馬脊梁礦供電系統(tǒng)方案的優(yōu)化與實施

李錄濤 劉軼

0 引言

馬脊梁礦原礦井核定生產(chǎn)能力為4 300 000 t/a，由3座35 kV變電站擔負著礦井的生產(chǎn)和生活用電，萬家嘴變電站主變壓器容量為2×10 MVA，馬脊梁變電站主變壓器容量為2×10 MVA，集運變電站主變壓器容量為2×6.3 MVA，主變壓器均為一運一備，3座變電站電源均引自燕子山110 kV變電站35 kV電源側(cè)（圖1）。

全礦入井電纜10回路，主要擔負該礦14號層305盤區(qū)、3號層中央變電所、西二中央變電所、主井皮帶、雙高工作面等的供電。集運站主供大中洗煤廠負荷，馬脊梁礦流程再造的設(shè)計能力為6 000 000 t/a，根據(jù)馬脊梁礦煤層賦存條件，集團公司要求其生產(chǎn)能力由6 000 000 t/a提升到10 000 000 t/a，因此需對其配套的供電系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1 優(yōu)化配置方案

系統(tǒng)的整體框架格局是35 kV集運變電站增容改造、新建35/10 kV副立井變電站工程及供電系統(tǒng)優(yōu)化。

1.1 35 kV集運站增容改造

集運站最大負荷為3 800 kW，大中洗煤廠需增容約7 500 kW，按裝機的80%計算，增容后負荷共計達到9 800 kW，2臺主變壓器容量與燕集1#、2#導線截面均無法滿足增容需求，并且該站電容器補償方式為手動投切，站內(nèi)沒有采取限制單相接地電容電流的措施，不符合煤礦安全規(guī)程。

改造內(nèi)容：2臺6 300 kVA安主變壓器更換為2臺16 000 kVA，從溫升、散熱以及經(jīng)濟方面來綜合考慮，2臺主變由戶內(nèi)布置變?yōu)閼敉獠贾?；全站傳統(tǒng)繼電器保護更換為綜合自動化系統(tǒng)；35 kV變電站內(nèi)所有電力行業(yè)明令淘汰的一次設(shè)備，包括油斷路器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、硅變?nèi)扛鼡Q；6 kV間隔增加了6面出線柜，將原電容器室與6 kV間隔室打通；電容器組改造為2套TSC型SVC動態(tài)無功補償裝置，每套容量為6 000 kvar,將無功補償裝置移到原主變壓器室內(nèi)；新增2套ZDBG自動調(diào)諧消弧線圈成套裝置，每套干式消弧線圈容量為260 kVA，每套曲折變壓器容量為260 kVA；35 kV燕集1#、2#線路更換導線截面為LGJ-3×185 mm2，如圖2所示。

圖2 集運站改造后的電氣一次主接線

1.2 新建35/10 kV副立井變電站工程

馬脊梁礦石炭系延深投產(chǎn)后預計新增安裝設(shè)備容量57 882.57 kW，工作設(shè)備容量46 660.53 kW，有功功率31 577.38 kW，無功功率10 418.46 kvar，視在功率32 883.06 kVA。為保障該礦延深供電的可靠性和安全性，要求系統(tǒng)雙回路供電。根據(jù)馬脊梁礦延深負荷的供電需求，需盡快開展35 kV輸變電工程。

1.2.1 變電站接入電網(wǎng)方案

根據(jù)馬脊梁礦延深項目的地理位置、負荷分布以及同煤電網(wǎng)現(xiàn)狀及遠期規(guī)劃發(fā)展情況，結(jié)合該礦延深項目以煤田開采為主的負荷性質(zhì)，用電可靠性要求高，故配置35 kV變一座，雙回路供電。根據(jù)系統(tǒng)接入論證，最終的供電方案是：新建35 kV副立井工業(yè)場地變電站位于南深井村附近，采用由110 kV燕子山站和110 kV夏家河站兩回路供電，構(gòu)成一主一備雙電源供電方案,建設(shè)燕子山—辛莊35 kV線路約11 km，夏家河—辛莊35 kV線路約13 km，如圖3所示。

圖3 新建35 kV副立井變電站接入電網(wǎng)方案

1.2.2 電氣主接線

主變壓器裝設(shè)2×31.5 MVA三相雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器，額定電壓比為35±2×2.5/10.5 kV，型號為SFZ11-31500/35，聯(lián)結(jié)組別為 Yn，d11，短路阻抗電壓Ud＝8.2%；35 kV采用單母分段接線，出線2回；10 kV采用單母線分段接線，出線26回；1#、2#主變壓器低壓側(cè)各裝設(shè)兩套無功補償濾波裝置（每套4 000+4 920 kvar）。每臺主變低壓側(cè)各配置1套曲折變壓器及消弧線圈，消弧線圈容量為630 kVA，曲折變壓器容量為650 kVA。兩臺站用電容量分別為100 kVA。

1.2.3 主要電氣設(shè)備選擇

主變壓器采用三相雙繞組油浸式風冷有載調(diào)壓變壓器，35 kV采用屋內(nèi)ASZ□型鎧裝式交流金屬高壓開關(guān)柜，10 kV采用屋內(nèi)KYN□型鎧裝式交流金屬高壓開關(guān)柜，柜內(nèi)裝真空斷路器；10 kV無功補償濾波裝置采用SVG型戶內(nèi)組裝式成套裝置。曲折變及消弧線圈采用裝配式干式設(shè)備。系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置與元件保護均采用微機型，與綜合自動化裝置采用數(shù)字接口，其它模擬量的采集用交流采樣方式。

