露天矿山采场供电系统设计

曹文姬

（太原钢铁（集团）有限公司矿业分公司尖山铁矿， 山西 太原 030304）

生产实践·应用技术

露天矿山采场供电系统设计

曹文姬

（太原钢铁（集团）有限公司矿业分公司尖山铁矿， 山西 太原 030304）

尖山铁矿35 kV供电系统包括环网供电系统和地面供电系统两个部分，通过对矿区的实地考察，结合该矿现有生产水平和未来发展前景，在原有供电系统的基础上根据非金属矿山生产行业的有关规定进一步规范和完善。为保证供电的安全、可靠，又考虑尖山铁矿采矿服务的年限，从经济和技术两个方面对本矿进行整体设计，以达到满足对尖山铁矿采矿供电的合理性。

35 kV 供电系统 设备选择

太原钢铁（集团）有限公司矿业分公司尖山铁矿（全文简称尖山铁矿）采矿供电系统设计内容包括：35 kV变电站开闭所、环网塔架、环网门形杆架、地面6 kV移动变电柜9个、地面6 kV开关柜9个，地面6 kV分接箱26个，地面电杆56个等。本设计主供电系统由来自不同地方的两路35 kV线路供电环365及环366线，经主变压器变为6 kV，由单母分段的接线方式分别向地面供电。根据采矿供电系统特点，本设计系统主线路均以最大运行方式进行整定，并以此对线路及其设备进行选择。

1 采区移动变压器及配电点位置的确定

1.1 采区移动变压器位置的确定

1）尽量位于负荷中心，以减少低压线路长度和电压损失，保证采区设备的供电质量。

2）每个采区最好只设一个变压器，对整个采区和掘进工作面供电，并且尽量不迁移或少迁移变压器，减少变压器硐室的开拓费用。

3）变压器内要求通风良好，温度差不得超过周边温度5℃。

4）设备运输要方便，便于电缆进出，地质条件好，边坡稳定，原始地形。

综合分析上述四项要求可知：后两个要求容易满足，但前两个要求相互矛盾。因此，在确定采区移动变压器的位置时，应全面分析，综合考虑。一般先根据后两个要求确定变压器的位置范围，然后再根据前两个要求确定变压器的位置。按后两个要求确定采区移动变压器的位置时，可根据下列原则确定：

1）采区移动变压器的位置一般设在上(下)山的南边坡和排洪渠后部的北部边坡在环网塔架、环网门形杆架附近并保证足够的安全距离。采用矿用一般型变压器时，不得设在施工区域或工作面延伸方向。

2）在多台阶的采矿区中，各分台阶是否分别设置或集中设置移动变电站，应经过技术经济比较后决定。

3）当附近移动变电站不能满足多台设备供电要求时，可利用设置多个移动变电站。如两个移动变电站带8台设备，可以分成带4台或3～5台。

1.2 移动变电站位置的确定

1.2.1 采用移动变电站供电的条件

随着采掘平面延伸的发展，工作面的电气设备多、容量大，工作面走向长，如仍采用固定的采区移动变压器供电，既不经济，又满足不了电压质量的要求。因此，属下列情况的采区供电宜采用移动变电站。

1）综合采掘工作平面延伸到设备的供电。

2）采掘工作面采用固定变压器供电困难或不经济时。

3）多条矿带合并而成的几百米作业平面可利用时。

1.2.2 移动变电站位置的确定

移动变电站的位置一般按下列原则确定：

1）向回采工作面供电的移动变电站位置，一般设在距工作面100～150 m的上部采空区域中。

2）当下一个工作面尚未开采，而其规划道路已经掘进完毕，可将上工作面的移动变电站设置在下一个工作面的未尾产端，经过台阶、龙门架向上工作面供电。

3）鹅卵石及的回采工作面移动变电站，可设置在该回采工作面的回风巷内。

1.2.3 工作面配电点位置的确定

1）采掘工作面配电点一般设在新开采工作面或道路附近50～70 m处。

2）采掘工作面配电点不适合时，应采用上下台阶跨平台铺设，电缆头与设备或作业点保持80～100 m左右，一般配电点至采掘设备的电缆长度以不超过150 m为宜。

3）在电缆分叉点应设有分接箱，此配电点在电杆处也可行。

4）移动变压器接移动开关柜带独立变压器时，引入除尘风机和排水水泵必须安装在附近，与移动开关柜不得大于20 m。

2 采区供电系统的拟定

2.1 采矿区域电压等级的确定

各级配电电压和各种电气设备的额定电压等级应符合下列要求：

1）高压不应超过10 kV，一般为6 kV。

2）低压不应超过500 V。工作面一般采用220 V，跟据作业平面检修区焊接应使用380 V和排土场及溜井照明区域根据具体情况采用的机械设备可采用220 V。手持电气设备、手持照明采用220 V，下山排水水泵的机械设备可以采用380 V。

