新城金矿井下供电系统及工艺设备控制

徐可

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

新城金矿项目包含了4 个矿区的开采，分别是新城矿区、曲家矿区、滕家矿区和红布矿区。目前，该矿采用竖井（主竖井+盲竖井）+斜坡道联合开拓方式。其中，主竖井采用箕斗与罐笼互为配重的提升系统，负责人员、材料、废石、矿石的提升任务；盲竖井作为副井功能；斜坡道主要承担矿石的运输，并兼做人行、进风、材料、设备的运输通道。矿区主要矿体最深处延伸到了地表以下-1 830 m， 通过对4 个矿区的整合， 可稳定实现新城金矿全矿井下8 kt/d 的采矿能力。 本文拟针对该项目井下开采供配电、照明、接地的设计部分进行探讨， 以期为类似深井开采项目的供配电设计提供参考。

1 井下主要负荷及负荷等级

新城金矿项目生产规模8 kt/d，全矿设备安装容量约为126 000 kW，工作容量约为96 000 kW。全矿6 kV/10 kV 的高压用电设备约有70 台，其中同时工作的约50 台，容量为51 000 kW，占全矿总工作功率的53%。新主井箕斗提升机的单台容量最大，其电动机功率达5 800 kW。

井下排水泵、罐笼竖井及盲竖井提升系统、紧急避险系统、压风自救系统等为一级负荷。 选矿厂、主井提升机等主要生产设备为二级负荷， 其它辅助生产设施为三级负荷。

2 矿区供电电源

该项目在全矿各个矿区的地表共设置了4 座35 kV 变电站，其中新城矿区设置2 座，红布矿区及滕家矿区各设置1 座。

新城矿区地表设置的2 座变电站为35 kV/6 kV变电站（新城I 站、新城II 站），2 座变电站同时运行。新城I 站站内设有1 台35 kV/6 kV 主变压器， 主接线采用单母线运行方式。 新城II 站站内设有2 台35 kV/6 kV 主变压器，互为备用；主接线采用单母线分段运行方式。 以满足该矿区地表和井下所有用电负荷的需求。该矿区另设有2 台6 kV 柴油发电机组，可提供6 000 kW 的保安负荷。 柴油发电机组所发电通过6 kV 电缆分别送至矿区两座变电站的6 kV母线段，有效提高了该矿区2 座变电站的供电可靠性。

红布矿区地表设有1 座35 kV/6 kV 变电站，站内现有2 台主变压器，互为备用；主接线采用单母线分段运行方式。 矿区内设有1 台6 kV 柴油发电机组，可提供3 000 kW 的保安负荷。 柴油发电机组所发电通过6 kV 电缆送至矿区变电站6 kV 母线段。

滕家矿区地表设有1 座35 kV/10 kV 变电站，站内现有2 台主变压器，互为备用；主接线采用单母线分段运行方式。 滕家（含曲家）矿区设有9 台10 kV柴油发电机组，可提供高达31 500 kW 的保安负荷。柴油发电机组所发电通过10 kV 电缆送至矿区变电站的10 kV 母线段。

由于滕家、曲家矿区为新建矿区，其生产系统与现有新城、红布矿区的生产系统相对独立，从新旧矿区配电电压等级要求、高压设备数量、输电距离、线路损耗、节能效果等方面分析，依据技术先进、生产效率高、成本低、节能的设计理念，采取了主供电电压为10 kV 的供电方案。新城、红布矿区则继续沿用6 kV 的主供电电压。

3 矿区供配电系统配置

3.1 矿区井下提升机配电系统

新城矿区-930 m 中段配置1 套粉矿回收提升系统，主电机功率为280 kW。 在提升机装置附近设置1 座6 kV 变配电室，为粉矿回收提升系统及公辅设施提供电源，配电室两条回路的6 kV 电源引自地表6 kV 变电站配电室不同母线段。

滕家矿区井下-1 030 m 中段配置1 套盲竖井提升系统，主电机功率为1 120 kW。 在提升机装置附近设有1 个10 kV 变配电硐室， 为盲竖井提升装置提供高低电源， 配电室两条回路的10 kV 电源引自地表竖井井口10 kV 配电室不同母线段。

曲家矿区井下-1 260 m 中段盲竖井提升配置1套提升系统，主电机功率为1 120 kW。 在提升机装置附近设有1 个10 kV 变配电硐室， 为盲竖井提升装置提供高低电源， 配电室两条回路的10 kV 电源引自地表10 kV 配电室不同母线段。

红布矿区-260 m 中段盲副井提升配置1 套提升系统，主电机功率为500 kW。 在提升机装置附近设有1 个6 kV 变配电硐室，为盲副井提升装置提供高低电源。

3.2 矿区井下通风配电系统

红布矿区-190 m 联络道配置1 台主通风风机，主电机功率为355 kW。 两条回路的6 kV 电源引自红布选厂6 kV 配电室， 当一条回路的电源故障时，另一条回路的电源可为全部负荷供电。

