張照文

（山西汾西礦業(yè)有限（責(zé)任）公司孝義煤礦管理公司， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井規(guī)模的增大，變電所供電系統(tǒng)的負(fù)荷量也隨之增加，需要使用電壓量更大的供電系統(tǒng)。對(duì)此，礦井主變電站在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)操作規(guī)范，在確保運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上降低故障的發(fā)生幾率，使煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失降至最低。由此本文以冷泉礦井為例，考慮了礦井主變電站供電系統(tǒng)復(fù)雜性，分析了變電站設(shè)備選型與供電優(yōu)化技術(shù)。

1 煤礦企業(yè)供電基本需求

首先應(yīng)確保供電安全性。應(yīng)在嚴(yán)格遵照《煤礦安全規(guī)程》條例的基礎(chǔ)上，有效采取防潮、防觸電等措施，以保障煤礦供電的安全性與可靠性。其次應(yīng)保障供電的可靠性。在任何情況下均需確保一定電能供應(yīng)，從而保證整個(gè)礦井生產(chǎn)的安全性。再次是供電技術(shù)的合理性。煤礦供電電壓、譜波成分等需要滿足一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且波動(dòng)范圍也不能超過(guò)額定值。最后應(yīng)確保供電的經(jīng)濟(jì)性。煤礦設(shè)備需要較大的耗電量，若設(shè)計(jì)不合理則會(huì)嚴(yán)重浪費(fèi)電能，因此應(yīng)在保證供電系統(tǒng)合理性的基礎(chǔ)上保證供電的經(jīng)濟(jì)性[1]。

2 煤礦井下供電設(shè)計(jì)方案

首先煤礦企業(yè)應(yīng)根據(jù)井下采掘以及排水情況合理布設(shè)井下變電所與配電設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在井底車(chē)場(chǎng)的周?chē)O(shè)計(jì)中央變電所，并在主井底上倉(cāng)帶式輸送機(jī)機(jī)頭上布設(shè)裝載硐室，且還應(yīng)在移動(dòng)變電站上安裝采煤與綜掘工作面。其次應(yīng)確定井下供電電壓的等級(jí)，一般而言，礦井下供電電壓等級(jí)分為10 kV、3 300 V以及1 140 V，而照明設(shè)備則采用127 V電壓。最后是確定井下各變電站的供電范圍，裝載硐室變電所、礦用隔爆型變壓器11盤(pán)區(qū)以及12盤(pán)區(qū)變電所屬于井下中央變電所的主要高壓供電設(shè)備，而低壓供電設(shè)備則為電壓是1 140 V的液壓站清倉(cāng)設(shè)備。裝載硐室主要利用11盤(pán)區(qū)與12盤(pán)區(qū)大巷帶式輸送機(jī)、倉(cāng)上配倉(cāng)刮板機(jī)以及礦用隔爆型變壓器等設(shè)備進(jìn)行高壓供電；利用裝載配電點(diǎn)、上倉(cāng)帶式輸送機(jī)及拉緊設(shè)備、硫化器以及清理撤煤轉(zhuǎn)載式帶式輸送機(jī)等設(shè)備完成低壓供電。礦井下使用的局部通風(fēng)機(jī)主要采用雙電源供電模式完成供電過(guò)程，且為線路開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)了選擇性的漏電保護(hù)裝置，有效封鎖了電、瓦斯等。除此之外，井下高壓電纜主要采用MYJV22-10 kV等煤礦專(zhuān)用絕緣電力電纜設(shè)備[2]。

3 礦井下主變電站供電系統(tǒng)

3.1 供電系統(tǒng)方案比較

冷泉礦井生產(chǎn)量為60萬(wàn)t/年，屬于大型礦井。目前，冷泉礦井在達(dá)到最大涌水量時(shí)，其用電負(fù)荷量達(dá)到5 628 kW，電流為644.7 A，超過(guò)了目前礦用開(kāi)關(guān)柜允許的630 A電流，因此必須采用兩根以上的井下電纜供電方式。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員出臺(tái)了兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，下面由技術(shù)性方面分別比較分析這兩個(gè)方案。

