曹文姬

（太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦， 山西 太原 030304）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

露天礦山采場(chǎng)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹文姬

（太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦， 山西 太原 030304）

尖山鐵礦35 kV供電系統(tǒng)包括環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)和地面供電系統(tǒng)兩個(gè)部分，通過對(duì)礦區(qū)的實(shí)地考察，結(jié)合該礦現(xiàn)有生產(chǎn)水平和未來發(fā)展前景，在原有供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)非金屬礦山生產(chǎn)行業(yè)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)一步規(guī)范和完善。為保證供電的安全、可靠，又考慮尖山鐵礦采礦服務(wù)的年限，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面對(duì)本礦進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，以達(dá)到滿足對(duì)尖山鐵礦采礦供電的合理性。

35 kV 供電系統(tǒng) 設(shè)備選擇

太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦（全文簡(jiǎn)稱尖山鐵礦）采礦供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：35 kV變電站開閉所、環(huán)網(wǎng)塔架、環(huán)網(wǎng)門形桿架、地面6 kV移動(dòng)變電柜9個(gè)、地面6 kV開關(guān)柜9個(gè)，地面6 kV分接箱26個(gè)，地面電桿56個(gè)等。本設(shè)計(jì)主供電系統(tǒng)由來自不同地方的兩路35 kV線路供電環(huán)365及環(huán)366線，經(jīng)主變壓器變?yōu)? kV，由單母分段的接線方式分別向地面供電。根據(jù)采礦供電系統(tǒng)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主線路均以最大運(yùn)行方式進(jìn)行整定，并以此對(duì)線路及其設(shè)備進(jìn)行選擇。

1 采區(qū)移動(dòng)變壓器及配電點(diǎn)位置的確定

1.1 采區(qū)移動(dòng)變壓器位置的確定

1）盡量位于負(fù)荷中心，以減少低壓線路長(zhǎng)度和電壓損失，保證采區(qū)設(shè)備的供電質(zhì)量。

2）每個(gè)采區(qū)最好只設(shè)一個(gè)變壓器，對(duì)整個(gè)采區(qū)和掘進(jìn)工作面供電，并且盡量不遷移或少遷移變壓器，減少變壓器硐室的開拓費(fèi)用。

3）變壓器內(nèi)要求通風(fēng)良好，溫度差不得超過周邊溫度5℃。

4）設(shè)備運(yùn)輸要方便，便于電纜進(jìn)出，地質(zhì)條件好，邊坡穩(wěn)定，原始地形。

綜合分析上述四項(xiàng)要求可知：后兩個(gè)要求容易滿足，但前兩個(gè)要求相互矛盾。因此，在確定采區(qū)移動(dòng)變壓器的位置時(shí)，應(yīng)全面分析，綜合考慮。一般先根據(jù)后兩個(gè)要求確定變壓器的位置范圍，然后再根據(jù)前兩個(gè)要求確定變壓器的位置。按后兩個(gè)要求確定采區(qū)移動(dòng)變壓器的位置時(shí)，可根據(jù)下列原則確定：

1）采區(qū)移動(dòng)變壓器的位置一般設(shè)在上(下)山的南邊坡和排洪渠后部的北部邊坡在環(huán)網(wǎng)塔架、環(huán)網(wǎng)門形桿架附近并保證足夠的安全距離。采用礦用一般型變壓器時(shí)，不得設(shè)在施工區(qū)域或工作面延伸方向。

2）在多臺(tái)階的采礦區(qū)中，各分臺(tái)階是否分別設(shè)置或集中設(shè)置移動(dòng)變電站，應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后決定。

3）當(dāng)附近移動(dòng)變電站不能滿足多臺(tái)設(shè)備供電要求時(shí)，可利用設(shè)置多個(gè)移動(dòng)變電站。如兩個(gè)移動(dòng)變電站帶8臺(tái)設(shè)備，可以分成帶4臺(tái)或3～5臺(tái)。

