煤礦變電站開(kāi)關(guān)柜改造綜合技術(shù)方案分析

蘆冬玉

（太原市西山煤電電力公司）

0 引言

大多數(shù)煤礦變電站都存在建站時(shí)間久、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備品牌雜的實(shí)際情況，因此不少變電站內(nèi)設(shè)備尤其是高壓開(kāi)關(guān)柜面臨著急需改造的現(xiàn)狀，確定在更換高壓開(kāi)關(guān)柜改造的實(shí)施方案是改造過(guò)程的基礎(chǔ)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。但開(kāi)關(guān)柜改造面臨不同的施工基礎(chǔ)、資金投入和改造環(huán)境條件，改造方案的確定很多情況下考慮得并不充分，改造過(guò)程和改造效果難以考慮得面面俱到。煤礦變電站開(kāi)關(guān)柜改造方案通常只采取常規(guī)性的原址改造和增加臨時(shí)措施逐次倒接負(fù)荷這兩種模式。如果在改造中有特殊需求，如需要整合負(fù)荷、調(diào)整上級(jí)電源來(lái)源、更改配電室位置等情況，則需要具體問(wèn)題具體分析。以山西省太原市西山煤田周?chē)鄰S(chǎng)、玉門(mén)兩座典型35kV變電站改造為例，從不同角度分析不同方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，層層深入，確定最終方案。為煤礦其他變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜改造方案的確定提供了思路。

1 案例背景

玉門(mén)站建設(shè)于20世紀(jì)80年代，采用雙回路分列運(yùn)行方式供電，一段進(jìn)線(xiàn)351取自河龍灣110kV變電站35kV B母線(xiàn)河玉線(xiàn)460開(kāi)關(guān)，河玉線(xiàn)（460—351）線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/1.6km+240/6.554 km；二段進(jìn)線(xiàn)352取自杜兒坪110kV變電站35kV一段母線(xiàn)杜玉線(xiàn)309開(kāi)關(guān)，線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/4.8 km，站內(nèi)35kV一段所帶出線(xiàn)為玉支線(xiàn)356開(kāi)關(guān)，為水泥廠(chǎng)二段供電；35kV二段所帶出線(xiàn)為玉磺線(xiàn)355開(kāi)關(guān)，為磺廠(chǎng)35kV站一段供電。站內(nèi)兩臺(tái)SF78000-35/6.3主變，戶(hù)外35kV 7臺(tái)SF6斷路器，6kV有34臺(tái)高開(kāi)柜，其中出線(xiàn)7臺(tái)備用，現(xiàn)運(yùn)行出線(xiàn)為16條。35kV系統(tǒng)為戶(hù)外開(kāi)關(guān)，自投入運(yùn)行使用至今，現(xiàn)有35kV設(shè)備老化及腐蝕的狀況已較為嚴(yán)重，極大地影響了電氣設(shè)備的可靠性。近年來(lái)雷電黃色預(yù)警、大風(fēng)黃色預(yù)警頻發(fā)，極端天氣增多，戶(hù)外設(shè)備的安全性、可靠性面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

磺廠(chǎng)站采用雙回路分列運(yùn)行方式供電，一段進(jìn)線(xiàn)361取自玉門(mén)35kV站35kV二段母線(xiàn)玉磺線(xiàn)355開(kāi)關(guān)，線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/3.1km；二段進(jìn)線(xiàn)362取自中部35kV站二段母線(xiàn)中磺線(xiàn)375開(kāi)關(guān)，線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185/7.033km。

水泥廠(chǎng)站建設(shè)與20世紀(jì)80年代末，采用雙回路分列運(yùn)行方式供電，一段進(jìn)線(xiàn)381取自河龍灣110kV變電站35kV A母線(xiàn)河支線(xiàn)465開(kāi)關(guān)，河支線(xiàn)線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-240/4.176km；二段進(jìn)線(xiàn)382取自玉門(mén)35kV變電站一段母線(xiàn)玉支線(xiàn)356開(kāi)關(guān)，線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-120/4.18 km。站內(nèi)兩臺(tái)SFZ9-25000主變，現(xiàn)運(yùn)行6kV出線(xiàn)11條?，F(xiàn)要對(duì)水泥廠(chǎng)、玉門(mén)35kV變電站35kV高開(kāi)柜進(jìn)行改造，需確定整體方案。水泥廠(chǎng)站、磺廠(chǎng)站玉門(mén)站供電現(xiàn)狀示意圖如圖1所示。

