煤礦井下遠距離工作面高壓供電方案的研究

佘明利

（山西晉城煤業(yè)集團勘察設(shè)計院有限公司，山西 晉城 048006）

長平煤業(yè)公司是山西晉煤集團下屬的一個大型生產(chǎn)礦井，建設(shè)于1999年，2004年和2007年先后進行了技術(shù)改造和擴建，當(dāng)前礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為3.0Mt/a。當(dāng)前長平煤業(yè)公司又開始了新建主井的建設(shè)施工，集團公司安排勘察設(shè)計院對新建主井的高壓供電方案進行設(shè)計研究。

1 礦井供電現(xiàn)狀分析

長平煤業(yè)現(xiàn)建有兩座35kV變電站，其中一座為長平礦井工業(yè)場地35/6kV變電站，即長平變電站；另一座為釜山風(fēng)井工業(yè)場地35/10kV變電站，即釜山變電站。全礦井采用分區(qū)式供電方式，即長平區(qū)域由35/6kV變電站擔(dān)負(fù)本區(qū)地面、選煤廠及井下一二盤區(qū)用電；釜山區(qū)域由35/10kV變電站擔(dān)負(fù)本區(qū)地面、選煤廠二期及井下三四盤區(qū)局部用電。兩座變電站的雙回35kV電源均分別引自趙莊110kV變電站Ⅰ、Ⅱ段母線35kV出線間隔，供電距離分別為1.5km和3.0km，導(dǎo)線型號均為LGJ-150。兩場地變電站均布置兩臺SFZ11-16000/35型主變壓器，采用分列運行方式。

2 新建主井供電電源選擇

2.1 擬定方案的設(shè)計

在新建主井井口房設(shè)配電室，僅擔(dān)負(fù)主井提升系統(tǒng)及其地面生產(chǎn)系統(tǒng)全部負(fù)荷，采用雙回路供電，并要求當(dāng)其中一回因故障或檢修停電時，另一回?fù)?dān)負(fù)其全部負(fù)荷。結(jié)合長平煤業(yè)礦井供電系統(tǒng)，雙回電源考慮以下三種方案。

方案一：考慮利用洗煤廠二期已有供電線路。選煤廠二期改造期間已經(jīng)架設(shè)了兩回10kV線路，引自釜山35/10kV變電站不同母線段，導(dǎo)線型號LGJ-240，供電距離約3.0km，分列運行，經(jīng)調(diào)研和收集到現(xiàn)場資料得知：現(xiàn)有I回路運行用電量45A、10kV，II回路運行用電量60A、10kV，總計約1818.6kW、369.28kVar、1855.71kVA。

方案二：新建雙回電源引自釜山35/10kV變電站10kV不同母線段，線路采用STABILOYACWU90-12/20kV-3×300mm2交聯(lián)聚乙烯鋁合金聯(lián)鎖鎧裝聚氯乙烯護套鋁合金電力電纜，供電距離約3.0km，沿釜山工業(yè)道路架空或埋地敷設(shè)。

方案三：新建雙回電源引自長平35/6kV變電站6kV不同母線段，線路采用STABILOY-ACWU90-12/20kV-3×400mm2交聯(lián)聚乙烯鋁合金聯(lián)鎖鎧裝聚氯乙烯護套鋁合金電力電纜，沿現(xiàn)有洗煤廠皮帶走廊敷設(shè)，供電距離約3.0km。

2.2 方案的選擇

對方案一中洗煤廠既有供電線路進行驗算：（1）按載流量驗算導(dǎo)線截面。根據(jù)負(fù)荷計算工作電流：，得LGJ-240型鋼芯鋁絞線25℃的載流量為610A，40℃的載流量為494A，不能滿足521.13A要求。（2）按電壓損失檢驗導(dǎo)線截面。總負(fù)荷P=8843.03kW=8.84305MW，LGJ-240型鋼芯鋁絞線的單位長度電壓損失Δu%=0.299%，代入公式總壓降ΔU%=Δu%·P·L=0.299%×8.84305×3.0=7.93%＞5%，不滿足要求。通過上述驗算，現(xiàn)有雙回LGJ-240輸電線路，在單回運行時，不能滿足本項目地面所需用電負(fù)荷。方案一不可行。

對方案二和方案三進行比選：采用方案二和方案三供電方案，均需要對上級變電站增設(shè)出線柜，在方案三中，長平35/6kV變電站目前單臺變壓器負(fù)荷率大，再增加較大負(fù)荷時，會對本區(qū)域供電造成緊張狀態(tài)，甚至增容，困難較大。而且，若采用6kV等級給新建主斜井提升系統(tǒng)及其地面生產(chǎn)系統(tǒng)供電，電壓降接近5%，電壓損失大，不合理。為此，設(shè)計決定采用方案二，即雙回電源引自釜山35/10kV變電站10kV不同母線段。根據(jù)本次設(shè)計新增后的地面總電力負(fù)荷，經(jīng)驗算釜山變電站變壓器負(fù)荷率約90%，采用目前的分列運行方式較為經(jīng)濟合理。

3 井下供配電方案

3.1 供電方式及負(fù)荷類型

本項目不設(shè)下井主電纜，井下聯(lián)絡(luò)巷膠帶機由機頭變電所供電，該變電所電源由蘆家峪進風(fēng)井井底主變電所擔(dān)負(fù)，采用雙回10kV電壓等級供電，電纜型號為MYJV22-10kV，沿運煤聯(lián)絡(luò)巷（進風(fēng)巷道）敷設(shè)，供電距離約3000m。機頭變電所至移動變電站供電電纜選擇MYPTJ-10kV礦用移動金屬屏蔽監(jiān)視型橡套軟電纜，供電距離約200m。