1.2 移動(dòng)變電站位置的確定

1.2.1 采用移動(dòng)變電站供電的條件

隨著采掘平面延伸的發(fā)展，工作面的電氣設(shè)備多、容量大，工作面走向長(zhǎng)，如仍采用固定的采區(qū)移動(dòng)變壓器供電，既不經(jīng)濟(jì)，又滿足不了電壓質(zhì)量的要求。因此，屬下列情況的采區(qū)供電宜采用移動(dòng)變電站。

1）綜合采掘工作平面延伸到設(shè)備的供電。

2）采掘工作面采用固定變壓器供電困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)。

3）多條礦帶合并而成的幾百米作業(yè)平面可利用時(shí)。

1.2.2 移動(dòng)變電站位置的確定

移動(dòng)變電站的位置一般按下列原則確定：

1）向回采工作面供電的移動(dòng)變電站位置，一般設(shè)在距工作面100～150 m的上部采空區(qū)域中。

2）當(dāng)下一個(gè)工作面尚未開采，而其規(guī)劃道路已經(jīng)掘進(jìn)完畢，可將上工作面的移動(dòng)變電站設(shè)置在下一個(gè)工作面的未尾產(chǎn)端，經(jīng)過臺(tái)階、龍門架向上工作面供電。

3）鵝卵石及的回采工作面移動(dòng)變電站，可設(shè)置在該回采工作面的回風(fēng)巷內(nèi)。

1.2.3 工作面配電點(diǎn)位置的確定

1）采掘工作面配電點(diǎn)一般設(shè)在新開采工作面或道路附近50～70 m處。

2）采掘工作面配電點(diǎn)不適合時(shí)，應(yīng)采用上下臺(tái)階跨平臺(tái)鋪設(shè)，電纜頭與設(shè)備或作業(yè)點(diǎn)保持80～100 m左右，一般配電點(diǎn)至采掘設(shè)備的電纜長(zhǎng)度以不超過150 m為宜。

3）在電纜分叉點(diǎn)應(yīng)設(shè)有分接箱，此配電點(diǎn)在電桿處也可行。

4）移動(dòng)變壓器接移動(dòng)開關(guān)柜帶獨(dú)立變壓器時(shí)，引入除塵風(fēng)機(jī)和排水水泵必須安裝在附近，與移動(dòng)開關(guān)柜不得大于20 m。

2 采區(qū)供電系統(tǒng)的擬定

2.1 采礦區(qū)域電壓等級(jí)的確定

各級(jí)配電電壓和各種電氣設(shè)備的額定電壓等級(jí)應(yīng)符合下列要求：

1）高壓不應(yīng)超過10 kV，一般為6 kV。

2）低壓不應(yīng)超過500 V。工作面一般采用220 V，跟據(jù)作業(yè)平面檢修區(qū)焊接應(yīng)使用380 V和排土場(chǎng)及溜井照明區(qū)域根據(jù)具體情況采用的機(jī)械設(shè)備可采用220 V。手持電氣設(shè)備、手持照明采用220 V，下山排水水泵的機(jī)械設(shè)備可以采用380 V。

2.2 采區(qū)供電系統(tǒng)的擬定

2.2.1 高壓供電系統(tǒng)的擬定

2.2.1.1 高壓移動(dòng)變壓器的確定

采礦環(huán)網(wǎng)奕設(shè)置雙電源進(jìn)線，在分接段共電時(shí)有多點(diǎn)刀閘分段開關(guān)，將環(huán)網(wǎng)引下線至采區(qū)移動(dòng)變壓器，跟據(jù)采掘區(qū)域的方向可以設(shè)置雙向邊坡環(huán)塔，供綜合機(jī)械化采礦的采區(qū)移動(dòng)變壓器使用。一般的采區(qū)移動(dòng)變壓器應(yīng)與采區(qū)移動(dòng)開關(guān)柜配合使用，移動(dòng)開關(guān)柜與采場(chǎng)綜合機(jī)械化設(shè)備可使用電纜或電桿進(jìn)行敷設(shè)連接。在使用防止揚(yáng)塵設(shè)備的采區(qū)移動(dòng)變壓器應(yīng)采用單電源進(jìn)線[1]。

