新城金礦井下供電系統及工藝設備控制

徐可

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

新城金礦項目包含了4 個礦區的開采，分別是新城礦區、曲家礦區、滕家礦區和紅布礦區。目前，該礦采用豎井（主豎井+盲豎井）+斜坡道聯合開拓方式。其中，主豎井采用箕斗與罐籠互為配重的提升系統，負責人員、材料、廢石、礦石的提升任務；盲豎井作為副井功能；斜坡道主要承擔礦石的運輸，并兼做人行、進風、材料、設備的運輸通道。礦區主要礦體最深處延伸到了地表以下-1 830 m， 通過對4 個礦區的整合， 可穩定實現新城金礦全礦井下8 kt/d 的采礦能力。 本文擬針對該項目井下開采供配電、照明、接地的設計部分進行探討， 以期為類似深井開采項目的供配電設計提供參考。

1 井下主要負荷及負荷等級

新城金礦項目生產規模8 kt/d，全礦設備安裝容量約為126 000 kW，工作容量約為96 000 kW。全礦6 kV/10 kV 的高壓用電設備約有70 臺，其中同時工作的約50 臺，容量為51 000 kW，占全礦總工作功率的53%。新主井箕斗提升機的單臺容量最大，其電動機功率達5 800 kW。

井下排水泵、罐籠豎井及盲豎井提升系統、緊急避險系統、壓風自救系統等為一級負荷。 選礦廠、主井提升機等主要生產設備為二級負荷， 其它輔助生產設施為三級負荷。

2 礦區供電電源

該項目在全礦各個礦區的地表共設置了4 座35 kV 變電站，其中新城礦區設置2 座，紅布礦區及滕家礦區各設置1 座。

新城礦區地表設置的2 座變電站為35 kV/6 kV變電站（新城I 站、新城II 站），2 座變電站同時運行。新城I 站站內設有1 臺35 kV/6 kV 主變壓器， 主接線采用單母線運行方式。 新城II 站站內設有2 臺35 kV/6 kV 主變壓器，互為備用；主接線采用單母線分段運行方式。 以滿足該礦區地表和井下所有用電負荷的需求。該礦區另設有2 臺6 kV 柴油發電機組，可提供6 000 kW 的保安負荷。 柴油發電機組所發電通過6 kV 電纜分別送至礦區兩座變電站的6 kV母線段，有效提高了該礦區2 座變電站的供電可靠性。

紅布礦區地表設有1 座35 kV/6 kV 變電站，站內現有2 臺主變壓器，互為備用；主接線采用單母線分段運行方式。 礦區內設有1 臺6 kV 柴油發電機組，可提供3 000 kW 的保安負荷。 柴油發電機組所發電通過6 kV 電纜送至礦區變電站6 kV 母線段。

滕家礦區地表設有1 座35 kV/10 kV 變電站，站內現有2 臺主變壓器，互為備用；主接線采用單母線分段運行方式。 滕家（含曲家）礦區設有9 臺10 kV柴油發電機組，可提供高達31 500 kW 的保安負荷。柴油發電機組所發電通過10 kV 電纜送至礦區變電站的10 kV 母線段。

由于滕家、曲家礦區為新建礦區，其生產系統與現有新城、紅布礦區的生產系統相對獨立，從新舊礦區配電電壓等級要求、高壓設備數量、輸電距離、線路損耗、節能效果等方面分析，依據技術先進、生產效率高、成本低、節能的設計理念，采取了主供電電壓為10 kV 的供電方案。新城、紅布礦區則繼續沿用6 kV 的主供電電壓。

3 礦區供配電系統配置

3.1 礦區井下提升機配電系統

新城礦區-930 m 中段配置1 套粉礦回收提升系統，主電機功率為280 kW。 在提升機裝置附近設置1 座6 kV 變配電室，為粉礦回收提升系統及公輔設施提供電源，配電室兩條回路的6 kV 電源引自地表6 kV 變電站配電室不同母線段。

