礦山技術(shù)改造與電力節(jié)能設(shè)計分析

左雙杰

（沈陽有色冶金設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003）

1 前言

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，能源消耗問題成為國民生產(chǎn)、生活中較為突出的問題，在市場經(jīng)濟深入變革的大環(huán)境下，礦山工業(yè)工程的新建與改造必然圍繞著節(jié)能措施進行思索與探討，降低能源的消耗，提高工程技術(shù)水平，是符合社會可持續(xù)發(fā)展的基本要求。在礦山改造中，節(jié)約資源必須與綜合利用資源、保護生態(tài)環(huán)境、提供經(jīng)濟效益統(tǒng)籌兼顧；礦山企業(yè)的電力配電變電所（站）應(yīng)深入負(fù)荷中心，根據(jù)負(fù)荷大小、地區(qū)輸送線路額定電壓進行計算，選擇合適的線纜型號及規(guī)格，減少線路能耗損失，將電壓偏差控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，以達到電力節(jié)能的目的。

2 工程概況

在遼寧省某金屬礦山工程進行改造時，由于生產(chǎn)能力提升，需進行礦山工程改造；計劃在采場旁，附近地質(zhì)情況安全區(qū)域新建一選廠，用于井下開采上來的礦石進行礦物加工使用，減少礦石的運輸路程，節(jié)約運輸成本及能耗。在新建選廠內(nèi)，深入設(shè)備負(fù)荷中心處建設(shè)選廠變電所，電源由上級區(qū)域變電站提供，距離2.4km；新建選廠變電所除為選廠所有用電設(shè)備供電外，還要為采場用電設(shè)備中的一級負(fù)荷提供一路獨立電源。

通過工程投資方提供的采場設(shè)備用電資料及要求，地表提升機與井下坑內(nèi)主排水泵為采礦一級負(fù)荷，且地表提升機與井下坑內(nèi)主排水泵等等用電設(shè)備額定電壓均為3kV，在整體的工程投資及現(xiàn)有設(shè)備的可用方面考慮，工程投資方建議新建變電所電源供電線路額定電壓為3kV。但鑒于當(dāng)前國家電力規(guī)范規(guī)程和電力節(jié)能要求，建設(shè)一條額定電壓10kV供電線路，更為經(jīng)濟合理。針對此情況，對兩種電壓等級的供電線路進行合理的技術(shù)經(jīng)濟分析。

3 技術(shù)分析

根據(jù)工程投資方提供的原始資料，采場一級負(fù)荷容量為1100kW；新建選廠的用電負(fù)荷，根據(jù)選礦工藝專業(yè)提供的資料，進行負(fù)荷計算得到選廠負(fù)荷為1050kW，根據(jù)兩者之和，得出共有2150kW負(fù)荷運行。

按照以上負(fù)荷數(shù)據(jù)結(jié)果，對新建選廠變電所電源進線電壓等級，以3kV與10kV不同供電線路方案，進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

3.1 3kV供電線路方案時

圖1 3kV線路輸送示意圖

圖2 10kV線路輸送示意圖

由于工程投資方考慮原來采場供電電壓為3kV電網(wǎng)，建議在新建選廠內(nèi)設(shè)計建設(shè)3/0.4kV供電變電所，即輸電線路額定電壓為3kV，符合工程改造節(jié)約投資成本的措施。根據(jù)投資方提供資料得知電源從當(dāng)?shù)貐^(qū)域變電站到選廠變電所距離約為2.4公里，架空線路利用導(dǎo)線截面240mm2 鋼芯鋁絞線，將電能輸送至選廠變電所，方案示意見圖1，如下：

（1）根據(jù)允許電壓偏差進行分析

按照相關(guān)設(shè)計手冊和規(guī)范要求20kV及以下三相供電線路允許電壓偏差為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓±7%，區(qū)域變電站側(cè)電壓為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓3kV，將區(qū)域變電站供電線路首端的電壓偏差視為0%，則供電線路電壓偏差值不能大于（0%-（-7%））=7%；查資料得知鋼芯鋁絞架空線LGJ-240的電阻R'=0.132?/km，電抗X'=0.326 ?/km及線路電壓降計算公式：

