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黑龙沟煤矿供电系统设计 陈银田 （天地科技股份有限公司 开采设计事业部， 北京 100013） ［摘 要］ 黑龙沟煤矿改扩建并新建选煤厂及生活区后， 原有供电系统不能满足新增用电负荷； 由于征地等多方面原因， 大保当 110kV 变电站主变难以更换、 增加新的 35kV 电源点几无可能。 针对 黑龙沟煤矿供电系统的现状和面临的困难， 提出了基于充分利用原有废弃资源的供电系统改造方案， 化解了矿井建设运营的制约性因素。 经过投资估算， 改造利用原有废弃资源的方案投资比更换大保当 110kV 变电站主变方案或敷设新的 35kV 线路方案的费用均有所节省。 ［关键词］ 供电系统； 线路； 线路调压器； 载流量； 压降 ［中图分类号］ TD614. 2 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1006-6225 （2016） 04-0037-03 Power Supply System Design of Heilonggou Coal Mine ［收稿日期］ 2016-01-04［DOI］ 10. 13532/ j. cnki. cn11-3677/ td. 2016. 04. 009 ［作者简介］ 陈银田 （1967-）， 男， 湖南邵阳人， 高级工程师， 现任天地科技设计院电气所所长， 从事煤炭工程电控设计。 ［引用格式］ 陈银田 . 黑龙沟煤矿供电系统设计 ［J］ . 煤矿开采， 2016， 21 （4） 37-39. 1 问题的提出 黑龙沟煤矿 （以下简称黑矿） 位于陕西省神 木县西南， 生产规模由 0. 9Mt/ a 改扩建为 1. 80Mt/ a 并新建选煤厂及生活区。 由于上级变电所无法满 足黑矿改扩建后的电力需求， 供电问题成为黑矿建 设的制约因素。 为此， 需设计新的供电系统方案。 2 供电系统现状 （1） 黑矿已建有 35kV 变电所一座， 双回路 35kV 电源引自大保当 110kV 变电站， 供电距离 24km， 架空线规格均为 LGJ-185。 一回路运行， 另一回路带电备用。 黑 矿 35kV 变 电 所 2 台 主 变 容 量 为 2 12. 5MVA， 大保当 110kV 变电站 2 台主变容量为 1 31. 5MVA116MVA。 （2） 黑矿在建设 35kV 变电所以前地面有一座 10kV 变电所， 10kV 电源一回路引自距矿井 12km 的锦界 110kV 变电站， 导线为 LGJ -120 （锦界 110kV 站 3 台主变容量为 131. 5MVA263MVA， 31. 5MVA 主变向黑矿提供 10kV 电源）， 另一回路 引自距矿井 17km 的大保当 110kV 变电站 （大保当 110kV 变电站 2 台主变容量为 1 31. 5MVA 1 16MVA， 31. 5MVA 主变向黑矿提供 10kV 电源）， 导线为 LGJ-50。 这两回线路已停止运行， 但尚未 拆除。 （3） 黑矿现有负荷 5MVA； 大保当 110kV 变 电站 31. 5MVA 主变现有负荷约 15MVA， 16MVA 主变现有负荷约 9MVA， 两台主变的余量分别为 16MVA， 7MVA。 3 用电负荷及供电系统存在的问题 3. 1 用电负荷分类汇总 根据黑矿工业场地地形及生产流程， 地面用电 负荷可按上下两个平台分类， 上部平台包括新建的 选煤厂和生活区， 下部平台包括生产及辅助生产设 施， 井下负荷可以并入下部平台汇总。 用电负荷分 类汇总见表 1。 表 1 用电负荷分类汇总 名称 有功功 率/ MW 无功功 率/ Mvar 视在功 率/ MVA 备注 上部平台负荷5. 670. 9455. 750 下部平台负荷112. 70011. 327 全矿井负荷153. 