霍爾辛赫礦井供電系統(tǒng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)

田偉鵬， 徐志勇

(1. 山西霍爾辛赫煤業(yè)有限公司，長治 046699；2. 天地科技股份有限公司，北京 100013)

0 前言

霍爾辛赫井田位于山西省長治市西側(cè)，于2011年10月正式投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3.0Mt/a，2013年核定生產(chǎn)能力為4.0Mt/a。井下開拓由南向北推進(jìn)，目前已進(jìn)入井田中部的六盤區(qū)。

隨著礦井開拓不斷延伸，井下生產(chǎn)條件變得更為復(fù)雜，為解決通風(fēng)、瓦斯、生產(chǎn)接續(xù)等問題，中部風(fēng)井場(chǎng)地需要建設(shè)主通風(fēng)機(jī)、瓦斯抽放站、空壓機(jī)站、鍋爐房等設(shè)施，井下主運(yùn)膠帶需要延伸。這些調(diào)整使得主井場(chǎng)地35kV變電站(以下簡(jiǎn)稱“主井35kV站”)難以滿足需求，同時(shí)井下負(fù)荷中心北移，造成經(jīng)主井敷設(shè)的下井電纜輸電能力嚴(yán)重不足、壓降線損大幅增加。

為了解決礦井供電系統(tǒng)所面臨的多重困難，需要規(guī)劃礦井中部風(fēng)井場(chǎng)地及井田中部區(qū)域采掘、運(yùn)輸、排水等用電負(fù)荷的供電、優(yōu)化主井35kV站供電范圍。

1 礦井供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

(1)電網(wǎng)現(xiàn)狀

霍爾辛赫煤礦位于山西省長治市長子縣境內(nèi)，屬長治電力公司供電范圍。根據(jù)甲方與長治市供電公司達(dá)成的供電協(xié)議，礦井所需的雙電源可分別引自位于礦井東北部的宋村110kV變電站(距礦井7.3km)和位于礦井西北部的長子110kV變電站(距礦井7.6km)。

宋村變電站電源取自長治電力公司所屬長治220 kV變電站，導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-150，導(dǎo)線長度為12.56km，該變電站變壓器容量為1×10MVA+1×40MVA。長子變電站電源也取自長治電力公司所屬長治220 kV變電站，導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-240，導(dǎo)線長度為20.024km, 該變電站變壓器容量為1×40MVA+1×20MVA。長治220 kV變電站變壓器容量為2×120MVA，110kV側(cè)母線及220kV側(cè)母線均為雙母線，電源由漳澤電廠引來兩回，并與晉中電網(wǎng)連接。宋村110kV變電站與長子110kV變電站有兩條聯(lián)絡(luò)線連接，導(dǎo)線型號(hào)分別為LGJ-95、LGJ-150，長度為10km、12km。

(2)供電電源現(xiàn)狀

霍爾辛赫礦井主井工業(yè)場(chǎng)地已建有主井35kV站，該站兩回35kV電源，一回引自宋村110kV變電站(導(dǎo)線截面為LGJ-185)，另一回引自長子110kV變電站(導(dǎo)線截面為LGJ-185)；兩路電源同時(shí)工作、分列運(yùn)行。該變電站內(nèi)安裝有S9-20 000/35主變壓器兩臺(tái)，目前兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作、分列運(yùn)行，負(fù)荷率約70%。

主井35kV站安裝有12臺(tái)35kV開關(guān)柜(柜型XGN-40.5Z)，29臺(tái)10kV開關(guān)柜(柜型KYN28A-12)。35kV開關(guān)柜已使用10臺(tái)，2臺(tái)備用；10kV開關(guān)柜已使用29臺(tái)，沒有備用間隔。

(3)礦井地面供電現(xiàn)狀

除主井35kV站外，主井場(chǎng)地建設(shè)有空壓機(jī)房變電所、主井絞車變電所、副井絞車變電所、主通風(fēng)機(jī)10kV配電室、瓦斯抽放站10kV配電室、鍋爐房變電所、工業(yè)場(chǎng)地變電所、綜采設(shè)備維修車間變電所；選煤廠建設(shè)有1#變電所、2#變電所、浮選車間變電所、裝車站變電所、煤泥烘干車間變電所。

