煤礦工業場地動力線網設計

唐會祥

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煤礦工業場地動力線網設計

唐會祥

根據煤礦供電的特點，文章介紹了動力電纜敷設路徑選擇的原則及不同的敷設方式的優缺點。并根據作者的設計經驗，介紹了電纜型式及截面選擇的原則，就其中需要注意的問題進行了簡單的闡述。對煤礦工業場地動力線網的設計、施工及運行管理提供一定的參考。

由于煤礦供電的特殊性，要求其供電安全、可靠及運行穩定。煤礦工業場地動力線網是煤礦供配電中較為重要的一部分。其中電力電纜起到電力傳輸通道作用，其分布廣、環境惡劣、容易受到損害。室外動力線網設計一般包含電纜敷設路徑的選擇、電纜敷設方式的選擇以及電纜型式、截面的選擇。下面根據作者多年的設計經驗，就煤礦工業場地動力線網設計相關問題談幾點看法。

煤礦工業場地布置及供電方式介紹

工業場地布置特點

煤礦工業場地根據其工藝布置一般分為：生產區、輔助生產區、生活福利區。其中，生產區一般由主副井、風井、生產系統的相關煤倉、輸煤棧橋等組成。輔助生產區一般由礦井機修間、油脂庫、器材棚、綜采設備庫、變電站、鍋爐房、供水排水站、污水處理站等組成，為礦井生產物質堆放、檢修區域及為生產生活提供電力、暖、水。生活福利區一般由生產指揮管理綜合樓、食堂、宿舍樓、文體活動中心及燈房浴室聯合建筑等組成，為礦井生產指揮中心，人員生活休息集散區域。礦井工業場地雖規模不一樣，其布置大致都可以分為以上幾個區域。

供電方式

根據煤礦工業場地的工藝布置特點，一般在工業場地設置一座總變電所，負責全礦井用電設備供電，大中型礦井一般設110（35）kV總變電所，小型礦井一般設10（6）kV總變電所。再根據工藝布置設置若干分變電所：主井口房變電所、副井口房變電所、通風機房變電所、鍋爐房變電所、機修間變電所、生產系統變電所、場前生活區變電所等。根據其供電方式，各總變電所至分變電所、分變電所至大電機及各單體建筑配電箱均采用室外電纜供電。

動力電纜敷設路徑及敷設方式選擇

動力電纜敷設路徑選擇

室外動力電纜路徑的選擇，應符合下列規定：應使電纜不易受到機械、振動、化學、水、熱影響、蜂蟻和鼠害等損傷；滿足安全要求條件下，應保證電纜路徑最短；應便于敷設、維護；宜避開將要挖掘施工或有塌陷危險的地方；應盡量避開和減少穿越地下管道（包括熱力管道、水管、煤氣管道等）。

根據煤礦工業廠區特點，電纜應沿著負荷較集中的地方敷設；盡量沿著場區道路兩側綠化帶，與水、暖管線分開布置，減少交叉；需充分考慮煤礦升級改造或擴建的可能性，不能占用預留建筑物場地；敷設路徑不能影響美觀、交通，盡量少穿越硬化場地、道路；主要電纜路徑需遠離煤礦的生產系統如原煤倉、準備車間、選煤廠等煤塵污染較大的區域。電纜在任何敷設方式情況下，都應滿足電纜允許彎曲半徑要求。路徑選擇時需與總圖專業多協商，優化綜合管線。

動力電纜敷設方式選擇

電纜敷設方式的選擇應視工程條件、環境特點和電纜類型、數量等因素，且按滿足運行可靠、便于維護的要求和技術經濟合理的原則選擇。下面就煤礦各種常見的敷設方式做一個比較，詳見表1，作為設計選擇的一個參考。

表1　動力電纜敷設方式比較

動力電纜型式的選擇

動力電纜型式的選擇主要從以下幾個方面考慮：電纜導體材質、電纜芯數、電纜絕緣水平、電纜絕緣類型及護層類型。

電纜導體材質選擇

銅材的導電率高，損耗比較低，機械性能優于鋁材，且延展性好，便于加工安裝，但造價高于鋁。由于煤礦對供電的可靠性要求高，目前煤礦供電設計中均采用銅導電材質。

電纜芯數選擇

1kV及以下電源中性點直接接地系統，采用TT接線方式時，變電所至配電點部分應選用四芯電纜；采用TN-C-S接線方式時，變電所至配電點部分應采用四芯電纜；采用TN-S接線方式時，變電所至配電點部分應選用五芯電纜。直供電機可采用三芯或四芯電纜。煤礦地面低壓供電系統中一般采用TN-C-S和TN-S接線方式。選煤廠660V經高阻接地系統一般選三芯或四芯電纜。3～35kV三相供電回路電纜一般應選用三芯電纜，110kV三相供電回路電纜一般選用單芯電纜。