28015. 460同时系数取 0. 9 3. 2 供电系统改造难点分析 根据表 1， 改扩建后， 全矿井用电负荷 （视在 功率） 为 15. 460MVA， 相比原有负荷 （5MVA）， 增 加 负 荷 10. 46MVA。 大 保 当 110kV 变 电 站 31. 5MVA 主变余量为 16MVA， 可以满足新增加的 10. 46MVA 用电负荷； 16MVA 主变余量为 7MVA， 不能满足新增加的 10. 46MVA 用电负荷， 存在 3. 46MVA 的缺量。 据了解， 大保当 110kV 变电站 近期没有更换 16MVA 主变的计划。 当大保当 110kV 变电站 31. 5MVA 主变或由该 主变供电的 35kV 架空线路发生故障时， 黑矿的用 电需求得不到保障， 因此必须考虑使用新的电源。 而新的 35kV 电源点困难重重 敷设新线路征 73 第 21 卷 第 4 期 （总第 131 期） 2016 年 8 月 煤 矿 开 采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 21No. 4 （Series No. 131） August 2016 ChaoXing 地难、 供电部门审批难， 短期内不可能解决。 改扩 建工程实施在即， 电源问题将制约该工程的实施与 验收。 形势所迫必须深入考虑利用原有废弃的 10kV 架空线路的可能性， 变废为宝， 解决矿井电 源问题。 4 供电系统方案设计 4. 1 供电系统方案 根据 表 1， 矿 井 下 部 平 台 及 井 下 负 荷 为 11. 327MVA， 相比原有负荷 （5MVA）， 增加负荷 6. 327MVA。 这个新增负荷， 大保当 110kV 变电站 2 台主变均可以承担 （目前两台主变的余量分别为 16MVA， 7MVA）。 黑矿 35kV 变电所 2 台主变容量 为 212. 5MVA， 任意 1 台主变都可以满足矿井下 部平台及井下负荷的供电。 因此， 可以考虑由黑矿 35kV 变电所负责矿井下部平台及井下负荷的供电。 如表 1 所示， 上部平台负荷为 5. 750MVA， 这 个负荷需要通过原有 10kV 架空线路来承担。 原有 2 回 10kV 架空线路分别引自锦界 110kV 变电站 （LGJ-120， 12km） 和大保当 110kV 变电站 （LGJ- 50， 17km）， 锦界110kV 变电站和大保当110kV 变 电站 主 变 容 量 均 为 31. 5MVA， 都 可 以 满 足 5. 75MVA 的用电需求。 由于锦界 110kV 变电站距 离较近， 因此考虑由锦界 110kV 变电站负责上部 平台负荷的供电。 由此确定的供电方案为 黑矿 35kV 变电所维 持不变， 2 回引自大保当 110kV 变电站的 35kV 线 路维持不变； 由锦界 110kV 变电站引来的 10kV 架 空线路经改造后 （LGJ-300/12km） 作为上部平台 的备用电源， 上部平台的工作电源由矿井 35kV 变 电所提供 （YJV22-10-3240/1. 2km）。 正常运行时， 黑矿 35kV 变电所 2 台主变 （2 12. 5MVA） 同时运行， 一台主变负担下部平台及 井下负荷 （11. 327MVA）， 另一台主变负担上部平 台负荷 （5. 750MVA）。 故障源及故障运行方式列 表说明， 详见表 2。 表 2 电源故障分析 故障 编号 故障源电源缺失分析运行方式 电源满 足率/ ％ 1 大保当 110kV 站 16MVA 主 变故障 31. 5MVA 主变余量比黑矿总负荷稍大 16MVA＞15. 46MVA 维持正常运行工况100 2 大保 当 110kV 站 31. 5MVA 主变故障 16MVA 主 变 余 量 比 黑 矿 总 负 荷 小 （ 7MVA ＜ 15. 46MVA ），电 源 缺 失 8. 