2.2.1.2 高壓移動(dòng)開關(guān)柜的配置

1）單電源進(jìn)線的采區(qū)移動(dòng)變壓器，當(dāng)高壓移動(dòng)變壓器無高壓出線時(shí)，可不設(shè)高壓移動(dòng)開柜；當(dāng)變壓器有高壓出線時(shí)，應(yīng)設(shè)置在出線高壓移動(dòng)開關(guān)柜。

2）雙電源進(jìn)線的采區(qū)移動(dòng)變壓器，應(yīng)設(shè)置移動(dòng)變電源進(jìn)線開關(guān)，高壓移動(dòng)開關(guān)柜出線為三路，若其中一回路供電，兩回路備用時(shí)，母線可不分段；當(dāng)兩回路以上電源同時(shí)供電時(shí)，母線應(yīng)分段并設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，正常分列運(yùn)行。

3）采區(qū)移動(dòng)變壓器、采區(qū)移動(dòng)開關(guān)柜必須加菱形或豎形的防護(hù)隔欄，防止人或動(dòng)物誤入造成觸電，跳閘損壞現(xiàn)場(chǎng)采掘設(shè)備。

2.2.2 低壓供電系統(tǒng)的擬定

在擬定供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將采區(qū)內(nèi)的用電設(shè)備按電壓等級(jí)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)和安裝地點(diǎn)分組，各組盡量分開供電。在用電設(shè)備分組時(shí)，還應(yīng)考慮到各組用電負(fù)荷的大小、區(qū)域布置情況和電纜敷設(shè)的路線。各組用電負(fù)荷不能過大，以保證受電端的電壓質(zhì)量。布線分叉點(diǎn)，應(yīng)裝有開關(guān)或電纜接線盒。確定電纜的敷設(shè)路線時(shí)，應(yīng)注意回采工作面盡量使用龍門架等，不應(yīng)地面敷設(shè)電纜，排水渠及防洪堤區(qū)域嚴(yán)禁敷設(shè)電纜。

在具體擬定供電系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)考慮以下原則：

1）在保證供電安全可靠的前提下，力求所用的移動(dòng)變壓器、移動(dòng)開關(guān)柜和電纜等設(shè)施最少。

2）原則上1臺(tái)帶電檢測(cè)器開關(guān)只控制1臺(tái)設(shè)備。

3）當(dāng)采區(qū)移動(dòng)變壓器的附屬變壓器多于1臺(tái)時(shí)，應(yīng)合理分配變壓器的負(fù)荷，原則上1臺(tái)變壓器負(fù)擔(dān)一個(gè)工作面的用電設(shè)備。

4）變壓器不得并聯(lián)運(yùn)行。

5）由工作面配電點(diǎn)到各用電設(shè)備宜采用輻射式供電，溜井口及排土場(chǎng)宜采用穩(wěn)定免維護(hù)的干線式變壓器供電。

6）供電線路應(yīng)走最短的路線，并盡量避免回頭供電。

7）如配電點(diǎn)距電源供電點(diǎn)較近或輻射數(shù)量小于3臺(tái)設(shè)備時(shí)，一般無需增設(shè)變壓器，保證線路負(fù)荷平衡的同時(shí)不得重復(fù)設(shè)置帶電檢測(cè)器及開關(guān)。

8）大容量設(shè)備的帶電檢測(cè)器應(yīng)靠近配電點(diǎn)的進(jìn)線端，以減小帶電檢測(cè)器間電纜截面的電阻。

9）采區(qū)應(yīng)急變壓器、上山絞車房、治安站及門房應(yīng)設(shè)實(shí)行三專(專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路)供電，保證監(jiān)控設(shè)備、防護(hù)設(shè)備及特種設(shè)備的使用，保證的備用照明設(shè)備的啟用。

10）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還應(yīng)有多種可行方案時(shí)，應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)選擇。

