結合工程設計闡述露天煤礦的輸變電工程設計

摘要：結合工程設計闡述露天煤礦輸變電工程設計。針對露天煤礦輸變電設計相關的規程規范要求和實際工程設計舉例兩部分內容進行闡述。

關鍵詞：電力負荷輸電線路變壓器接線方式

一、問題的提出

隨著市場煤炭需求量的不斷增大，煤礦開采的規模越來越大型化。大型煤礦的供電可靠性、供配電系統的經濟運行和優化設計更是尤為重要。下面結合本人近期的工程設計重點闡述大型露天煤礦的輸變電工程設計。主要針對露天礦輸變電設計相關的規程規范要求和實際工程設計舉例(以新疆天池能源有限責任公司南露天煤礦為例)兩部分內容進行闡述。

二、電源點的確定

相關規程規范要求：

露天煤礦主要生產設備均屬于二級負荷，應由兩回外部電源供電，當一回電源中斷供電，另一回電源不應同時受到損壞。

工程設計舉例：

新疆準東煤田大井礦區周邊以110kV和35kV供電網為主。南露天煤礦附近現有或規劃的電源點主要有準東電廠、吉木薩爾220kV變電站、奇臺110kV變電站、瑤池220kV變電站、規劃建設的五彩灣220kV變電站和將軍廟220kV變電站。

1、準東電廠：位于南露天礦南部偏西，距離約100km，電廠裝機容量為3×12MW，電廠升壓站的110kV側采用單母線帶旁路母線接線方式，共有二回110kV出線，一回引至火燒山110kV變電站，另一回引至阜康西變并經過阜康變、瑤池變與新疆主網相連。

2、吉木薩爾220kV變電站：位于南露天礦南部，距離約90km，該變電站的220kV電源由瑤池變電站引來，線路規格為LGJ-300/69km。吉木薩爾220kV變電站目前主變壓器容量為(90+120) MVA，220kV側單回電源進線，采用雙母線接線，110kV側有兩回線路引至奇臺變電站，根據電力系統規劃在2010年吉木薩爾220kV變電站將建設第二回220kV線路。

3、奇臺110kV變電站：位于礦區的南部，距礦區約110km，該變電站的110kV側有兩回電源均由吉木薩爾220kV變電站引來，線路規格分別為LGJ-185/42.6km 及LGJ-185/49km。奇臺變電站目前主變壓器容量為(2×31.5)MVA，一回110kV出線LGJ-70引至相距69.2km的木壘110kV變電站。根據電力系統規劃在2010年奇臺變電站及其雙回電源線路將升壓為220kV。

4、瑤池220kV變電站：位于礦區西南方向，距礦區約180km，該變電站的220kV電源分別由米泉220kV變電站及紅雁池二電廠引來，線路規格分別為LGJQ-400/27.26km 及LGJ-2×300/92.34km。瑤池變電站目前主變壓器容量為1×150MVA，220kV出線3回，采用雙母線帶旁路母線接線方式，其中一回220kV出線引至吉木薩爾220kV變電所。

5、五彩灣220kV變電站：根據新疆電力公司的規劃，應準東中部煤田開發的要求，在南露天煤礦南側偏西距離約為6km的位置新建了五彩灣220kV變電站一座。為了適應附近礦區的發展，該變電站分期進行建設，前期建設由瑤池220kV變電站引來的220kV線路一條，線路規格為LGJQ-300/115km，該線路目前已建成并投運。考慮到負荷近期較小的情況，該線路暫時以110kV降壓運行。五彩灣變電站設110/35kV 40MVA變壓器兩臺，為礦區的前期開發及工業園內其它電力負荷提供電源。中期將兩臺40MVA變壓器更換為兩臺150MVA變壓器， 后期再增設一臺150MVA變壓器，同時建設由瑤池220kV變電站至五彩灣220kV變電站的第二條220kV線路，線路規格為LGJQ-300/115km。該變電站同時與準東東部礦區附近規劃的將軍廟220kV變電站以220kV線路聯結。

6、將軍廟220kV變電站：根據新疆電力公司的規劃，應準東東部煤田開發的要求，在南露天煤礦東南約為70km的位置新建將軍廟220kV變電站一座。為了適應附近礦區的發展，該變電站分期進行建設，前期建設由五彩灣220kV變電站引來的220kV線路一條，線路規格為LGJQ-300/80km，考慮到負荷近期較小的情況該線路暫時以110kV降壓運行，將軍廟變電站設40MVA變壓器一臺，為礦區的前期開發及工業園內其它電力負荷提供電源。中期將一臺40MVA變壓器更換為一臺150MVA變壓器，后期再增設兩臺150MVA變壓器。

