马脊梁矿供电系统方案的优化与实施

李录涛 刘轶

0 引言

马脊梁矿原矿井核定生产能力为4 300 000 t/a，由3座35 kV变电站担负着矿井的生产和生活用电，万家嘴变电站主变压器容量为2×10 MVA，马脊梁变电站主变压器容量为2×10 MVA，集运变电站主变压器容量为2×6.3 MVA，主变压器均为一运一备，3座变电站电源均引自燕子山110 kV变电站35 kV电源侧（图1）。

全矿入井电缆10回路，主要担负该矿14号层305盘区、3号层中央变电所、西二中央变电所、主井皮带、双高工作面等的供电。集运站主供大中洗煤厂负荷，马脊梁矿流程再造的设计能力为6 000 000 t/a，根据马脊梁矿煤层赋存条件，集团公司要求其生产能力由6 000 000 t/a提升到10 000 000 t/a，因此需对其配套的供电系统进行优化改造。

1 优化配置方案

系统的整体框架格局是35 kV集运变电站增容改造、新建35/10 kV副立井变电站工程及供电系统优化。

1.1 35 kV集运站增容改造

集运站最大负荷为3 800 kW，大中洗煤厂需增容约7 500 kW，按装机的80%计算，增容后负荷共计达到9 800 kW，2台主变压器容量与燕集1#、2#导线截面均无法满足增容需求，并且该站电容器补偿方式为手动投切，站内没有采取限制单相接地电容电流的措施，不符合煤矿安全规程。

改造内容：2台6 300 kVA安主变压器更换为2台16 000 kVA，从温升、散热以及经济方面来综合考虑，2台主变由户内布置变为户外布置；全站传统继电器保护更换为综合自动化系统；35 kV变电站内所有电力行业明令淘汰的一次设备，包括油断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、硅变全部更换；6 kV间隔增加了6面出线柜，将原电容器室与6 kV间隔室打通；电容器组改造为2套TSC型SVC动态无功补偿装置，每套容量为6 000 kvar,将无功补偿装置移到原主变压器室内；新增2套ZDBG自动调谐消弧线圈成套装置，每套干式消弧线圈容量为260 kVA，每套曲折变压器容量为260 kVA；35 kV燕集1#、2#线路更换导线截面为LGJ-3×185 mm2，如图2所示。

图2 集运站改造后的电气一次主接线

1.2 新建35/10 kV副立井变电站工程

马脊梁矿石炭系延深投产后预计新增安装设备容量57 882.57 kW，工作设备容量46 660.53 kW，有功功率31 577.38 kW，无功功率10 418.46 kvar，视在功率32 883.06 kVA。为保障该矿延深供电的可靠性和安全性，要求系统双回路供电。根据马脊梁矿延深负荷的供电需求，需尽快开展35 kV输变电工程。

1.2.1 变电站接入电网方案

根据马脊梁矿延深项目的地理位置、负荷分布以及同煤电网现状及远期规划发展情况，结合该矿延深项目以煤田开采为主的负荷性质，用电可靠性要求高，故配置35 kV变一座，双回路供电。根据系统接入论证，最终的供电方案是：新建35 kV副立井工业场地变电站位于南深井村附近，采用由110 kV燕子山站和110 kV夏家河站两回路供电，构成一主一备双电源供电方案,建设燕子山—辛庄35 kV线路约11 km，夏家河—辛庄35 kV线路约13 km，如图3所示。

图3 新建35 kV副立井变电站接入电网方案

1.2.2 电气主接线

主变压器装设2×31.5 MVA三相双绕组有载调压电力变压器，额定电压比为35±2×2.5/10.5 kV，型号为SFZ11-31500/35，联结组别为 Yn，d11，短路阻抗电压Ud＝8.2%；35 kV采用单母分段接线，出线2回；10 kV采用单母线分段接线，出线26回；1#、2#主变压器低压侧各装设两套无功补偿滤波装置（每套4 000+4 920 kvar）。每台主变低压侧各配置1套曲折变压器及消弧线圈，消弧线圈容量为630 kVA，曲折变压器容量为650 kVA。两台站用电容量分别为100 kVA。