滕家礦區井下-1 030 m 中段配置1 套盲豎井提升系統，主電機功率為1 120 kW。 在提升機裝置附近設有1 個10 kV 變配電硐室， 為盲豎井提升裝置提供高低電源， 配電室兩條回路的10 kV 電源引自地表豎井井口10 kV 配電室不同母線段。

曲家礦區井下-1 260 m 中段盲豎井提升配置1套提升系統，主電機功率為1 120 kW。 在提升機裝置附近設有1 個10 kV 變配電硐室， 為盲豎井提升裝置提供高低電源， 配電室兩條回路的10 kV 電源引自地表10 kV 配電室不同母線段。

紅布礦區-260 m 中段盲副井提升配置1 套提升系統，主電機功率為500 kW。 在提升機裝置附近設有1 個6 kV 變配電硐室，為盲副井提升裝置提供高低電源。

3.2 礦區井下通風配電系統

紅布礦區-190 m 聯絡道配置1 臺主通風風機，主電機功率為355 kW。 兩條回路的6 kV 電源引自紅布選廠6 kV 配電室， 當一條回路的電源故障時，另一條回路的電源可為全部負荷供電。

3.3 礦區井下排水配電系統

新城礦區-1 330 m 水泵房內配置3 臺6 kV 高壓水泵，每臺功率為630 kW。-1 330 m 水泵房6 kV配電室采用單母線分段運行方式，兩條回路的6 kV電源引自主井6 kV 配電室不同母線段，當一回路電源故障時，另1 回電源可為全部負荷供電。

滕家礦區-1 030 m 水泵房內配置6 臺10 kV高壓水泵，每臺功率為2 240 kW。 -1 030 m 水泵房10 kV 配電室采用單母線分段運行方式， 兩條回路的10 kV 電源引自35 kV/10 kV 變電站10 kV 配電室不同母線段。 -1 330 m 中段水泵房內配置6 臺10 kV 高壓水泵，每臺功率為710 kW。 -1 330 m 水泵房6 kV 配電室采用單母線分段運行方式，兩條回路的10 kV 電源引自35/10 kV 變電站10 kV 配電室不同母線段，當一條回路電源故障時，另一條回路電源可為全部負荷供電。

曲家礦區-1 830 m 水泵房內配置6 臺10 kV高壓水泵，每臺功率為1 000 kW。 -1 830 m 水泵房10 kV 配電室采用單母線分段運行方式， 兩條回路的10 kV 電源引自-1 230 m 提升10 kV 配電室不同母線段，當1 回路電源故障時，另1 回電源可為全部負荷供電。

在新城、 滕家和曲家礦區的地表分別設有3 座柴油發電機站，可提供保安總負荷高達40 500 kW。當礦區電源發生故障， 可保障上述4 個系統所有重要用電設備的電源供給，確保井下人員安全撤離。

4 井下的變配電硐室及主要設備選擇

4.1 井下變配電硐室

井下中央配電硐室靠近負荷中心， 如井下排水泵房旁和提升機房附近。 配電硐室的兩條回路的電源均由地表主變電所直接供電， 變配電硐室在保證操作和維護方便的條件下， 其配置尺寸盡可能緊湊布置，但也要留有后期發展備用空間。井下水泵房配電硐室與主排水泵站相鄰， 設置帶有柵欄防火兩用門的隔墻， 配電硐室與主排水泵站均設有單獨通至巷道的通路， 通路上裝設向外開啟的柵欄防火兩用門及防水密閉門。 井下水泵房配電硐室的地面比出口處井底車場或大巷的底板高出0.5 m。采區配電硐室的出口裝設向外開啟的柵欄防火兩用門，配電硐室的地面比出口處井底車場或大巷的底板高出0.2 m。

井下電氣設備硐室的長度大于9 m 時， 在硐室的兩端各設置1 個出口。電氣設備硐室設有擋板、格柵和封堵電纜進出口等防止小動物進入室內的措施，配置足夠的電工安全用具，開關柜前后鋪設絕緣墊， 硐室內電纜溝的底部設有坡度以及引至室外的排水管。 井下配電硐室平面布置示意見圖1。