電纜絕緣水平選擇

正確地選擇電纜的額定電壓值是確保長期安全運行的關鍵之一。電纜的額定電壓包含U0/U，其中U0為電纜芯對地（絕緣屏蔽或金屬層之間）的額定電壓，U為電纜纜芯之間的額定電壓。煤礦高壓供電系統一般采用中性點非有效接地系統，其單相接地故障持續時間在1min～2h之間，必須選用第Ⅱ類 U0。電纜纜芯之間的額定電壓U不得低于使用回路的工作線電壓。故煤礦高壓供電系統中，6kV供電系統電纜采用6/6kV額定電壓電纜，10kV供電系統電纜采用8.7/10kV電纜，35kV供電系統電纜采用26/35kV電纜。220/380V系統選用第Ⅰ類的U0，其電纜選用0.6/1kV額定電壓電纜。

電纜絕緣類型及護層選擇

煤礦供電系統中一般低壓電纜宜選用交聯聚乙烯型絕緣；中壓電纜宜選用交聯聚乙烯絕緣；移動式設備或有較高柔軟性要求時，應選用橡皮絕緣電纜；在煤礦地面爆炸性環境區域宜采用阻燃電纜，消防負荷及重要負荷應采用耐火電纜。

煤礦室外敷設電纜易受到機械損傷或為了防鼠害和蟻害，一般選用鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套。設計時需要注意的是，在交流單芯電纜選用鎧裝層時，需選用非磁性的金屬鎧裝層。

動力電纜截面的選擇

煤礦動力電纜截面必須滿足載流量、短路熱穩定、允許電壓降、經濟電流密度、機械強度及低壓電纜符合過負載保護的要求。下面就設計工作中應該注意的幾點重點列出，以免疏忽。

按載流量選擇

10kV及以下常用電力電纜允許100%持續載流量選擇表詳見《電力工程電纜設計規范》附錄C，在設計中最容易忽略的就是不同使用條件下的校正系數，詳見《電力工程電纜設計規范》附錄D。主要包括：不同環境溫度的載流量的校正系數；不同土壤熱阻系數時載流量的校正系數；土中直埋多根并行敷設時載流量的校正系數；空氣中單層多根并行敷設時載流量的校正系數；電纜橋架上無間隔配置多層并列電纜載流量的校正系數；戶外明敷無遮陽時載流量的校正系數。

在煤礦煤倉、生產系統等爆炸性環境中，電纜允許載流量，不應小于保護熔斷器熔體額定電流的1.25倍及斷路器長延時過電流脫扣器整定電流的1.25倍；低壓籠型電動機支線的允許載流量不應小于電動機額定電流的1.25倍。

按滿足線路保護要求選擇

（1）短路熱穩定校驗

電纜通過短路電流時，不應超過所允許的短路強度。電纜熱穩定允許的最小截面按式1計算：

C—熱穩定系數。

（2）低壓電纜過負載保護

低壓電纜的選擇需滿足過負荷保護的要求，同時滿足以下兩個條件，詳見式2。

低壓電纜中性線（N）選擇

三相四線制配電系統中，N線的允許載流量不應小于線路中最大的不平衡負荷電流及諧波電流之和。在煤礦供電中，以氣體放電燈為主的照明線路、變頻調速設備、計算機及直流電源設備等的供電線路，選擇電纜截面時，應計入諧波電流的影響。當諧波電流較小時，可按相線電流選擇電纜截面，但計算電流應按基波電流除以表2中的校正系數；當三次諧波電流超過33%時，它所引起的中性線電流超過基波的相電流。此時，應按中性線電流選擇電纜截面，計算電流要除以表2中的校正系數。

表2　諧波電流的校正系數

結語

煤礦供配電設計中，工業場地動力線網是重要的一部分，作者根據多年的設計經驗，結合規范手冊對動力線網設計中電纜的敷設及選型中需要注意的問題做了簡單的闡述，希望對設計有所幫助。

唐會祥

中國煤炭科工集團武漢設計研究院有限公司

唐會祥（1982-）男，湖南常德人，中級工程師職稱，碩士研究生，2009年畢業于中國礦業大學，現中煤科工集團武漢設計研究院有限公司從事供配電設計6年。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.021