46MVA 一台主变运行， 备用电源投入运行， 提供 8MVA 电源 97. 0 3 大 保 当 110kV 站 至 黑 矿 35kV 一回故障 另一回线路可担负全部负荷维持正常运行工况100 4 黑矿 35kV 变电所一台主变 故障 另一台主变可担负 12. 5MVA， 电源缺失 2. 96MVA 未故障主变负担下部平台及井下负荷， 备用 电源投入运行， 负担上部平台负荷 5. 75MVA 100 通过对 4 类电源故障进行分析， 故障 1， 3， 4 三类故障的电源满足率可达 100％， 故障 2 电源满 足率为 97％， 完全可以满足一、 二类用电负荷。 供电方案示意图见图 1。 图 1 供电方案示意 4. 2 供电系统方案校核 正常运行方式下需要校核项目 大保当 110kV 变电站至黑矿 35kV 变电所的 35kV 架空线路、 黑 矿 35kV 变电所至黑矿上部平台的 10kV 电缆线路。 事故运行方式下需要校核 大保当 110kV 变 电站至黑矿 35kV 变电所的 35kV 架空线路、 锦界 110kV 变电站至黑矿上部平台的 10kV 架空线路。 校核结果详见表 3 ～ 表 5， 其中表 5 按故障 2 校核。 表 3 大保当 110kV 站至黑矿 35kV 架空线路校核 项目线路 1 校核线路 2 校核 视在功率/ MVA11. 3275. 75 计算电流/ A186. 894. 9 计算经济截面/ mm2162. 582. 5 实际截面规格/ mm2185185 实际截面载流量/ A456456 24km 线路压降/ ％5. 942. 73 表 4 黑矿 35kV 站至上部平台 10kV 电缆线路校核 项目校核结果 视在功率/ MVA5. 75 计算电流/ A332 计算经济截面/ mm2147. 60 实际截面规格/ mm2240 实际截面载流量/ A480 1. 2km 线路压降/ ％0. 68 分析表 3 可知， 大保当 110kV 站至黑矿 35kV 架空线路 （LGJ-185） 的载流量、 经济电流密度均 符合要求， 承担上部平台负荷线路压降符合要求； 承担下部平台及井下负荷线路压降稍大 （5. 94％ ＞ 83 总第 131 期煤 矿 开 采2016 年第 4 期 ChaoXing 5％）， 正常运行方式下， 可以将部分负荷转移至 另一条线路上， 确保压降不大于 5％； 由于变压器 或线路故障为偶发事件， 短时间 5. 94％ 的压降可 以接受。 因此， 该线路满足供电要求。 分析表 4 可知， 黑矿35kV 站至上部平台10kV 电缆线路 （YJV22-10-3240） 的载流量、 经济电 流密度、 压降均符合要求， 该线路满足供电要求。 表 5 锦界 110kV 站至上部平台 10kV 架空线路校核 项目校核结果 视在功率/ MVA8 计算电流/ A462 计算经济截面/ mm2401 实际截面规格/ mm2300 实际截面载流量/ A538 12km 线路压降/ ％15. 85 分析表 5 可知， 锦界 110kV 站至上部平台 10kV 架空线路 （LGJ-300） 的载流量、 经济电流 密度均符合要求； 线路压降偏大 （15. 85％ 远大于 5％）， 难以满足要求， 需要采取末端调压措施。 在锦界 110kV 站至上部平台 10kV 架空线路末 端杆附近设置线路调压器， 型号为 SVR-8/10. 5- 9， 容量为 8MVA， 输出电压为 10. 5kV， 调压范围 为 0 ～20％。 线路调压器作为线路的一部分， 串接 在架空线终端杆与上部平台变电所进线断路器之 间。 通过采取线路末端调压措施后， 该线路也满足 供电要求。 4. 3 供电系统方案所涉及的新增或改造工程 （1） 新增工程 黑矿 35kV 站 10kV 开关柜 1 台、 黑矿 35kV 站 至 上 部 平 台 10kV 电 缆 线 路 （YJV22-10-3240， 1. 