煤矿井下远距离工作面高压供电方案的研究

佘明利

（山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司，山西 晋城 048006）

长平煤业公司是山西晋煤集团下属的一个大型生产矿井，建设于1999年，2004年和2007年先后进行了技术改造和扩建，当前矿井设计生产能力为3.0Mt/a。当前长平煤业公司又开始了新建主井的建设施工，集团公司安排勘察设计院对新建主井的高压供电方案进行设计研究。

1 矿井供电现状分析

长平煤业现建有两座35kV变电站，其中一座为长平矿井工业场地35/6kV变电站，即长平变电站；另一座为釜山风井工业场地35/10kV变电站，即釜山变电站。全矿井采用分区式供电方式，即长平区域由35/6kV变电站担负本区地面、选煤厂及井下一二盘区用电；釜山区域由35/10kV变电站担负本区地面、选煤厂二期及井下三四盘区局部用电。两座变电站的双回35kV电源均分别引自赵庄110kV变电站Ⅰ、Ⅱ段母线35kV出线间隔，供电距离分别为1.5km和3.0km，导线型号均为LGJ-150。两场地变电站均布置两台SFZ11-16000/35型主变压器，采用分列运行方式。

2 新建主井供电电源选择

2.1 拟定方案的设计

在新建主井井口房设配电室，仅担负主井提升系统及其地面生产系统全部负荷，采用双回路供电，并要求当其中一回因故障或检修停电时，另一回担负其全部负荷。结合长平煤业矿井供电系统，双回电源考虑以下三种方案。

方案一：考虑利用洗煤厂二期已有供电线路。选煤厂二期改造期间已经架设了两回10kV线路，引自釜山35/10kV变电站不同母线段，导线型号LGJ-240，供电距离约3.0km，分列运行，经调研和收集到现场资料得知：现有I回路运行用电量45A、10kV，II回路运行用电量60A、10kV，总计约1818.6kW、369.28kVar、1855.71kVA。

方案二：新建双回电源引自釜山35/10kV变电站10kV不同母线段，线路采用STABILOYACWU90-12/20kV-3×300mm2交联聚乙烯铝合金联锁铠装聚氯乙烯护套铝合金电力电缆，供电距离约3.0km，沿釜山工业道路架空或埋地敷设。

方案三：新建双回电源引自长平35/6kV变电站6kV不同母线段，线路采用STABILOY-ACWU90-12/20kV-3×400mm2交联聚乙烯铝合金联锁铠装聚氯乙烯护套铝合金电力电缆，沿现有洗煤厂皮带走廊敷设，供电距离约3.0km。

2.2 方案的选择

对方案一中洗煤厂既有供电线路进行验算：（1）按载流量验算导线截面。根据负荷计算工作电流：，得LGJ-240型钢芯铝绞线25℃的载流量为610A，40℃的载流量为494A，不能满足521.13A要求。（2）按电压损失检验导线截面。总负荷P=8843.03kW=8.84305MW，LGJ-240型钢芯铝绞线的单位长度电压损失Δu%=0.299%，代入公式总压降ΔU%=Δu%·P·L=0.299%×8.84305×3.0=7.93%＞5%，不满足要求。通过上述验算，现有双回LGJ-240输电线路，在单回运行时，不能满足本项目地面所需用电负荷。方案一不可行。

对方案二和方案三进行比选：采用方案二和方案三供电方案，均需要对上级变电站增设出线柜，在方案三中，长平35/6kV变电站目前单台变压器负荷率大，再增加较大负荷时，会对本区域供电造成紧张状态，甚至增容，困难较大。而且，若采用6kV等级给新建主斜井提升系统及其地面生产系统供电，电压降接近5%，电压损失大，不合理。为此，设计决定采用方案二，即双回电源引自釜山35/10kV变电站10kV不同母线段。根据本次设计新增后的地面总电力负荷，经验算釜山变电站变压器负荷率约90%，采用目前的分列运行方式较为经济合理。

3 井下供配电方案

3.1 供电方式及负荷类型

本项目不设下井主电缆，井下联络巷胶带机由机头变电所供电，该变电所电源由芦家峪进风井井底主变电所担负，采用双回10kV电压等级供电，电缆型号为MYJV22-10kV，沿运煤联络巷（进风巷道）敷设，供电距离约3000m。机头变电所至移动变电站供电电缆选择MYPTJ-10kV矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆，供电距离约200m。

