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工业电气设计|露天煤矿采掘场供配电系统的设计案例要

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露天采掘场是露天矿山最重要的生产单位,因此露天采矿矿内供配电系统是否合理直接关系到露天煤矿的生产。露天采掘场内的供配电系统的设计应综合考虑露天煤矿采掘场内的生产环境特点,如采掘场内的电气设备受到自然环境如风沙、雨、雪、雷电以及酷热和严寒的影响;采矿范围大,设备分散,用电设备需随工作面的推进频繁移动;采掘场内底板多为岩石或矿石,土壤电阻率较高;部分矿山爆破时引起的震动等。所以,露天煤矿采掘场内使用的电气设备应具有外壳坚固、防水防尘及便于安装、移动的特点。

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1、电源电压的确定

露天煤矿采场供电电压的等级,应根据露天矿境界范围、达产时的电力负荷、后期扩建后的电力负荷、供电距离对电压水平的影响,大型设备启动时对其他生产设备的影响、不同电压等级线路的损耗等因素来确定。一般情况下,考虑到生产设备分散和用电容量大的特点,可采用35kV 或 66kV。大中型露天矿一般设双回路电源。

由露天采场地面变电站( 所)供给采场内各用电设备的电压除考虑上述因素外,主要根据用电设备的电压等级来确定。一般情况下,采场内用电设备的额定电压多为6kV,所以大部分露天煤矿采场内的配电电压为6kV。当采场内采用10kV的用电设备时,采场内配电电压为10kV。

2、供配电系统的确定

露天煤矿供配电系统一般有以下几种:

(1)环形线—横式供电系统。如图1 所示,2回电源线路沿采掘场环形布置,并通过环形线路相互联络,形成环形线供电系统。在采掘场周围设置移动式变电站,由移动式变电站引至采掘场内的中压架空( 或电缆)线路垂直于采矿平台引至用电设备( 电铲、移动变电站等)或中压配电设备,构成横式供电系统。

图1 环形线—横式供电系统图

该配电方式的优点是由于与工作台阶垂直,因而受爆破影响小,并随着工作面的推进与延深,线路移动量较少,只需在原有线路的基础上接续即可,因此,该种供电方式可靠性较好。缺点是由于其与工作台阶垂直,当为架空线路时,线路维护和架设较困难,考虑到各种移动设备要从线下经过,所以线路电杆较高,移动较困难;当为电缆线路时,线路敷设较困难,在可能有车辆穿过的地方,需穿镀锌钢管埋地敷设,线路移动也较麻烦。

(2)环形线—纵式供电系统。如图2所示,2回电源线路沿采掘场环形布置,并通过环形线路相互联络,形成环形线供电系统。在采掘场周围设置移动式变电站,由移动式变电站引至采掘场内的中压架空( 或电缆)线路平行于采矿平台引至用电设备( 电铲、移动变电站等)或中压配电设备,构成纵式配电系统。

图2 环形线—纵式供电系统

该配电方式的优点是各种移动设备不通过线下或从线路上通过,不会发生碰线或压线等事故。缺点是受爆破影响较大,并随着工作面的推进与延深,线路移动量较大,在实践中由于爆破和移线而造成的停电时间较长,事故也较多。

(3)放射—横式供电系统。如图3所示,由矿区变电所引来的几回线路沿垂直于采矿台阶的方向穿过采掘场敷设,并就近引至用电设备,构成放射—横式供电系统。该系统具有“环形线—横式供电系统”的所有缺点,同时对于大中型露天煤矿,由于采掘场供电电压等级相对较高,所以需要许多由高压变中压的移动式变电站,这些布置在坑内的移动式变电站移动较麻烦。因此,放射—横式供电系统一般只适用于坑内用电设备较少或用电设备的电压等级与供电线路电压等级相同的中小型露天煤矿。

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图3 放射—横式供电系统

(4)放射—纵式供电系统。如图4所示,电源由矿区变电所引来的几回线路沿采矿台阶方向穿过采掘场敷设,并就近引至用电设备,构成放射—纵式供电系统。该系统具有“环形线—纵式供电系统”的所有缺点,同时对于大中型露天煤矿,由于采掘场供电电压等级相对较高,所以需要许多由高压变中压的移动式变电站,这些布置在坑内的移动式变电站移动较麻烦。因此,放射—纵式供电系统一般只适用于坑内用电设备较少或用电设备的电压等级与供电线路电压等级相同的中小型露天煤矿。

图4 放射—纵式供电系统

3、变压器中性点接地方式

目前国内露天煤矿采掘场变压器中性点接地方式一般均采用以下几种:

(1)直接接地系统。直接接地系统指变压器低压侧的中性点直接与地连接的供电系统。它的优点是一相接地时,其他两相的电压不升高,不存在间歇电弧造成的过电压危险,系统的绝缘水平可降低,这样,可大大降低设备的造价。缺点是当一相接地时,短路电流很大,需要选择容量较大的开关及电气设备,并有造成系统不稳定和对通信线路的强烈干扰等。在矿山的实际应用中,考虑到采掘场内设备经常移动以及矿坑内做接地的条件,为了保证人身安全和防止单相短路对设备造成的损坏,电气设备的外壳必须做接零保护。同时,在变电站内必须安装能迅速切除线路接地故障的继电保护装置。该方式主要用于为坑内排水等固定低压用电设备供电的系统。

(2)不接地系统。不接地系统指变压器低压侧中性点对地绝缘的供电系统。对于系统电容电流不大的供电系统,不接地系统的优点是当一相接地时,流过故障点的电流仅为电容电流,其值很小,故危险性较小,系统可继续运行1~2h,在这期间,可进行故障的寻找和处理。但是,当系统电容电流达到10~30A时,单相接地故障点产生的电弧往往不能自行熄灭,形成间歇性灭弧和重燃相互交替的不稳定状态,使其他相产生间歇性电弧接地过电压,对系统中电气设备的绝缘造成很大威胁,尤其在绝缘薄弱环节,往往会形成相间短路。所以,采用不接地系统时,应在变压器低压侧装设能自动切断电源的检漏装置,电气设备设保护接地。

(3)电阻接地系统。电阻接地系统指变压器二次侧中性点经电阻接地的供电系统。如图5 所示,当L3相金属性接地时,单相接地电流可用以下方法计算。

图5 电阻接地系统

网络零序电流I0为:

I0=UL3/(Z1+ Z2+ Z0

式中:UL3——L3相电压V;

Z1、Z2、Z0——分别为正序、负序、零序阻抗;

在电阻接地网络中,Z1和Z2比Z0小得多,可忽略不计,则I0=UL3/Z0= UL3/3R+jωUL3

所以:Id=3 I0=UL3/R+3 jωc UL3

由此可见,由于在中性点上串联了电阻,因此,大大降低了系统中一相接地时的接地短路电流。这样,一方面通过控制接地电阻可限制弧光接地过电压,使电流限制在能自熄弧水平,对通信线路等的干扰也减少;另一方面,系统的绝缘水平可降低,降低了设备的造价。同时,通过控制电阻&和接地线的阻值,可保证工作人员的人身安全。在工程应用中,引至设备的电缆选用带接地线和接地检测线的专用电缆,同时在馈电柜装设接地检测保护装置,实现接地故障跳闸。

由此可见,电阻接地系统克服了直接接地系统和不接地系统的许多缺点,因此,在实际中得到了广泛的应用。

随着我国露天煤矿规模的不断扩大,采掘场内的大型用电设备的容量和数量都呈增长的趋势,供电电压等级也在逐步提高,露天煤矿采掘场的供配电系统必将得到进一步的发展和完善。

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