露天煤矿供电系统的优化应用

[摘 要]随着煤炭市场的不断发展的需求,我国很多煤矿都在进行矿坑改扩建,而这种改扩建的生产要求已经不是原有的煤矿供电系统所能满足的,因此为了提高煤矿供电系统的可靠性与稳定性以及有效的保证矿坑安全经济的进行生产,对煤矿供电系统进行优化的是目前非常重要的一环.位于内蒙古自治区准格尔旗境内的哈尔乌素露天煤矿是新中国建成后的第一座大型机械化的露天煤矿,本文主要以该露天煤矿为例来分析如何对露天煤矿供电系统进行优化改造.

[关 键 词]露天煤矿；供电系统；优化应用

中图分类号：TD82文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）30-0383-02

闻名全国的露天煤矿有五个,包括内蒙古霍林河露天煤矿,也是我国第一个现代化的露天煤矿；内蒙古元宝山露天煤矿、内蒙古伊敏露天煤矿、内蒙古岱沟露天煤矿和陕西省平朔的安太宝露天煤矿也是中国较大的露天煤矿.另外中国设计产量最大的露天煤矿是位于内蒙古自治区准格尔旗境内的哈尔乌素露天煤矿,本文根据该露天煤矿近年来的生产情况以及现场采掘实际供电的特点,通过分析影响该露天煤矿供电可靠性的因素阐述了如何提高露天煤矿的可靠性.

一、煤矿供电系统

露天煤矿主要是采用露天采掘的方式生产煤炭.而煤矿生产的重要动力来源于煤矿的供电系统,因此煤矿生产是否能够安全稳定的运行以及煤炭的生产成本直接受到煤矿供电系统设计优劣情况的影响.近年来,随着我国煤矿开采水平的不断提升、生产能力大幅度的提高、坑下采掘机械化程度的提高以及大型电器设备在煤矿电力系统中的不断应用,合理优化煤矿供电系统就显得十分必要了.

二、露天煤矿对供电系统可靠性的基本要求

因为煤矿生产设备的效率以及保证露天煤矿的经济效益,很大程度上受到供电系统运行方式的影响,因此要保证露天煤矿生产设备的生产效率就要保证露天煤矿的供电可靠性.体现了煤矿供电单位的技术水平与管理水平的高低.

对于露天采矿现场的架空供电线路而言,根据国标GB《矿山电力设计规范》与《电能质量供电电压允许偏差》的标准要求不能少于两回路.对于至少两回路供电的线路来说,要求每回路的供电能力必须不得低于全部电力负荷的70%；而对于三回路供电的线路来说,要求每回路的供电能力不得低于全部电力负荷的50%.其中沿采矿场边缘架设的环形或半环形的固定时、放射式或者干线式的供电线路是适用于采矿场的供电线路的.对于高压电力网配电电压而言,应该采用6kV或10kV的电压；对于供电电压等于以及高于35kV的偏移不得超过额定电压的±5%；而低于或等于10kV的三相供电电压则允许偏差是额定电压的±7%.

三、哈尔乌素露天煤矿概述

哈尔乌素露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部,于2008年正式建设,属于晋陕蒙交界地区,北邻已建成的岱沟露天煤矿.设计年生产原煤2000万吨,露天采区共含煤12层,其中6号煤层是主要的可采层,煤层平均厚度为20.01米,是中国设计产量最大的露天煤矿.

哈尔乌素露天煤矿遵照“高起点、高质量、高技术、高效益”的建设方针,在引进、吸收、消化国内外露天煤矿先进开采技术经验的基础上,坚持科技领先、优质高效发展的理念并应用现代自信科技手段提升生产工艺,形成了以生产规模最大化、技术装备最大化以及管理手段信息化为特征的哈尔乌素露天煤矿新模式.哈尔乌素露天煤矿的建设必将影响和促进地方经济的发展.但因该露天煤矿地处鄂尔多斯高原,周边地形较复杂,水土流失及其严重特别是自然环境十分恶劣,受气候环境（大风、风蚀沙化、冰雪）和季节因素等的影响严重影响了煤矿供电系统的安全可靠性,一定程度上降低了煤矿的生产水平与生产量.

