矿山设备高压供电研究与改进

郅树伟

（太钢集团代县矿业有限公司，山西忻州 034207）

0 引言

山西省太钢集团代县矿业有限公司（峨口铁矿）110 kV 王家河主变电站位电压等级为一次110 kV，二次6 kV，设计总负荷7.15 万千伏安。该变电站由单电源110/6 kV 线路供电，即由忻州供电分公司枣林变电站185#线路单回路供电，引自220/110 kV 枣林大型变电站110 kV 馈出母线段直接到110 kV 王家河主变电站。其中110 kV 电源线路均采用架空线路供电方式，线路均为LGJ-150 钢芯铝绞线供电。

110 kV 王家河主变电站配置2 台主要变压器，容量是3.15万千伏安和4 万千伏安。6 kV 出线共16 条回路，作为采矿系统（露天开采和井下开采）、选矿系统和球团系统备用电源，日常正常运行负荷为3 万千瓦左右。

1 矿山设备供电概述

代县矿业有限公司采场生产用电由110 kV 王家河主变电站供电，供电范围为开闭所（669#线路）、井下高压室（673#线路）、平峒（一峒、二峒及驱动站）、破碎筛分、磨矿选别、环水回收、五道弯泵站、大保泵站、尾矿等10 所高压室。

开闭所6 kV 馈出线供出7 趟回路，主供采矿生产系统电铲、牙轮钻机等矿山设备用电。井下高压室（673#线路）主要供井下开采压气和主排水泵站高压室、1738水平主扇高压室、1840 水平排水及通风高压室等井下重要设备供电。

代县矿业有限公司井下开采项目由110 kV 王家河主变电站673#线路作为主供线路，669#线路作为备用线路。自2019 年初投入运行后，遇到电气故障需要停电检修时由开闭所（669#线路）供电运行，因井下开采供配电为工业一级负荷，根据电气用电规范和井下地采安全用电要求，井下生产用电负荷必须改进为专线双电源或双回路供电，且供电线路均无缺陷隐患。

2 矿山设备供电研究与改进

考虑到井下压气、排水和通风的安全，井下开采必须由现在单电源或单回路供电改进为双电源或双回路电源供电。当一回路发生故障停止供电时，另一回路必须能担负井下开采压气、排水和通风等全部负荷。而且井下开采双回路电源线路不得分接任何负荷，一般正常情况下，井下开采电源应采用分列运行方式，即一回路运行时，另一回路处于带电备用状态，确保井下压气、排水和通风等设备供电的连续性和可靠性。

2.1 井下开采双回路供电运行方式研究

双回路供电系统的运行方式有两种：分列运行和并列运行。分列运行方式是指一路运行，另一路带电备用，两段母线之间的联络开关处于连接状态，如图1 所示。并列运行方式是指两路同时运行，两段母线之间的联络开关处于断开状态，如附图2 所示。

图1 分列运行方式

图2 并列运行方式

2.2 分列、并列运行供电优缺点

分列运行方式适用于负荷较小的变（配）电所，优点是双回路的负荷相同，双回路总配电开关保护整定值相同，便于双回路的切换；缺点是运行电缆线路工作电流较大，压降较大，运行线路距离较短。并列运行方式适用于负荷较大的变（配）电所，优点是运行电缆线路工作电流较小，压降较小，运行线路距离较长；缺点是双回路的负荷不同，双回路总配电开关保护整定值不同，当一回路停电时，另一路总配电开关需重新整定，不便于双回路的切换。

2.3 分列设备运行供电改进

双回路是从110 kV 王家河主变电站分别接两路不同电源（钢绞线LGJ-240/2.9）到开闭所变电站，目的是一路电源出现故障，另一路可以保障井下采场和井下峒室的安全生产，现在要求两趟都是专线。代县矿业有限公司的供电方式由原并列运行方式改进为现在的分列运行方式，并且设计双回路总配电开关保护整定值数值相同。110 kV 王家河主变电站供开闭所变电站673#和669#继电保护装置整定值见表1。

