煤矿变电站开关柜改造综合技术方案分析

芦冬玉

（太原市西山煤电电力公司）

0 引言

大多数煤矿变电站都存在建站时间久、设备运行时间长、开关柜等设备品牌杂的实际情况，因此不少变电站内设备尤其是高压开关柜面临着急需改造的现状，确定在更换高压开关柜改造的实施方案是改造过程的基础，也是最关键的环节。但开关柜改造面临不同的施工基础、资金投入和改造环境条件，改造方案的确定很多情况下考虑得并不充分，改造过程和改造效果难以考虑得面面俱到。煤矿变电站开关柜改造方案通常只采取常规性的原址改造和增加临时措施逐次倒接负荷这两种模式。如果在改造中有特殊需求，如需要整合负荷、调整上级电源来源、更改配电室位置等情况，则需要具体问题具体分析。以山西省太原市西山煤田周围水泥厂、玉门两座典型35kV变电站改造为例，从不同角度分析不同方案的可行性和优缺点，层层深入，确定最终方案。为煤矿其他变电站的高压开关柜改造方案的确定提供了思路。

1 案例背景

玉门站建设于20世纪80年代，采用双回路分列运行方式供电，一段进线351取自河龙湾110kV变电站35kV B母线河玉线460开关，河玉线（460—351）线路型号为LGJ-185/1.6km+240/6.554 km；二段进线352取自杜儿坪110kV变电站35kV一段母线杜玉线309开关，线路型号为LGJ-185/4.8 km，站内35kV一段所带出线为玉支线356开关，为水泥厂二段供电；35kV二段所带出线为玉磺线355开关，为磺厂35kV站一段供电。站内两台SF78000-35/6.3主变，户外35kV 7台SF6断路器，6kV有34台高开柜，其中出线7台备用，现运行出线为16条。35kV系统为户外开关，自投入运行使用至今，现有35kV设备老化及腐蚀的状况已较为严重，极大地影响了电气设备的可靠性。近年来雷电黄色预警、大风黄色预警频发，极端天气增多，户外设备的安全性、可靠性面临着严峻的考验。

磺厂站采用双回路分列运行方式供电，一段进线361取自玉门35kV站35kV二段母线玉磺线355开关，线路型号为LGJ-185/3.1km；二段进线362取自中部35kV站二段母线中磺线375开关，线路型号为LGJ-185/7.033km。

水泥厂站建设与20世纪80年代末，采用双回路分列运行方式供电，一段进线381取自河龙湾110kV变电站35kV A母线河支线465开关，河支线线路型号为LGJ-240/4.176km；二段进线382取自玉门35kV变电站一段母线玉支线356开关，线路型号为LGJ-120/4.18 km。站内两台SFZ9-25000主变，现运行6kV出线11条。现要对水泥厂、玉门35kV变电站35kV高开柜进行改造，需确定整体方案。水泥厂站、磺厂站玉门站供电现状示意图如图1所示。

图1 水泥厂站、磺厂站、玉门站供电现状示意图

2 改造方案的选择

（1）常规性改造

所谓常规性改造就是在变电站原有配电室内拆除旧开关柜后，再安装新开关柜，然后将进出线逐次倒接至新系统。例如案例中水泥厂、玉门变电站改造中首先应停电拆除35kV I段进出线开关柜，拆除后还需要敷设新的二次电缆、对开关柜基础重新调整等措施，然后再在原址安装好新开关柜，重新进行电缆倒接和二次系统接线。待I段设备安装并投运后按照同样步骤进行II段设备的改造。这个改造过程是单向、线性的，需要一个步骤接一个步骤地进行，整个施工改造过程比较好管理，对于运维人员来说，只需一次性将需要停电设备全部停电，停电操作量大大减少，施工安全性得到了很大的保证。但是常规性改造无疑延长了整个改造的周期，对于煤矿供电系统来说，由于某一段进出线开关柜进行停电改造，很难保证变电站单电源改造期间，另一段电源的可靠性，一旦另一回路电源发生失电，很难第一时间恢复送电，造成风机停止运行，引起井下瓦斯超限，无疑对矿井供电安全造成严重的安全隐患。

（2）增加临时措施改造

增加临时措施改造就是在待改造配电室设备附近新安装一些临时的配电柜，安装工作可提前于改造施工开工前，例如图1中水泥厂、玉门变电站35kV I段设备改造，在施工前建立临时35kV配电室并敷设临时35kV电缆至1#主变压器处等待接火，临时电缆一端已接入临时配电室临时主变开关柜内。施工开始后通过合母联开关、断开I段进线，水泥厂、玉门变电站II#进线带全站负荷，然后依次将I#进线I段设备负荷倒接至临时配电室开关柜，1#主变高压侧与临时配电室主变柜敷设处的临时电缆接火。这种操作模式下，两站I段母线均未停电，只是短暂的合环，所带负荷没有丢失，只需在确保两段母线电压差符合合环条件的基础下短暂的停电就可以将I段母线所带负荷倒接至临时配电柜，系统电网单电源运行时间也非常短，极大提高了系统供电可靠性。II段设备改造方案同I段相同。对于35kV配出线比较多的变电站而言，这种方法就极大缩短了配出线开关的停电时间，整体可很大程度上解决改造工期，确保供电安全。但是，新建临时配电室、安装临时高压开关柜、敷设临时电缆会大大增加施工成本，改造完成后这些临时设施还会拆除，施工费用比较高。运维操作上看，整个改造过程需要合母联开关、进出线开关等多次的分合闸操作，相比常规性改造，运维管理也会相对复杂，操作风险也会大大提高。对于6kV或10kV系统而言，这种方法同样适用，但是6kV或10kV系统所带负荷种类更多相对于35kV系统会增加一个量级，需要的临时开关柜数量也会增多，相应的临时措施费用提高，操作开关的频次大大增加，对运维管理人员和操作人员素质要求较高[1]。

