金屬礦山井下電氣設(shè)計要點(diǎn)

楊紹偉

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

金屬礦山井下電氣設(shè)計要點(diǎn)

楊紹偉

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

我國目前已面臨礦山淺部資源危機(jī)，深部有潛力或新發(fā)現(xiàn)礦山位于深部的狀況，井下開采礦山將成為資源開采的一個重要方向。礦山井下電氣設(shè)計作為電氣設(shè)計中的一個特殊部分，和其它電氣設(shè)計有著明顯的不同之處，筆者通過對相關(guān)電力設(shè)計規(guī)范的分析研究，結(jié)合實(shí)際管理、使用及生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的實(shí)際情況，闡述了金屬礦山井下電氣設(shè)計應(yīng)注意的要點(diǎn)。

金屬礦山；井下開采；電氣設(shè)計；電力設(shè)計規(guī)范

0 引 言

礦產(chǎn)資源是重要的自然資源，它不是上帝的恩賜，而是經(jīng)過幾百萬年，甚至幾億年的地質(zhì)變化才形成的，是社會生產(chǎn)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，各種資源的消耗量越來越大，資源供給不足已成為我國可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。而我國現(xiàn)有大中型金屬礦山多數(shù)是20世紀(jì)70、80年代以前建成投產(chǎn)的，目前已面臨礦山淺部資源危機(jī)、深部有潛力或新發(fā)現(xiàn)礦山資源位于深部的狀況。所以井下開采礦山將是以后資源開采的一個重要方向。

井下開采在我國金屬礦山占有很重要的地位，特別是在有色金屬和黃金系統(tǒng)中多數(shù)礦山均采用地下開采。礦山地下開采的生產(chǎn)環(huán)境不同于地面生產(chǎn)環(huán)境，地下開采具有以下特點(diǎn)：①坑內(nèi)巷道、硐室和工作面的空間尺寸較小；②坑內(nèi)移動設(shè)備較多，移動較為頻繁；③礦塵較多，比較潮濕，甚至部分地方淋水；④可能產(chǎn)生巖石脫落，片幫或冒頂?shù)痊F(xiàn)象，使電氣設(shè)備和電纜遭到損傷。

為了保證井下在良好的防護(hù)條件和完善的安全措施下連續(xù)生產(chǎn)，井下電力設(shè)計應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)環(huán)境及相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

1 負(fù)荷等級和電源要求

目前實(shí)施的GB 50070-2009《礦山電力設(shè)計規(guī)范》3.0.1.1規(guī)定：礦井經(jīng)常升降人員的立井提升機(jī)屬于一級負(fù)荷。原來的規(guī)范是：因事故停電有淹井危險的主排水泵；有爆炸、火災(zāi)危險的礦井主通風(fēng)機(jī)；對人體健康及生命有危害氣體礦井的主通風(fēng)機(jī)，規(guī)定要有這三項(xiàng)之一所列危險礦井才規(guī)定為一級負(fù)荷。新規(guī)范規(guī)定只要是經(jīng)常升降人員的立井提升機(jī)，都要按一級負(fù)荷來考慮。這是新規(guī)范把“以人為本”理念在礦山生產(chǎn)中的重要延續(xù)。

新規(guī)范對電源的要求也有很大變化，變成了從是否有一級負(fù)荷和企業(yè)規(guī)模大小兩方面來考慮。是否有一級負(fù)荷的礦山，不管規(guī)模大小，都應(yīng)由雙重電源供電，這條是判斷的關(guān)鍵。當(dāng)一電源中斷供電，另一電源不應(yīng)同時受到損壞，且電源容量應(yīng)至少保證礦山企業(yè)全部一級負(fù)荷電力需求，并宜滿足大型礦山企業(yè)二級負(fù)荷電力需求；其次考慮企業(yè)的規(guī)模，大型礦山企業(yè)宜由兩回電源線路供電，兩回電源線路中的任一回中斷供電時，其余電源線路宜保證供給全部一、二級負(fù)荷電力需求。在井下電氣設(shè)計中要把是否有一級負(fù)荷和企業(yè)規(guī)模大小這2個因素結(jié)合起來分析，才能更好的把握住礦山對電源的要求。

2 低壓配電系統(tǒng)