圖1 水泥廠(chǎng)站、磺廠(chǎng)站、玉門(mén)站供電現(xiàn)狀示意圖

2 改造方案的選擇

（1）常規(guī)性改造

所謂常規(guī)性改造就是在變電站原有配電室內(nèi)拆除舊開(kāi)關(guān)柜后，再安裝新開(kāi)關(guān)柜，然后將進(jìn)出線(xiàn)逐次倒接至新系統(tǒng)。例如案例中水泥廠(chǎng)、玉門(mén)變電站改造中首先應(yīng)停電拆除35kV I段進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜，拆除后還需要敷設(shè)新的二次電纜、對(duì)開(kāi)關(guān)柜基礎(chǔ)重新調(diào)整等措施，然后再在原址安裝好新開(kāi)關(guān)柜，重新進(jìn)行電纜倒接和二次系統(tǒng)接線(xiàn)。待I段設(shè)備安裝并投運(yùn)后按照同樣步驟進(jìn)行II段設(shè)備的改造。這個(gè)改造過(guò)程是單向、線(xiàn)性的，需要一個(gè)步驟接一個(gè)步驟地進(jìn)行，整個(gè)施工改造過(guò)程比較好管理，對(duì)于運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)，只需一次性將需要停電設(shè)備全部停電，停電操作量大大減少，施工安全性得到了很大的保證。但是常規(guī)性改造無(wú)疑延長(zhǎng)了整個(gè)改造的周期，對(duì)于煤礦供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于某一段進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行停電改造，很難保證變電站單電源改造期間，另一段電源的可靠性，一旦另一回路電源發(fā)生失電，很難第一時(shí)間恢復(fù)送電，造成風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，引起井下瓦斯超限，無(wú)疑對(duì)礦井供電安全造成嚴(yán)重的安全隱患。

（2）增加臨時(shí)措施改造

增加臨時(shí)措施改造就是在待改造配電室設(shè)備附近新安裝一些臨時(shí)的配電柜，安裝工作可提前于改造施工開(kāi)工前，例如圖1中水泥廠(chǎng)、玉門(mén)變電站35kV I段設(shè)備改造，在施工前建立臨時(shí)35kV配電室并敷設(shè)臨時(shí)35kV電纜至1#主變壓器處等待接火，臨時(shí)電纜一端已接入臨時(shí)配電室臨時(shí)主變開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。施工開(kāi)始后通過(guò)合母聯(lián)開(kāi)關(guān)、斷開(kāi)I段進(jìn)線(xiàn)，水泥廠(chǎng)、玉門(mén)變電站II#進(jìn)線(xiàn)帶全站負(fù)荷，然后依次將I#進(jìn)線(xiàn)I段設(shè)備負(fù)荷倒接至臨時(shí)配電室開(kāi)關(guān)柜，1#主變高壓側(cè)與臨時(shí)配電室主變柜敷設(shè)處的臨時(shí)電纜接火。這種操作模式下，兩站I段母線(xiàn)均未停電，只是短暫的合環(huán)，所帶負(fù)荷沒(méi)有丟失，只需在確保兩段母線(xiàn)電壓差符合合環(huán)條件的基礎(chǔ)下短暫的停電就可以將I段母線(xiàn)所帶負(fù)荷倒接至臨時(shí)配電柜，系統(tǒng)電網(wǎng)單電源運(yùn)行時(shí)間也非常短，極大提高了系統(tǒng)供電可靠性。II段設(shè)備改造方案同I段相同。對(duì)于35kV配出線(xiàn)比較多的變電站而言，這種方法就極大縮短了配出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的停電時(shí)間，整體可很大程度上解決改造工期，確保供電安全。但是，新建臨時(shí)配電室、安裝臨時(shí)高壓開(kāi)關(guān)柜、敷設(shè)臨時(shí)電纜會(huì)大大增加施工成本，改造完成后這些臨時(shí)設(shè)施還會(huì)拆除，施工費(fèi)用比較高。運(yùn)維操作上看，整個(gè)改造過(guò)程需要合母聯(lián)開(kāi)關(guān)、進(jìn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)等多次的分合閘操作，相比常規(guī)性改造，運(yùn)維管理也會(huì)相對(duì)復(fù)雜，操作風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)大大提高。對(duì)于6kV或10kV系統(tǒng)而言，這種方法同樣適用，但是6kV或10kV系統(tǒng)所帶負(fù)荷種類(lèi)更多相對(duì)于35kV系統(tǒng)會(huì)增加一個(gè)量級(jí)，需要的臨時(shí)開(kāi)關(guān)柜數(shù)量也會(huì)增多，相應(yīng)的臨時(shí)措施費(fèi)用提高，操作開(kāi)關(guān)的頻次大大增加，對(duì)運(yùn)維管理人員和操作人員素質(zhì)要求較高[1]。

