布尔台煤矿西南区开采供电电压等级选择

罗晓军

(鄂尔多斯市神东工程设计有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

0 引言

布尔台煤矿是神东煤炭集团一座特大型现代化矿井，设计生产能力20 Mt/a，目前布尔台煤矿一盘区42上煤进入回采末期，剩余2个工作面，预计2019年底回采结束。为了确保矿井20.00 Mt/a的生产规模，根据生产接续安排，2020年初需打开矿井西南区并进行回采。西南区共计划分为三、四、五共3个盘区。三、四、五盘区现没有已建任何电压等级变电站，为保证西南区三、四、五盘区开采电力负荷供应，从供电的靠性、供电质量2个主要方面论述新建变电站电压等级选择。

1 周边电源条件及现有供电电源

1.1 西南区周边电源条件

井田范围附近有220 kV变电站3座，即乌兰木伦220 kV变电站、康巴什220 kV变电站、掌岗图220 kV变电站；110 kV变电站3座，即榆供松定110 kV变电站、鄂供布尔台110 kV变电站、神东万利110 kV变电站。在上述变电站中，乌兰木伦220 kV变电站无备用容量；榆林供电公司松定110 kV变电站及鄂尔多斯供电公司布尔台110 kV变电站两站均无110 kV及35 kV出线且扩建困难；康巴什220 kV变电站、掌岗图220 kV变电站现有负荷较少，可以满足西南区开采负荷需要。由于西南区-康巴什220 kV变电站及掌岗图220 kV变电站距离较远，35 kV供电明显不能满足要求，故只能选择110 kV电压等级供电。

1.2 布尔台煤矿现有供电电源

布尔台煤矿现有神东万利110 kV变电站及神东布尔台松定霍洛立风井35 kV箱变两座变电站。其中，神东万利110 kV变电站位于布尔台工业广场出口处，变电站现能够提供35 kV出线柜；松定霍洛立风井35 kV箱变位于二盘区靠近阿大线中间位置处。西南区开采一期工程有功负荷Pj=16 479 kW，视在功率Sj=17 202 kVA；二期工程：有功负荷Pj=46 658 kW；视在功率Sj=47 737 kVA。

2 110 kV、35 kV电压等级供电分析

2.1 架设方案

根据西南区周边电源条件调查，采用110 kV电压等级供电可靠性较高，电源均取自掌岗图和康巴什220 kV变电站。根据现场勘测，康巴什-明安木独新建110 kV站的线路长度约为24 km，掌岗图220 kV站-明安木独新建110 kV站的线路长度为30 km，导线选择型号为LGJ-240型架空导线。若采用35 kV电压等级供电，则有35 kV单分列导线和35 kV双分列导线两种方案可供实施，电源取自神东万利110 kV变电站，线路沿布尔台煤矿大巷架设，单回线路长度为14 km，导线型号均为LGJ-240型架空导线。

2.2 电压损失校验

线路电压损失百分数计算：线路电压损失百分数的计算见式(1)

(1)

式中：ΔU%—线路电压损失百分数；R0—线路单位长度电阻，Ω/km；X0—线路单位长度电抗，Ω/km；U—线路额定电压，kV；P—有功功率，kW；L—线路长度，km；M—负荷矩，kW·km；Δμ%—线路每1 kW·km负荷矩时的电压损失百分数。

计算结果分析：经代值计算，采用110 kV架空线路，Ⅰ、Ⅱ期工程电压损失ΔU%分别为1.137，3.22。采用35 kV单导线架空线路时，Ⅰ、Ⅱ期工程电压损失分别为4.96、16.51，值得注意的是，Ⅱ期工程不符合“压降不超过5%”的相关规定[1-3]；采用35 kV双导线架空线路时，Ⅰ、Ⅱ期工程电压损失分别为2.48、9.49，同理，Ⅱ期工程不符合相关规定。

2.3 电压偏差校验

110 kV线路供电：系统电压最低为1.05 Un，负荷最大时为46.658 MW，110 kV线路末端电压Ud为1.78。系统电压最高为1.075 Un，负荷最小为10 MW，110 kV线路电压损失Ug为6.81，电压偏差正负绝对值之和为1.78+6.81=8.59≤10，符合规程规定。

35 kV单导线供电：系统电压最低为1.05 Un，Ⅰ、Ⅱ期工程负荷最大时分别为16.479 MW、46.658 MW，Ⅰ、Ⅱ期工程线路末端电压Ud分别为0.04、-11.51。系统电压最高为1.075 Un，负荷最小为10 MW，Ⅰ、Ⅱ期工程线路末端电压Ug分别为4.49、3.85。Ⅰ期工程电压偏差正负绝对值之和为0.04+4.49=4.53≤10，符合规程要求；Ⅱ期工程电压偏差正负绝对值之和为11.51+3.85=15.36≥10，不符合规程规定。

