兼并重組煤礦地面供電系統(tǒng)的改造

郝仲懷

（陽煤集團(tuán)五鑫煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036604）

隨著地方及私營煤礦的兼并重組，原來的一些小型地方煤礦及私營煤礦被整合成由國營控股的礦井，這些被整合后的礦井，供電系統(tǒng)大部分不符合《煤礦安全規(guī)程》的要求，尤其是地面一級(jí)用戶和二級(jí)用戶，都不是雙回路供電，因此必須進(jìn)行供電改造。由于原來煤礦生產(chǎn)規(guī)模都比較小，兼并后雖然有部分合并成為比較大的礦井，但還有相當(dāng)一部分煤礦年生產(chǎn)規(guī)模在100萬噸以下。這些煤礦大部分地面建設(shè)比較集中，地面設(shè)施也比較簡單，同時(shí)原煤礦與國家供電電壓等級(jí)一致（與煤礦入井電壓不一致），入井電纜電壓為10kV。為了減少投資，同時(shí)又能滿足煤礦生產(chǎn)的要求，建議采用雙回路35kV 電壓等級(jí)供電；由于負(fù)荷比較集中，35kV 變電站與10kV 變電站聯(lián)建；10kV入井，這樣節(jié)省了建筑面積，減少了10kV 開關(guān)柜，從而降低投資。

1 供電電壓的選擇

供電電壓是指供配電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)所取得的電源電壓。

1.1 礦井進(jìn)線采用35kV 供電

兼并前礦井生產(chǎn)規(guī)模較小，大部分采用10kV 進(jìn)線供電。兼并重組后煤礦生產(chǎn)規(guī)模比兼并前翻了幾翻，用電設(shè)備增加，尤其是大功率設(shè)備增加，用電量也大大提高。原來的10kV 線路輸送距離遠(yuǎn)，電壓降太大，不能滿足供電設(shè)備的要求。為此，選用35kV 電壓供電，進(jìn)礦選用35kV輸電線路，新建35kV 變電站。

1.2 高壓配電設(shè)備采用10kV 供電

由于兼并前礦井采用10kV 電壓供電，大部分設(shè)備是10kV 電壓，如井下中央配電室高壓開關(guān)、入井電纜、地面配電室設(shè)備等，為了兼并后這些設(shè)備能繼續(xù)使用，減少設(shè)備投資，礦井兼并后，高壓供電配電設(shè)備仍采用10kV 電壓供電；其次，現(xiàn)在國內(nèi)外生產(chǎn)的10kV 電壓的防爆設(shè)備也很多，如主要通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、主提升皮帶等都有額定電壓為10kV 電壓等級(jí)的設(shè)備，可供煤礦選用；第三，我國目前供電電壓以10kV 電壓最為常見，選用10kV 供電與國家企業(yè)供電電壓等級(jí)一致。因此，優(yōu)先采用10kV 高壓配電電壓。

1.3 低壓配電電壓

地面低壓供電設(shè)備選用380V／220V 供電，為了和井下電器設(shè)備和額定電壓一致，井下低壓供電選用1140 V和660V 供電。

2 35kV 變電站與10kV 配電室聯(lián)建

2.1 變電站的選址原則

變電站的位置選擇主要從以下幾方面考慮：①在服務(wù)負(fù)荷的中心，以降低配電線路的電能損耗，降低投資成本和輸電線路的電壓降；②偏向電源側(cè)一方，這樣便于電源進(jìn)線，同時(shí)要考慮電纜線出線方便；③考慮到企業(yè)以后的發(fā)展，不妨礙今后的發(fā)展和變電站的擴(kuò)建可能以及靠近公路，以方便變電設(shè)備的運(yùn)輸；④避開有腐蝕氣體和有害氣體侵蝕變電設(shè)備；⑤變電所與其他建筑物的安全距離。

2.2 35kV站與10kV站聯(lián)建

由于兼并重組后的礦井，占地面積大部分不大，負(fù)荷比較集中。根據(jù)選址原則，變電站應(yīng)選在礦區(qū)內(nèi)離井口（煤礦用電負(fù)荷主要來自井下）不要太遠(yuǎn)的地方。地面面積小，所以采用35kV 站與10kV／0.4kV 站聯(lián)建的方式，這樣可減少10kV 開關(guān)設(shè)備的重復(fù)投入，減少占地面積，同時(shí)35kV 與10kV 站建在一起，管理起來比較方便，日常值班人員只需要一組人員即可，減少用人。

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，變電站的控制及監(jiān)控也有越來越高的要求。開關(guān)的保護(hù)由原來的繼電器保護(hù)更新為數(shù)字式保護(hù)測控裝置；35kV 線路的保護(hù)增加了光纖縱差保護(hù)；模擬屏的問世有效地防止了變電站的誤操作；后臺(tái)機(jī)對(duì)電器設(shè)備的控制和監(jiān)測，使變電站的操作變得更加安全可靠直觀。隨著遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，35kV 變電站實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，無人值守變電站。這些新技術(shù)的應(yīng)用在新建的變電站中可以一次設(shè)計(jì)安裝完成。

