李歡煥

【摘 要】供配電主接線，重要負(fù)荷的供配電設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】地采；露采；供配電系統(tǒng)

1 中國鐵礦資源情況

中國鐵礦石的總儲(chǔ)量雖然不小，但是整體品位低，富礦只有兩個(gè)百分點(diǎn)左右，而且八成以上都是貧礦甚至極貧礦。前幾年鐵礦石價(jià)格高漲，給鋼鐵行業(yè)造成了不小的壓力，而且不斷漲價(jià)，給國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也造成了不少影響，所以鐵礦資源開發(fā)和利用迫在眉睫。但同時(shí)鐵礦礦山企業(yè)作為經(jīng)濟(jì)實(shí)體，不可能不考慮成本和投資的平衡，在中國現(xiàn)有鐵礦資源的情況下，只能朝著大型化發(fā)展，也就是說擴(kuò)大規(guī)模，降低單位產(chǎn)品的成本。而且有些露天礦山，經(jīng)過多年的開采，露天資源已經(jīng)枯竭，只能繼續(xù)往地下發(fā)展了。

2 鐵礦礦山工程供配電負(fù)荷等級

依據(jù)GB 50052-2009，電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電在對人身安全、經(jīng)濟(jì)損失上所造成的影響程度進(jìn)行分級，具體分為如下負(fù)荷：一級負(fù)荷，二級負(fù)荷，三級負(fù)荷。一級負(fù)荷中又含有特別重要的負(fù)荷。

針對負(fù)荷等級的不同，供配電系統(tǒng)的要求也不同，具體如下：

一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞。

一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷供電，還應(yīng)符合下列要求：

1）除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷介入應(yīng)急供電系統(tǒng)；

2）設(shè)備的供電電源的切換時(shí)間，應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。

二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，二級負(fù)荷可由一回6kV及以上專用的架空線供電[1]。

鐵礦礦山工程，根據(jù) GB 50052-2009[1]和GB 50070-2009[2]，一級負(fù)荷主要有如下負(fù)荷：

1）選礦流程：

a）焙燒回轉(zhuǎn)窯及其配套冷卻風(fēng)機(jī)；

2）采礦流程：

a）井下有淹沒危險(xiǎn)環(huán)境礦井的主排水泵；

b）井下有爆炸或?qū)θ梭w健康有嚴(yán)重?fù)p害危險(xiǎn)環(huán)境礦井的主通風(fēng)機(jī)；

c）礦井經(jīng)常升降人員的立井提升機(jī)；

d）有淹沒環(huán)境露天礦采礦場的排水泵。

3 供配電系統(tǒng)的主接線

為了更方便的描述，將35kV、110kV統(tǒng)稱為高壓，6kV、10kV統(tǒng)稱為中壓。

根據(jù)露采和地采的不同特點(diǎn)，以及開拓方式的不同特點(diǎn)，供電負(fù)荷等級不相同，供配電主接線也有很多種方式。從電源數(shù)量來說，一般有單電源、雙電源、三電源等等，本文僅討論一級負(fù)荷或特別負(fù)荷的供電，故只討論雙電源和三電源。具有一級負(fù)荷鐵礦礦山供配電系統(tǒng)的主接線主要有以下幾種：

3.1 高壓雙電源橋型接線[3]

變壓器相對來說故障率低，而且鐵礦礦山工程不需要經(jīng)常切換變壓器，故鐵礦礦山一般采用內(nèi)橋接線。根據(jù)主變壓器的設(shè)置臺(tái)數(shù)，又可以分為雙電源內(nèi)橋+兩臺(tái)變壓器以及雙電源內(nèi)橋擴(kuò)大+三臺(tái)變壓器兩種。前面已經(jīng)敘述，中國鐵礦品位低，為了提高經(jīng)濟(jì)性，只能擴(kuò)大規(guī)模，負(fù)荷相應(yīng)也很大，但對于中壓斷路器來說，額定電流一般最大只有3150A規(guī)格，那么變壓器一般只做到50MVA，而對于有些特大型鐵礦礦山，計(jì)算負(fù)荷超過50MVA，為了能夠在檢修變壓器等情況下礦山能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，故采用三臺(tái)主變壓器。中壓采用雙電源單母線分段或者三電源單母線分段。

3.2 高壓雙電源單母線分段

對于有些項(xiàng)目，直接35kV高壓電纜進(jìn)線，高低壓側(cè)都采用單母線分段，設(shè)置高壓配電室和中壓配電室室，有些鐵礦礦山項(xiàng)目是綜合項(xiàng)目，不僅選鐵還選鈦等，場地分散，高壓和中壓設(shè)置配電室，可以更靈活，以適應(yīng)相對分散的場地布置。各段母線分開運(yùn)行，但一段母線故障的情況下，另外一段母線可以承擔(dān)所有負(fù)荷。