类似于新建临时配电室安装临时配电柜的改造方案，在该方案基础上提出了新建永久性配电室的改造方案。20世纪80年代初，随着改革开放政策的实施，各个行业的发展趋于活跃，社会经济对作为基础能源的煤炭的需求量猛增，煤炭行业进入了快速的发展和建设周期[2]。很多煤矿目前仍在运行的供配电设施基础也建于20世纪八九十年代，尤其是变电站的各类建筑仍在使用，至今已经使用40～50年，各类建筑物问题也逐渐暴露出来，如配电室墙体裂缝、基础下沉、屋顶漏雨、空间狭小等问题，这就导致了供电设备存在严重的运行安全隐患、制约着设备改造的可实施性，因此，对于上述煤矿变电站在供配电设备改造时建议新建永久性配电室进行设备改造。例如案例中水泥厂站存在建筑物使用超过40年，站内6kV配电室室内净尺寸为3.6m×24m。开关柜为GG1A型柜体，柜体尺寸1218mm×1200mm×3170mm。柜后尺寸800mm，柜前1500mm。若考虑在原配电室改造，难以满足安全距离的要求，然而目前的改造基础不允许这种改造方案，因此新建配电室对供电设备进行改造更适合水泥厂站改造方案。在这种改造模式下虽然增加了一次性施工的土建成本、电缆敷设的成本和其他辅助设备设施的成本，但是相对于增加临时措施改造，该方然节省了临时配电室、临时开关柜、临时电缆的布置，对于倒闸操作上，省去了从临时开关柜到新配电室开关柜的步骤，又解决了变电站原有的供电设施安全隐患。

（3）综合性改造方案

所谓综合型改造方案，就是需要综合考虑煤矿供电系统的各个方面进行整体性考量，综合性解决安全隐患，统筹系统进行变电站设备改造。例如在案例中，如图1所示，水泥厂站两回电源上级变电站是河龙湾110kV变电站和玉门站I段，最终均来自河龙湾变电站两段母线。磺厂站两回电源上级变电站是中部站II段和玉门站II段，但最终均来自杜儿坪110kV变电站。一旦上级110kV变电站全站失电，将导致水泥厂或磺厂站全站失电，短时间难以恢复，存在严重安全隐患。此外，玉门站35kV系统均为户外SF6断路器，老化及腐蚀的状况已较为严重，两台主变压器型号为S7系列，属于高耗能设备，急需淘汰使用，因此，如果在水泥厂、玉门站开关柜改造的基础上同步解决上述问题和隐患，应提出综合性改造方案[3]。

案例中综合性解决方案如图2所示，水泥厂站一回进线电源仍用河支线，该回路不变。另一回电源在玉门站附近将杜玉线与新建的玉支线1#沟通。将玉门站降压为6kV开闭所使用，35kV系统设备退出运行，彻底解决玉门站户外35kV开关老化、主变压器高耗能问题。玉门站改造后一回6kV电源引自水泥厂6kV系统Ⅰ段的出线柜，供电线路依然利用原有玉支线，由35kV降压为6kV使用。另一回6kV电源引自水泥厂6kV系统Ⅱ段出线柜，供电线路需新架设一趟双回路铁塔作为新玉支线，一侧为6kV线路另一侧为35kV线路，同塔架设。磺厂站电源改造部分，将河玉线与玉磺线1#在玉门变电站内临时采用电缆沟通（约70m），永久方案为玉门站室外设备拆除后，通过新建两基龙门架调整导线角度后采用架空线沟通。水泥厂开关柜改造采用新建永久性配电室方案。

图2 水泥厂站、磺厂站、玉门站改造后供电示意图

综合性改造方案相比于单一的水泥厂站、玉门站开关柜改造，需要拆除玉门站原有35kV系统设备，新建一回4.18km的双回路铁塔，并且线路路径需要重新选择，水泥厂站、磺厂站进线线路需要在玉门站附近沟通。在改造成本上无疑增加了土建、拆除、征地、材料等费用，且改造中组织协调调度工程量巨大，操作程序繁琐。但是，改造后水泥厂和磺厂站电源分别来自河龙湾110kV和杜儿坪110kV变电站，彻底解决了两站电源来自同一变电站的安全隐患，玉门站35kV系统设备退出运行后，彻底解决了35kV系统设备老化、主变压器高耗能的问题，变相节省了35kV系统设备维护和更换高耗能主变压器的费用。综合性改造方案是大中型煤矿整体供电系统设备老化、供电设计不合理等情况下的系统性解决方案。

3 结束语

制定详细的改造方案对安全、全面完成变电站改造计划具有深远意义。本文介绍的三种煤矿变电站开关柜改造方案基本涵盖了目前煤矿变电站改造中常见的改造技术方案类型，对于煤矿变电站的改造方案深化应在不同类型改造中逐步吸取改造经验，夯实改造基础，加强细节的把控。煤矿变电站改造在先进的组织措施、技术措施、安全措施管理下，结合系统性的查隐患、堵漏洞，综合解决供电系统疑难杂症，才能对煤矿坚强供电系统的建设提供有力的支持，确保煤矿供电安全，实现安全生产。