新世紀煤礦擴建后供電系統的改造

摘要：隨著我國煤礦多數礦井向深部開采，產量不斷提高，供電設備逐漸增多，煤礦供電的安全性已經成為制約安全生產的主要因素之一。本文根據《煤礦安全規(guī)程》的要求，對新世紀煤礦擴建后提出了供電系統改造方案，提高了煤礦供電的安全性。

關鍵詞：煤礦 供電系統 改造

0 引言

煤礦井下供配電系統是煤礦生產的重要動力保障。一旦電力中斷，生產將被迫停止，同時由于煤礦井下存在瓦斯和涌水，停電后極易發(fā)生瓦斯積聚、瓦斯爆炸、淹井等惡性事故。隨著我國煤礦多數礦井向深部開采，產量不斷提高，井下供電線路在逐漸延伸，供電設備逐漸增多，煤礦供電的安全性已經成為制約安全生產的主要因素之一，必須對供配電系統進行大的改造。因此，研究改造供電方式、配電裝備，對預防電氣事故，減小停電范圍，提高煤礦供電的安全性，具有十分重要的意義。

1 礦井概況

新疆新世紀礦業(yè)有限責任公司新世紀煤礦位于阜康市三工河鄉(xiāng)大平灘，距烏魯木齊市80km，于1996年建井，屬私營企業(yè)，井型90kt/a，井田內現有的生產礦井一個，即新疆阜康市新世紀煤礦，另外還有廢棄小窯五座，礦井主、副井均為斜井開拓，主斜井為帶式輸送機運輸，副斜井為單鉤串車提升，礦井屬高瓦斯礦井，有煤塵爆炸危險性，煤層不易自燃～易自燃煤層。現井型欲改造成0.9Mt/a，那么礦井用電負荷將大幅增加，勢必造成供電能力嚴重不足，礦井現有電源引自三工變電所10kV側。

2 礦井改造后供配電方案

根據《煤礦安全規(guī)程》的要求，礦井供電電源必須采用雙電源供電，并且應滿足《煤礦安全規(guī)程》第四百四十一條要求：礦井應有兩回電源線路，當任一回電源線路發(fā)生故障停止供電時，另一回路應能擔負礦井全部負荷。按照以上原則，確定本礦的供配電技術原則如下。

2.1 礦井供電系統技術特征 電源取自阜康110kV變電所的35kV側及沁園110kV變電所35kV側。新建2回35kV架空線路，經計算2回架空線路導線均確定為LGJ-185，線路長度分別為25km和17km；正常情況下，兩回線路同時工作，分列運行，當一回線路故障時，另一回線路能保證礦井全部負荷用電。本設計采用在礦井10kV及0.4kV側進行無功補償的方式。本次設計確定礦井供配電電壓等級為：地面為35kV、10kV，井下為10kV、1140V、660V、127V、36V。系統35kV、10kV、0.4kV側主接線均為單母線分段。

2.2 35kV線路技術特征 礦井35kV變電站最大計算負荷為7.53MVA，最大電流為124.2A，根據經濟電流密度及用電負荷計算，考慮今后的發(fā)展，35kV線路選擇為LGJ-185/25型鋼芯鋁絞線，與之配合使用的為GJ-35避雷線。兩回新建35kV架空電源線路導線規(guī)格均為LGJ-185，線路長度分別約25km及17km；導線安全系數為3.0，最大使用應力為91.3N/mm2；避雷線為GJ-35型鍍鋅鋼絞線，設計年平均運行應力為瞬間應力的25%，安全系數3.6，最大設計應力為340.3N/mm2。

2.3 地面35kV變電所

2.3.1 變電所位置選擇和布置 根據礦井工業(yè)場地的布置，變電所所址的選擇綜合考慮了滑坡、塌陷區(qū)、采空區(qū)、洪水、便于線路進出、負荷中心以及風向影響等各方面的因素。本礦工業(yè)場地狹小，受客觀條件限制，變電所占地面積不能太大。綜合考慮建設期及業(yè)主建議，變電所布置方式考慮如下2個方案：

方案一，采用全戶內布置方式，變電所建筑物內設高壓配電室、低壓配電室、高壓電容器室和值班室：35kV配電室、主控室設于變電所二層；10kV配電室、0.4kV配電室、配電變壓器室設于變電所一層；主變壓器室設置于戶內。其35kV采用戶內高壓開關柜；10kV采用戶內高壓開關柜；0.4kV側均采用抽出式開關柜；主變壓器及配電變壓器采用油浸式變壓器，設在室內。