目前實(shí)施的GB 50070-2009《礦山電力設(shè)計規(guī)范》4.1.3規(guī)定：井下低壓配電系統(tǒng)接地型式應(yīng)采用IT系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，由于選擇性接地保護(hù)沒有解決，只能在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中裝設(shè)監(jiān)測絕緣漏電情況的保護(hù)裝置。而冶金地下開采礦山一般較為潮濕，采掘工作面環(huán)境惡劣，線路與設(shè)備的絕緣水平又低，因此監(jiān)測絕緣的漏電裝置經(jīng)常處于動作狀態(tài)，不能正常運(yùn)行，加上礦山企業(yè)自身的管理和技術(shù)水平，難以找到真正的故障點(diǎn)，以致許多礦山裝而不用，使得地下礦山的低壓電網(wǎng)處于無接地保護(hù)狀態(tài)。雖然說中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)有不少優(yōu)點(diǎn)，但由于處于無保護(hù)狀態(tài)，讓礦山井下存在著相當(dāng)大的危險性。

在配電變壓器的中性點(diǎn)接入適當(dāng)阻值的電阻器，通過限制其發(fā)生單相接地的接地電流，裝設(shè)剩余電流保護(hù)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)就是一個可行的方法。

按規(guī)范規(guī)定，接地故障電流不應(yīng)>5 A，其配電變壓器的中性點(diǎn)接地電阻值為：

式中：R為中性點(diǎn)接地電阻值；

U為單相接地電壓(230V)；

I為接地故障電流(A)。

3 電纜選擇

GB50070-2009《礦山電力設(shè)計規(guī)范》4.3.1.7規(guī)定：重要電源回路、移動式電氣設(shè)備的電纜及井下有爆炸危險環(huán)境礦井的低壓電纜應(yīng)采用銅芯電纜。對其它地方采用銅芯電纜則沒有做出規(guī)定，由于鋁相較于銅在價格上有很大的優(yōu)勢，還有鋁比銅重量輕，在滿足相同導(dǎo)電性能的前提下，鋁導(dǎo)體線纜的重量只有相同載流量銅纜的一半，在礦山井下采用電纜支架固定安裝具有很大的優(yōu)勢。所以對16mm2及以上電纜在礦山井下非重要環(huán)境中可采用鋁芯電纜，可降低安裝成本，減少投資。

根據(jù)2013年9月6日，國家安監(jiān)總局下發(fā)《關(guān)于發(fā)布金屬非金屬礦山禁止使用的設(shè)備及工藝目錄(第一批)的通知》(安監(jiān)總管〔2013〕101號)中將非阻燃電纜(含強(qiáng)、弱電)列入金屬非金屬礦山禁止設(shè)備目錄內(nèi)。因電纜工作時，尤其是過流、過載時，由于導(dǎo)體發(fā)熱會導(dǎo)致電纜溫度升高，如果電纜不具備良好的阻燃性能，極易引起電纜著火，在燃燒的同時產(chǎn)生大量有毒有害氣體，而礦井通風(fēng)采用機(jī)械通風(fēng)，通風(fēng)效果較差，較容易造成礦工中毒窒息。電氣設(shè)計中一定要注意，禁止使用非阻燃電纜，以免違反相關(guān)規(guī)定。

此外，GB50070-2009《礦山電力設(shè)計規(guī)范》4.3.1.1，4.3.1.2對高壓電纜的選擇做了重新的規(guī)定，要求采用交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜或聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，并要求采用金屬鎧裝電纜。

4 保護(hù)配置

由于礦山井下高粉塵、高溫高濕的特殊環(huán)境，為保障供電設(shè)備在井下安全穩(wěn)定的運(yùn)行，按照規(guī)范規(guī)定，礦山井下所選供電設(shè)備要保證能在高電壓、高負(fù)荷的供電情況下，實(shí)現(xiàn)供電性能的正常發(fā)揮及安全可靠。高低壓線路應(yīng)設(shè)置短路保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和接地保護(hù)3種保護(hù)。