類(lèi)似于新建臨時(shí)配電室安裝臨時(shí)配電柜的改造方案，在該方案基礎(chǔ)上提出了新建永久性配電室的改造方案。20世紀(jì)80年代初，隨著改革開(kāi)放政策的實(shí)施，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨于活躍，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)作為基礎(chǔ)能源的煤炭的需求量猛增，煤炭行業(yè)進(jìn)入了快速的發(fā)展和建設(shè)周期[2]。很多煤礦目前仍在運(yùn)行的供配電設(shè)施基礎(chǔ)也建于20世紀(jì)八九十年代，尤其是變電站的各類(lèi)建筑仍在使用，至今已經(jīng)使用40～50年，各類(lèi)建筑物問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)，如配電室墻體裂縫、基礎(chǔ)下沉、屋頂漏雨、空間狹小等問(wèn)題，這就導(dǎo)致了供電設(shè)備存在嚴(yán)重的運(yùn)行安全隱患、制約著設(shè)備改造的可實(shí)施性，因此，對(duì)于上述煤礦變電站在供配電設(shè)備改造時(shí)建議新建永久性配電室進(jìn)行設(shè)備改造。例如案例中水泥廠(chǎng)站存在建筑物使用超過(guò)40年，站內(nèi)6kV配電室室內(nèi)凈尺寸為3.6m×24m。開(kāi)關(guān)柜為GG1A型柜體，柜體尺寸1218mm×1200mm×3170mm。柜后尺寸800mm，柜前1500mm。若考慮在原配電室改造，難以滿(mǎn)足安全距離的要求，然而目前的改造基礎(chǔ)不允許這種改造方案，因此新建配電室對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行改造更適合水泥廠(chǎng)站改造方案。在這種改造模式下雖然增加了一次性施工的土建成本、電纜敷設(shè)的成本和其他輔助設(shè)備設(shè)施的成本，但是相對(duì)于增加臨時(shí)措施改造，該方然節(jié)省了臨時(shí)配電室、臨時(shí)開(kāi)關(guān)柜、臨時(shí)電纜的布置，對(duì)于倒閘操作上，省去了從臨時(shí)開(kāi)關(guān)柜到新配電室開(kāi)關(guān)柜的步驟，又解決了變電站原有的供電設(shè)施安全隱患。

（3）綜合性改造方案

所謂綜合型改造方案，就是需要綜合考慮煤礦供電系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行整體性考量，綜合性解決安全隱患，統(tǒng)籌系統(tǒng)進(jìn)行變電站設(shè)備改造。例如在案例中，如圖1所示，水泥廠(chǎng)站兩回電源上級(jí)變電站是河龍灣110kV變電站和玉門(mén)站I段，最終均來(lái)自河龍灣變電站兩段母線(xiàn)?；菑S(chǎng)站兩回電源上級(jí)變電站是中部站II段和玉門(mén)站II段，但最終均來(lái)自杜兒坪110kV變電站。一旦上級(jí)110kV變電站全站失電，將導(dǎo)致水泥廠(chǎng)或磺廠(chǎng)站全站失電，短時(shí)間難以恢復(fù)，存在嚴(yán)重安全隱患。此外，玉門(mén)站35kV系統(tǒng)均為戶(hù)外SF6斷路器，老化及腐蝕的狀況已較為嚴(yán)重，兩臺(tái)主變壓器型號(hào)為S7系列，屬于高耗能設(shè)備，急需淘汰使用，因此，如果在水泥廠(chǎng)、玉門(mén)站開(kāi)關(guān)柜改造的基礎(chǔ)上同步解決上述問(wèn)題和隱患，應(yīng)提出綜合性改造方案[3]。

