霍尔辛赫矿井供电系统专项设计

田伟鹏， 徐志勇

(1. 山西霍尔辛赫煤业有限公司，长治 046699；2. 天地科技股份有限公司，北京 100013)

0 前言

霍尔辛赫井田位于山西省长治市西侧，于2011年10月正式投产，矿井设计生产能力为3.0Mt/a，2013年核定生产能力为4.0Mt/a。井下开拓由南向北推进，目前已进入井田中部的六盘区。

随着矿井开拓不断延伸，井下生产条件变得更为复杂，为解决通风、瓦斯、生产接续等问题，中部风井场地需要建设主通风机、瓦斯抽放站、空压机站、锅炉房等设施，井下主运胶带需要延伸。这些调整使得主井场地35kV变电站(以下简称“主井35kV站”)难以满足需求，同时井下负荷中心北移，造成经主井敷设的下井电缆输电能力严重不足、压降线损大幅增加。

为了解决矿井供电系统所面临的多重困难，需要规划矿井中部风井场地及井田中部区域采掘、运输、排水等用电负荷的供电、优化主井35kV站供电范围。

1 矿井供电系统现状

(1)电网现状

霍尔辛赫煤矿位于山西省长治市长子县境内，属长治电力公司供电范围。根据甲方与长治市供电公司达成的供电协议，矿井所需的双电源可分别引自位于矿井东北部的宋村110kV变电站(距矿井7.3km)和位于矿井西北部的长子110kV变电站(距矿井7.6km)。

宋村变电站电源取自长治电力公司所属长治220 kV变电站，导线型号为LGJ-150，导线长度为12.56km，该变电站变压器容量为1×10MVA+1×40MVA。长子变电站电源也取自长治电力公司所属长治220 kV变电站，导线型号为LGJ-240，导线长度为20.024km, 该变电站变压器容量为1×40MVA+1×20MVA。长治220 kV变电站变压器容量为2×120MVA，110kV侧母线及220kV侧母线均为双母线，电源由漳泽电厂引来两回，并与晋中电网连接。宋村110kV变电站与长子110kV变电站有两条联络线连接，导线型号分别为LGJ-95、LGJ-150，长度为10km、12km。

(2)供电电源现状

霍尔辛赫矿井主井工业场地已建有主井35kV站，该站两回35kV电源，一回引自宋村110kV变电站(导线截面为LGJ-185)，另一回引自长子110kV变电站(导线截面为LGJ-185)；两路电源同时工作、分列运行。该变电站内安装有S9-20 000/35主变压器两台，目前两台变压器同时工作、分列运行，负荷率约70%。

主井35kV站安装有12台35kV开关柜(柜型XGN-40.5Z)，29台10kV开关柜(柜型KYN28A-12)。35kV开关柜已使用10台，2台备用；10kV开关柜已使用29台，没有备用间隔。

(3)矿井地面供电现状

除主井35kV站外，主井场地建设有空压机房变电所、主井绞车变电所、副井绞车变电所、主通风机10kV配电室、瓦斯抽放站10kV配电室、锅炉房变电所、工业场地变电所、综采设备维修车间变电所；选煤厂建设有1#变电所、2#变电所、浮选车间变电所、装车站变电所、煤泥烘干车间变电所。

主井35kV站分别向空压机房变电所、主井绞车变电所、副井绞车变电所、主通风机10kV配电室、瓦斯抽放站10kV配电室、工业场地变电所提供双回10kV电源，主井35kV站向综采设备维修车间变电所提供单回10kV电源；空压机房变电所向选煤厂1#变电所、2#变电所、浮选车间变电所提供双回10kV电源，并向县城生活区变电所提供双回10kV电源；选煤厂1#变电所向装车站变电所、锅炉房变电所、煤泥烘干车间变电所提供双回10kV电源，选煤厂1#变电所向煤泥烘干车间变电所提供单回10kV电源。

