唐安煤礦35 kV 變電站增容改造設計

崔峰

（山西蘭花科技創業股份有限公司 唐安煤礦分公司，山西 晉城 048000）

1 概 況

唐安煤礦在生產時主要由地面的35 kV 變電站進行供電。近些年來，隨著礦井下組煤配采、綠色充填開采、洗煤廠擴建、智能化改造的推進和設備的升級改造，唐安煤礦井下用電量急劇增加，原有變電站的容量已經不能滿足安全生產的需要。因此，決定對變電站進行升級增容改造。改造后，變電站內將配置相應的繼電保護、遠方監控、通信、站用變壓器等裝置及設施，可以實現無人值守、有人值守兩種方式運行。

2 變電站改造分析

此次唐安煤礦變電站的改造主要包括2 個方面的內容，一方面是更換變電站內的變配電設備，以增加變電站的容量；另一方面是增加微機保護系統，實現變電站運行的無人值守，提高供電系統運行的安全性。

變電站內具體改造主要包括以下部分：①電力變壓器及相應各級電壓配電裝置、無功補償裝置、交流站用電系統設備、過電壓保護與接地裝置的布置安裝和接線，相應的繼電保護及自動裝置、就地測量及控制操作設備、遠方監控終端設備的布置安裝和接線，電纜設施等；②無人值守站傳輸語音及數據的通信系統；③與電氣設備相關的基礎及架構、建筑物、構筑物及給排水設施、通風設施，消防設施、安全防范及環境保護措施；④站內配套的通信設計。

3 增容后高壓用電設備的選型與布置分析

在進行改造時，需要增加供電系統的容量，這就需要更換相應的高壓用電設備，并對這些設備進行重新布置。

3.1 增容后高壓用電設備選型

增容后高壓設備選型接線如圖1 所示。

圖1 高壓設備選型接線示意Fig.1 High voltage equipment selection wiring diagram

唐安煤礦35 kV 變電站增容改造后電源取自許河110 kV 變電站和關嶺110 kV 變電站。短路電流按35 kV 線路進線由關嶺110 kV 變電站引出至本站考慮，按照2 臺主變并列運行時計算，35 kV 母線的短路電流約為4.562 kA，6 kV 母線的短路電流為16.84 kA。因此，高壓用電設備選型時，需要考慮到母線的短路電流。

根據增容后35 kV 母線的短路電流，主變壓器選用35 kV 三相雙繞組油浸式自冷有載調壓電力變壓器，型號為SZ11-20000/35，接線組別為YN，d11，電壓比為35±3X2.5%/6.3，阻抗電壓Ud＝8%；配電裝置設備選用戶內鎧裝移開式金屬封閉開關柜，柜內配置真空聯體斷路器，配彈簧操作機構，額定電流為1 250 A，開斷電流為31.5 kA（大于母線的短路電流4.562 kA）。

根據增容后6 kV 母線的短路電流，地面配變壓器選用三相雙繞組無勵磁干式變壓器，額定容量為400 kVA，電壓比為6±2X2.5/0.4kV，接線組別采用D，yn11，阻抗電壓Ud＝4%；安全指揮中心配變選用三相雙繞組無勵磁油浸式變壓器，額定容量為100 kVA，電壓比為6±2X2.5/0.4kV，接線組別采用D，yn11，阻抗電壓Ud＝4%；配電裝置設備選用戶內鎧裝移開式金屬封閉開關柜，柜內配置真空聯體斷3 路器，配彈簧操作機構，出線及發電機進線的額定電流均為1 250 A，開斷電流為31.5 kA，主變進線及分段的額定電流為3 150 A，開斷電流為40 kA（大于母線的短路電流為16.84 kA）。

根據無功管理及供用電規則，無功補償裝置的容量按就地補償、便于調整電壓及不發生諧振的原則進行配置，設計考慮了該站主變壓器及部分負荷所需的無功補償，決定在6kVI、II 段母線上分別裝設一組容量為6 000 kvar 的SVG 動態無功補償裝置進行補償，接線方式為星形。在負荷側裝設無功補償裝置時，整體用電功率因數應不低于0.9。

3.2 變電站設備重新布置分析

由于新增加了許多設備，變電站設備需要進行重新布置。根據唐安煤礦變電站實地考察，按無人值班、小型化半戶內變電站設計，布置為35 kV 北進、6 kV 北出，大門朝東開。35 kV 配電裝置及二次設備室布置于配電樓二層，35 kV 開關柜單列布置，35 kV 進線采用電纜進線的方式；6 kV 配電裝置、SVG 及接地變、消弧線圈室、低壓配電室及配變室布置在配電樓一層，6 kV 配電裝置采用戶內成套開關柜，雙列布置，6 kV 出線均為電纜出線，在6 kV 配電室建電纜夾層，將6 kV 電纜引至變電站北側。變壓器布置在室外，位于配電樓的北側，站內道路可直接通至2 臺主變及6 kV 配電室，設備運輸和運行檢修維護方便；生產建筑考慮了電氣二次設備間、辦公室及值班室，布置在變電站的西面。這樣布置結構緊湊、布局清晰，分割合理，具體如圖2 所示。

圖2 改造后變電站平面布置Fig.2 Substation layout after transformation

3.3 變電站過電壓保護和接地分析

為了避免變電站出現雷擊損害，采用3 支30 m 高的避雷針進行防雷。為了避免雷波電壓侵入電網，在35 kV 母線和6 kV 母線上分別安裝復合絕緣性氧化鋅避雷器。