表1 673#和669#继电保护装置整定值

110 kV 王家河主变电站供出的673#、669#架空线路的终端杆位于110 kV 王家河主变电站和井下1840 进入峒室入口处，该终端杆使用的是悬式瓷质绝缘子，经常受采区气候（风大）和洞室爆破振动等影响。频繁出现绝缘瓷瓶歪、碎裂等现象，引起高压供电线路短路跳闸等安全隐患和供电故障。由于110 kV变电站的出线终端杆都在海拔较高的地段，且经过工人上下班的山路卡口和公路，采用架空穿越跨线，杆塔上绝缘子所承受的拉力大，经常发生供电线路绝缘子碎裂和短路等高压供电故障。而开闭所变电站（669#线路）供出采场7 条输配电线路，由于采场电铲、挖掘机、牙轮钻机等高压接线端均采用挂钩方式，从供电线路引下线的跌落保险下端接入，接触面积小，重载负荷时会出现打火（拉弧）、烧损接触点等供电故障，造成开闭所变电站停电停产，甚至影响110 kV 王家河主变电站主系统正常供电，造成该主供电线路全线停电。

2.4 井下生产I 级负荷供电改进

将110 kV 王家河主变电站由单回路，即由忻州供电分公司枣林变电站185#线路供电，改进为两趟110/6 kV 线路双电源或双回路分别供电，即一回路由忻州供电分公司枣林变电站185#线路供电，引自220/110 kV 枣林大型变电站110 kV 馈出母线段直接到110 kV 王家河主变电站；另一回路由忻州电业局富村大型变电站156#线路经110 kV 到峨口变电站、然后由110 kV 官地变电站至110 kV 王家河主变电站供电。双回路110 kV 电源线路均采用架空线路供电方式，线路均为LGJ-150钢芯铝绞线供电。

2.5 井下采掘设备供电方式改进

井下峒室供电采用6 kV 高压系统改进为采用中性点不接地方式；380 V 低压系统改进为井上采用TN-S 和TN-C-S 接地系统，井下采用不引出中性线的IT 系统。

根据供电安全要求和现场实际情况，将采场供配电系统改进如下：

（1）将单电源（或单回路）供电改进为双电源（或双回路）供电，即由673#、669#线路架空高压专供井下压气、排水和通风等生产用电。

（2）开闭所变电站供露天采场用电，改进为675#馈线柜作为开闭所变电站供电电源柜，由开闭所变电站673#线路直接供露天生产用电。

（3）优化开闭所进出线电网布置，由并列运行方式改进为分列运行方式。

（4）新增设开闭所变电站的进出线防雷接地系统。

（5）设计改进了110 kV 王家河主变电站及开闭所相关高压柜和线路的系统名称。

（6）设计改进了各供电端短路电流，计算并效验各配电柜线路保护整定值。

2.6 露天开采设备供电方式

（1）对露天采场7 条供电回路优化组合和改进。

（2）电铲、挖掘机、牙轮钻机等露天采矿设备供电采用6 kV电源引下线硬连接，避免接触点接触不良产生发热和放炮事故。

改造后的高压供电系统线路见图3。

3 改进效果

（1）将原来同杆架设的供露天和井下开采高压673#、669#高压供电线路，改进为673#、669#高压线专供井下开采双回路独立供电，满足地下开采所要求的一级供电负荷，而且是上一级变电站供出不同回路的双回路和双电源的要求，符合国家电气规范及井下开采标准，同时减少支线设备故障对井下生产供电的影响。

（2）通过对井下开采Ⅰ段673#线和Ⅱ段669#线双回路的改进，极大降低了供电故障，保证井下通风和排水等设备安全稳定运行，确保井下人员的安全。

（3）改进后，提高了井下开采供电线路供电质量，减少井下施工作业人员因供电线路故障紧急撤离次数，实现突发性故障为零的安全目标。

（4）露天采场和井下峒室供电线路的改进，降低了主干线停电次数，提高了采场电铲、挖掘机和牙轮钻机等设备的作业效率。

4 结语

矿山设备高压供电系统改进实施后，降低了露天与井下峒室供电线路隐患缺陷带来的设备故障停机和作业人员危险，保证井下通风和排水等设备的安全稳定运行，极大提高了供电安全。此改进方案在代县矿业有限公司的成功应用，可为其他井下供电安全隐患处理提供借鉴与参考。

图3 改造后的高压供电系统