1.2.4 過電壓保護及接地

2只獨立避雷針聯(lián)合構(gòu)成全站防直擊雷保護圈。全站采用過電壓保護器作為限制雷電侵入波的過電壓措施。

接地網(wǎng)采用垂直接地極與水平接地干線組成復合接地網(wǎng)，以水平接地干線為主。接地干線采用95 mm2鍍銅鋼絞線，接地極采用Φ14.2×1 200鍍銅接地棒。

1.2.5 微機監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)保護及元件保護

自動化系統(tǒng)采用分散式，布置采用分散與集中相結(jié)合的方式。對于主變壓器及35 kV部分的監(jiān)控和保護設(shè)備按單元組屏布置在主控室內(nèi)；對于10 kV線路及電容器，采用分散布置的方式，其監(jiān)控、保護、測量裝置均安裝在各配電裝置的開關(guān)柜上。

全站以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)對全部的一次設(shè)備的監(jiān)視、測量、控制記錄和報警功能，并與保護裝置和遠方控制系統(tǒng)中心及設(shè)備通訊可信息共享。35 kV、10 kV開關(guān)均保留手動操動跳、合閘手段，功能上不依賴于站控計算機系統(tǒng)，增強整個系統(tǒng)的可靠性和可用性。

1.3 供電系統(tǒng)優(yōu)化

主煤流系統(tǒng)的高山主斜井、外運一、二部輸送機、膠帶暗斜井輸送機的電源分別取自集運站、馬脊梁和萬家嘴3座35 kV變電站，電機功率高山主斜井由3×400 kW改造為4×800 kW，外運一部輸送機由2×355 kW改造為3×710 kW，外運二部輸送機由3×355 kW改造為4×710 kW，膠帶暗斜井輸送機由4×800 kW改造為4×1 250 kW，輸送機電機改造后，變電站的供電能力、負荷側(cè)的供電質(zhì)量等均會受到影響，需對其供電方案進行優(yōu)化。

萬家嘴站到膠帶暗斜井的供電距離較遠，為了保證負荷端的電壓質(zhì)量，根據(jù)萬家嘴站所帶負荷的運行狀況，調(diào)整變壓器分接開關(guān)，同時測算投入適當容量的電容器組，既滿足功率因素的考核要求，又保證遠端設(shè)備的電壓質(zhì)量。外運一、二部輸送機改造后，馬脊梁35 kV站無法滿足其增容需求，通過對集運站變壓器容量、出線開關(guān)、至負荷端電壓降等設(shè)計計算，具備將一、二部輸送機負荷轉(zhuǎn)移至集運站的條件，在地面新建6 kV配電室，由集運站6 kVⅠ、Ⅱ段母線各出一回電源，并對出線開關(guān)柜的電流互感器進行改造，滿足了輸送機雙回路的供電要求。

2 應用效果

35 kV集運變電站主設(shè)備多為充油型設(shè)備，較為陳舊，改造后的35 kV站實現(xiàn)了多油開關(guān)的轉(zhuǎn)變，且供電容量由原來的6 300 kVA增加到16 000 kVA，供電能力大大增加，供電可靠性及電壓質(zhì)量有很大的提高。

35 kV副立井變電站一回路電源取自燕子山110 kV變電站，一回路電源取自夏家河110 kV變電站，兩回路采用35 kV鐵塔架空敷設(shè)至礦井副立井工業(yè)場地新建35 kV變電站。電源線路自燕子山110 kV變電站、夏家河110 kV變電站，35 kV電源側(cè)引出后，沿礦井地勢走向，采用兩回路35 kV鐵塔架空敷設(shè)至礦井副立井工業(yè)場地新建35 kV變電站。根據(jù)用電負荷統(tǒng)計，導線經(jīng)經(jīng)濟電流密度及電壓降計算，選擇為LGJ-300 mm2。為防止雷電行波侵入變電站，線路全線架設(shè)避雷線，避雷線保護角為25°。帶避雷線的桿塔必須接地，接地裝置采用水平放射式，埋深1.6 m。

3 結(jié)束語

10 kV用戶受電端的電壓允許偏差在額定電壓值的±7%；10 kV用戶配電線路電壓損失在5%內(nèi)；接地點殘流控制在5 A以內(nèi)；單相接地后補償脫諧度在5%以內(nèi)；功率因數(shù)在0.95以上。

通過實施以上改造項目，極大程度的解決了馬脊梁礦石炭二疊系延深的電源點容量不足、供電距離遠、大中洗煤廠增容等問題，滿足了該礦及洗煤廠負荷發(fā)展的需要，提高了供電可靠性、電壓質(zhì)量和供電能力，取得了較好的效果，為同煤集團經(jīng)濟的發(fā)展作出了貢獻，經(jīng)濟效益異?？捎^。此改造工程設(shè)計合理、規(guī)范，運行穩(wěn)定、可靠，實用性強，增供降損效果明顯，整體技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有廣泛的推廣應用前景。