2km）、 上部平台线路调压 器 （SVR-8/10. 5）、 户外 10kV 断路器 1 台 （设置 在架空线终端杆与线路调压器之间）。 （2） 改造工程 锦界 110kV 站至上部平台的 10kV 架空线路 （12km， 由 LGJ-120 改造为 LGJ- 300）。 4. 4 供电方案改造不同方案投资对比 新增工程所需资金为 130 万元、 改造工程所需 资金为 120 万元， 总计 250 万元。 为进行经济比较， 对实施难度很大的更换主变 （大保 当 110kV 变 电 站 将 16MVA 主 变 更 换 为 31. 5MVA） 方案及敷设新的 35kV 线路 （由锦界 110kV 变电站敷设 14km 架空线路， 架空线规格均 为 LGJ-185） 方案的投资进行测算。 （1） 更换主变方案 31. 5MVA 主变约 220 万， 大保当 110kV 站改造约 40 万， 黑矿 35kV 站约 20 万， 总计 280 万元。 （2） 敷设新的 35kV 线路方案 14km 架空线 路约 420 万， 锦界 110kV 站改造约 40 万， 黑矿 35kV 站约 20 万， 总计 480 万元。 两种方案对比可知， 采取更换主变方案， 可充 分利用原有已废弃的供电线路资源， 更经济实用。 5 结 论 通过分析黑龙沟煤矿用电负荷的分区特点， 充 分利用原有已废弃的供电线路资源， 提出了既节省 投资， 又满足安全、 稳定、 经济运行要求的供电系 统改造方案。 解决了制约矿井建设运营的瓶颈， 为 综合利用矿井原有资源提供了一个工程设计案例。 ［参考文献］ ［1］ 何利铨 . 电力系统无功功率与有功功率控制 ［M］ . 重庆 重 庆大学出版社， 1995. ［2］ 刘介才 . 工厂供电 ［M］ . 北京 机械工业出版社， 2000. ［3］ 中华人民共和国建设部 . GB50215-2005 煤炭工业矿井设计 规范 ［Z］ . 2006-01-01. ［4］ 李军鹏 . 馈线自动调压器的应用 ［J］ . 农村电气化， 2008 （10） 18-19. ［5］ 中华人民共和国住房和城乡建设部 . GB50070-2009 矿山电 力设计规范 ［Z］ . 2009-12-01. ［6］ 陈银田 . 线路自动调压器在宏亚煤矿的应用 ［J］ . 煤矿开采， 2015， 20 （6） 47-48.［责任编辑 周景林］ “十三五” 能源规划即将出台 经历数次征求意见， “十三五” 能源规划出台在即。 “十三五” 期间我国能源消费总量计划控制在 5Gt 标准煤以内， 其中煤炭消费基本 达到峰值， 总量控制在 4. 1Gt 以内， 比重降低到 58％以下， 而非化石能源消费比重则提高到 15％以上。 与 “十二五” 不同， 未来 5 年能源发展的首要政策取向是调整存量、 做优增量， 积极化解过剩产能。 “十三五” 前 3 年原则上不上新 的煤炭、 炼油项目， 而煤电、 煤化工的核准 “冰冻期” 则是 2a。 同时明确提出放缓风电、 光伏发展节奏， 力争用 2a 时间将弃风、 弃光率 控制在合理水平。 在此之下， 水电、 核电成为补齐结构短板的新发力点， 将超前规划、 适度加大开工规模。 按照规划， “十三五” 期间淘汰退出煤炭产能 0. 5Gt 左右， 减量重组 0. 5Gt 左右， 煤炭产能控制在 4Gt 以内， 14 个大型煤炭生产基地生 产能力达到全国的 95％。 目前这一战役已经全面打响， 2016 年去产能的任务就占到了总目标份额的一半左右， 相关省 （市、 区） 都签了 “军令状”。 国务院把化解过剩产能目标落实情况列为中央重大决策部署监督检查的重要内容， 2016 年 6 月以来国家发改委分多路实地督查 去产能成效。摘自 煤炭信息 周刊 2016 年第 26 期 93 陈银田 黑龙沟煤矿供电系统设计2016 年第 4 期 ChaoXing