯具， 不仅能够获得较强的照度又可节省电能。
2.2、 自动控制系统的优化
煤矿机修厂各车间内设备采用高效、节能的高自动化高精度数控设备， 能够提高产品质量， 减少废品和返修品， 大大提高了劳动生产率， 达到节能节材的目的。
根据煤矿机修厂工艺要求、厂房设施的分布以及工作管理等需求， 自动控制系统设计为集散式的控制系统， 各个级别之间可以通过相关的控制网络进行沟通， 及时进行信息的传递沟通与分享。要求各自动控制系统具有拓展性能， 拥有一定的兼容性， 且各个软硬件组成部分具有较好的通用性， 力求保持系统的开放性， 以此满足煤矿机修厂的各种生产工作要求。
3、 结束语
煤矿机修厂涉及的机电设备繁多， 各车间具有自身的工艺特点， 因此对其进行合理的供配电设计及电能节能优化措施可以有效地提高煤矿机修厂的电能使用效率。
参考文献：
[1]国家安全生产监督管理总局， 国家煤矿安监局国家煤矿安全监察局。煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社， 2016.
[2]中国煤炭科工集团南京设计研究院有限公司， 中国煤炭建设协会勘察设计委员会。煤炭工业矿井设计规范GB50215-2015[S].北京：中国计划出版社， 2015.
[3]中国机械工业勘察设计协会。供配电系统设计规范GB50052-2009[S].北京：中国计划出版社， 2009.
[4]中国煤炭建设协会。煤炭工业矿区机电设备修理设施设计规范GB50532-2009[S].北京：中国计划出版社， 2009.
[5]中国建筑科学研究院。建筑照明设计标准GB50034-2013[S].北京：中国建筑工业出版社， 2013.