3.3 矿区井下排水配电系统

新城矿区-1 330 m 水泵房内配置3 台6 kV 高压水泵，每台功率为630 kW。-1 330 m 水泵房6 kV配电室采用单母线分段运行方式，两条回路的6 kV电源引自主井6 kV 配电室不同母线段，当一回路电源故障时，另1 回电源可为全部负荷供电。

滕家矿区-1 030 m 水泵房内配置6 台10 kV高压水泵，每台功率为2 240 kW。 -1 030 m 水泵房10 kV 配电室采用单母线分段运行方式， 两条回路的10 kV 电源引自35 kV/10 kV 变电站10 kV 配电室不同母线段。 -1 330 m 中段水泵房内配置6 台10 kV 高压水泵，每台功率为710 kW。 -1 330 m 水泵房6 kV 配电室采用单母线分段运行方式，两条回路的10 kV 电源引自35/10 kV 变电站10 kV 配电室不同母线段，当一条回路电源故障时，另一条回路电源可为全部负荷供电。

曲家矿区-1 830 m 水泵房内配置6 台10 kV高压水泵，每台功率为1 000 kW。 -1 830 m 水泵房10 kV 配电室采用单母线分段运行方式， 两条回路的10 kV 电源引自-1 230 m 提升10 kV 配电室不同母线段，当1 回路电源故障时，另1 回电源可为全部负荷供电。

在新城、 滕家和曲家矿区的地表分别设有3 座柴油发电机站，可提供保安总负荷高达40 500 kW。当矿区电源发生故障， 可保障上述4 个系统所有重要用电设备的电源供给，确保井下人员安全撤离。

4 井下的变配电硐室及主要设备选择

4.1 井下变配电硐室

井下中央配电硐室靠近负荷中心， 如井下排水泵房旁和提升机房附近。 配电硐室的两条回路的电源均由地表主变电所直接供电， 变配电硐室在保证操作和维护方便的条件下， 其配置尺寸尽可能紧凑布置，但也要留有后期发展备用空间。井下水泵房配电硐室与主排水泵站相邻， 设置带有栅栏防火两用门的隔墙， 配电硐室与主排水泵站均设有单独通至巷道的通路， 通路上装设向外开启的栅栏防火两用门及防水密闭门。 井下水泵房配电硐室的地面比出口处井底车场或大巷的底板高出0.5 m。采区配电硐室的出口装设向外开启的栅栏防火两用门，配电硐室的地面比出口处井底车场或大巷的底板高出0.2 m。

井下电气设备硐室的长度大于9 m 时， 在硐室的两端各设置1 个出口。电气设备硐室设有挡板、格栅和封堵电缆进出口等防止小动物进入室内的措施，配置足够的电工安全用具，开关柜前后铺设绝缘垫， 硐室内电缆沟的底部设有坡度以及引至室外的排水管。 井下配电硐室平面布置示意见图1。

图1 井下配电硐室平面布置示意

4.2 井下主要配电设备选择

主要电气设备选型充分考虑了当地的地理环境、气候条件以及矿山运行的特点，优先选用性价比高、维护方便、性能稳且需要“KA”认证的产品，保障设备运行安全、可靠。 井下的高压开关柜采用GKG型金属铠装中置式开关设备，低压开关柜采用GKD型固定式开关设备。

新城金矿项目井下低压配电系统采用IT 系统，变压器中性点不接地， 外露可导电部分采用共同的接地极接地。 低压配电系统配置完善的漏电保护装置。当绝缘下降到整定值时，由绝缘监测装置发出报警信号；当发生第二次接地故障时，由过电流保护器或剩余电流保护器切断故障回路。

井下井筒内或水平巷道高压电力电缆敷设采用低烟无卤阻燃型粗钢丝铠装电力电缆或低烟无卤阻燃型细钢丝铠装电力电缆， 固定敷设的低压电缆采用低烟无卤阻燃型细钢丝铠装交联聚乙烯电缆；非固定敷设的高低压电缆采用阻燃型专用橡套软电缆。 移动式变电站的电源电缆采用井下矿用监视型屏蔽橡套电缆； 移动式或手持式电气设备及移动式照明线路采用橡套电缆； 固定式照明线路采用阻燃型塑料电缆。 本项目电缆下井和电缆在巷道敷设见图2。

图2 电缆下井和电缆在巷道敷设

5 井下照明系统及应急供电设施

井下照明线采用三相三线制供电系统。 照明电源引自巷道内就近变配电室380 V 母线段。 主要巷道的固定式照明电压为220 V 或127 V， 由380 V/220 V或380 V/127 V 照明专用变压器供电，天井以及回采工作面之前的固定式照明电压为36 V，采掘工作面的固定式照明电压为36 V，由380 V/36 V 照明专用变压器供电，行灯电压采用36 V。 配电硐室、控制室、信号站和水泵房等安装有机电设备的硐室、器材库、修理硐室、运输巷道以及安全出口、溜井井口等易发生危险的地点，均需要安装固定式照明装置。采掘工作面的照明使用与主机配套的灯具， 无爆炸危险环境的采掘工作面采用移动式照明， 照明灯具采用矿用一般型灯具。

