矿山技术改造与电力节能设计分析

左双杰

（沈阳有色冶金设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110003）

1 前言

随着市场经济的发展，能源消耗问题成为国民生产、生活中较为突出的问题，在市场经济深入变革的大环境下，矿山工业工程的新建与改造必然围绕着节能措施进行思索与探讨，降低能源的消耗，提高工程技术水平，是符合社会可持续发展的基本要求。在矿山改造中，节约资源必须与综合利用资源、保护生态环境、提供经济效益统筹兼顾；矿山企业的电力配电变电所（站）应深入负荷中心，根据负荷大小、地区输送线路额定电压进行计算，选择合适的线缆型号及规格，减少线路能耗损失，将电压偏差控制在规范要求的范围内，以达到电力节能的目的。

2 工程概况

在辽宁省某金属矿山工程进行改造时，由于生产能力提升，需进行矿山工程改造；计划在采场旁，附近地质情况安全区域新建一选厂，用于井下开采上来的矿石进行矿物加工使用，减少矿石的运输路程，节约运输成本及能耗。在新建选厂内，深入设备负荷中心处建设选厂变电所，电源由上级区域变电站提供，距离2.4km；新建选厂变电所除为选厂所有用电设备供电外，还要为采场用电设备中的一级负荷提供一路独立电源。

通过工程投资方提供的采场设备用电资料及要求，地表提升机与井下坑内主排水泵为采矿一级负荷，且地表提升机与井下坑内主排水泵等等用电设备额定电压均为3kV，在整体的工程投资及现有设备的可用方面考虑，工程投资方建议新建变电所电源供电线路额定电压为3kV。但鉴于当前国家电力规范规程和电力节能要求，建设一条额定电压10kV供电线路，更为经济合理。针对此情况，对两种电压等级的供电线路进行合理的技术经济分析。

3 技术分析

根据工程投资方提供的原始资料，采场一级负荷容量为1100kW；新建选厂的用电负荷，根据选矿工艺专业提供的资料，进行负荷计算得到选厂负荷为1050kW，根据两者之和，得出共有2150kW负荷运行。

按照以上负荷数据结果，对新建选厂变电所电源进线电压等级，以3kV与10kV不同供电线路方案，进行技术经济比较。

3.1 3kV供电线路方案时

图1 3kV线路输送示意图

图2 10kV线路输送示意图

由于工程投资方考虑原来采场供电电压为3kV电网，建议在新建选厂内设计建设3/0.4kV供电变电所，即输电线路额定电压为3kV，符合工程改造节约投资成本的措施。根据投资方提供资料得知电源从当地区域变电站到选厂变电所距离约为2.4公里，架空线路利用导线截面240mm2 钢芯铝绞线，将电能输送至选厂变电所，方案示意见图1，如下：

（1）根据允许电压偏差进行分析

按照相关设计手册和规范要求20kV及以下三相供电线路允许电压偏差为系统标称电压±7%，区域变电站侧电压为系统标称电压3kV，将区域变电站供电线路首端的电压偏差视为0%，则供电线路电压偏差值不能大于（0%-（-7%））=7%；查资料得知钢芯铝绞架空线LGJ-240的电阻R'=0.132Ω/km，电抗X'=0.326 Ω/km及线路电压降计算公式：

（公式中负荷P的单位为kW）。功率因数cosθ=0.9得知tanθ=0.49，将数据代入公式得：

线路电压损失（电压降）为16.73%，则线路的电压偏差为：

计算结果远远大于允许电压偏差±7%，不能满足电压质量的基本要求。

（2）电能损耗方面分析

按照电费单价为0.5元/度计算，线路的年电能损耗费F=Psh×0.5×10-4=11755421.75×0.5587710.9元 =55.88万元。

（3）线路及设备投资分析

根据工程投资方要求利用电缆进线方式将高压电引入新建选厂变电所，根据上面的Ijs=457.5A选择的高压交联聚乙烯绝缘铠装聚氯乙烯护套电力电缆YJV22-6/6kV 1（3X300），从电线杆到3kV进线柜，距离约为50米，按照电缆单价750元/米，电缆费用F2=750×30=37500元=3.75万元，并且这种大截面电缆敷设施工较为困难。

3kV供电方案设备主要为高压配电柜与一台变压器，其中高压配电柜投资方原有，可利旧，不用重新购买，一台变压器为选厂用电电源，容量为2000kVA，电压为3/0.4kV，其价格约为20万元。

3.2 10kV供电线路方案时

从上述工程叙述，得知供电电源由当地区域变电站提供，距离新建选厂变电所2.4公里，10kV供电线路方案利用截面为150mm2钢芯铝绞架空线，将电能输送至选厂变电所，方案示意见图2，如下：

（1）根据允许电压偏差进行分析

按照相关设计手册和规范要求20kV及以下三相供电线路允许电压偏差为系统标称电压±7%，区域变电站侧电压为系统标称电压3kV，将区域变电站供电线路首端的电压偏差视为0%，则供电线路电压偏差值不能大于（0%-（-7%））=7%；查资料得知钢芯铝绞架空线LGJ-240的电阻R'=0.21Ω/km，电抗X'=0.34 Ω/km及线路电压降计算公式：

（公式中负荷P的单位为kW）。取功率因数cosθ=0.9得知tanθ=0.49，将数据代入公式得

线路电压损失（电压降）为1.94%，则线路的电压偏差为：

计算结果小于允许电压偏差±7%，满足电压质量的基本要求。也符合电力节能设计要求。

（2）电能损耗方面分析

按照采场补偿后的功率因数cosθ为0.9计算得到卷扬、水泵及空压机等采场部分高压设备的运行负荷为1100/0.9=1222kVA，选厂的负荷为1149kVA，总计约为2371kVA，按照10kV等级计算电流，按照年运行小时数为5940h计算，线路的年电能损耗约为：

按照电费单价为0.5元/度计算，线路的年电能损耗费F=Psh×0.5×10-4=168323.6×0.5=84161.8元=8.42万元。

（3）线路及设备投资分析

10kV供电方案主要为高压配电柜与两台台变压器，其中高压配电柜投资方原有，可利旧，不用重新购置，一台变压器为选厂用电电源，容量为1600kVA，电压为3/0.4kV，其价格约为16万元。与3kV供电方案，区别在于多了一台降压变压器，将输电线路电压变为10/3kV，容量为2000kVA，价格为20万。两台变压器的设备总投资为36万元。

3.3 方案结果对比

根据以上3kV供电线路与10kV供电线路的供电方案论述与分析，得出表1和表2。

表1 供电方案投资比较表

表2 线路年电能损耗费比较表

根据表1数据比较，3kV供电方案比10kV供电方案粗略投资相比多5.838万元；根据表2数据比较，3kV供电方案比10kV供电方案线路年电能损耗多47.76万元。根据比较，3kV供电方案在投资和电能损耗上的花费都高于10kV供电方案，不符合矿山改造的目的，且达不到电力节能设计要求。

得出结论：此矿山工程改在，在供电线路电压等级方案及节能综合分析与考虑后，建议选用10kV供电方案。

4 结语

针对矿山改造工程的功能要求，利用10kV供电方案，满足电力节能设计与能源利用长远发展的原则，在市场经济全面深化改革大环境下，从根本上促进能源资源的节约和合理利用，对缓解我国能源资源供应与社会经济发展的矛盾，加快发展循环经济，做出了应有的贡献。在实现矿山企业的可持续发展，长远利益对保障国家能源安全、保护环境、改进生产力的构成结构，做出了应有的改造决策及信心。