2.2 采区供电系统的拟定

2.2.1 高压供电系统的拟定

2.2.1.1 高压移动变压器的确定

采矿环网奕设置双电源进线，在分接段共电时有多点刀闸分段开关，将环网引下线至采区移动变压器，跟据采掘区域的方向可以设置双向边坡环塔，供综合机械化采矿的采区移动变压器使用。一般的采区移动变压器应与采区移动开关柜配合使用，移动开关柜与采场综合机械化设备可使用电缆或电杆进行敷设连接。在使用防止扬尘设备的采区移动变压器应采用单电源进线[1]。

2.2.1.2 高压移动开关柜的配置

1）单电源进线的采区移动变压器，当高压移动变压器无高压出线时，可不设高压移动开柜；当变压器有高压出线时，应设置在出线高压移动开关柜。

2）双电源进线的采区移动变压器，应设置移动变电源进线开关，高压移动开关柜出线为三路，若其中一回路供电，两回路备用时，母线可不分段；当两回路以上电源同时供电时，母线应分段并设联络开关，正常分列运行。

3）采区移动变压器、采区移动开关柜必须加菱形或竖形的防护隔栏，防止人或动物误入造成触电，跳闸损坏现场采掘设备。

2.2.2 低压供电系统的拟定

在拟定供电系统时，应将采区内的用电设备按电压等级、生产环节和安装地点分组，各组尽量分开供电。在用电设备分组时，还应考虑到各组用电负荷的大小、区域布置情况和电缆敷设的路线。各组用电负荷不能过大，以保证受电端的电压质量。布线分叉点，应装有开关或电缆接线盒。确定电缆的敷设路线时，应注意回采工作面尽量使用龙门架等，不应地面敷设电缆，排水渠及防洪堤区域严禁敷设电缆。

在具体拟定供电系统时还应考虑以下原则：

1）在保证供电安全可靠的前提下，力求所用的移动变压器、移动开关柜和电缆等设施最少。

2）原则上1台带电检测器开关只控制1台设备。

3）当采区移动变压器的附属变压器多于1台时，应合理分配变压器的负荷，原则上1台变压器负担一个工作面的用电设备。

4）变压器不得并联运行。

5）由工作面配电点到各用电设备宜采用辐射式供电，溜井口及排土场宜采用稳定免维护的干线式变压器供电。

6）供电线路应走最短的路线，并尽量避免回头供电。

7）如配电点距电源供电点较近或辐射数量小于3台设备时，一般无需增设变压器，保证线路负荷平衡的同时不得重复设置带电检测器及开关。

8）大容量设备的带电检测器应靠近配电点的进线端，以减小带电检测器间电缆截面的电阻。

9）采区应急变压器、上山绞车房、治安站及门房应设实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电，保证监控设备、防护设备及特种设备的使用，保证的备用照明设备的启用。

10）现场设备还应有多种可行方案时，应经过技术经济比较后择优选择。

3 继电保护

采矿35 kV变电所是矿山的重要组成部分，故障时对系统的正常运行会产生严重影响，因此必须专门装设保护。保护应满足选择性、快速性、灵敏性、可靠性的要求[3]。

3.1 移动变压器继电保护的配置情况

3.1.1 移动变压器的常用保护装置

1）瓦斯保护。分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护，瓦斯保护用于反应移动变压器油箱内部的各种故障。当内部故障轻微时产生的气体少，使轻瓦斯保护动作并发出信号。当内部故障严重时，重瓦斯保护立即动作，变压器退出运行。

