分析露天煤礦供電係統的優化應用

    應用技術

    作者：韓玉林

    [摘 要]隨著煤炭市場的不斷發展的需求，我國很多煤礦都在進行礦坑改擴建，而這種改擴建的生產要求已經不是原有的煤礦供電係統所能滿足的，因此為了提高煤礦供電係統的可靠性與穩定性以及有效的保證礦坑安全經濟的進行生產，對煤礦供電係統進行優化的是目前非常重要的一環。位於內蒙古自治區準格爾旗境內的哈爾烏素露天煤礦是新中國建成後的第一座大型機械化的露天煤礦，本文主要以該露天煤礦為例來分析如何對露天煤礦供電係統進行優化改造。

    [關鍵詞]露天煤礦；供電係統；優化應用

    中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）30-0383-02

    聞名全國的露天煤礦有五個，包括內蒙古霍林河露天煤礦，也是我國第一個現代化的露天煤礦；內蒙古元寶山露天煤礦、內蒙古伊敏露天煤礦、內蒙古岱溝露天煤礦和陝西省平朔的安太寶露天煤礦也是中國較大的露天煤礦。另外中國設計產量最大的露天煤礦是位於內蒙古自治區準格爾旗境內的哈爾烏素露天煤礦，本文根據該露天煤礦近年來的生產情況以及現場采掘實際供電的特點，通過分析影響該露天煤礦供電可靠性的因素闡述了如何提高露天煤礦的可靠性。

    一、煤礦供電係統

    露天煤礦主要是采用露天采掘的方式生產煤炭。而煤礦生產的重要動力來源於煤礦的供電係統，因此煤礦生產是否能夠安全穩定的運行以及煤炭的生產成本直接受到煤礦供電係統設計優劣情況的影響。近年來，隨著我國煤礦開采水平的不斷提升、生產能力大幅度的提高、坑下采掘機械化程度的提高以及大型電器設備在煤礦電力係統中的不斷應用，合理優化煤礦供電係統就顯得十分必要了。

    二、露天煤礦對供電係統可靠性的基本要求

    因為煤礦生產設備的效率以及保證露天煤礦的經濟效益，很大程度上受到供電係統運行方式的影響，因此要保證露天煤礦生產設備的生產效率就要保證露天煤礦的供電可靠性。體現了煤礦供電單位的技術水平與管理水平的高低。

    對於露天采礦現場的架空供電線路而言，根據國標GB《礦山電力設計規範》與《電能質量供電電壓允許偏差》的標準要求不能少於兩回路。對於至少兩回路供電的線路來說，要求每回路的供電能力必須不得低於全部電力負荷的70%；而對於三回路供電的線路來說，要求每回路的供電能力不得低於全部電力負荷的50%。其中沿采礦場邊緣架設的環形或半環形的固定時、放射式或者幹線式的供電線路是適用於采礦場的供電線路的。對於高壓電力網配電電壓而言，應該采用6kV 或 10kV的電壓；對於供電電壓等於以及高於35kV的偏移不得超過額定電壓的±5%；而低於或等於10kV的三相供電電壓則允許偏差是額定電壓的±7%。

    三、哈爾烏素露天煤礦概述

    哈爾烏素露天煤礦位於內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗東部，於2008年正式建設，屬於晉陝蒙交界地區，北鄰已建成的岱溝露天煤礦。設計年生產原煤2000萬噸，露天采區共含煤12層，其中6號煤層是主要的可采層，煤層平均厚度為20.01米，是中國設計產量最大的露天煤礦。

    哈爾烏素露天煤礦遵照“高起點、高質量、高技術、高效益”的建設方針，在引進、吸收、消化國內外露天煤礦先進開采技術經驗的基礎上，堅持科技領先、優質高效發展的理念並應用現代自信科技手段提升生產工藝，形成了以生產規模最大化、技術裝備最大化以及管理手段信息化為特征的哈爾烏素露天煤礦新模式。哈爾烏素露天煤礦的建設必將影響和促進地方經濟的發展。但因該露天煤礦地處鄂爾多斯高原，周邊地形較複雜，水土流失及其嚴重特別是自然環境十分惡劣，受氣候環境（大風、風蝕沙化、冰雪）和季節因素等的影響嚴重影響了煤礦供電係統的安全可靠性，一定程度上降低了煤礦的生產水平與生產量。