1)井下用電設(shè)備分散，線路一般較長，靈敏度不夠的情況時常發(fā)生。所以GB50070-2009《礦山電力設(shè)計規(guī)范》4.2.7規(guī)定：當(dāng)?shù)蛪号潆娋€路的短路保護(hù)電器為斷路器時，被保護(hù)線路末端的最小短路電流不應(yīng)低于斷路器瞬時或短延時脫扣器整定電流的1.5倍。而其它地方對于低壓線路的短路保護(hù)，采用的是GB50054-2011《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第6.2.4條和GB14048.2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第二部分：斷路器》的規(guī)定，當(dāng)短路保護(hù)電器為斷路器時，被保護(hù)線路末端的短路電流不應(yīng)小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3倍。因礦山井下生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，在整定斷路器瞬時或短延時脫扣器時要按1.5倍來整定。

2)井下高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)采用不接地、高電阻接地或消弧線圈接地方式時單相接地保護(hù)應(yīng)滿足要求：由井下配電所引出的所有高壓出線都應(yīng)裝有選擇性的單相接地保護(hù)，保護(hù)應(yīng)動作于跳閘或信號；向移動變電站供電的高壓出線，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的單相接地保護(hù)，保護(hù)應(yīng)無時限地動作于跳閘。該規(guī)定為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。

5 開關(guān)柜柜型

礦井身處地下，鑿巖機(jī)及鑿巖臺車、掘進(jìn)和支護(hù)臺車、柴油鏟運(yùn)機(jī)等柴油采掘、回采設(shè)備產(chǎn)生的尾氣和礦井工人放炮后產(chǎn)生的粉塵較大，雖然礦井采用通風(fēng)管道強(qiáng)制通風(fēng)，但是受到深度、活動空間和通風(fēng)機(jī)械的限制，通風(fēng)效果與地面是無法比擬的，所以煙塵和粉塵中的碳粒子容易通過巷道進(jìn)入到變配電硐室中的電氣設(shè)備上，對電氣設(shè)備中電子部分造成短路等傷害。礦山井下是一個特殊場所，井下地質(zhì)條件的復(fù)雜及井建工程的巨大投資都是對項(xiàng)目的制約因素。

固體絕緣開關(guān)柜是一種集外固封、絕緣母線及組合單元小型化3種技術(shù)于一體，開關(guān)及高壓帶電部件采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行整體澆注，以環(huán)氧樹脂固封作為帶電體對地及相間的絕緣的新型配電設(shè)備，絕緣筒采用固封極柱技術(shù)，將真空滅弧室、主導(dǎo)電回路和絕緣支撐等有機(jī)結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)全絕緣、全密封和免維護(hù)結(jié)構(gòu)。具有絕緣性能高、體積小、容量大、整體強(qiáng)度高、免維護(hù)等特點(diǎn)。而且固體絕緣開關(guān)柜占地面積只為大氣絕緣高壓金屬封閉開關(guān)柜的40%，是超小型產(chǎn)品。可以靠墻安裝，單面維護(hù)，這樣的話，其占地面更小。

所以，固體絕緣開關(guān)柜的出現(xiàn)能很好地解決在礦山井下配電設(shè)備的特殊要求。

6 結(jié) 語

礦山井下電氣設(shè)計作為電氣設(shè)計中一個特殊的部分，和其它電氣設(shè)計有著明顯的不同之處。由于其場所的特殊性，應(yīng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。同時，還應(yīng)綜合考慮礦山企業(yè)實(shí)際管理和使用需要，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的實(shí)際情況來進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。

[1] 中國煤炭建設(shè)協(xié)會.GB50070-2009 礦山電力設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.

[3] 中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.GB50054-2011 低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[4] 劉思沛.礦山供電[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Probe into Electrical Design for Metal Mine's Underground Mining

YANG Shaowei

(Kunming Engineering & Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd, Kunming 650051, China )

China now is facing the shallow resource crisis. Mines with potential or new mines are in the deep and underground ming becomes an important trend. As a special part of electrical design, the electrical design of underground mining differ distinctively. By analyzing relevant design codes and combing actual management, usage and production conditions, matters of attention in the electrical design of underground mining were described.

metal mine; underground mining; electrical design; code for electrical design

2016-02-19.

楊紹偉(1983-)，男，云南人，工程師.主要研究方向：供配電、自動化控制設(shè)計.

TD

A

1004-2660(2016)01-0044-03