方案Ⅰ中，在正常供電模式下，6 kV母線分三段運(yùn)行，且不論哪根電纜或母線出現(xiàn)停電故障，非故障母線上會(huì)存在至少三臺(tái)運(yùn)行的水泵，滿足了最大涌水量時(shí)主排水負(fù)荷的供電要求。而在方案Ⅱ中，同一段母線上的兩根井下電纜處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)母線出現(xiàn)故障停止供電時(shí)，若無(wú)法及時(shí)有效排除故障，則排水泵無(wú)法滿足正常工作需求。同時(shí)，在方案Ⅱ中，同一母線兩根井下電纜處于并聯(lián)運(yùn)行模式，增大了6 kV母線上的短路電流，不利于校驗(yàn)高壓出線電纜截面的選擇工作與設(shè)備的選型工作。除此之外，方案Ⅰ中供電系統(tǒng)6 kV母線分為三段，母聯(lián)開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)可以靈活分配負(fù)荷，且故障影響范圍較小，有利于故障查詢與處理。其具體技術(shù)比較表如下頁(yè)表1所示[3]。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，方案Ⅰ均具備明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)此，冷泉煤礦主變電站高壓供電所應(yīng)采用方案Ⅰ。

表1 供電系統(tǒng)方案技術(shù)比較表

3.2 設(shè)備選型優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)冷泉礦井整體進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，期間，工作人員經(jīng)井下主變電所KYGG-Z型固定式高壓開(kāi)關(guān)柜改為KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜，提升了礦井主變電站設(shè)備的技術(shù)水平，且降低了運(yùn)行費(fèi)用成本。

在選型供電設(shè)備時(shí)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：首先是在先期建設(shè)供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)有效考慮后期供電情況；其次是煤礦企業(yè)應(yīng)減少臨時(shí)設(shè)備的投資成本，并提前安裝永久性設(shè)備；再次是對(duì)于臨時(shí)投入設(shè)備，在礦井投產(chǎn)或后期建設(shè)時(shí)應(yīng)盡量恢復(fù)使用；最后設(shè)計(jì)供電設(shè)備等級(jí)時(shí)應(yīng)兼顧設(shè)計(jì)臨時(shí)與永久供電系統(tǒng)，從而便于系統(tǒng)及時(shí)切換，從根本上降低投入成本[4]。

確定選型后還應(yīng)做好技術(shù)特點(diǎn)比較工作，相較KYGG-Z型固定式高壓開(kāi)關(guān)柜，KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜具備以下優(yōu)勢(shì)：一是KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜采用了隔離插銷(xiāo)以及手車(chē)式機(jī)芯形式，檢修時(shí)可以將手車(chē)機(jī)芯自由拉出柜體外，電氣斷點(diǎn)明顯，操作簡(jiǎn)便且維護(hù)安全性較高。二是KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜綜合采用了接觸器與集斷路器于一體的真空開(kāi)關(guān)裝置，在設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)可作為接觸器使用，且可以實(shí)現(xiàn)頻繁操作，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。而當(dāng)出現(xiàn)短路問(wèn)題時(shí)，開(kāi)關(guān)可以準(zhǔn)確切斷電路。三是主排水泵綜合啟動(dòng)柜采用了雙柜體結(jié)構(gòu)，節(jié)省了5臺(tái)母線聯(lián)絡(luò)柜，簡(jiǎn)化了安裝流程。四是KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜具備干式起動(dòng)電抗器，且變電所無(wú)需安裝電抗器壁殼，有效降低了裝載硐室的工程造價(jià)與工程量。五是相較KYGG-Z型固定式高壓開(kāi)關(guān)柜，KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜體積更小，有效縮短了變電所的總長(zhǎng)度，減少了裝載硐室的斷面面積。其具體設(shè)備選型技術(shù)比較表下表2所示。

表2 變電所設(shè)備選型技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

3.3 供電系統(tǒng)及設(shè)備選型優(yōu)化結(jié)論

一方面，當(dāng)?shù)V井下用電負(fù)荷較大時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用3根下井電纜，且井下主變電站6 kV母線也應(yīng)三段運(yùn)行，在確保設(shè)備運(yùn)行靈活的基礎(chǔ)上有效降低投資成本。另一方面，冷泉煤礦應(yīng)采用KYGG-Z型手車(chē)式高壓真空開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，提高供電設(shè)備的運(yùn)行水平，以有效減少礦井下主變電所裝載硐室的總長(zhǎng)度及斷面面積，從而有效縮短建設(shè)周期，充分降低工程造價(jià)成本。

4 結(jié)語(yǔ)

在礦井建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同時(shí)期供電需求合理設(shè)計(jì)主變電站供電方案，并優(yōu)化設(shè)備選型工作，且在施工期間應(yīng)盡量減少臨時(shí)設(shè)備，充分利用高壓開(kāi)關(guān)柜、變壓器以及高壓電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，以充分降低煤礦的生產(chǎn)成本。