主井35kV站分別向空壓機(jī)房變電所、主井絞車變電所、副井絞車變電所、主通風(fēng)機(jī)10kV配電室、瓦斯抽放站10kV配電室、工業(yè)場(chǎng)地變電所提供雙回10kV電源，主井35kV站向綜采設(shè)備維修車間變電所提供單回10kV電源；空壓機(jī)房變電所向選煤廠1#變電所、2#變電所、浮選車間變電所提供雙回10kV電源，并向縣城生活區(qū)變電所提供雙回10kV電源；選煤廠1#變電所向裝車站變電所、鍋爐房變電所、煤泥烘干車間變電所提供雙回10kV電源，選煤廠1#變電所向煤泥烘干車間變電所提供單回10kV電源。

(4)礦井井下供電現(xiàn)狀

井下設(shè)有中央變電所、1#采區(qū)變電所、2#采區(qū)變電所、3#采區(qū)變電所，負(fù)責(zé)井下供電，主井井底強(qiáng)排水泵的10kV電源由主井35kV站提供。

中央變電所10kV電源由主井35kV站提供，下井電纜為4回MYJV42-10,3×185礦用電纜。中央變電所分別向1#采區(qū)變電所、2#采區(qū)變電所提供雙回10kV電源；1#采區(qū)變電所向3#采區(qū)變電所提供雙回10kV電源。

2 礦井原供電系統(tǒng)存在的問題

(1)主井35kV站存在的問題

目前，主井35kV站35kV側(cè)負(fù)荷達(dá)28MVA，已經(jīng)超過主變?nèi)萘?20MVA)，保證系數(shù)只有0.71。中部風(fēng)井場(chǎng)地建成后預(yù)計(jì)負(fù)荷增加10MVA，保證系數(shù)繼續(xù)降低，主變無法滿足安全供電要求。主井35kV站安裝10kV開關(guān)柜29臺(tái)，全部使用，已無備用間隔，10kV側(cè)沒有擴(kuò)展空間。

(2)井下供電存在的問題

原設(shè)計(jì)下井4回10kV電纜，工作方式為兩用兩備，電纜型號(hào)MYJV42-10kV，3×185。目前實(shí)際負(fù)荷已達(dá)17.5 MVA，運(yùn)行電流為1 011A，4回電纜均帶負(fù)荷運(yùn)行。隨著井下負(fù)荷中心北移，經(jīng)主井敷設(shè)的下井電纜壓降線損大幅增加、增加了運(yùn)行成本、降低了供電質(zhì)量。

3 礦井負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

(1)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

用電負(fù)荷按中部風(fēng)井場(chǎng)地、主井工業(yè)場(chǎng)地分開統(tǒng)計(jì)，再進(jìn)行匯總。

1)中部風(fēng)井場(chǎng)地負(fù)荷：有功功率18 804kW、無功功率4 290kvar、視在功率19 288kVA、功率因數(shù)0.97。

2)主井工業(yè)場(chǎng)地：有功功率20 216kW、無功功率3 158kvar、視在功率20 461kVA、功率因數(shù)0.99。

3)全礦井負(fù)荷：有功功率35 118kW、無功功率6 073kvar、視在功率35 752kVA、功率因數(shù)0.98。

(2)中部風(fēng)井場(chǎng)地供電電壓的確定

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，中部風(fēng)井場(chǎng)地地面負(fù)荷約 10 526kVA，中部區(qū)域井下負(fù)荷約15 263kVA，同時(shí)系數(shù)0.9，總負(fù)荷約19 288kVA，10kV電壓等級(jí)不能滿足中部風(fēng)井場(chǎng)地的供電需求，需要考慮35kV電壓等級(jí)。

宋村110kV變電站在中部風(fēng)井場(chǎng)地東邊約3.2km，長子110kV變電站在中部風(fēng)井場(chǎng)地西南方向約8.5km，礦井主井35kV站在風(fēng)井場(chǎng)地南邊約7.2km；這三個(gè)變電所都可以向中部風(fēng)井場(chǎng)地提供35kV電源。