根據負荷統計結果及周邊電源現狀情況，露天礦供電電源電壓等級采用110kV。從供電可靠性、供電能力、供電距離及投資等幾個方面綜合比較后，將五彩灣220kV變電站作為本礦的永久電源，并根據五彩灣220kV變電站的建設進度對露天礦110kV供電線路分期進行建設，在五彩灣220kV變電站第二回220kV電源線路建成前利用臨時柴油發電機組作為坑內排水、消防等二級負荷的備用電源。

三、輸電線路

相關規程規范要求：

露天煤礦變電所應有兩回外部電源線路，線路導線截面按照經濟電流密度選取，當一回線路故障時，另一回線路能夠供全部負荷的電壓偏差的規定及安全載流量的要求，電壓偏差要求不大于線路標稱電壓的5%。

工程設計舉例：

露天礦110kV變電所兩回110kV電源引自五彩灣220kV變電站，每回線路長度約6km，導線規格為LGJ-240，采用水泥桿塔架設，其中一回架設GJ-70避雷線，另一回架設光線復合架空地線。正常情況下兩回線路同時工作，每回線路的電壓損失為0.185%；當其中一回線路故障或檢修時，另一回線路滿足供全部負荷時的電壓損失為0.37%。

四、變電所

相關規程規范要求：

變電所選址要求靠近中心，便有架空和電纜線路的引入和引出，交通運輸方便，周圍環境無明顯污染，在50年一遇高水位之上，與采掘場地表境界距離大于200m。主變壓器選擇要求宜裝設兩臺及以上主變壓器，分列運行，當一臺變壓器故障或檢修時，其余變壓器的容量不應小于75%的全部負荷。電力潮流變化大、電壓偏移大的變電所，宜采用有載調壓變壓器。變電所的操作電源宜采用免維護鉛酸電池直流屏。10kV側設置集中自動補償裝置。10kV及35kV側單相接地電容電流經計算后超過10A時，采用消弧線圈接地方式。

工程設計舉例：

1、變電所位置及變壓器選型

在露天礦工業場地東南角設露天礦110kV變電所一座。

露天礦負荷統計折合到變電所110kV母線的結果：有功功率23511.9kW；無功功率9421.6kvar；視在功率25329.3kVA。露天礦110kV變電所主變壓器兩臺，型號為SFSZ10-20000/110 110±8×1.25%/38.5±5%/10.5kV YNyn0d11 20000/20000/20000 kVA三繞組有載調壓電力變壓器，兩臺同時工作分列運行，負荷率為0.63，保證率為0.79。

2、變電所主接線及平面布置

110kV、35kV、10kV側均采用單母線分段接線方式。110kV、35kV及10kV配電裝置均布置在室內，兩臺主變壓器設在室外。變電所主要由110kV配電室、35kV及10kV配電室、電容器室、室外兩臺主變壓器組成。110kV配電室、電容器室為單層建筑；35kV及10kV配電室為二層建筑，35kV配電室及控制室設在二層，10kV配電室及消弧室設在一層。

110kV配電裝置選用ZF12-126型GIS組合電器；35kV配電裝置選用KYN66-40.5型手車式高壓開關柜，內配SFM-40.5型永磁真空斷路器；10kV配電裝置選用KYN28(A)-12型金屬鎧裝封閉式高壓開關柜，內配SEM-12型永磁真空斷路器。電容器室設10kV無功自動補償裝置2套。消弧室設ZDBG-10/5-50 型10kV消弧線圈自動調諧及接地選線裝置2套。

110kV側采用架空進、出線，35kV側采用架空進、出線，10kV側采用封閉母線進線、電纜出線。

各配電裝置的操作電壓為DC220V，操作電源選用NGZ2-150Ah/220 150Ah型微機監控全數字免維護直流電源屏。

變電所10kV側設置2套HVC型高壓無功自動補償成套裝置。無功自動補償裝置安裝于電容器室內，每套補償容量為1200kvar，使變電所無功補償后的功率因數達到0.9以上。

變電所10kV側電容電流估算為13.2A，在變電所消弧室內設置ZDBG-10/5-50 型10kV消弧線圈自動調諧及接地選線裝置2套。