（公式中負(fù)荷P的單位為kW）。功率因數(shù)cosθ=0.9得知tanθ=0.49，將數(shù)據(jù)代入公式得：

線路電壓損失（電壓降）為16.73%，則線路的電壓偏差為：

計算結(jié)果遠遠大于允許電壓偏差±7%，不能滿足電壓質(zhì)量的基本要求。

（2）電能損耗方面分析

按照電費單價為0.5元/度計算，線路的年電能損耗費F=Psh×0.5×10-4=11755421.75×0.5587710.9元 =55.88萬元。

（3）線路及設(shè)備投資分析

根據(jù)工程投資方要求利用電纜進線方式將高壓電引入新建選廠變電所，根據(jù)上面的Ijs=457.5A選擇的高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜YJV22-6/6kV 1（3X300），從電線桿到3kV進線柜，距離約為50米，按照電纜單價750元/米，電纜費用F2=750×30=37500元=3.75萬元，并且這種大截面電纜敷設(shè)施工較為困難。

3kV供電方案設(shè)備主要為高壓配電柜與一臺變壓器，其中高壓配電柜投資方原有，可利舊，不用重新購買，一臺變壓器為選廠用電電源，容量為2000kVA，電壓為3/0.4kV，其價格約為20萬元。

3.2 10kV供電線路方案時

從上述工程敘述，得知供電電源由當(dāng)?shù)貐^(qū)域變電站提供，距離新建選廠變電所2.4公里，10kV供電線路方案利用截面為150mm2鋼芯鋁絞架空線，將電能輸送至選廠變電所，方案示意見圖2，如下：

（1）根據(jù)允許電壓偏差進行分析

按照相關(guān)設(shè)計手冊和規(guī)范要求20kV及以下三相供電線路允許電壓偏差為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓±7%，區(qū)域變電站側(cè)電壓為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓3kV，將區(qū)域變電站供電線路首端的電壓偏差視為0%，則供電線路電壓偏差值不能大于（0%-（-7%））=7%；查資料得知鋼芯鋁絞架空線LGJ-240的電阻R'=0.21?/km，電抗X'=0.34 ?/km及線路電壓降計算公式：

（公式中負(fù)荷P的單位為kW）。取功率因數(shù)cosθ=0.9得知tanθ=0.49，將數(shù)據(jù)代入公式得

線路電壓損失（電壓降）為1.94%，則線路的電壓偏差為：

計算結(jié)果小于允許電壓偏差±7%，滿足電壓質(zhì)量的基本要求。也符合電力節(jié)能設(shè)計要求。

（2）電能損耗方面分析

按照采場補償后的功率因數(shù)cosθ為0.9計算得到卷揚、水泵及空壓機等采場部分高壓設(shè)備的運行負(fù)荷為1100/0.9=1222kVA，選廠的負(fù)荷為1149kVA，總計約為2371kVA，按照10kV等級計算電流，按照年運行小時數(shù)為5940h計算，線路的年電能損耗約為：

按照電費單價為0.5元/度計算，線路的年電能損耗費F=Psh×0.5×10-4=168323.6×0.5=84161.8元=8.42萬元。

（3）線路及設(shè)備投資分析

10kV供電方案主要為高壓配電柜與兩臺臺變壓器，其中高壓配電柜投資方原有，可利舊，不用重新購置，一臺變壓器為選廠用電電源，容量為1600kVA，電壓為3/0.4kV，其價格約為16萬元。與3kV供電方案，區(qū)別在于多了一臺降壓變壓器，將輸電線路電壓變?yōu)?0/3kV，容量為2000kVA，價格為20萬。兩臺變壓器的設(shè)備總投資為36萬元。

3.3 方案結(jié)果對比

根據(jù)以上3kV供電線路與10kV供電線路的供電方案論述與分析，得出表1和表2。

表1 供電方案投資比較表

表2 線路年電能損耗費比較表

根據(jù)表1數(shù)據(jù)比較，3kV供電方案比10kV供電方案粗略投資相比多5.838萬元；根據(jù)表2數(shù)據(jù)比較，3kV供電方案比10kV供電方案線路年電能損耗多47.76萬元。根據(jù)比較，3kV供電方案在投資和電能損耗上的花費都高于10kV供電方案，不符合礦山改造的目的，且達不到電力節(jié)能設(shè)計要求。

得出結(jié)論：此礦山工程改在，在供電線路電壓等級方案及節(jié)能綜合分析與考慮后，建議選用10kV供電方案。

4 結(jié)語

針對礦山改造工程的功能要求，利用10kV供電方案，滿足電力節(jié)能設(shè)計與能源利用長遠發(fā)展的原則，在市場經(jīng)濟全面深化改革大環(huán)境下，從根本上促進能源資源的節(jié)約和合理利用，對緩解我國能源資源供應(yīng)與社會經(jīng)濟發(fā)展的矛盾，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，做出了應(yīng)有的貢獻。在實現(xiàn)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，長遠利益對保障國家能源安全、保護環(huán)境、改進生產(chǎn)力的構(gòu)成結(jié)構(gòu)，做出了應(yīng)有的改造決策及信心。