哈尔乌素露天煤矿的开采方式主要是采用推进回填的方式,因为生产工艺具有特殊性,因此煤矿采掘的现场生产设备需要分布在不同台阶的不同工作面.该煤矿露天生产的特点是供电线路要沿着各台阶敷设为设备供电.采掘现场是由三条35KV高压架空线沿着采场边缘架设的半环形线路来供电,从架空线路T接入多台35/6.3KV的移动变电站均分布在采掘现场端帮周围,被放置于野外无人值守.向采掘现场内各台阶用电设备供电是由6.3KV配出柜完成的.供电线路在敷设供电电缆过程中,需要跨越台阶、端帮道路以及剥离现场的道路等的情况,这就使得供电线路在露天煤矿采掘现场出现相互交叉、跨越的状况.另外用电设备通常都是移动式的大型采矿用电设备,并且这些设备会随着采掘工作面不断推进出现一系列问题,如生产设备的位置发生变动,供电电缆出现经常性移动、缩短或延长等现象.因此为保障供配电系统可靠运行,合理分配电力负荷、优化用电设备的供电距离、增强用电设备线路的安全保护工作以及提高检修和维护质量是露天煤矿供电工作中的重点.

(一)哈尔乌素露天煤矿供电系统概况

哈尔乌素露天矿变电所两回110kV电源线路引自坑口电厂,架空供电线路长度约25km,单塔双回.露天煤矿变电所有两台Z9-80000/110、110/38.5/6.3kV三卷变压器,110kv、35kv与6kv配电装置都被设置在室内,其中6kv侧是单母线分段结线方式；35kv侧是双母线结线；110kv侧是单母线分段结线.露天矿采掘现场的是架空路线为35kv的配电,且线路主要采用集中补偿.

露天煤矿采掘现场北部和南部架设的两回环坑线路主要有两种干线：北部干线也称A干线是,指一回线路从变电所到露天煤矿采掘现场的西部,环西部至北部；南部干线也称B干线,主要是指一回线路到露天煤矿采掘现场的东部.为露天煤矿采掘现场的单斗挖掘机和钻机配电主要经过35/6.3kv的移动变电站.但因为哈尔乌素露天煤矿毗邻已经建好的岱沟露天煤矿,受到岱沟露天矿生产、哈尔乌素露天矿产能扩大、外排能力不足、内排条件不充分以及拆迁征地等问题的影响,导致为排土作业让路的情况,即35kV的配电装置环坑架空354#北部干线从矿坑西侧排上场附近打断.实践证明矿内的用电设备数量相对较多,均为移动设备且电力负荷都是不同的,因此对供电可靠性的管理的要求就变得更高.（二）供电系统存在的问题

由于露天煤矿生产规模的扩大,矿坑下的用电设备受供电距离、不均匀的电力负荷以及由现场作业环境造成的线路损伤等的影响,这些设备的带电停机时间严重影响了产量.

1.用电设备的供电距离

根据《煤矿安全规程》的要求,矿坑应该有两回电源供电,这样就会使得当任意一回路在因发生故障而停止供电的情况下,另一回路的电源应该能够负担得起矿坑的全部电力负荷.由露天煤矿生产规模的扩大的同时使得矿坑下的用电设备的装机容量也不断增加.针对装机容量最大的用电设备来说,在挖掘机进行挖掘作业时会产生非常大的电流,进而导致电网电压出现波动的状况,这一系列的情况最终都会严重影响到设备自身以及与设备进行配合的钻机的正常生产作业.因此为保证并提高用电设备的生产效率就应该合理的控制用电设备的供电距离以及严格控制供电电缆的使用规格.

2.线路损伤

线路损伤主要是由于露天煤矿在进行现场作业时因为周围的环境而导致的线路损伤问题.用电设备发生移动的同时供电线路也会随之移动,而这一过程中就有可能使线路的连接部件耦合器发生拖拽损伤的情况并破坏其密封性能,从而导致事故停电的现象.另外进行现场作业时常常会有塌方的石块,而这些石块也会砸伤破坏电缆线路；耦合器内部进水现象在采掘现场也是经常出现的；在采掘现场中,铺设电缆通常都会沿着路边或者挡墙,而这些电缆就会在利用工程设备进行道路修筑作业时被损伤.总之采掘现场总会出现一些相互矛盾的现象,从而影响了生产设备的供电可靠性.