1.2.3 主要电气设备选择

主变压器采用三相双绕组油浸式风冷有载调压变压器，35 kV采用屋内ASZ□型铠装式交流金属高压开关柜，10 kV采用屋内KYN□型铠装式交流金属高压开关柜，柜内装真空断路器；10 kV无功补偿滤波装置采用SVG型户内组装式成套装置。曲折变及消弧线圈采用装配式干式设备。系统继电保护及安全自动装置与元件保护均采用微机型，与综合自动化装置采用数字接口，其它模拟量的采集用交流采样方式。

1.2.4 过电压保护及接地

2只独立避雷针联合构成全站防直击雷保护圈。全站采用过电压保护器作为限制雷电侵入波的过电压措施。

接地网采用垂直接地极与水平接地干线组成复合接地网，以水平接地干线为主。接地干线采用95 mm2镀铜钢绞线，接地极采用Φ14.2×1 200镀铜接地棒。

1.2.5 微机监控系统、系统保护及元件保护

自动化系统采用分散式，布置采用分散与集中相结合的方式。对于主变压器及35 kV部分的监控和保护设备按单元组屏布置在主控室内；对于10 kV线路及电容器，采用分散布置的方式，其监控、保护、测量装置均安装在各配电装置的开关柜上。

全站以计算机监控系统为核心，实现对全部的一次设备的监视、测量、控制记录和报警功能，并与保护装置和远方控制系统中心及设备通讯可信息共享。35 kV、10 kV开关均保留手动操动跳、合闸手段，功能上不依赖于站控计算机系统，增强整个系统的可靠性和可用性。

1.3 供电系统优化

主煤流系统的高山主斜井、外运一、二部输送机、胶带暗斜井输送机的电源分别取自集运站、马脊梁和万家嘴3座35 kV变电站，电机功率高山主斜井由3×400 kW改造为4×800 kW，外运一部输送机由2×355 kW改造为3×710 kW，外运二部输送机由3×355 kW改造为4×710 kW，胶带暗斜井输送机由4×800 kW改造为4×1 250 kW，输送机电机改造后，变电站的供电能力、负荷侧的供电质量等均会受到影响，需对其供电方案进行优化。

万家嘴站到胶带暗斜井的供电距离较远，为了保证负荷端的电压质量，根据万家嘴站所带负荷的运行状况，调整变压器分接开关，同时测算投入适当容量的电容器组，既满足功率因素的考核要求，又保证远端设备的电压质量。外运一、二部输送机改造后，马脊梁35 kV站无法满足其增容需求，通过对集运站变压器容量、出线开关、至负荷端电压降等设计计算，具备将一、二部输送机负荷转移至集运站的条件，在地面新建6 kV配电室，由集运站6 kVⅠ、Ⅱ段母线各出一回电源，并对出线开关柜的电流互感器进行改造，满足了输送机双回路的供电要求。

2 应用效果

35 kV集运变电站主设备多为充油型设备，较为陈旧，改造后的35 kV站实现了多油开关的转变，且供电容量由原来的6 300 kVA增加到16 000 kVA，供电能力大大增加，供电可靠性及电压质量有很大的提高。

35 kV副立井变电站一回路电源取自燕子山110 kV变电站，一回路电源取自夏家河110 kV变电站，两回路采用35 kV铁塔架空敷设至矿井副立井工业场地新建35 kV变电站。电源线路自燕子山110 kV变电站、夏家河110 kV变电站，35 kV电源侧引出后，沿矿井地势走向，采用两回路35 kV铁塔架空敷设至矿井副立井工业场地新建35 kV变电站。根据用电负荷统计，导线经经济电流密度及电压降计算，选择为LGJ-300 mm2。为防止雷电行波侵入变电站，线路全线架设避雷线，避雷线保护角为25°。带避雷线的杆塔必须接地，接地装置采用水平放射式，埋深1.6 m。

3 结束语

10 kV用户受电端的电压允许偏差在额定电压值的±7%；10 kV用户配电线路电压损失在5%内；接地点残流控制在5 A以内；单相接地后补偿脱谐度在5%以内；功率因数在0.95以上。

通过实施以上改造项目，极大程度的解决了马脊梁矿石炭二叠系延深的电源点容量不足、供电距离远、大中洗煤厂增容等问题，满足了该矿及洗煤厂负荷发展的需要，提高了供电可靠性、电压质量和供电能力，取得了较好的效果，为同煤集团经济的发展作出了贡献，经济效益异常可观。此改造工程设计合理、规范，运行稳定、可靠，实用性强，增供降损效果明显，整体技术达到国内领先水平，具有广泛的推广应用前景。