礦井主變電站供電系統及設備選型優化設計方案

張照文

（山西汾西礦業有限（責任）公司孝義煤礦管理公司， 山西 孝義 032300）

引言

隨著礦井規模的增大，變電所供電系統的負荷量也隨之增加，需要使用電壓量更大的供電系統。對此，礦井主變電站在設計供電系統時應嚴格按照相關操作規范，在確保運行安全的基礎上降低故障的發生幾率，使煤礦企業的經濟損失降至最低。由此本文以冷泉礦井為例，考慮了礦井主變電站供電系統復雜性，分析了變電站設備選型與供電優化技術。

1 煤礦企業供電基本需求

首先應確保供電安全性。應在嚴格遵照《煤礦安全規程》條例的基礎上，有效采取防潮、防觸電等措施，以保障煤礦供電的安全性與可靠性。其次應保障供電的可靠性。在任何情況下均需確保一定電能供應，從而保證整個礦井生產的安全性。再次是供電技術的合理性。煤礦供電電壓、譜波成分等需要滿足一定技術標準，且波動范圍也不能超過額定值。最后應確保供電的經濟性。煤礦設備需要較大的耗電量，若設計不合理則會嚴重浪費電能，因此應在保證供電系統合理性的基礎上保證供電的經濟性[1]。

2 煤礦井下供電設計方案

首先煤礦企業應根據井下采掘以及排水情況合理布設井下變電所與配電設備，設計時應在井底車場的周圍設計中央變電所，并在主井底上倉帶式輸送機機頭上布設裝載硐室，且還應在移動變電站上安裝采煤與綜掘工作面。其次應確定井下供電電壓的等級，一般而言，礦井下供電電壓等級分為10 kV、3 300 V以及1 140 V，而照明設備則采用127 V電壓。最后是確定井下各變電站的供電范圍，裝載硐室變電所、礦用隔爆型變壓器11盤區以及12盤區變電所屬于井下中央變電所的主要高壓供電設備，而低壓供電設備則為電壓是1 140 V的液壓站清倉設備。裝載硐室主要利用11盤區與12盤區大巷帶式輸送機、倉上配倉刮板機以及礦用隔爆型變壓器等設備進行高壓供電；利用裝載配電點、上倉帶式輸送機及拉緊設備、硫化器以及清理撤煤轉載式帶式輸送機等設備完成低壓供電。礦井下使用的局部通風機主要采用雙電源供電模式完成供電過程，且為線路開關設計了選擇性的漏電保護裝置，有效封鎖了電、瓦斯等。除此之外，井下高壓電纜主要采用MYJV22-10 kV等煤礦專用絕緣電力電纜設備[2]。

3 礦井下主變電站供電系統

3.1 供電系統方案比較

冷泉礦井生產量為60萬t/年，屬于大型礦井。目前，冷泉礦井在達到最大涌水量時，其用電負荷量達到5 628 kW，電流為644.7 A，超過了目前礦用開關柜允許的630 A電流，因此必須采用兩根以上的井下電纜供電方式。在進行方案設計時，工作人員出臺了兩個設計方案，下面由技術性方面分別比較分析這兩個方案。

方案Ⅰ中，在正常供電模式下，6 kV母線分三段運行，且不論哪根電纜或母線出現停電故障，非故障母線上會存在至少三臺運行的水泵，滿足了最大涌水量時主排水負荷的供電要求。而在方案Ⅱ中，同一段母線上的兩根井下電纜處于并聯運行狀態，當母線出現故障停止供電時，若無法及時有效排除故障，則排水泵無法滿足正常工作需求。同時，在方案Ⅱ中，同一母線兩根井下電纜處于并聯運行模式，增大了6 kV母線上的短路電流，不利于校驗高壓出線電纜截面的選擇工作與設備的選型工作。除此之外，方案Ⅰ中供電系統6 kV母線分為三段，母聯開關運行時可以靈活分配負荷，且故障影響范圍較小，有利于故障查詢與處理。其具體技術比較表如下頁表1所示[3]。

綜合分析發現，方案Ⅰ均具備明顯優勢，對此，冷泉煤礦主變電站高壓供電所應采用方案Ⅰ。

表1 供電系統方案技術比較表

3.2 設備選型優化設計

對冷泉礦井整體進行了優化設計，期間，工作人員經井下主變電所KYGG-Z型固定式高壓開關柜改為KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜，提升了礦井主變電站設備的技術水平，且降低了運行費用成本。

在選型供電設備時應遵循以下幾個原則：首先是在先期建設供電系統時應有效考慮后期供電情況；其次是煤礦企業應減少臨時設備的投資成本，并提前安裝永久性設備；再次是對于臨時投入設備，在礦井投產或后期建設時應盡量恢復使用；最后設計供電設備等級時應兼顧設計臨時與永久供電系統，從而便于系統及時切換，從根本上降低投入成本[4]。

確定選型后還應做好技術特點比較工作，相較KYGG-Z型固定式高壓開關柜，KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜具備以下優勢：一是KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜采用了隔離插銷以及手車式機芯形式，檢修時可以將手車機芯自由拉出柜體外，電氣斷點明顯，操作簡便且維護安全性較高。二是KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜綜合采用了接觸器與集斷路器于一體的真空開關裝置，在設備處于正常運行狀態時，開關可作為接觸器使用，且可以實現頻繁操作，延長機械設備的使用壽命。而當出現短路問題時，開關可以準確切斷電路。三是主排水泵綜合啟動柜采用了雙柜體結構，節省了5臺母線聯絡柜，簡化了安裝流程。四是KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜具備干式起動電抗器，且變電所無需安裝電抗器壁殼，有效降低了裝載硐室的工程造價與工程量。五是相較KYGG-Z型固定式高壓開關柜，KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜體積更小，有效縮短了變電所的總長度，減少了裝載硐室的斷面面積。其具體設備選型技術比較表下表2所示。

表2 變電所設備選型技術經濟比較表

3.3 供電系統及設備選型優化結論

一方面，當礦井下用電負荷較大時，設計時應采用3根下井電纜，且井下主變電站6 kV母線也應三段運行，在確保設備運行靈活的基礎上有效降低投資成本。另一方面，冷泉煤礦應采用KYGG-Z型手車式高壓真空開關柜設備，提高供電設備的運行水平，以有效減少礦井下主變電所裝載硐室的總長度及斷面面積，從而有效縮短建設周期，充分降低工程造價成本。

4 結語

在礦井建設過程中，應根據不同時期供電需求合理設計主變電站供電方案，并優化設備選型工作，且在施工期間應盡量減少臨時設備，充分利用高壓開關柜、變壓器以及高壓電動機等設備，以充分降低煤礦的生產成本。