煤矿工业场地动力线网设计

唐会祥



煤矿工业场地动力线网设计

唐会祥

根据煤矿供电的特点，文章介绍了动力电缆敷设路径选择的原则及不同的敷设方式的优缺点。并根据作者的设计经验，介绍了电缆型式及截面选择的原则，就其中需要注意的问题进行了简单的阐述。对煤矿工业场地动力线网的设计、施工及运行管理提供一定的参考。

由于煤矿供电的特殊性，要求其供电安全、可靠及运行稳定。煤矿工业场地动力线网是煤矿供配电中较为重要的一部分。其中电力电缆起到电力传输通道作用，其分布广、环境恶劣、容易受到损害。室外动力线网设计一般包含电缆敷设路径的选择、电缆敷设方式的选择以及电缆型式、截面的选择。下面根据作者多年的设计经验，就煤矿工业场地动力线网设计相关问题谈几点看法。

煤矿工业场地布置及供电方式介绍

工业场地布置特点

煤矿工业场地根据其工艺布置一般分为：生产区、辅助生产区、生活福利区。其中，生产区一般由主副井、风井、生产系统的相关煤仓、输煤栈桥等组成。辅助生产区一般由矿井机修间、油脂库、器材棚、综采设备库、变电站、锅炉房、供水排水站、污水处理站等组成，为矿井生产物质堆放、检修区域及为生产生活提供电力、暖、水。生活福利区一般由生产指挥管理综合楼、食堂、宿舍楼、文体活动中心及灯房浴室联合建筑等组成，为矿井生产指挥中心，人员生活休息集散区域。矿井工业场地虽规模不一样，其布置大致都可以分为以上几个区域。

供电方式

根据煤矿工业场地的工艺布置特点，一般在工业场地设置一座总变电所，负责全矿井用电设备供电，大中型矿井一般设110（35）kV总变电所，小型矿井一般设10（6）kV总变电所。再根据工艺布置设置若干分变电所：主井口房变电所、副井口房变电所、通风机房变电所、锅炉房变电所、机修间变电所、生产系统变电所、场前生活区变电所等。根据其供电方式，各总变电所至分变电所、分变电所至大电机及各单体建筑配电箱均采用室外电缆供电。

动力电缆敷设路径及敷设方式选择

动力电缆敷设路径选择

室外动力电缆路径的选择，应符合下列规定：应使电缆不易受到机械、振动、化学、水、热影响、蜂蚁和鼠害等损伤；满足安全要求条件下，应保证电缆路径最短；应便于敷设、维护；宜避开将要挖掘施工或有塌陷危险的地方；应尽量避开和减少穿越地下管道（包括热力管道、水管、煤气管道等）。

根据煤矿工业厂区特点，电缆应沿着负荷较集中的地方敷设；尽量沿着场区道路两侧绿化带，与水、暖管线分开布置，减少交叉；需充分考虑煤矿升级改造或扩建的可能性，不能占用预留建筑物场地；敷设路径不能影响美观、交通，尽量少穿越硬化场地、道路；主要电缆路径需远离煤矿的生产系统如原煤仓、准备车间、选煤厂等煤尘污染较大的区域。电缆在任何敷设方式情况下，都应满足电缆允许弯曲半径要求。路径选择时需与总图专业多协商，优化综合管线。

动力电缆敷设方式选择

电缆敷设方式的选择应视工程条件、环境特点和电缆类型、数量等因素，且按满足运行可靠、便于维护的要求和技术经济合理的原则选择。下面就煤矿各种常见的敷设方式做一个比较，详见表1，作为设计选择的一个参考。

表1　动力电缆敷设方式比较

动力电缆型式的选择

动力电缆型式的选择主要从以下几个方面考虑：电缆导体材质、电缆芯数、电缆绝缘水平、电缆绝缘类型及护层类型。

电缆导体材质选择

铜材的导电率高，损耗比较低，机械性能优于铝材，且延展性好，便于加工安装，但造价高于铝。由于煤矿对供电的可靠性要求高，目前煤矿供电设计中均采用铜导电材质。

电缆芯数选择

1kV及以下电源中性点直接接地系统，采用TT接线方式时，变电所至配电点部分应选用四芯电缆；采用TN-C-S接线方式时，变电所至配电点部分应采用四芯电缆；采用TN-S接线方式时，变电所至配电点部分应选用五芯电缆。直供电机可采用三芯或四芯电缆。煤矿地面低压供电系统中一般采用TN-C-S和TN-S接线方式。选煤厂660V经高阻接地系统一般选三芯或四芯电缆。3～35kV三相供电回路电缆一般应选用三芯电缆，110kV三相供电回路电缆一般选用单芯电缆。