故確定中部風(fēng)井場(chǎng)地供電電壓為35kV(具體的電源點(diǎn)經(jīng)方案比較后確定)，在中部風(fēng)井場(chǎng)地新建35kV變電站(以下簡(jiǎn)稱“中部35kV站”)。

(3)主變壓器選型及校核

1)中部35kV站主變壓器選型：選用2臺(tái) 20 000kVA 主變壓器，一用一備，負(fù)荷率96.4%，保證系數(shù)1.0。一臺(tái)變壓器故障或檢修，另一臺(tái)變壓器可承擔(dān)全部負(fù)荷。

2)主井35kV站主變壓器校核：原有2臺(tái) 20 000kVA 主變壓器，分列運(yùn)行，負(fù)荷率51.2%，保證系數(shù)0.98。一臺(tái)變壓器故障或檢修，另一臺(tái)變壓器可承擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷，原有變壓器滿足用電需求。

4 供電系統(tǒng)方案

根據(jù)負(fù)荷分布特點(diǎn)，經(jīng)過綜合分析、統(tǒng)籌考慮，確定下述供電系統(tǒng)改造方案：調(diào)整主井35kV站供電負(fù)荷、新建中部35kV站、調(diào)整主井中央變電所供電負(fù)荷、新建中部中央變電所。

(1)主井35kV站

35kV輸電線路、35kV開關(guān)柜、主變壓器維持不變。地面負(fù)荷中，中部風(fēng)井場(chǎng)地地面負(fù)荷改由中部35kV站供電。10kV開關(guān)柜維持29臺(tái)，調(diào)整后使用27臺(tái)，備用2臺(tái)。

主井35kV站負(fù)責(zé)向空壓機(jī)房變電所、主井絞車配電室、副井絞車配電室、(主井場(chǎng)地)主通風(fēng)機(jī)配電室、場(chǎng)地變電所、縣城生活區(qū)變電所、綜采設(shè)備維修車間配電點(diǎn)、主井中央變電所及中央水泵房的強(qiáng)排泵提供10kV電源；除向綜采設(shè)備維修車間配電點(diǎn)提供單回10kV電源外，向其他受電點(diǎn)均提供雙回10kV電源。

主井35kV站由35kV配電室、主變壓器、10kV配電室、主控制室、電容器室以及消弧線圈室等組成。35/10.5kV變壓器在室外露天布置。

變電站35kV、10kV均為單母線分段接線，35kV為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，10kV中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，見圖1。

圖1 主井35kV變電站

(2)中部35kV站

1)供電電源

根據(jù)風(fēng)井場(chǎng)地周圍電力系統(tǒng)狀況，可以提出兩種電源方案。

方案一：風(fēng)井場(chǎng)地兩回35kV電源分別取自宋村110kV變電站和長子110kV變電站。該方案需新建11.7km架空線路(LGJ-240)，需增加2個(gè)35kV出線柜及配套設(shè)施，線路壓降分別為1.11%(引自宋村110kV變電站電源)和2.96%(引自長子110kV變電站電源)。

方案二：風(fēng)井場(chǎng)地兩回35kV電源分別取主井場(chǎng)地35kV變電站35kV母線不同母線段。該方案需新建14.4km架空線路(LGJ-240)，主井場(chǎng)地35kV變電站現(xiàn)有2個(gè)35kV出線柜無需新增，線路壓降均為1.73%。由于主井場(chǎng)地35kV變電站35kV電源分別取自宋村110kV變電站(LGJ-185/7.3km)和長子110kV變電站(LGJ-185/7.6km)，線路總壓降分別是7.84%(引自宋村110kV變電站電源)和8.06%(引自長子110kV變電站電源)。

比較上述方案，方案一新建架空線路比方案二短，線路壓降大幅減少，方案二可以利用主井場(chǎng)地35kV變電站現(xiàn)有的2個(gè)35kV出線柜，而方案一需新增2個(gè)35kV出線柜。綜合考慮初投資及運(yùn)行費(fèi)用，選用方案一。