(4)矿井井下供电现状

井下设有中央变电所、1#采区变电所、2#采区变电所、3#采区变电所，负责井下供电，主井井底强排水泵的10kV电源由主井35kV站提供。

中央变电所10kV电源由主井35kV站提供，下井电缆为4回MYJV42-10,3×185矿用电缆。中央变电所分别向1#采区变电所、2#采区变电所提供双回10kV电源；1#采区变电所向3#采区变电所提供双回10kV电源。

2 矿井原供电系统存在的问题

(1)主井35kV站存在的问题

目前，主井35kV站35kV侧负荷达28MVA，已经超过主变容量(20MVA)，保证系数只有0.71。中部风井场地建成后预计负荷增加10MVA，保证系数继续降低，主变无法满足安全供电要求。主井35kV站安装10kV开关柜29台，全部使用，已无备用间隔，10kV侧没有扩展空间。

(2)井下供电存在的问题

原设计下井4回10kV电缆，工作方式为两用两备，电缆型号MYJV42-10kV，3×185。目前实际负荷已达17.5 MVA，运行电流为1 011A，4回电缆均带负荷运行。随着井下负荷中心北移，经主井敷设的下井电缆压降线损大幅增加、增加了运行成本、降低了供电质量。

3 矿井负荷统计

(1)负荷统计

用电负荷按中部风井场地、主井工业场地分开统计，再进行汇总。

1)中部风井场地负荷：有功功率18 804kW、无功功率4 290kvar、视在功率19 288kVA、功率因数0.97。

2)主井工业场地：有功功率20 216kW、无功功率3 158kvar、视在功率20 461kVA、功率因数0.99。

3)全矿井负荷：有功功率35 118kW、无功功率6 073kvar、视在功率35 752kVA、功率因数0.98。

(2)中部风井场地供电电压的确定

经统计，中部风井场地地面负荷约 10 526kVA，中部区域井下负荷约15 263kVA，同时系数0.9，总负荷约19 288kVA，10kV电压等级不能满足中部风井场地的供电需求，需要考虑35kV电压等级。

宋村110kV变电站在中部风井场地东边约3.2km，长子110kV变电站在中部风井场地西南方向约8.5km，矿井主井35kV站在风井场地南边约7.2km；这三个变电所都可以向中部风井场地提供35kV电源。

故确定中部风井场地供电电压为35kV(具体的电源点经方案比较后确定)，在中部风井场地新建35kV变电站(以下简称“中部35kV站”)。

(3)主变压器选型及校核

1)中部35kV站主变压器选型：选用2台 20 000kVA 主变压器，一用一备，负荷率96.4%，保证系数1.0。一台变压器故障或检修，另一台变压器可承担全部负荷。

2)主井35kV站主变压器校核：原有2台 20 000kVA 主变压器，分列运行，负荷率51.2%，保证系数0.98。一台变压器故障或检修，另一台变压器可承担全部一、二级负荷，原有变压器满足用电需求。

4 供电系统方案

根据负荷分布特点，经过综合分析、统筹考虑，确定下述供电系统改造方案：调整主井35kV站供电负荷、新建中部35kV站、调整主井中央变电所供电负荷、新建中部中央变电所。

(1)主井35kV站

35kV输电线路、35kV开关柜、主变压器维持不变。地面负荷中，中部风井场地地面负荷改由中部35kV站供电。10kV开关柜维持29台，调整后使用27台，备用2台。

主井35kV站负责向空压机房变电所、主井绞车配电室、副井绞车配电室、(主井场地)主通风机配电室、场地变电所、县城生活区变电所、综采设备维修车间配电点、主井中央变电所及中央水泵房的强排泵提供10kV电源；除向综采设备维修车间配电点提供单回10kV电源外，向其他受电点均提供双回10kV电源。

主井35kV站由35kV配电室、主变压器、10kV配电室、主控制室、电容器室以及消弧线圈室等组成。35/10.5kV变压器在室外露天布置。

变电站35kV、10kV均为单母线分段接线，35kV为中性点不接地系统，10kV中性点经消弧线圈接地，见图1。

图1 主井35kV变电站

(2)中部35kV站

1)供电电源

根据风井场地周围电力系统状况，可以提出两种电源方案。

方案一：风井场地两回35kV电源分别取自宋村110kV变电站和长子110kV变电站。该方案需新建11.7km架空线路(LGJ-240)，需增加2个35kV出线柜及配套设施，线路压降分别为1.11%(引自宋村110kV变电站电源)和2.96%(引自长子110kV变电站电源)。