集中煤倉、矸倉配煤設(shè)備由本處配電點供電，該配電點電源由蘆家峪進風(fēng)井井底主變電所擔(dān)負(fù)，采用雙回10kV電壓等級供電，電纜型號為MYJV22-10kV，沿西翼膠帶巷（進風(fēng)巷道）敷設(shè)，供電距離約400m。

本次設(shè)計井下設(shè)備為二級負(fù)荷，采用雙回路供電，引自蘆家峪井底主變電所不同母線段。雙回電源線路設(shè)電氣閉鎖功能。

3.2 井下負(fù)荷

聯(lián)絡(luò)巷主運輸電力負(fù)荷：有功功率2104kW，無功功率1301.82kVar，視在功率2474.18kVA。聯(lián)絡(luò)巷配倉設(shè)備用電負(fù)荷：有功功率482.9kW，無功功率297.15kVar，視在功率567.0kVA。

3.3 井下電纜

井下的電力電纜均選用符合MT818《煤礦用阻燃電纜標(biāo)準(zhǔn)》，并經(jīng)檢驗合格取得礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的阻燃電纜，固定敷設(shè)的電纜為礦用阻燃銅芯電纜，非固定敷設(shè)的電纜為阻燃軟電纜，移動和手持式電氣設(shè)備為專用橡套電纜，其中：機頭變電所和煤倉、矸倉配電點10kV供電電纜采用MYJV22-10kV型礦用交聯(lián)聚乙烯絕緣鎧裝電力電纜；變電所、配電點至移動變電站的供電電纜采用MYPTJ-10kV礦用移動金屬屏蔽監(jiān)視型橡套軟電纜；其他低壓設(shè)備電纜選用MYP-0.66/1.14型礦用移動屏蔽橡套電纜；井下照明選用MYPQ-0.38/0.66型礦用移動屏蔽輕型橡套軟電纜。安全監(jiān)控系統(tǒng)干線為MHYVRP-1×4×7/0.52型煤礦用通信屏蔽電纜，傳感器信號線為MHYVRP-1×4×7/0.52型煤礦用通信屏蔽電纜。

井下主電纜的選擇和校驗：井下運輸負(fù)荷：P=2104kW=2.104MW，S=2474.18kVA。供電距離：L=3000m。

（1）按經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面

（2）按長時允許電流校驗電纜截面

查表得知MYJV22 -10kV-3×150 mm2電纜在空氣中敷設(shè)，溫度20℃時載流量為467A，40℃時載流量為410A，均滿足井下142.85A電力負(fù)荷。

（3）按電壓損失校驗電纜截面

查手冊知MYJV22-10kV-3×150mm2電纜電壓損失為u%=0.224%/MW·km。△U%=P·L·u%=2.104×3.0×0.224%=1.41%＜5%，滿足要求。

同理，選擇煤倉、矸倉配電點供電電纜為MYJV22 -10kV-3×120mm2型礦用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。供電距離約400m。

4 井下變電所方案

4.1 聯(lián)絡(luò)巷機頭變電所

本設(shè)計井下聯(lián)絡(luò)巷膠帶機機頭設(shè)變電所，主要擔(dān)負(fù)膠帶輸送機用電負(fù)荷。變電所高壓開關(guān)采用帶網(wǎng)絡(luò)通信接口的BGP50-10型礦用隔爆真空配電裝置。低壓開關(guān)選用BKD20礦用隔爆型真空開關(guān)。根據(jù)變電所主要擔(dān)負(fù)1140/660V用電負(fù)荷，分別選兩臺800kVA和100kVA礦用隔爆型移動變電站，正常情況下兩臺變電站分列運行，移動變電站型號KBSGZY-800/10、10/1.2kV型和KBSGZY-100/10、10/0.69kV型。

為防止電氣火災(zāi)，在變電所值班位置放置4支8kg干粉滅火器，所內(nèi)設(shè)一座0.5m3沙箱和兩把消防鐵鍬。

4.2 聯(lián)絡(luò)巷集中煤倉、矸倉配電點

聯(lián)絡(luò)巷集中煤倉、矸倉配倉設(shè)備供電由配電點擔(dān)負(fù)。配電點高壓開關(guān)采用帶網(wǎng)絡(luò)通信接口的BGP50-10型礦用隔爆真空配電裝置。低壓開關(guān)選用BKD20礦用隔爆型真空開關(guān)。根據(jù)配電室主要擔(dān)負(fù)1140/660V用電負(fù)荷，分別選兩臺800kVA礦用隔爆型移動變電站，正常情況下兩臺變電站分列運行，移動變電站型號KBSGZY-800/10、10/1.2kV。

為防止電氣火災(zāi)，在配電點位置放置2支8kg干粉滅火器。

5 應(yīng)用效果及前景分析

長平煤業(yè)公司新建主井采用遠距離供電模式可以取得以下效果。（1）從源頭上消除了輔助運輸帶來的安全隱患；（2）原來機巷移動變電站及電纜車的挪移，由于設(shè)備笨重、體積大，易發(fā)生斜巷運輸事故，現(xiàn)已完全杜絕；（3）在工作面回采期問，保障了行人通道的安全暢通；（4）備件和材料能夠從機巷運至工作面；（5）有利于工作面的通風(fēng)質(zhì)量。隨著長平煤礦開采深度的不斷延深，遠距離高壓供電模式更能適應(yīng)高地壓、高地溫的工作面，為礦井高效生產(chǎn)創(chuàng)造條件。