2)變電所配置

中部35kV站負(fù)責(zé)向風(fēng)井場(chǎng)地主通風(fēng)機(jī)配電室、地面變電所、提升機(jī)配電室及空壓機(jī)配電室、瓦斯抽放站、箱變提供雙回10kV電源；向井下提供6回10kV電源，分別是中部中央變電所4回、強(qiáng)排水泵2回。

中部35kV站組成、布置、按地形式同主井35kV站。

35kV開關(guān)柜選用XGN-40.5Z型開關(guān)柜，配VEM-35型真空斷路器，額定分?jǐn)嚯娏鳛?5kA。10kV開關(guān)柜選用KYN28A-12型開關(guān)柜，配VEM-12B型真空斷路器，額定分?jǐn)嚯娏鳛?1.5kA。35/10.5kV主變壓器為2臺(tái)S11-20000/35/10.5

型油浸電力變壓器。兩臺(tái)變壓器一用一備，負(fù)荷率96.4%，保證系數(shù)1.0；當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可滿足全部用電需要。

在10kV母線側(cè)進(jìn)行集中無功補(bǔ)償，補(bǔ)償容量為9 000kvar；安裝2套ZDB-10/10-50/J消弧線圈；配置TLXJ-2型小電流接地微機(jī)選線系統(tǒng)；10kV母線設(shè)置YCXH-Y/J-10型過電壓聚優(yōu)柜。10kV開關(guān)柜30臺(tái)，使用27臺(tái)，備用3臺(tái)。

每根35kV線路進(jìn)線側(cè)各設(shè)有一臺(tái)所用變壓器(35/0.4kV)為變電所提供所用電源，操作電源采用直流220V系統(tǒng)。35kV線路全線路范圍架設(shè)避雷線，35kV、10kV配電裝置母線上均裝設(shè)避雷器。在屋頂安裝避雷帶，屋內(nèi)設(shè)置接地網(wǎng)，接地電阻≤1Ω。室外設(shè)有獨(dú)立避雷針，其接地裝置單獨(dú)設(shè)置，接地電阻≤10Ω，見圖2。

(3)井下供電系統(tǒng)

由主井35kV站提供、經(jīng)由主井敷設(shè)的4回10kV下井電纜(YJV42-10kV，3×185)維持不變，主井中央變電所柜子數(shù)量維持不變。主井中央變電所負(fù)責(zé)中央水泵房、大巷一部膠帶輸送機(jī)、大巷二部膠帶輸送機(jī)、主井裝載、副井操車等負(fù)荷的供電。大巷一部膠帶輸送機(jī)、大巷二部膠帶輸送機(jī)均由中部35kV站提供、經(jīng)由中部風(fēng)井場(chǎng)地進(jìn)風(fēng)井下井的4回MYJV42-10kV，3×240型粗鋼絲鎧裝高壓電纜，均送至中部中央變電所。2回負(fù)責(zé)向中部水泵房負(fù)荷、綜放工作面、掘進(jìn)工作面及中部井底車場(chǎng)低壓負(fù)荷供電；另2回向大采高工作面、大巷三部膠帶輸送機(jī)供電。由中部地35kV站向井下敷設(shè)2回MYJV42-10kV，3×50型粗鋼絲鎧裝高壓電纜，向中部井底強(qiáng)排泵提供10kV電源。

圖2 中部35kV變電站

在機(jī)頭設(shè)置配電點(diǎn)，雙回10kV電源均由主井中央變電所提供，1#采區(qū)變電所、2#采區(qū)變電所、3#采區(qū)變電所可以退出運(yùn)行。主井中央變電所詳見附圖3。

圖3 主井中央變電所供電系統(tǒng)圖

5 結(jié)束語

根據(jù)負(fù)荷分布特點(diǎn)，經(jīng)過綜合分析、統(tǒng)籌考慮，確定本次供電系統(tǒng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)的調(diào)整內(nèi)容：優(yōu)化主井35kV站及井下中央變電所的供電負(fù)荷分配、新建中部35kV站及中部中央變電所、為中部35kV站新架設(shè)2回35kV架空線路。中部35kV站選用2臺(tái)S11-20 000 35/10.5±2×2.5%型油浸變壓器，新架設(shè)的35kV線路型號(hào)選用LGJ-240型鋼芯鋁絞線。