3.3 中壓雙電源單母線分段

對于有些項(xiàng)目，業(yè)主負(fù)責(zé)實(shí)施總降壓站，然后送電至鐵礦礦山工程配套的中壓配電室。中壓配電室采用單母線分段。各段母線分開運(yùn)行，但一段母線故障的情況下，另外一段母線可以承擔(dān)所有負(fù)荷。

3.4 中壓雙電源單母線一工一備

一級負(fù)荷基本為一工一備模式下或者一級負(fù)荷為單流程設(shè)備下采用。中壓雙電源進(jìn)線，單母線，工作模式為一工一備，可以減少投資，而且可靠性也能滿足負(fù)荷等級要求。

3.5 中壓三電源單母線分段

設(shè)置三臺(tái)主變壓器的情況，或者項(xiàng)目設(shè)置了兩臺(tái)主變壓器，再從附近取得第三回電源。

作為一級負(fù)荷的備用電源或者作為項(xiàng)目的局部備用電源。一般這類情況下，正常工作的兩段母線分開運(yùn)行相互備用，但是第三段母線只是作為局部備用電源或者一級負(fù)荷的備用電源，并不能作為項(xiàng)目的備用電源，如果工作的兩段母線均故障的情況下，礦山正常的生產(chǎn)是受影響的。

3.6 雙電源單母線分段+柴油發(fā)電機(jī)組

雖然有雙電源，但是兩回電源獨(dú)立性不強(qiáng)或者電源的容量不夠，為了給一級負(fù)荷供電，加入柴油發(fā)電機(jī)組。

4 主要一級負(fù)荷和個(gè)別負(fù)荷的供電設(shè)計(jì)

4.1 回轉(zhuǎn)窯供電

回轉(zhuǎn)窯輔助傳動(dòng)電機(jī)如果供電中斷，會(huì)給設(shè)備帶來重要影響和損壞，而且維護(hù)時(shí)間也比較長，所以我們定義回轉(zhuǎn)窯輔助傳動(dòng)電機(jī)為一級負(fù)荷中的重要負(fù)荷，所以在滿足中壓雙電源供電的前提下還設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。中壓不同母線段饋出一回電源給一臺(tái)變壓器，每臺(tái)變壓器饋出一回低壓電源給一臺(tái)雙電源切換開關(guān)，自投手復(fù)，雙電源切換開關(guān)出口經(jīng)過一臺(tái)斷路器接至重要負(fù)荷母線段。

重要母線段接至柴油發(fā)電機(jī)組的并機(jī)柜，當(dāng)檢測到雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)出口斷路器QF下失電，延時(shí)5S啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，并且切斷雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)出口斷路器QF，防止市電和柴油發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行。當(dāng)然，重要負(fù)荷母線段，還接有其他負(fù)荷，比如冷卻風(fēng)機(jī)，消防泵等等。

4.2 露天采場供電

采場供電主要給采場工作的設(shè)備，比如廢石移動(dòng)破碎機(jī)，礦石移動(dòng)破碎劑，鉆機(jī)，破碎機(jī)，以及排水泵等等。如果采場縱深不大，可以設(shè)置環(huán)形架空線供電網(wǎng)；如果采場縱深大，設(shè)置兩回架空線（共桿或者不共桿）供電，然后設(shè)置環(huán)網(wǎng)柜，兩個(gè)電源進(jìn)入一個(gè)電源饋出，這樣可以更好的滿足采場生產(chǎn)要求。

4.3 廢石和礦石運(yùn)輸開拓系統(tǒng)供電

廢石或礦石運(yùn)輸開拓系統(tǒng)，一般為單流程設(shè)備，外部供電采用雙回不共桿架空線。

如果有高壓設(shè)備，采用雙電源進(jìn)線一工一備；如果沒有高壓設(shè)備，可以采用環(huán)網(wǎng)柜供電，兩個(gè)電源進(jìn)入一個(gè)電源饋出給變壓器。

4.4 副井提升系統(tǒng)供電

副井提升主要作為人員，廢石和輔助材料等提升之用，按照規(guī)范要求，屬于一級負(fù)荷，必須雙重電源供電。副井提升的供電可以由具有雙電源進(jìn)線的中壓配電室饋出一路中壓電源給副井提升系統(tǒng)，也可以由具有雙電源進(jìn)線的中壓配電室不同母線段饋出兩回電源給副井提升系統(tǒng)，副井提升系統(tǒng)設(shè)置雙電源切換。載人提升系統(tǒng)供電中斷，會(huì)造成困在提升機(jī)和滯留在井下人員的恐慌，所以新規(guī)范將載人提升機(jī)負(fù)荷等級提高了。對于某些供電條件不夠的礦山，如果沒有雙重電源，那么必須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，作為載人提升機(jī)的備用電源。