3 繼電保護(hù)

采礦35 kV變電所是礦山的重要組成部分，故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此必須專門裝設(shè)保護(hù)。保護(hù)應(yīng)滿足選擇性、快速性、靈敏性、可靠性的要求[3]。

3.1 移動(dòng)變壓器繼電保護(hù)的配置情況

3.1.1 移動(dòng)變壓器的常用保護(hù)裝置

1）瓦斯保護(hù)。分為重瓦斯保護(hù)和輕瓦斯保護(hù)，瓦斯保護(hù)用于反應(yīng)移動(dòng)變壓器油箱內(nèi)部的各種故障。當(dāng)內(nèi)部故障輕微時(shí)產(chǎn)生的氣體少，使輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作并發(fā)出信號(hào)。當(dāng)內(nèi)部故障嚴(yán)重時(shí)，重瓦斯保護(hù)立即動(dòng)作，變壓器退出運(yùn)行。

2）過電流保護(hù)。作為外部短路及變壓器內(nèi)部短路的后備保護(hù)。

3）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。作為變壓器內(nèi)部繞組、絕緣套管及引出線間短路的主保護(hù)。

4）過負(fù)荷保護(hù)。變壓器過負(fù)荷發(fā)出報(bào)警信號(hào)。5）溫度保護(hù)。作用于變壓器超溫報(bào)警。

3.1.2 架空線路保護(hù)

采用時(shí)限過流保護(hù)作為主保護(hù)，無時(shí)限速斷保護(hù)為輔助保護(hù)。

3.1.3 電纜線路保護(hù)

定時(shí)限過電流保護(hù)為主保護(hù)，速斷保護(hù)為輔助保護(hù)，零序電流保護(hù)作為報(bào)警信號(hào)。

3.1.4 帶電電阻檢測(cè)保護(hù)

電阻繼電器到采場(chǎng)機(jī)械設(shè)備保證同阻值，當(dāng)電纜斷路或帶電電阻值發(fā)生變化時(shí)，起到速斷保護(hù)。

3.2 變壓器繼電保護(hù)的整定

變壓器單側(cè)電源、單獨(dú)運(yùn)行的35/6 kV，Y/△-11電力變壓器的繼電保護(hù)方式，整定計(jì)算及保護(hù)原理接線圖等。

3.2.1 變壓器的瓦斯保護(hù)

1）保護(hù)原理。變壓器的內(nèi)部故障如匝間、層間短路和接地短路等。如QJ3-80型瓦斯繼電器，當(dāng)發(fā)生輕微故障時(shí)產(chǎn)生氣體上升，聚集在繼電器上部，使油面下降，開口杯隨油面降低而下沉，使磁鐵靠近干簧接點(diǎn)，干簧接點(diǎn)閉合，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)；當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生大量的氣體，使擋板及開口杯一起轉(zhuǎn)動(dòng)，接點(diǎn)閉合，使斷路器跳閘。瓦斯保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)作迅速，靈敏度高，接線和安裝簡(jiǎn)單，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種類型的故障。缺點(diǎn)是：不能反應(yīng)外部套管和引出線的短路故障，因而還必須與其他保護(hù)裝置配合使用。

2）保護(hù)的整定。輕瓦斯保護(hù)的動(dòng)作整定值可通過調(diào)整開口杯動(dòng)作所需要的瓦斯繼電器頂部的氣體體積確定，一般瓦斯繼電器可調(diào)節(jié)的最大范圍為250～300 cm3；重瓦斯的整定是調(diào)節(jié)擋板上的彈簧壓力，該壓力已換算成相應(yīng)的油氣流的流速，標(biāo)注在彈簧的調(diào)節(jié)桿旁邊，一般可調(diào)節(jié)的范圍為0.6～1.5 m/s。

3.2.2 變壓器的過電流保護(hù)

變壓器的過電流保護(hù)裝置安裝在變壓器的電源側(cè)，其既能反應(yīng)變壓器的外部故障，又能作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)，同時(shí)也作為下一級(jí)線路的后備保護(hù)。為提高靈敏度應(yīng)采用三相三繼電器接線。