集中煤仓、矸仓配煤设备由本处配电点供电，该配电点电源由芦家峪进风井井底主变电所担负，采用双回10kV电压等级供电，电缆型号为MYJV22-10kV，沿西翼胶带巷（进风巷道）敷设，供电距离约400m。

本次设计井下设备为二级负荷，采用双回路供电，引自芦家峪井底主变电所不同母线段。双回电源线路设电气闭锁功能。

3.2 井下负荷

联络巷主运输电力负荷：有功功率2104kW，无功功率1301.82kVar，视在功率2474.18kVA。联络巷配仓设备用电负荷：有功功率482.9kW，无功功率297.15kVar，视在功率567.0kVA。

3.3 井下电缆

井下的电力电缆均选用符合MT818《煤矿用阻燃电缆标准》，并经检验合格取得矿用产品安全标志的阻燃电缆，固定敷设的电缆为矿用阻燃铜芯电缆，非固定敷设的电缆为阻燃软电缆，移动和手持式电气设备为专用橡套电缆，其中：机头变电所和煤仓、矸仓配电点10kV供电电缆采用MYJV22-10kV型矿用交联聚乙烯绝缘铠装电力电缆；变电所、配电点至移动变电站的供电电缆采用MYPTJ-10kV矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆；其他低压设备电缆选用MYP-0.66/1.14型矿用移动屏蔽橡套电缆；井下照明选用MYPQ-0.38/0.66型矿用移动屏蔽轻型橡套软电缆。安全监控系统干线为MHYVRP-1×4×7/0.52型煤矿用通信屏蔽电缆，传感器信号线为MHYVRP-1×4×7/0.52型煤矿用通信屏蔽电缆。

井下主电缆的选择和校验：井下运输负荷：P=2104kW=2.104MW，S=2474.18kVA。供电距离：L=3000m。

（1）按经济电流密度选择电缆截面

（2）按长时允许电流校验电缆截面

查表得知MYJV22 -10kV-3×150 mm2电缆在空气中敷设，温度20℃时载流量为467A，40℃时载流量为410A，均满足井下142.85A电力负荷。

（3）按电压损失校验电缆截面

查手册知MYJV22-10kV-3×150mm2电缆电压损失为u%=0.224%/MW·km。△U%=P·L·u%=2.104×3.0×0.224%=1.41%＜5%，满足要求。

同理，选择煤仓、矸仓配电点供电电缆为MYJV22 -10kV-3×120mm2型矿用铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆。供电距离约400m。

4 井下变电所方案

4.1 联络巷机头变电所

本设计井下联络巷胶带机机头设变电所，主要担负胶带输送机用电负荷。变电所高压开关采用带网络通信接口的BGP50-10型矿用隔爆真空配电装置。低压开关选用BKD20矿用隔爆型真空开关。根据变电所主要担负1140/660V用电负荷，分别选两台800kVA和100kVA矿用隔爆型移动变电站，正常情况下两台变电站分列运行，移动变电站型号KBSGZY-800/10、10/1.2kV型和KBSGZY-100/10、10/0.69kV型。

为防止电气火灾，在变电所值班位置放置4支8kg干粉灭火器，所内设一座0.5m3沙箱和两把消防铁锹。

4.2 联络巷集中煤仓、矸仓配电点

联络巷集中煤仓、矸仓配仓设备供电由配电点担负。配电点高压开关采用带网络通信接口的BGP50-10型矿用隔爆真空配电装置。低压开关选用BKD20矿用隔爆型真空开关。根据配电室主要担负1140/660V用电负荷，分别选两台800kVA矿用隔爆型移动变电站，正常情况下两台变电站分列运行，移动变电站型号KBSGZY-800/10、10/1.2kV。

为防止电气火灾，在配电点位置放置2支8kg干粉灭火器。

5 应用效果及前景分析

长平煤业公司新建主井采用远距离供电模式可以取得以下效果。（1）从源头上消除了辅助运输带来的安全隐患；（2）原来机巷移动变电站及电缆车的挪移，由于设备笨重、体积大，易发生斜巷运输事故，现已完全杜绝；（3）在工作面回采期问，保障了行人通道的安全畅通；（4）备件和材料能够从机巷运至工作面；（5）有利于工作面的通风质量。随着长平煤矿开采深度的不断延深，远距离高压供电模式更能适应高地压、高地温的工作面，为矿井高效生产创造条件。