3.不均匀的电力负荷

通常情况下不均匀分布的电力负荷是由生产设备频繁移动造成的.工作进度不同,在同一或者不同的工作面之间,生产设备经常会在不同的工作位置进行调动,这种情况下就必须对供电线路进行临时改变调整.另外造成供电线路不均匀的电力负荷分布也是因为工程位置的紧张程度造成的,因为根据工程位置的紧张程度,在同一时期内,多台生产设备经常会集中到采场的某一局部位置.供电线路过长就会造成较大的线路电压损失,线路故障率升高就会影响到用电设备的可靠性.矿山电力负荷主要分为三类,但不管是哪一种类别的负荷都会导致重大设备被破坏且难以修复,造成大量减产,打乱生产过程从而造成经济损失甚至是造成生命危害.所以必须对供电线路做出相应的调整.

四、露天煤矿供电系统的优化

根据上文对哈尔乌素露天煤矿电力系统的概述本文提出了以下几种优化露天煤矿供电系统的方法.

优化露天煤矿供电系统首先要遵守以下几个原则

1.认真贯彻并实施相关国家安全生产的政策法规,严格遵照国家目前的煤矿安全设计技术规程与规范.

2.在充分了解露天煤矿供电系统的现状的前提下,坚持投资少、见效快并合理的减少改造工程量的原则,最大可能的使用安全可靠的电气设备和线路,从而达到技术先进、经济合理和安全可靠的目的.此外为保证安全可靠的供电还要实时改造或更换不符合要求和安全规范的技术.

3.从整体出发,树立全局的观念,对优化供电系统的方案要深入探讨并证明电源、负荷与线路布局是否具有合理性.对其安全可靠性和经济稳定性进行论证可以从定性和定量两个方面说明.

4.为建立完善并灵敏的检测保护系统就要求煤矿供电系统应尽量使用先进的技术和设施设备.

(二)供电系统的优化应用

1.为保证矿坑供电安全设计首先就要选择合理的供电电源,在矿坑资源整合后其负荷载流量和电压降的要求越来越高,因此电源线路的设计从发电厂升压站110KV母线出线,以减少系统电压损失.

2.矿坑变电站：根据露天矿开发方案设计,哈尔乌素露天矿110kv变电站主要设备的选型是110kv系统装有ZF5T-126型GIS全封闭组合电器,其有占地面积小、运行可靠性高,维护工作量小,不受外界环境条件的影响,无静电感应和电晕干扰等优点.35kv高压开关柜选用KYN37A-40?5铠装型移开式交流金属封闭开关柜46台；6kv低压开关柜选用KYN28A-12Z型开关柜18台.2012年对变压器进行更换（两台SZ11-80000/110）,从而应对露天矿用电设备负荷增加,保证可靠供电.

3.电网的优化

（1）电网优化首先要进行的就是对供电系统的优化,对坑下移动变电站进行合理的配置,尽量能够达到负荷中心.

（2）注重提高功率因数,哈尔乌素变电站安装了GWK-M型磁控动态无功补偿装置,补偿总容量12000kvar,从而保证局网功率因数的提升.

4.电缆的选择

煤矿供电系统中矿坑对电缆的选择要遵循以下原则：

（1）温升不超过绝缘材料的允许温升

（2）正常运行时电网的电压损失不超过允许值

（3）机械强度要满足规定的要求

5.防雷和接地

洪涝灾害或者雨雪的侵入都有可能影响电气设备的绝缘水平与使用寿命,应该在在变电站的35KV及6KV的母线上装设阀型避雷器,以防止雷电波侵入对电气设备造成破坏.变电站6KV出线装设三相三段式电流保护以及有选择的单相接地保护.

6.为了减少两回线路受到外部的影响以及减少发生故障的概率,两回线路必须分开,避开首采区和爆炸危险区.如果在矿坑变电站的进线处因地理环境等条件控制使线路不容易分开时,也要保证两回线路间应有的安全距离并尽量拉开,同时适当的增大杆塔的安全系数,避免因煤田的开采和气候变化等原因使两回线路同时出现故障.

结束语

煤矿供电系统是一个非常复杂的系统,其运行环境恶劣,大功率、大容量设备及电力电子设备较多,对电网运行性能的要求较高且对电网供电质量产生一定的影响.优化露天煤矿的供电系统有助于减少供电系统的电能损耗,因此为了提高供电的安全性与可靠性,可以采用先进的技术装备,在矿坑内设置各种安全、生产监测监控系统,不仅保障了矿坑的安全生产还有助于矿坑的生产自动化和管理信息化目标的实现,最终实现矿坑的综合自动化系统.