礦山設備高壓供電研究與改進

郅樹偉

（太鋼集團代縣礦業有限公司，山西忻州 034207）

0 引言

山西省太鋼集團代縣礦業有限公司（峨口鐵礦）110 kV 王家河主變電站位電壓等級為一次110 kV，二次6 kV，設計總負荷7.15 萬千伏安。該變電站由單電源110/6 kV 線路供電，即由忻州供電分公司棗林變電站185#線路單回路供電，引自220/110 kV 棗林大型變電站110 kV 饋出母線段直接到110 kV 王家河主變電站。其中110 kV 電源線路均采用架空線路供電方式，線路均為LGJ-150 鋼芯鋁絞線供電。

110 kV 王家河主變電站配置2 臺主要變壓器，容量是3.15萬千伏安和4 萬千伏安。6 kV 出線共16 條回路，作為采礦系統（露天開采和井下開采）、選礦系統和球團系統備用電源，日常正常運行負荷為3 萬千瓦左右。

1 礦山設備供電概述

代縣礦業有限公司采場生產用電由110 kV 王家河主變電站供電，供電范圍為開閉所（669#線路）、井下高壓室（673#線路）、平峒（一峒、二峒及驅動站）、破碎篩分、磨礦選別、環水回收、五道彎泵站、大保泵站、尾礦等10 所高壓室。

開閉所6 kV 饋出線供出7 趟回路，主供采礦生產系統電鏟、牙輪鉆機等礦山設備用電。井下高壓室（673#線路）主要供井下開采壓氣和主排水泵站高壓室、1738水平主扇高壓室、1840 水平排水及通風高壓室等井下重要設備供電。

代縣礦業有限公司井下開采項目由110 kV 王家河主變電站673#線路作為主供線路，669#線路作為備用線路。自2019 年初投入運行后，遇到電氣故障需要停電檢修時由開閉所（669#線路）供電運行，因井下開采供配電為工業一級負荷，根據電氣用電規范和井下地采安全用電要求，井下生產用電負荷必須改進為專線雙電源或雙回路供電，且供電線路均無缺陷隱患。

2 礦山設備供電研究與改進

考慮到井下壓氣、排水和通風的安全，井下開采必須由現在單電源或單回路供電改進為雙電源或雙回路電源供電。當一回路發生故障停止供電時，另一回路必須能擔負井下開采壓氣、排水和通風等全部負荷。而且井下開采雙回路電源線路不得分接任何負荷，一般正常情況下，井下開采電源應采用分列運行方式，即一回路運行時，另一回路處于帶電備用狀態，確保井下壓氣、排水和通風等設備供電的連續性和可靠性。

2.1 井下開采雙回路供電運行方式研究

雙回路供電系統的運行方式有兩種：分列運行和并列運行。分列運行方式是指一路運行，另一路帶電備用，兩段母線之間的聯絡開關處于連接狀態，如圖1 所示。并列運行方式是指兩路同時運行，兩段母線之間的聯絡開關處于斷開狀態，如附圖2 所示。

圖1 分列運行方式

圖2 并列運行方式

2.2 分列、并列運行供電優缺點

分列運行方式適用于負荷較小的變（配）電所，優點是雙回路的負荷相同，雙回路總配電開關保護整定值相同，便于雙回路的切換；缺點是運行電纜線路工作電流較大，壓降較大，運行線路距離較短。并列運行方式適用于負荷較大的變（配）電所，優點是運行電纜線路工作電流較小，壓降較小，運行線路距離較長；缺點是雙回路的負荷不同，雙回路總配電開關保護整定值不同，當一回路停電時，另一路總配電開關需重新整定，不便于雙回路的切換。

2.3 分列設備運行供電改進

雙回路是從110 kV 王家河主變電站分別接兩路不同電源（鋼絞線LGJ-240/2.9）到開閉所變電站，目的是一路電源出現故障，另一路可以保障井下采場和井下峒室的安全生產，現在要求兩趟都是專線。代縣礦業有限公司的供電方式由原并列運行方式改進為現在的分列運行方式，并且設計雙回路總配電開關保護整定值數值相同。110 kV 王家河主變電站供開閉所變電站673#和669#繼電保護裝置整定值見表1。