35 kV双分列导线供电：系统电压最低为1.05 Un，Ⅰ、Ⅱ期工程负荷最大时为16.479 MW、46.658 MW，Ⅰ、Ⅱ期工程线路末端电压Ud分别为2.52、-4.49。系统电压最高为1.075 Un，负荷最小时为10 MW，Ⅰ、Ⅱ期工程线路末端电压Ug分别为6、5.35。Ⅰ期工程电压偏差正负绝对值之和为2.52+6=8.52≤10，符合规程规定；Ⅱ期工程电压偏差正负绝对值之和为4.49+5.35=9.84≤10，符合规程规定。

2.4 经济输送功率计算

经济输送功率计算：经济输送功率计算见式(2)[4-6]

(2)

式中：P—经济输送功率，kW；S—导线截面，mm2；Ue—线路额定电压，kV；J—经济电流密度，A/mm2。式中经济电流密度取值按照最大负荷利用小时数为3 000～5 000档取值，则铝线经济电流密度取值为1.15 A/mm2。

计算结果分析：经计算，采用110 kV架空线路，经济输送功率P为49 954 kW。采用35 kV单、双导线架空线路经济输送功率P分别为15 895 kW、31 790 kW。

2.5 功率损耗

功率损耗计算：功率损耗ΔP的计算方式见式(3)[7-10]

(3)

式中：P—有功功率，kW；U—线路的额定线电压，kV；cosφ—功率因数；R—线路电阻，Ω。

计算结果分析：经代值计算，采用110 kV架空线路，功率损耗ΔP为777.75 kW。采用35 kV单、双导线架空线路功率损耗ΔP分别为4 663 kW、1 399 kW。

2.6 电能损耗

电能损耗计算：电能损耗ΔA的计算方式见式(4)[11-13]

ΔA=ΔPyp×8 760+ΔPmax·τ

(4)

式中：ΔPyp—年平均电能损耗，MW；ΔPmax—最大负荷时有功功率损耗，MW；τ—损耗小时数。

计算结果分析：经代值计算，采用110 kV架空线路，电能损耗ΔA为2 051 MW·h。采用35 kV单、双导线架空线路电能损耗ΔA分别为10 258.6 MW·h、3 077.8 MW·h。通过上述计算结果可以看出，110 kV输电线路比35 kV双分列导线输电线路每年至少节约电能1 026 MW·h，比35 kV单导线每年至少节约电能8 207 MW·h，现按电费0.5元/kW·h计算，采用110 kV电压等级供电比采用35 kV电压等级供电每年至少节约电费1 026 000×0.5=51.3万元。据此采用高电压等级供电时能够明显降低输电线路上的电能损耗，以达到节能降耗目的，采用110 kV电压供电较为经济。

2.7 供电可靠性分析

110 kV供电可靠性分析：《煤矿安全规程》2016第435条规定：“矿井应当有两回路电源线路(即来自两个不同变电站或者来自不同电源进线的同一变电站的两段母线)”。布尔台西南区开采110 kV电源分别引自康巴什220 kV变电站和掌岗图220 kV变电站，两个变电站相互独立，若一个220 kV变电站出线故障，另一个220 kV变电站可以提供全部负荷，供电可靠性高。且布尔台煤矿拥有2座110 kV变电站通过联络线后可以互为电源备用，可以减轻神东万利110 kV站对布尔台区域的供电压力。

35 kV供电可靠性分析：若采用35 kV电压等级供电，则双回路电源引自神东万利110 kV变电站35 kV母线的不同母线段。神东万利110 kV变电站110 kV双回路电源引自不同电源进线的乌兰木伦220 kV变电站，此时神东万利110 kV站作为布尔台煤矿全矿井的主供电源亦符合《煤矿安全规程》规定，供电可靠性略低于110 kV供电。

3 结语

现行规程及规范对输电线路的电压偏差、电压降等电能质量指标均做出了具体规定，综合比较后容易看出，将线路的电压损失控制在额定电压的5%以内，既能够很好的保证电能质量，又能保证电力系统输电线路节能要求，且在条件允许时应优先采用高电压等级供电。该供电电压等级分析的思路，可以在大型矿区输电线路电压等级选择时予以应用，具有一定的借鉴作用。