圖1 井下配電硐室平面布置示意

4.2 井下主要配電設備選擇

主要電氣設備選型充分考慮了當地的地理環境、氣候條件以及礦山運行的特點，優先選用性價比高、維護方便、性能穩且需要“KA”認證的產品，保障設備運行安全、可靠。 井下的高壓開關柜采用GKG型金屬鎧裝中置式開關設備，低壓開關柜采用GKD型固定式開關設備。

新城金礦項目井下低壓配電系統采用IT 系統，變壓器中性點不接地， 外露可導電部分采用共同的接地極接地。 低壓配電系統配置完善的漏電保護裝置。當絕緣下降到整定值時，由絕緣監測裝置發出報警信號；當發生第二次接地故障時，由過電流保護器或剩余電流保護器切斷故障回路。

井下井筒內或水平巷道高壓電力電纜敷設采用低煙無鹵阻燃型粗鋼絲鎧裝電力電纜或低煙無鹵阻燃型細鋼絲鎧裝電力電纜， 固定敷設的低壓電纜采用低煙無鹵阻燃型細鋼絲鎧裝交聯聚乙烯電纜；非固定敷設的高低壓電纜采用阻燃型專用橡套軟電纜。 移動式變電站的電源電纜采用井下礦用監視型屏蔽橡套電纜； 移動式或手持式電氣設備及移動式照明線路采用橡套電纜； 固定式照明線路采用阻燃型塑料電纜。 本項目電纜下井和電纜在巷道敷設見圖2。

圖2 電纜下井和電纜在巷道敷設

5 井下照明系統及應急供電設施

井下照明線采用三相三線制供電系統。 照明電源引自巷道內就近變配電室380 V 母線段。 主要巷道的固定式照明電壓為220 V 或127 V， 由380 V/220 V或380 V/127 V 照明專用變壓器供電，天井以及回采工作面之前的固定式照明電壓為36 V，采掘工作面的固定式照明電壓為36 V，由380 V/36 V 照明專用變壓器供電，行燈電壓采用36 V。 配電硐室、控制室、信號站和水泵房等安裝有機電設備的硐室、器材庫、修理硐室、運輸巷道以及安全出口、溜井井口等易發生危險的地點，均需要安裝固定式照明裝置。采掘工作面的照明使用與主機配套的燈具， 無爆炸危險環境的采掘工作面采用移動式照明， 照明燈具采用礦用一般型燈具。

井下配電硐室、主要排水泵房、控制室、提升機房、 通風機房以及礦山救護值班室等設置自帶蓄電池和充電裝置的應急照明燈具， 非消防工作區域繼續工作應急照明連續供電時間不少于120 min，消防應急照明和燈光疏散指示標志的備用電源的連續工作時間不少于30 min。 可在發生斷電故障后繼續提供照明，供人員安全撤離，防止碰撞、踐踏等其他意外事故發生。

新城礦區、 滕家礦區和曲家礦區的-930 m 中段，各設置1 個80 人避災硐室。 在紅布礦區的-930 m中段設置1 個30 人避災硐室。二期工程僅在新城礦區和曲家礦區之間-1 330 m 中段設置1 個80 人避災硐室。 井下各避災硐室均采用低壓雙回路電源供電，電源引自附近低壓配電硐室。在硐室內設置雙電源自動切換裝置，并設置1 套200 kW（380 V）自帶蓄電池的EPS 作為避險硐室的備用電源， EPS 持續工作時間不少于96 h， 避災硐室內還需要配置數量不少于額定人數的逃生用礦燈。

6 井下供電系統的控制

礦井主排水控制采用集中化、智能化、高可靠性的礦用安全型礦井水壓實時監測系統， 可對礦井下幾個乃至上百個分布式水文觀測孔的水壓、 水位進行“一線多點”式的超遠距離地面集中實時監測。 實時監測數據能及時反映當前礦井不同地質層位的水壓、 水位及動態變化情況。 PLC 可自動檢測水位信號，計算單位時間內不同水位段水位的上升速率，判斷礦井的涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數，合理地調度水泵運行； 動態監控水泵及其附屬設備的運行狀況，實時顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數，超限報警；同時，還可與觸摸屏及地面監測監控主機通信，傳送數據，交換信息，實現遙測遙控功能。