2.3 變電站運(yùn)行方式

煤礦用戶為一級(jí)用戶，所以進(jìn)線采用雙回路供電，設(shè)兩臺(tái)主變，一用一備，35kV 和10kV 母線均采用單母線，分段供電。給井下及地面主要負(fù)荷（主要通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、鍋爐房、主提升機(jī)房、副井絞車房，及0.4kV 電壓的調(diào)度站）的供電都采用雙回路供電，均為一用一備。

考慮到兼并重組前，變電站大部分沒有功率補(bǔ)償裝置，所以原礦井功率因數(shù)都達(dá)不到國家供電要求，因此，兼并后，在10kV 母線側(cè)安裝功率補(bǔ)償裝置。同時(shí)，隨著兼并后礦井負(fù)荷加大，安裝先進(jìn)的電器設(shè)備，如變頻器及整流設(shè)備等，變電站需考慮諧波的抑制。目前國內(nèi)主要有SVG 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和MSVC 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置，兩者都可以補(bǔ)償變電站的功率和抑制諧波，前者成本高，后者價(jià)格低。

3 以五鑫礦為例說明供電改造情況

3.1 兼并重組前狀況

礦井地面設(shè)有10kV 配電室，10kV 電源采用單母線不分段接線方式。電源線路兩回，一回引自南河溝35kV變電所10kV 母線段，架空導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-185×2，距離為9km；另一回引自橋頭35kV 變電所10kV 母線段，架空導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-185×2，距離為20km，不是獨(dú)立供電，負(fù)荷只能負(fù)擔(dān)保安電源，不能承擔(dān)礦井生產(chǎn)。運(yùn)行方式是一回運(yùn)行一回保安備用。

地面10kV電源采用單母線不分段接線方式，采用JJ-1A-F高壓配電柜給各臺(tái)變壓器送電。分別給井下中央配電室、主扇、地面主提升、熱風(fēng)爐、地面動(dòng)力和生活供電。

主扇和地面主提升均為660V 電壓，且供風(fēng)和提升能力都不足；地面沒有入井壓風(fēng)機(jī)；只有一臺(tái)小型熱風(fēng)爐給井筒供暖，能力也不足，到采暖季節(jié)井下巷道大部分結(jié)冰。

入井電纜為兩回路，從地面配電室途經(jīng)主斜井至井下中央配電室，電纜型號(hào)均為MYJL-3×90mm2，長度均為450m，一回運(yùn)行，一回備用。

井下中央配電室采用雙回路不分段供電，采用PBG礦用高壓隔爆開關(guān)給給各臺(tái)變壓器送電，分別供給采煤工作面、掘進(jìn)工作面、井下運(yùn)輸、局扇、主水泵供電。

礦井總的用電負(fù)荷為3459kW，井下最大涌水時(shí)用電負(fù)荷為2350kW。產(chǎn)量為300kt／a。

3.2 兼并重組后狀況

兼并重組后，對(duì)礦井進(jìn)行技術(shù)改造，礦井生產(chǎn)能力達(dá)到1 Mt／a。礦井總負(fù)荷增加至6800kVA，新建了35kV變電站，主變?yōu)?000kVA，二次電壓采用10kV 供電。35 kV 和10kV 均采用單母線分段接線方式。電源線路雙回路，一回引自南河溝35kV 變電所35kV 母線段，架空導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-240×2，距離為9km；另一回引自東局110kV 變電所35kV 母線段，架空導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-240×2，距離為12km，兩回路都為獨(dú)立供電。運(yùn)行方式是一回運(yùn)行一回備用。

入井電纜改造為兩回路銅芯電纜，電纜型號(hào)均為MYJV22-3×240mm2，從地面35kV 變電站途經(jīng)副斜井至井下中央配電室，長度均為450m，一回運(yùn)行，一回備用。

井下中央配電室采用雙回路分段供電，為減少設(shè)備投資，采用原來PBG 礦用高壓隔爆開關(guān)給各臺(tái)變壓器送電。

35kV 變電站直接給井下中央配電室供電；主扇、地面主提升、熱風(fēng)爐、壓風(fēng)機(jī)均改造和新建為10kV 電壓的用電設(shè)備，都由35kV 站直接供電。

由于地面用電負(fù)荷比較集中，35kV 站同時(shí)聯(lián)建了10 kV／0.4kV 的地面變電站，為地面動(dòng)力和生活供電。這樣減少了設(shè)備和變電站建設(shè)面積的投資。

同時(shí)35kV 變電站采用了MSVC 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償濾波裝置，對(duì)礦井功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償和濾波，功率因數(shù)達(dá)到了9.8，諧波基本上得到抑制，電網(wǎng)質(zhì)量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

兼并重組煤礦地面供電系統(tǒng)改造采用新建35kV 變電站，二次電壓為10kV，同時(shí)10kV 變0.4kV 站與35 kV 站聯(lián)建，這樣既節(jié)省投資，便于管理，又能滿足安全生產(chǎn)需要。同時(shí)考慮功率因數(shù)的補(bǔ)償和諧波的抑制。

〔1〕唐志平.供配電技術(shù)〔M〕.北京：電子工業(yè)出版社出版，2005，1：69-73.