方案二：风井场地两回35kV电源分别取主井场地35kV变电站35kV母线不同母线段。该方案需新建14.4km架空线路(LGJ-240)，主井场地35kV变电站现有2个35kV出线柜无需新增，线路压降均为1.73%。由于主井场地35kV变电站35kV电源分别取自宋村110kV变电站(LGJ-185/7.3km)和长子110kV变电站(LGJ-185/7.6km)，线路总压降分别是7.84%(引自宋村110kV变电站电源)和8.06%(引自长子110kV变电站电源)。

比较上述方案，方案一新建架空线路比方案二短，线路压降大幅减少，方案二可以利用主井场地35kV变电站现有的2个35kV出线柜，而方案一需新增2个35kV出线柜。综合考虑初投资及运行费用，选用方案一。

2)变电所配置

中部35kV站负责向风井场地主通风机配电室、地面变电所、提升机配电室及空压机配电室、瓦斯抽放站、箱变提供双回10kV电源；向井下提供6回10kV电源，分别是中部中央变电所4回、强排水泵2回。

中部35kV站组成、布置、按地形式同主井35kV站。

35kV开关柜选用XGN-40.5Z型开关柜，配VEM-35型真空断路器，额定分断电流为25kA。10kV开关柜选用KYN28A-12型开关柜，配VEM-12B型真空断路器，额定分断电流为31.5kA。35/10.5kV主变压器为2台S11-20000/35/10.5

型油浸电力变压器。两台变压器一用一备，负荷率96.4%，保证系数1.0；当一台变压器故障时，另一台变压器可满足全部用电需要。

在10kV母线侧进行集中无功补偿，补偿容量为9 000kvar；安装2套ZDB-10/10-50/J消弧线圈；配置TLXJ-2型小电流接地微机选线系统；10kV母线设置YCXH-Y/J-10型过电压聚优柜。10kV开关柜30台，使用27台，备用3台。

每根35kV线路进线侧各设有一台所用变压器(35/0.4kV)为变电所提供所用电源，操作电源采用直流220V系统。35kV线路全线路范围架设避雷线，35kV、10kV配电装置母线上均装设避雷器。在屋顶安装避雷带，屋内设置接地网，接地电阻≤1Ω。室外设有独立避雷针，其接地装置单独设置，接地电阻≤10Ω，见图2。

(3)井下供电系统

由主井35kV站提供、经由主井敷设的4回10kV下井电缆(YJV42-10kV，3×185)维持不变，主井中央变电所柜子数量维持不变。主井中央变电所负责中央水泵房、大巷一部胶带输送机、大巷二部胶带输送机、主井装载、副井操车等负荷的供电。大巷一部胶带输送机、大巷二部胶带输送机均由中部35kV站提供、经由中部风井场地进风井下井的4回MYJV42-10kV，3×240型粗钢丝铠装高压电缆，均送至中部中央变电所。2回负责向中部水泵房负荷、综放工作面、掘进工作面及中部井底车场低压负荷供电；另2回向大采高工作面、大巷三部胶带输送机供电。由中部地35kV站向井下敷设2回MYJV42-10kV，3×50型粗钢丝铠装高压电缆，向中部井底强排泵提供10kV电源。

图2 中部35kV变电站

在机头设置配电点，双回10kV电源均由主井中央变电所提供，1#采区变电所、2#采区变电所、3#采区变电所可以退出运行。主井中央变电所详见附图3。

图3 主井中央变电所供电系统图

5 结束语

根据负荷分布特点，经过综合分析、统筹考虑，确定本次供电系统专项设计的调整内容：优化主井35kV站及井下中央变电所的供电负荷分配、新建中部35kV站及中部中央变电所、为中部35kV站新架设2回35kV架空线路。中部35kV站选用2台S11-20 000 35/10.5±2×2.5%型油浸变压器，新架设的35kV线路型号选用LGJ-240型钢芯铝绞线。