通風機集中控制系統主要完成在地面集控中心對礦井通風機的遠程開停、自動控制、在線監測。 結合現場實際和需求，在主要配風巷口設置可調風門，主扇輔扇風機配備變頻調速器，適當地點設置風質、風速等檢測傳感器，形成一套可以根據時間、地點、風質、風量等要素對風機、風門進行聯合調控、超限報警、數據存儲、無人值守、遠程三遙（遙信、遙測、遙控）的自動化控制系統，達到減員提效的目的。

井下供配電系統控制方式，擬由所屬礦區35 kV總降壓站的后臺系統直接管控， 井下各變電所只配備綜保和后臺裝置， 然后再將總降壓站的綜保后臺系統集成到集控中心，實現遠程遙信、遙測、遙控、遙視總降壓站無人值守。同時，在井下各變電所設置工業電視攝像頭，與井下移動通信、固定電話一起，作為遠程控制的監視、聯系手段。

7 井下接地系統

井下各高壓配電硐室接地母線與附近的排水、壓送空氣等金屬管路、金屬構件等可導電部分通過25 mm×4 mm 熱鍍鋅扁鋼做總等電位連接。 設備的外露可導電部分和構架均通過25 mm×4 mm 熱鍍鋅扁鋼接地。使用礦用電纜配電的移動式、手持式電氣設備及照明燈具的金屬外殼， 采用配電電纜的接地芯線與總接地網可靠連接。

井下各開采水平的主接地裝置和所有局部接地裝置通過接地干線相互連接，構成水平接地網；各開采水平接地網之間也通過接地干線相互連接， 構成井下整體接地網。 井下專用接地干線與井下主接地極的接地支線采用40 mm×4 mm 熱鍍鋅扁鋼， 其他井下接地線和井下等電位聯結導線采用25 mm×4 mm 熱鍍鋅扁鋼。

本工程曲家礦區、滕家礦區井下-1 030 m 和-1 330 m 中段分別設置2 組主接地極， 設置于主、副水倉中，并將上述兩個中段的主接地可靠連接。新城礦區井下-930 m 和1 330 m 中段分別設置2 組主接地極。 局部接地裝置設置在各礦區裝有電氣設備的硐室和單獨設置的高低壓配電硐室等區域外的巷道水溝中。

井下主接地極采用熱鍍鋅鋼板， 鋼板厚度不小于8 mm，局部接地接鋼板不小于6 mm。當任一組主接地極斷開時在井下接地網上任一接地點測得的接地電阻不大于2 Ω， 每一移動式和手持式電力設備與最近的接地極之間的保護接地電纜芯線和其他接地線的電阻值不大于1 Ω。 具體見圖3。

圖3 井下接地系統示意

8 經驗總結

綜上所述，針對該項目井下負荷大、距離遠的特點，本次供電設計采用了提高主供電網絡電壓等級、采用模塊化變配電所設計、應用智能化設備等措施：1）在各礦區設置應急柴油發電機組，為人員提升設備、井下排水設備、消防設施等一級負荷提供保安電源。避災硐室除采用正常電源供電外，還配有專用應急供電電源（EPS）。 2）井下中央排水配電室深入負荷中心，緊鄰排水泵房和提升機裝置附近，為井下各中段用電設備提供可靠電源。 3）井下各開采水平的主接地裝置和所有局部接地裝置通過接地干線相互連接，構成水平接地網，各開采水平接地網之間也通過接地干線相互連接，構成井下整體接地網。通過上述措施， 該項目井下供配電系統設計實現了安全可靠且智能化的目的。 該項目投產后供電設施均能滿足生產需求，電網結構合理，供電安全可靠。