4.5 井下排水泵

有淹井危險(xiǎn)的井下排水泵，是要按照一級負(fù)荷供電的。如果淹井，井下設(shè)施恢復(fù)時(shí)間很長，不僅影響生產(chǎn)，還會(huì)對設(shè)備造成損壞，更有可能造成滯留井下人員的恐慌，甚至淹死。

井下排水泵一般根據(jù)幾種涌水情況來設(shè)置：一般涌水，最大涌水，極限涌水。設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮好極限容量，要不然極限情況下電源不滿足排水泵運(yùn)行要求。對于某些供電條件不夠的礦山，如果沒有雙重電源，那么必須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。根據(jù)開拓方案的不同和排水泵電壓等級的不同，選擇合適的柴油發(fā)電機(jī)組的電壓等級。這里面又分幾種情況：

A.沒有載人提升機(jī)

排水泵電壓等級為低壓，可以直接在地面設(shè)置低壓柴油發(fā)電機(jī)組，然后下井。

排水泵電壓等級為中壓，可以采用低壓柴油發(fā)電機(jī)組+升壓變壓器或者直接采用中壓柴油發(fā)電機(jī)組。一般說來，低壓柴油發(fā)電機(jī)組+升壓變壓器投資相比節(jié)省，但是增加了故障點(diǎn)，而且由于引入了變壓器，增加了系統(tǒng)的阻抗，對排水泵的啟動(dòng)不利。到底選擇那種模式，需要根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的具體參數(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較。

B.有載人提升機(jī)且不需要和排水泵整體考慮柴油發(fā)電機(jī)組

這個(gè)和A方案一致，根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的具體參數(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較。

C.有載人提升機(jī)且需要和排水泵整體考慮柴油發(fā)電機(jī)組

載人提升機(jī)一般為中壓供電。

如前所述，可以采用兩種方案：低壓柴油發(fā)電機(jī)組+升壓變壓器或者直接采用中壓柴油發(fā)電機(jī)組。

還有一點(diǎn)需要引起重視的是，如果排水泵電壓等級為低壓，排水泵數(shù)量比較多，而且極限情況下工作臺(tái)數(shù)多，負(fù)荷容量比較大，這個(gè)時(shí)候需要選擇兩臺(tái)變壓器（可以提高可靠性，減小單臺(tái)變壓器的容量），因?yàn)槭苓\(yùn)輸通道的限制以及傳統(tǒng)做法，井下的變壓器不會(huì)做得特別大，相比于變壓器，排水泵的功率是比較大的，這個(gè)時(shí)候就要考慮軟啟動(dòng)了。

排水泵是非常適合軟啟動(dòng)的，但是必須要考慮直接啟動(dòng)和軟啟動(dòng)的轉(zhuǎn)換，剛開始，負(fù)荷較小。直接啟動(dòng)排水泵，更快的投入排水，隨著負(fù)荷的增加，再直接啟動(dòng)排水泵，系統(tǒng)可能承受不了，這個(gè)時(shí)候軟啟動(dòng)排水泵，但是需要設(shè)置相對較高的啟動(dòng)電流，這樣可以減少啟動(dòng)時(shí)間，具體如何設(shè)置，需要根據(jù)工程實(shí)際參數(shù)來確定。

4.6 通風(fēng)風(fēng)機(jī)

鐵礦礦山和煤礦礦山不同，沒有瓦斯以及有毒氣體，所以負(fù)荷等級不是一級負(fù)荷。

但是通風(fēng)風(fēng)機(jī)需要設(shè)計(jì)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以滿足送風(fēng)和抽風(fēng)的要求；而且有些風(fēng)機(jī)是對旋風(fēng)機(jī)。

一臺(tái)風(fēng)機(jī)配備兩個(gè)電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行需要同步。

4.7 牽引變電所

牽引系統(tǒng)的供電中斷本身不會(huì)造成設(shè)備的損壞以及人員的傷亡，但是會(huì)造成生產(chǎn)的中斷。

礦石廢石運(yùn)輸會(huì)有問題，所以牽引變電所宜設(shè)置兩臺(tái)變壓器（來自于不同母線段）或中壓單母線分段，整流器一般備用一臺(tái)。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在中國的鐵礦礦山工程越來越大型化，工程負(fù)荷容量也越來越大，供配電系統(tǒng)的主接線也越來越復(fù)雜，采用何種主接線形式，需要和業(yè)主以及當(dāng)?shù)毓╇姴块T反復(fù)交流，并做詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)。至于一級負(fù)荷，需要嚴(yán)格遵守國家規(guī)范，雙重電源供電甚至柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。至于有些非一級負(fù)荷，從生產(chǎn)的連續(xù)性以及性價(jià)比綜合考慮，來確定是否提高供電等級。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GB 50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50070-2009 礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]陳延鏢.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊-上冊[M].1996年1月第1版.北京：譚學(xué)余，1996：12-26.

[責(zé)任編輯：湯靜]