過電流保護(hù)的動(dòng)作電流，應(yīng)按避開變壓器的最大負(fù)荷電流來整定，

式中：Iw.max為變壓器的最大負(fù)荷電流，Kk為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；Kre為返回系數(shù)，一般取0.85。

保護(hù)裝置的靈敏度應(yīng)按下式校驗(yàn)

式中：Is2.min為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)范圍末端最小兩相短路電流。

保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限按階梯原則整定，即比下一級(jí)保護(hù)裝置大一個(gè)時(shí)限級(jí)差△t。

3.2.3 變壓器的過負(fù)荷保護(hù)

變壓器過負(fù)荷屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)，不算故障，一般經(jīng)過延時(shí)后作用于信號(hào)來通知運(yùn)行值班人員。因?yàn)樽儔浩鞯倪^負(fù)荷電流是對(duì)稱的，所以只需在某一相上裝一只電流繼電器來反應(yīng)變壓器的過負(fù)荷。

過負(fù)荷保護(hù)裝置的動(dòng)作電流按躲過變壓器的額定電流整定：

式中：IN，T為變壓器的額定電流；Kk為可靠系數(shù)，取1.05；Kre為返回系數(shù)，取0.85。

為防止短路時(shí)和大負(fù)荷起動(dòng)時(shí)誤發(fā)信號(hào)，過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)裝設(shè)一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，要大于變壓器的過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，一般取10 s。

4 結(jié)語

尖山鐵礦采場(chǎng)供電系統(tǒng)正按方案設(shè)計(jì)實(shí)施，以滿足采場(chǎng)供電安全需要。但隨著大型或超大型露天礦山的組建對(duì)供電系統(tǒng)又有了新的要求，如何提升供電穩(wěn)定性，提升可操作性，減少成本費(fèi)用的增加均至關(guān)重要，目前，我國大中型國有礦山采場(chǎng)電氣設(shè)備類型的選擇應(yīng)符合《非煤礦山安全規(guī)程》的規(guī)定，各類礦用電氣設(shè)備的使用場(chǎng)所見參考教材《工礦企業(yè)供電》。在使用大量的移動(dòng)供電設(shè)備和移動(dòng)開關(guān)設(shè)備等電氣設(shè)備，所以供電系統(tǒng)中，除了需要供給有功功率以外，還需供給大量的無功功率，從而造成發(fā)電和配電設(shè)備的供電能力不能充分利用。因此，還需考慮提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，以減少對(duì)電源系統(tǒng)的無功功率需求量，同時(shí)也減少電能的浪費(fèi)。

[1] 王崇林，鄒有明.供電技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1997.

[2] 孟祥忠.非煤礦山35kV變電站變壓器的最優(yōu)選擇[J].煤炭技術(shù)，2005（2）：40－41.

（編輯：苗運(yùn)平）

Design of Power Supply System for Opencast Mine Stope

CAO Wenji
（Jianshan Iron Mine,Mining Branch Company of Taiyuan Iron&Steel(Group)Co.,Ltd., Taiyuan Shanxi 030304）

The power supply system of Jianshan iron ore 35 kV includes two parts of loop network power supply system and ground power supply system.Through on-the-spot investigation of mining area,combined with the existing production level and future development prospects,based on the original power supply system and according to the relevant provisions on production of non-metal mine industry,the power supply system is further standardized and improved.In order to ensure the safety and reliability of power supply,and considering the service life of Jianshan iron ore mining,the overall design of mine is carried out from economy and technology,so as to meet the rationality of power supply for mining in Jianshan iron mine.

35 kV,power supply system,equipment selection

TD84

A

1672-1152（2017）03-0070-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.29

2017-02-15

曹文姬（1983—），男，內(nèi)蒙古呼市人，太鋼礦業(yè)分公司尖山鐵礦，助理工程師，現(xiàn)從事采礦外線電工電氣技術(shù)工作。