表1 673#和669#繼電保護裝置整定值

110 kV 王家河主變電站供出的673#、669#架空線路的終端桿位于110 kV 王家河主變電站和井下1840 進入峒室入口處，該終端桿使用的是懸式瓷質絕緣子，經常受采區氣候（風大）和洞室爆破振動等影響。頻繁出現絕緣瓷瓶歪、碎裂等現象，引起高壓供電線路短路跳閘等安全隱患和供電故障。由于110 kV變電站的出線終端桿都在海拔較高的地段，且經過工人上下班的山路卡口和公路，采用架空穿越跨線，桿塔上絕緣子所承受的拉力大，經常發生供電線路絕緣子碎裂和短路等高壓供電故障。而開閉所變電站（669#線路）供出采場7 條輸配電線路，由于采場電鏟、挖掘機、牙輪鉆機等高壓接線端均采用掛鉤方式，從供電線路引下線的跌落保險下端接入，接觸面積小，重載負荷時會出現打火（拉弧）、燒損接觸點等供電故障，造成開閉所變電站停電停產，甚至影響110 kV 王家河主變電站主系統正常供電，造成該主供電線路全線停電。

2.4 井下生產I 級負荷供電改進

將110 kV 王家河主變電站由單回路，即由忻州供電分公司棗林變電站185#線路供電，改進為兩趟110/6 kV 線路雙電源或雙回路分別供電，即一回路由忻州供電分公司棗林變電站185#線路供電，引自220/110 kV 棗林大型變電站110 kV 饋出母線段直接到110 kV 王家河主變電站；另一回路由忻州電業局富村大型變電站156#線路經110 kV 到峨口變電站、然后由110 kV 官地變電站至110 kV 王家河主變電站供電。雙回路110 kV 電源線路均采用架空線路供電方式，線路均為LGJ-150鋼芯鋁絞線供電。

2.5 井下采掘設備供電方式改進

井下峒室供電采用6 kV 高壓系統改進為采用中性點不接地方式；380 V 低壓系統改進為井上采用TN-S 和TN-C-S 接地系統，井下采用不引出中性線的IT 系統。

根據供電安全要求和現場實際情況，將采場供配電系統改進如下：

（1）將單電源（或單回路）供電改進為雙電源（或雙回路）供電，即由673#、669#線路架空高壓專供井下壓氣、排水和通風等生產用電。

（2）開閉所變電站供露天采場用電，改進為675#饋線柜作為開閉所變電站供電電源柜，由開閉所變電站673#線路直接供露天生產用電。

（3）優化開閉所進出線電網布置，由并列運行方式改進為分列運行方式。

（4）新增設開閉所變電站的進出線防雷接地系統。

（5）設計改進了110 kV 王家河主變電站及開閉所相關高壓柜和線路的系統名稱。

（6）設計改進了各供電端短路電流，計算并效驗各配電柜線路保護整定值。

2.6 露天開采設備供電方式

（1）對露天采場7 條供電回路優化組合和改進。

（2）電鏟、挖掘機、牙輪鉆機等露天采礦設備供電采用6 kV電源引下線硬連接，避免接觸點接觸不良產生發熱和放炮事故。

改造后的高壓供電系統線路見圖3。

3 改進效果

（1）將原來同桿架設的供露天和井下開采高壓673#、669#高壓供電線路，改進為673#、669#高壓線專供井下開采雙回路獨立供電，滿足地下開采所要求的一級供電負荷，而且是上一級變電站供出不同回路的雙回路和雙電源的要求，符合國家電氣規范及井下開采標準，同時減少支線設備故障對井下生產供電的影響。

（2）通過對井下開采Ⅰ段673#線和Ⅱ段669#線雙回路的改進，極大降低了供電故障，保證井下通風和排水等設備安全穩定運行，確保井下人員的安全。

（3）改進后，提高了井下開采供電線路供電質量，減少井下施工作業人員因供電線路故障緊急撤離次數，實現突發性故障為零的安全目標。

（4）露天采場和井下峒室供電線路的改進，降低了主干線停電次數，提高了采場電鏟、挖掘機和牙輪鉆機等設備的作業效率。

4 結語

礦山設備高壓供電系統改進實施后，降低了露天與井下峒室供電線路隱患缺陷帶來的設備故障停機和作業人員危險，保證井下通風和排水等設備的安全穩定運行，極大提高了供電安全。此改進方案在代縣礦業有限公司的成功應用，可為其他井下供電安全隱患處理提供借鑒與參考。

圖3 改造后的高壓供電系統