方案二，采用集中箱式變電站，變電站設35kV、10kV及0.4kV集中箱式配電室和箱式高壓電容器室，控制室設在0.4kV箱側；其35kV采用戶內高壓開關柜；10kV采用戶內高壓開關柜；0.4kV側均采用抽出式開關柜；主變壓器采用油浸式變壓器，設置室外；配電變壓器采用油浸式變壓器，設在室內。

經比較，方案一的占地面積小、投資少，但建設期要長于方案二。根據本礦實際情況，并與業(yè)主溝通后，設計確定采用方案一為變電所布置方案。

2.3.2 主接線方式 35kV、10kV及0.4kV側均采用單母線分段接線；下井工作電源引自變電所6kV母線側不同母線段；地面一、二級負荷均采用雙回路供電，電源分別引自變電所6kV及0.4kV的Ⅰ、Ⅱ段母線。

2.3.3 主變壓器及主要設備選擇 主變選擇：礦井35kV變電所負擔全礦井負荷用電，根據負荷計算，主變壓器選擇2臺S11-6300/356300kVA35/10.5kV型變壓器，同時工作，負荷率60%，保證系數0.84。當一臺變壓器停止運行時，另一臺變壓器能保證礦井一、二級負荷的用電。

變電所主要開關設備選擇：35kV側選用KYNS-40.5型鎧裝式交流金屬抽屜開關柜，內設VS-40.5型高壓真空斷路器，10kV側選用KYN28A型鎧裝式交流金屬抽屜開關柜，內設VSV-12型高壓真空斷路器。

因礦井大功率用電設備較多，并多采用變頻器，軟起動器控制，使供電系統高次諧波含量增加，將影響礦井供電質量，嚴重時有可能導致礦井的安全監(jiān)控和自動化控制裝置等設備不能正常工作，甚至燒毀設備，對礦井的安全生產造成威脅，為抑制高次諧波，本設計在礦井35kV變電所內10kV母線側設置了MSVC型靜止型動態(tài)無功補償裝置。

經計算，本礦井10kV系統單相接地電容電流約為21A左右，根據《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》GB50215-2005第11.4.7條規(guī)定：“礦井6（10）kV電網的單相接地電容電流超過20A時，宜采用自動補償消弧裝置等措施”，設計采用了2套TXK-M-10kV型消弧、消諧及過電壓保護裝置。

2.3.4 變電所繼電保護及計量 設計采用分層分布式微機綜合保護裝置，該系列裝置具有變電所主要設備所需的各種保護功能，保護配置方便，保護動作迅速、準確；將微機保護監(jiān)控裝置直接裝在高壓配電柜內，把監(jiān)控、保護分散到就地完成，能夠簡化二次接線，提高系統的可靠性，盡可能的避免了因二次連接電纜接觸不良而引發(fā)的故障。

2.3.5 所用電及操作電源 所用電取自所內控制室內的1臺所用電屏，該屏2回電源分別引自0.4kV側Ⅰ、Ⅱ段母線。變電所采用直流操作，為了供給控制、保護、自動裝置、合、跳閘回路、通信及事故照明等直流用電，所內裝設了一套220V、100Ah的鉛酸免維護蓄電池直流裝置，整套裝置由2面屏組成。直流裝置采用單母線分段接線方式，設1套電壓監(jiān)察裝置，1套絕緣監(jiān)察裝置。

2.3.6 防雷接地 為防止配電裝置遭受直接雷擊，根據《電力設備過電壓保護技術規(guī)程》，在變電所屋頂設避雷帶，與室外主接地網公用一套接地系統，其集中接地裝置與主接地網多點可靠連接。要求由避雷帶與主接地網的地下連接點至供配電裝置與主接地網的地下連接點沿接地體的長度不應小于15m。接地裝置按《電力設備接地設計規(guī)程》執(zhí)行，圍繞本變電所及建筑物敷設閉合回路的接地網，主接地網由-50×5的熱鍍鋅扁鋼及∠50×50×5的熱鍍鋅角鋼構成，能滿足熱穩(wěn)定的要求。

3 結束語

煤礦企業(yè)因生產能力逐步擴大，經常會造成供電系統超負荷運行，因此為了解決存在的安全隱患和擴容，進行供電系統技術改造勢在必行。煤礦供電系統是一項龐大而復雜的工程，設計人員應加強對用電單位供電現狀的了解及現場勘察調研，多方討論，本著供電安全可靠、技術先進、經濟實用的設計理念，消除煤礦供電中的不穩(wěn)定因素，以促進煤礦供電工作更加穩(wěn)定合理。

參考文獻：

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