    哈爾烏素露天煤礦的開采方式主要是采用推進回填的方式，因為生產工藝具有特殊性，因此煤礦采掘的現場生產設備需要分布在不同台階的不同工作麵。該煤礦露天生產的特點是供電線路要沿著各台階敷設為設備供電。采掘現場是由三條35KV高壓架空線沿著采場邊緣架設的半環形線路來供電，從架空線路T接入多台35/6.3KV的移動變電站均分布在采掘現場端幫周圍，被放置於野外無人值守。向采掘現場內各台階用電設備供電是由6.3KV配出櫃完成的。供電線路在敷設供電電纜過程中，需要跨越台階、端幫道路以及剝離現場的道路等的情況，這就使得供電線路在露天煤礦采掘現場出現相互交叉、跨越的狀況。另外用電設備通常都是移動式的大型采礦用電設備，並且這些設備會隨著采掘工作麵不斷推進出現一係列問題，如生產設備的位置發生變動，供電電纜出現經常性移動、縮短或延長等現象。因此為保障供配電係統可靠運行，合理分配電力負荷、優化用電設備的供電距離、增強用電設備線路的安全保護工作以及提高檢修和維護質量是露天煤礦供電工作中的重點。

    （一）哈爾烏素露天煤礦供電係統概況

    哈爾烏素露天礦變電所兩回110kV電源線路引自坑口電廠，架空供電線路長度約25km，單塔雙回。露天煤礦變電所有兩台SFZ9-80000/110、110/38.5/6.3kV三卷變壓器，110kv、35kv與6kv配電裝置都被設置在室內，其中6kv側是單母線分段結線方式；35kv側是雙母線結線；110kv側是單母線分段結線。露天礦采掘現場的是架空路線為35kv的配電，且線路主要采用集中補償。

    露天煤礦采掘現場北部和南部架設的兩回環坑線路主要有兩種幹線：北部幹線也稱A幹線是，指一回線路從變電所到露天煤礦采掘現場的西部，環西部至北部；南部幹線也稱B幹線，主要是指一回線路到露天煤礦采掘現場的東部。為露天煤礦采掘現場的單鬥挖掘機和鑽機配電主要經過35/6.3kv的移動變電站。但因為哈爾烏素露天煤礦毗鄰已經建好的岱溝露天煤礦，受到岱溝露天礦生產、哈爾烏素露天礦產能擴大、外排能力不足、內排條件不充分以及拆遷征地等問題的影響，導致為排土作業讓路的情況，即35kV的配電裝置環坑架空354#北部幹線從礦坑西側排上場附近打斷。實踐證明礦內的用電設備數量相對較多，均為移動設備且電力負荷都是不同的，因此對供電可靠性的管理的要求就變得更高。

    （二）供電係統存在的問題

    由於露天煤礦生產規模的擴大，礦坑下的用電設備受供電距離、不均勻的電力負荷以及由現場作業環境造成的線路損傷等的影響，這些設備的帶電停機時間嚴重影響了產量。

    1.用電設備的供電距離

    根據《煤礦安全規程》的要求，礦坑應該有兩回電源供電，這樣就會使得當任意一回路在因發生故障而停止供電的情況下，另一回路的電源應該能夠負擔得起礦坑的全部電力負荷。由露天煤礦生產規模的擴大的同時使得礦坑下的用電設備的裝機容量也不斷增加。針對裝機容量最大的用電設備來說，在挖掘機進行挖掘作業時會產生非常大的電流，進而導致電網電壓出現波動的狀況，這一係列的情況最終都會嚴重影響到設備自身以及與設備進行配合的鑽機的正常生產作業。因此為保證並提高用電設備的生產效率就應該合理的控製用電設備的供電距離以及嚴格控製供電電纜的使用規格。

    2.線路損傷

    線路損傷主要是由於露天煤礦在進行現場作業時因為周圍的環境而導致的線路損傷問題。用電設備發生移動的同時供電線路也會隨之移動，而這一過程中就有可能使線路的連接部件耦合器發生拖拽損傷的情況並破壞其密封性能，從而導致事故停電的現象。另外進行現場作業時常常會有塌方的石塊，而這些石塊也會砸傷破壞電纜線路；耦合器內部進水現象在采掘現場也是經常出現的；在采掘現場中，鋪設電纜通常都會沿著路邊或者擋牆，而這些電纜就會在利用工程設備進行道路修築作業時被損傷。總之采掘現場總會出現一些相互矛盾的現象，從而影響了生產設備的供電可靠性。

    3.不均勻的電力負荷