井下配电硐室、主要排水泵房、控制室、提升机房、 通风机房以及矿山救护值班室等设置自带蓄电池和充电装置的应急照明灯具， 非消防工作区域继续工作应急照明连续供电时间不少于120 min，消防应急照明和灯光疏散指示标志的备用电源的连续工作时间不少于30 min。 可在发生断电故障后继续提供照明，供人员安全撤离，防止碰撞、践踏等其他意外事故发生。

新城矿区、 滕家矿区和曲家矿区的-930 m 中段，各设置1 个80 人避灾硐室。 在红布矿区的-930 m中段设置1 个30 人避灾硐室。二期工程仅在新城矿区和曲家矿区之间-1 330 m 中段设置1 个80 人避灾硐室。 井下各避灾硐室均采用低压双回路电源供电，电源引自附近低压配电硐室。在硐室内设置双电源自动切换装置，并设置1 套200 kW（380 V）自带蓄电池的EPS 作为避险硐室的备用电源， EPS 持续工作时间不少于96 h， 避灾硐室内还需要配置数量不少于额定人数的逃生用矿灯。

6 井下供电系统的控制

矿井主排水控制采用集中化、智能化、高可靠性的矿用安全型矿井水压实时监测系统， 可对矿井下几个乃至上百个分布式水文观测孔的水压、 水位进行“一线多点”式的超远距离地面集中实时监测。 实时监测数据能及时反映当前矿井不同地质层位的水压、 水位及动态变化情况。 PLC 可自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行； 动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警；同时，还可与触摸屏及地面监测监控主机通信，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。

通风机集中控制系统主要完成在地面集控中心对矿井通风机的远程开停、自动控制、在线监测。 结合现场实际和需求，在主要配风巷口设置可调风门，主扇辅扇风机配备变频调速器，适当地点设置风质、风速等检测传感器，形成一套可以根据时间、地点、风质、风量等要素对风机、风门进行联合调控、超限报警、数据存储、无人值守、远程三遥（遥信、遥测、遥控）的自动化控制系统，达到减员提效的目的。

井下供配电系统控制方式，拟由所属矿区35 kV总降压站的后台系统直接管控， 井下各变电所只配备综保和后台装置， 然后再将总降压站的综保后台系统集成到集控中心，实现远程遥信、遥测、遥控、遥视总降压站无人值守。同时，在井下各变电所设置工业电视摄像头，与井下移动通信、固定电话一起，作为远程控制的监视、联系手段。

7 井下接地系统

井下各高压配电硐室接地母线与附近的排水、压送空气等金属管路、金属构件等可导电部分通过25 mm×4 mm 热镀锌扁钢做总等电位连接。 设备的外露可导电部分和构架均通过25 mm×4 mm 热镀锌扁钢接地。使用矿用电缆配电的移动式、手持式电气设备及照明灯具的金属外壳， 采用配电电缆的接地芯线与总接地网可靠连接。

井下各开采水平的主接地装置和所有局部接地装置通过接地干线相互连接，构成水平接地网；各开采水平接地网之间也通过接地干线相互连接， 构成井下整体接地网。 井下专用接地干线与井下主接地极的接地支线采用40 mm×4 mm 热镀锌扁钢， 其他井下接地线和井下等电位联结导线采用25 mm×4 mm 热镀锌扁钢。

本工程曲家矿区、滕家矿区井下-1 030 m 和-1 330 m 中段分别设置2 组主接地极， 设置于主、副水仓中，并将上述两个中段的主接地可靠连接。新城矿区井下-930 m 和1 330 m 中段分别设置2 组主接地极。 局部接地装置设置在各矿区装有电气设备的硐室和单独设置的高低压配电硐室等区域外的巷道水沟中。

井下主接地极采用热镀锌钢板， 钢板厚度不小于8 mm，局部接地接钢板不小于6 mm。当任一组主接地极断开时在井下接地网上任一接地点测得的接地电阻不大于2 Ω， 每一移动式和手持式电力设备与最近的接地极之间的保护接地电缆芯线和其他接地线的电阻值不大于1 Ω。 具体见图3。

图3 井下接地系统示意

8 经验总结

综上所述，针对该项目井下负荷大、距离远的特点，本次供电设计采用了提高主供电网络电压等级、采用模块化变配电所设计、应用智能化设备等措施：1）在各矿区设置应急柴油发电机组，为人员提升设备、井下排水设备、消防设施等一级负荷提供保安电源。避灾硐室除采用正常电源供电外，还配有专用应急供电电源（EPS）。 2）井下中央排水配电室深入负荷中心，紧邻排水泵房和提升机装置附近，为井下各中段用电设备提供可靠电源。 3）井下各开采水平的主接地装置和所有局部接地装置通过接地干线相互连接，构成水平接地网，各开采水平接地网之间也通过接地干线相互连接，构成井下整体接地网。通过上述措施， 该项目井下供配电系统设计实现了安全可靠且智能化的目的。 该项目投产后供电设施均能满足生产需求，电网结构合理，供电安全可靠。