矿井主变电站供电系统及设备选型优化设计方案

2018-09-18张照文

机械管理开发 2018年9期

张照文

（山西汾西矿业有限（责任）公司孝义煤矿管理公司，山西孝义 032300）

引言

随着矿井规模的增大，变电所供电系统的负荷量也随之增加，需要使用电压量更大的供电系统。对此，矿井主变电站在设计供电系统时应严格按照相关操作规范，在确保运行安全的基础上降低故障的发生几率，使煤矿企业的经济损失降至最低。由此本文以冷泉矿井为例，考虑了矿井主变电站供电系统复杂性，分析了变电站设备选型与供电优化技术。

1 煤矿企业供电基本需求

首先应确保供电安全性。应在严格遵照《煤矿安全规程》条例的基础上，有效采取防潮、防触电等措施，以保障煤矿供电的安全性与可靠性。其次应保障供电的可靠性。在任何情况下均需确保一定电能供应，从而保证整个矿井生产的安全性。再次是供电技术的合理性。煤矿供电电压、谱波成分等需要满足一定技术标准，且波动范围也不能超过额定值。最后应确保供电的经济性。煤矿设备需要较大的耗电量，若设计不合理则会严重浪费电能，因此应在保证供电系统合理性的基础上保证供电的经济性[1]。

2 煤矿井下供电设计方案

首先煤矿企业应根据井下采掘以及排水情况合理布设井下变电所与配电设备，设计时应在井底车场的周围设计中央变电所，并在主井底上仓带式输送机机头上布设装载硐室，且还应在移动变电站上安装采煤与综掘工作面。其次应确定井下供电电压的等级，一般而言，矿井下供电电压等级分为10 kV、3 300 V以及1 140 V，而照明设备则采用127 V电压。最后是确定井下各变电站的供电范围，装载硐室变电所、矿用隔爆型变压器11盘区以及12盘区变电所属于井下中央变电所的主要高压供电设备，而低压供电设备则为电压是1 140 V的液压站清仓设备。装载硐室主要利用11盘区与12盘区大巷带式输送机、仓上配仓刮板机以及矿用隔爆型变压器等设备进行高压供电；利用装载配电点、上仓带式输送机及拉紧设备、硫化器以及清理撤煤转载式带式输送机等设备完成低压供电。矿井下使用的局部通风机主要采用双电源供电模式完成供电过程，且为线路开关设计了选择性的漏电保护装置，有效封锁了电、瓦斯等。除此之外，井下高压电缆主要采用MYJV22-10 kV等煤矿专用绝缘电力电缆设备[2]。

3 矿井下主变电站供电系统

3.1 供电系统方案比较

冷泉矿井生产量为60万t/年，属于大型矿井。目前，冷泉矿井在达到最大涌水量时，其用电负荷量达到5 628 kW，电流为644.7 A，超过了目前矿用开关柜允许的630 A电流，因此必须采用两根以上的井下电缆供电方式。在进行方案设计时，工作人员出台了两个设计方案，下面由技术性方面分别比较分析这两个方案。

方案Ⅰ中，在正常供电模式下，6 kV母线分三段运行，且不论哪根电缆或母线出现停电故障，非故障母线上会存在至少三台运行的水泵，满足了最大涌水量时主排水负荷的供电要求。而在方案Ⅱ中，同一段母线上的两根井下电缆处于并联运行状态，当母线出现故障停止供电时，若无法及时有效排除故障，则排水泵无法满足正常工作需求。同时，在方案Ⅱ中，同一母线两根井下电缆处于并联运行模式，增大了6 kV母线上的短路电流，不利于校验高压出线电缆截面的选择工作与设备的选型工作。除此之外，方案Ⅰ中供电系统6 kV母线分为三段，母联开关运行时可以灵活分配负荷，且故障影响范围较小，有利于故障查询与处理。其具体技术比较表如下页表1所示[3]。

综合分析发现，方案Ⅰ均具备明显优势，对此，冷泉煤矿主变电站高压供电所应采用方案Ⅰ。

表1 供电系统方案技术比较表

3.2 设备选型优化设计

对冷泉矿井整体进行了优化设计，期间，工作人员经井下主变电所KYGG-Z型固定式高压开关柜改为KYGG-Z型手车式高压真空开关柜，提升了矿井主变电站设备的技术水平，且降低了运行费用成本。

在选型供电设备时应遵循以下几个原则：首先是在先期建设供电系统时应有效考虑后期供电情况；其次是煤矿企业应减少临时设备的投资成本，并提前安装永久性设备；再次是对于临时投入设备，在矿井投产或后期建设时应尽量恢复使用；最后设计供电设备等级时应兼顾设计临时与永久供电系统，从而便于系统及时切换，从根本上降低投入成本[4]。

确定选型后还应做好技术特点比较工作，相较KYGG-Z型固定式高压开关柜，KYGG-Z型手车式高压真空开关柜具备以下优势：一是KYGG-Z型手车式高压真空开关柜采用了隔离插销以及手车式机芯形式，检修时可以将手车机芯自由拉出柜体外，电气断点明显，操作简便且维护安全性较高。二是KYGG-Z型手车式高压真空开关柜综合采用了接触器与集断路器于一体的真空开关装置，在设备处于正常运行状态时，开关可作为接触器使用，且可以实现频繁操作，延长机械设备的使用寿命。而当出现短路问题时，开关可以准确切断电路。三是主排水泵综合启动柜采用了双柜体结构，节省了5台母线联络柜，简化了安装流程。四是KYGG-Z型手车式高压真空开关柜具备干式起动电抗器，且变电所无需安装电抗器壁壳，有效降低了装载硐室的工程造价与工程量。五是相较KYGG-Z型固定式高压开关柜，KYGG-Z型手车式高压真空开关柜体积更小，有效缩短了变电所的总长度，减少了装载硐室的断面面积。其具体设备选型技术比较表下表2所示。

表2 变电所设备选型技术经济比较表

3.3 供电系统及设备选型优化结论

一方面，当矿井下用电负荷较大时，设计时应采用3根下井电缆，且井下主变电站6 kV母线也应三段运行，在确保设备运行灵活的基础上有效降低投资成本。另一方面，冷泉煤矿应采用KYGG-Z型手车式高压真空开关柜设备，提高供电设备的运行水平，以有效减少矿井下主变电所装载硐室的总长度及断面面积，从而有效缩短建设周期，充分降低工程造价成本。