為了保證供電站的安全性，避雷針應該采用集中接地的方式。由于土壤會腐蝕接地體，接地時應該采用深埋地極，主地極采用60 mm×8 mm 的鍍鋅扁鋼，接地電阻不大于0.4 Ω，所有電極不得接反，并采用焊接的方式相連。所有檢修爬梯、照明電纜管均應可靠接地。

變電所進站大門處，設置與主接地網相連接的均壓帶。根據微機保護及監控系統接地要求，變電站內采取防靜電接地及保護接地措施。全站設25X4 銅排作為二次設備的等電位聯接，二次設備間內的屏體上接地端子、開關柜內控保裝置均通過銅纜與銅排相連，二次等電位銅排與變電站主地網可靠聯接。

4 綜合自動化系統設計

此次唐安煤礦擴容后的變電站按照無人值守、有人值守方式進行設計。二次部分選用變電站微機綜合自動化系統，設置后臺系統，如圖3 所示。

圖3 變電站微機綜合自動化系統結構Fig.3 The structure of substation microcomputer integrated automation system

4.1 綜合自動化的方案

主變控保系統采用集中組屏，35 kV 及6 kV出線的控保裝置就地安裝于開關柜上。主變的主保護與后備保護裝置分開設置，保護和監控用不同的CPU，主變高、低壓側均設置后備保護裝置；6 kV的保護和監控可以用同一個CPU。各裝置之間的通訊聯接線由綜自廠家供應并負責連接。

綜合自動化裝置的防電磁干擾及抗震動性能應符合國家有關標準，所有接點的輸入、輸出都經光耦隔離，各保護、測量分別接入獨立CT。綜合自動化裝置設微機接口與交直流屏相連，實現對交直流設備的實時監控。遠動通信管理機與多調度端通信以擴展CDT、XT9702 等標準通信規約和IEC60870-5-104 網絡通信規約兩種通信方式，向調度端發送調度需要的信息，接受并執行調度端下達的控制命令。

全站設置一套時鐘同步系統，計算機監控系統在主控室接受北斗（GPS） 的標準授時，對各個間隔單元及站級計算機等具有時鐘的設備進行同步時鐘校正，保證各部件時鐘同步率精度要求，當本站對時系統故障時，可實現與總調的時鐘同步。所有綜自裝置、電源系統及安全自動裝置設置對時接口（RS-485），可以接受硬對時和軟對時。

4.2 綜合自動化的實現

按照《晉城電力調度數據網運行管理規定》要求， 晉城地區新建電站全部采用IEC60870-5-104 規約，以2×2M 及4×2M 接入晉城地調數據網、備調數據網。綜合自動化系統通信管理機具備網絡通信功能，支持并采用雙網卡，與地調、縣調端主通道采用IEC60870-5-104 規約，接入晉城電力調度數據網；滿足自動化信息的直采直收，嚴禁通過當地監控機轉發。

為保證變電站綜合自動化系統的后臺計算機和網絡設備的可靠運行，配置1 套逆變電源（UPS）系統（UPS 電源柜1 面，含2×3kVA UPS 電源1套），保證在變電站交流失壓的情況下，計算機監控系統、電能計費系統、火災報警系統、自動化設備等重要設備能有不間斷的電源供給。該逆變電源系統采用變電站的直流系統作為后備電源，無須蓄電池組。

為接收本站的遠動、保護等信息，此次工程為地調開列調度端二次系統接口，包括軟件修改、系統聯調及硬件接口等。

為方便無人值班站的運行管理，保證變電站的安全運行，在變電站內配置圖像監視及安全警衛系統，實現全站安全、防火、防盜功能配置，并留有遠方監視的接口。設置圖像終端顯示器，安全警衛系統報警接點信號可遠傳至集控中心或調度端。

為防止變電站火災事故的發生，配置一套智能型火災報警裝置，終端與計算機監控系統布置在一起，通過該裝置的RS485 接口和規約轉換器接至站內通訊網。火災報警的區域包括二次設備室、35 kV 及6 kV 配電室、SVG 室、消弧線圈及接地變室、35k V 站變室等。

根據唐安煤礦需求，為監測主變區域內的溫度，對主變的熱故障進行預診斷，在變電站主變區內配置紅外熱成像在線智能監測系統。紅外熱成像裝置通過紅外熱像儀對主變設備的遠距離及工作環境進行溫度監測，并借助CCD 攝像機對故障缺陷進行定位，對設備的安全隱患進行遠程判斷。裝置系統可遠程控制云臺和鏡頭焦距，并具有預設巡視點的功能，方便實現視頻及熱圖像實時監測，記錄視頻、熱圖像及溫度數據，實現不間斷監控和超溫報警。

5 結 語

唐安煤礦變電站改造從2022 年8 月開始，到2023 年1 月完工。在改造完成后，變電站的容量大幅度提升，可以保證唐安煤礦的安全運行。對改造后運行狀態進行持續觀察，在變電站容量提升后，線路由于發熱而引起的短路事故大大降低，跳閘現象減少，尤其是越級跳閘事故發生的次數大幅降低，也從未出現過載現象。經過統計，在改造后，井下停電次數將下降90%以上，可以延長設備的使用壽命，保障了煤礦正產安全開采。