2）过电流保护。作为外部短路及变压器内部短路的后备保护。

3）纵联差动保护。作为变压器内部绕组、绝缘套管及引出线间短路的主保护。

4）过负荷保护。变压器过负荷发出报警信号。5）温度保护。作用于变压器超温报警。

3.1.2 架空线路保护

采用时限过流保护作为主保护，无时限速断保护为辅助保护。

3.1.3 电缆线路保护

定时限过电流保护为主保护，速断保护为辅助保护，零序电流保护作为报警信号。

3.1.4 带电电阻检测保护

电阻继电器到采场机械设备保证同阻值，当电缆断路或带电电阻值发生变化时，起到速断保护。

3.2 变压器继电保护的整定

变压器单侧电源、单独运行的35/6 kV，Y/△-11电力变压器的继电保护方式，整定计算及保护原理接线图等。

3.2.1 变压器的瓦斯保护

1）保护原理。变压器的内部故障如匝间、层间短路和接地短路等。如QJ3-80型瓦斯继电器，当发生轻微故障时产生气体上升，聚集在继电器上部，使油面下降，开口杯随油面降低而下沉，使磁铁靠近干簧接点，干簧接点闭合，发出轻瓦斯信号；当变压器油箱内发生严重故障时，产生大量的气体，使挡板及开口杯一起转动，接点闭合，使断路器跳闸。瓦斯保护的优点是：动作迅速，灵敏度高，接线和安装简单，能反应变压器油箱内部各种类型的故障。缺点是：不能反应外部套管和引出线的短路故障，因而还必须与其他保护装置配合使用。

2）保护的整定。轻瓦斯保护的动作整定值可通过调整开口杯动作所需要的瓦斯继电器顶部的气体体积确定，一般瓦斯继电器可调节的最大范围为250～300 cm3；重瓦斯的整定是调节挡板上的弹簧压力，该压力已换算成相应的油气流的流速，标注在弹簧的调节杆旁边，一般可调节的范围为0.6～1.5 m/s。

3.2.2 变压器的过电流保护

变压器的过电流保护装置安装在变压器的电源侧，其既能反应变压器的外部故障，又能作为变压器内部故障的后备保护，同时也作为下一级线路的后备保护。为提高灵敏度应采用三相三继电器接线。

过电流保护的动作电流，应按避开变压器的最大负荷电流来整定，

式中：Iw.max为变压器的最大负荷电流，Kk为可靠系数，取1.2～1.3；Kre为返回系数，一般取0.85。

保护装置的灵敏度应按下式校验

式中：Is2.min为最小运行方式下，保护范围末端最小两相短路电流。

保护装置的动作时限按阶梯原则整定，即比下一级保护装置大一个时限级差△t。

3.2.3 变压器的过负荷保护

变压器过负荷属于不正常运行状态，不算故障，一般经过延时后作用于信号来通知运行值班人员。因为变压器的过负荷电流是对称的，所以只需在某一相上装一只电流继电器来反应变压器的过负荷。

过负荷保护装置的动作电流按躲过变压器的额定电流整定：

式中：IN，T为变压器的额定电流；Kk为可靠系数，取1.05；Kre为返回系数，取0.85。

为防止短路时和大负荷起动时误发信号，过负荷保护应装设一个延时环节，要大于变压器的过电流保护的动作时间，一般取10 s。

4 结语

尖山铁矿采场供电系统正按方案设计实施，以满足采场供电安全需要。但随着大型或超大型露天矿山的组建对供电系统又有了新的要求，如何提升供电稳定性，提升可操作性，减少成本费用的增加均至关重要，目前，我国大中型国有矿山采场电气设备类型的选择应符合《非煤矿山安全规程》的规定，各类矿用电气设备的使用场所见参考教材《工矿企业供电》。在使用大量的移动供电设备和移动开关设备等电气设备，所以供电系统中，除了需要供给有功功率以外，还需供给大量的无功功率，从而造成发电和配电设备的供电能力不能充分利用。因此，还需考虑提高供电系统的功率因数，以减少对电源系统的无功功率需求量，同时也减少电能的浪费。

[1] 王崇林，邹有明.供电技术[M].北京：煤炭工业出版社，1997.

[2] 孟祥忠.非煤矿山35kV变电站变压器的最优选择[J].煤炭技术，2005（2）：40－41.

（编辑：苗运平）

Design of Power Supply System for Opencast Mine Stope

CAO Wenji
（Jianshan Iron Mine,Mining Branch Company of Taiyuan Iron&Steel(Group)Co.,Ltd., Taiyuan Shanxi 030304）

The power supply system of Jianshan iron ore 35 kV includes two parts of loop network power supply system and ground power supply system.Through on-the-spot investigation of mining area,combined with the existing production level and future development prospects,based on the original power supply system and according to the relevant provisions on production of non-metal mine industry,the power supply system is further standardized and improved.In order to ensure the safety and reliability of power supply,and considering the service life of Jianshan iron ore mining,the overall design of mine is carried out from economy and technology,so as to meet the rationality of power supply for mining in Jianshan iron mine.

35 kV,power supply system,equipment selection

TD84

A

1672-1152（2017）03-0070-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.29

2017-02-15

曹文姬（1983—），男，内蒙古呼市人，太钢矿业分公司尖山铁矿，助理工程师，现从事采矿外线电工电气技术工作。