案例中綜合性解決方案如圖2所示，水泥廠(chǎng)站一回進(jìn)線(xiàn)電源仍用河支線(xiàn)，該回路不變。另一回電源在玉門(mén)站附近將杜玉線(xiàn)與新建的玉支線(xiàn)1#溝通。將玉門(mén)站降壓為6kV開(kāi)閉所使用，35kV系統(tǒng)設(shè)備退出運(yùn)行，徹底解決玉門(mén)站戶(hù)外35kV開(kāi)關(guān)老化、主變壓器高耗能問(wèn)題。玉門(mén)站改造后一回6kV電源引自水泥廠(chǎng)6kV系統(tǒng)Ⅰ段的出線(xiàn)柜，供電線(xiàn)路依然利用原有玉支線(xiàn)，由35kV降壓為6kV使用。另一回6kV電源引自水泥廠(chǎng)6kV系統(tǒng)Ⅱ段出線(xiàn)柜，供電線(xiàn)路需新架設(shè)一趟雙回路鐵塔作為新玉支線(xiàn)，一側(cè)為6kV線(xiàn)路另一側(cè)為35kV線(xiàn)路，同塔架設(shè)?；菑S(chǎng)站電源改造部分，將河玉線(xiàn)與玉磺線(xiàn)1#在玉門(mén)變電站內(nèi)臨時(shí)采用電纜溝通（約70m），永久方案為玉門(mén)站室外設(shè)備拆除后，通過(guò)新建兩基龍門(mén)架調(diào)整導(dǎo)線(xiàn)角度后采用架空線(xiàn)溝通。水泥廠(chǎng)開(kāi)關(guān)柜改造采用新建永久性配電室方案。

圖2 水泥廠(chǎng)站、磺廠(chǎng)站、玉門(mén)站改造后供電示意圖

綜合性改造方案相比于單一的水泥廠(chǎng)站、玉門(mén)站開(kāi)關(guān)柜改造，需要拆除玉門(mén)站原有35kV系統(tǒng)設(shè)備，新建一回4.18km的雙回路鐵塔，并且線(xiàn)路路徑需要重新選擇，水泥廠(chǎng)站、磺廠(chǎng)站進(jìn)線(xiàn)線(xiàn)路需要在玉門(mén)站附近溝通。在改造成本上無(wú)疑增加了土建、拆除、征地、材料等費(fèi)用，且改造中組織協(xié)調(diào)調(diào)度工程量巨大，操作程序繁瑣。但是，改造后水泥廠(chǎng)和磺廠(chǎng)站電源分別來(lái)自河龍灣110kV和杜兒坪110kV變電站，徹底解決了兩站電源來(lái)自同一變電站的安全隱患，玉門(mén)站35kV系統(tǒng)設(shè)備退出運(yùn)行后，徹底解決了35kV系統(tǒng)設(shè)備老化、主變壓器高耗能的問(wèn)題，變相節(jié)省了35kV系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)和更換高耗能主變壓器的費(fèi)用。綜合性改造方案是大中型煤礦整體供電系統(tǒng)設(shè)備老化、供電設(shè)計(jì)不合理等情況下的系統(tǒng)性解決方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

制定詳細(xì)的改造方案對(duì)安全、全面完成變電站改造計(jì)劃具有深遠(yuǎn)意義。本文介紹的三種煤礦變電站開(kāi)關(guān)柜改造方案基本涵蓋了目前煤礦變電站改造中常見(jiàn)的改造技術(shù)方案類(lèi)型，對(duì)于煤礦變電站的改造方案深化應(yīng)在不同類(lèi)型改造中逐步吸取改造經(jīng)驗(yàn)，夯實(shí)改造基礎(chǔ)，加強(qiáng)細(xì)節(jié)的把控。煤礦變電站改造在先進(jìn)的組織措施、技術(shù)措施、安全措施管理下，結(jié)合系統(tǒng)性的查隱患、堵漏洞，綜合解決供電系統(tǒng)疑難雜癥，才能對(duì)煤礦堅(jiān)強(qiáng)供電系統(tǒng)的建設(shè)提供有力的支持，確保煤礦供電安全，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。