电缆绝缘水平选择

正确地选择电缆的额定电压值是确保长期安全运行的关键之一。电缆的额定电压包含U0/U，其中U0为电缆芯对地（绝缘屏蔽或金属层之间）的额定电压，U为电缆缆芯之间的额定电压。煤矿高压供电系统一般采用中性点非有效接地系统，其单相接地故障持续时间在1min～2h之间，必须选用第Ⅱ类 U0。电缆缆芯之间的额定电压U不得低于使用回路的工作线电压。故煤矿高压供电系统中，6kV供电系统电缆采用6/6kV额定电压电缆，10kV供电系统电缆采用8.7/10kV电缆，35kV供电系统电缆采用26/35kV电缆。220/380V系统选用第Ⅰ类的U0，其电缆选用0.6/1kV额定电压电缆。

电缆绝缘类型及护层选择

煤矿供电系统中一般低压电缆宜选用交联聚乙烯型绝缘；中压电缆宜选用交联聚乙烯绝缘；移动式设备或有较高柔软性要求时，应选用橡皮绝缘电缆；在煤矿地面爆炸性环境区域宜采用阻燃电缆，消防负荷及重要负荷应采用耐火电缆。

煤矿室外敷设电缆易受到机械损伤或为了防鼠害和蚁害，一般选用钢带铠装聚氯乙烯护套。设计时需要注意的是，在交流单芯电缆选用铠装层时，需选用非磁性的金属铠装层。

动力电缆截面的选择

煤矿动力电缆截面必须满足载流量、短路热稳定、允许电压降、经济电流密度、机械强度及低压电缆符合过负载保护的要求。下面就设计工作中应该注意的几点重点列出，以免疏忽。

按载流量选择

10kV及以下常用电力电缆允许100%持续载流量选择表详见《电力工程电缆设计规范》附录C，在设计中最容易忽略的就是不同使用条件下的校正系数，详见《电力工程电缆设计规范》附录D。主要包括：不同环境温度的载流量的校正系数；不同土壤热阻系数时载流量的校正系数；土中直埋多根并行敷设时载流量的校正系数；空气中单层多根并行敷设时载流量的校正系数；电缆桥架上无间隔配置多层并列电缆载流量的校正系数；户外明敷无遮阳时载流量的校正系数。

在煤矿煤仓、生产系统等爆炸性环境中，电缆允许载流量，不应小于保护熔断器熔体额定电流的1.25倍及断路器长延时过电流脱扣器整定电流的1.25倍；低压笼型电动机支线的允许载流量不应小于电动机额定电流的1.25倍。

按满足线路保护要求选择

（1）短路热稳定校验

电缆通过短路电流时，不应超过所允许的短路强度。电缆热稳定允许的最小截面按式1计算：

C—热稳定系数。

（2）低压电缆过负载保护

低压电缆的选择需满足过负荷保护的要求，同时满足以下两个条件，详见式2。

低压电缆中性线（N）选择

三相四线制配电系统中，N线的允许载流量不应小于线路中最大的不平衡负荷电流及谐波电流之和。在煤矿供电中，以气体放电灯为主的照明线路、变频调速设备、计算机及直流电源设备等的供电线路，选择电缆截面时，应计入谐波电流的影响。当谐波电流较小时，可按相线电流选择电缆截面，但计算电流应按基波电流除以表2中的校正系数；当三次谐波电流超过33%时，它所引起的中性线电流超过基波的相电流。此时，应按中性线电流选择电缆截面，计算电流要除以表2中的校正系数。

表2　谐波电流的校正系数

结语

煤矿供配电设计中，工业场地动力线网是重要的一部分，作者根据多年的设计经验，结合规范手册对动力线网设计中电缆的敷设及选型中需要注意的问题做了简单的阐述，希望对设计有所帮助。

唐会祥

中国煤炭科工集团武汉设计研究院有限公司

唐会祥（1982-）男，湖南常德人，中级工程师职称，硕士研究生，2009年毕业于中国矿业大学，现中煤科工集团武汉设计研究院有限公司从事供配电设计6年。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.021