唐會(huì)祥

?

煤礦工業(yè)場(chǎng)地動(dòng)力線網(wǎng)設(shè)計(jì)

唐會(huì)祥

根據(jù)煤礦供電的特點(diǎn)，文章介紹了動(dòng)力電纜敷設(shè)路徑選擇的原則及不同的敷設(shè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)。并根據(jù)作者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹了電纜型式及截面選擇的原則，就其中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。對(duì)煤礦工業(yè)場(chǎng)地動(dòng)力線網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理提供一定的參考。

由于煤礦供電的特殊性，要求其供電安全、可靠及運(yùn)行穩(wěn)定。煤礦工業(yè)場(chǎng)地動(dòng)力線網(wǎng)是煤礦供配電中較為重要的一部分。其中電力電纜起到電力傳輸通道作用，其分布廣、環(huán)境惡劣、容易受到損害。室外動(dòng)力線網(wǎng)設(shè)計(jì)一般包含電纜敷設(shè)路徑的選擇、電纜敷設(shè)方式的選擇以及電纜型式、截面的選擇。下面根據(jù)作者多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就煤礦工業(yè)場(chǎng)地動(dòng)力線網(wǎng)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題談幾點(diǎn)看法。

煤礦工業(yè)場(chǎng)地布置及供電方式介紹

工業(yè)場(chǎng)地布置特點(diǎn)

煤礦工業(yè)場(chǎng)地根據(jù)其工藝布置一般分為：生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、生活福利區(qū)。其中，生產(chǎn)區(qū)一般由主副井、風(fēng)井、生產(chǎn)系統(tǒng)的相關(guān)煤倉(cāng)、輸煤棧橋等組成。輔助生產(chǎn)區(qū)一般由礦井機(jī)修間、油脂庫(kù)、器材棚、綜采設(shè)備庫(kù)、變電站、鍋爐房、供水排水站、污水處理站等組成，為礦井生產(chǎn)物質(zhì)堆放、檢修區(qū)域及為生產(chǎn)生活提供電力、暖、水。生活福利區(qū)一般由生產(chǎn)指揮管理綜合樓、食堂、宿舍樓、文體活動(dòng)中心及燈房浴室聯(lián)合建筑等組成，為礦井生產(chǎn)指揮中心，人員生活休息集散區(qū)域。礦井工業(yè)場(chǎng)地雖規(guī)模不一樣，其布置大致都可以分為以上幾個(gè)區(qū)域。

供電方式

根據(jù)煤礦工業(yè)場(chǎng)地的工藝布置特點(diǎn)，一般在工業(yè)場(chǎng)地設(shè)置一座總變電所，負(fù)責(zé)全礦井用電設(shè)備供電，大中型礦井一般設(shè)110（35）kV總變電所，小型礦井一般設(shè)10（6）kV總變電所。再根據(jù)工藝布置設(shè)置若干分變電所：主井口房變電所、副井口房變電所、通風(fēng)機(jī)房變電所、鍋爐房變電所、機(jī)修間變電所、生產(chǎn)系統(tǒng)變電所、場(chǎng)前生活區(qū)變電所等。根據(jù)其供電方式，各總變電所至分變電所、分變電所至大電機(jī)及各單體建筑配電箱均采用室外電纜供電。

動(dòng)力電纜敷設(shè)路徑及敷設(shè)方式選擇

動(dòng)力電纜敷設(shè)路徑選擇

室外動(dòng)力電纜路徑的選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定：應(yīng)使電纜不易受到機(jī)械、振動(dòng)、化學(xué)、水、熱影響、蜂蟻和鼠害等損傷；滿(mǎn)足安全要求條件下，應(yīng)保證電纜路徑最短；應(yīng)便于敷設(shè)、維護(hù)；宜避開(kāi)將要挖掘施工或有塌陷危險(xiǎn)的地方；應(yīng)盡量避開(kāi)和減少穿越地下管道（包括熱力管道、水管、煤氣管道等）。

根據(jù)煤礦工業(yè)廠區(qū)特點(diǎn)，電纜應(yīng)沿著負(fù)荷較集中的地方敷設(shè)；盡量沿著場(chǎng)區(qū)道路兩側(cè)綠化帶，與水、暖管線分開(kāi)布置，減少交叉；需充分考慮煤礦升級(jí)改造或擴(kuò)建的可能性，不能占用預(yù)留建筑物場(chǎng)地；敷設(shè)路徑不能影響美觀、交通，盡量少穿越硬化場(chǎng)地、道路；主要電纜路徑需遠(yuǎn)離煤礦的生產(chǎn)系統(tǒng)如原煤倉(cāng)、準(zhǔn)備車(chē)間、選煤廠等煤塵污染較大的區(qū)域。電纜在任何敷設(shè)方式情況下，都應(yīng)滿(mǎn)足電纜允許彎曲半徑要求。路徑選擇時(shí)需與總圖專(zhuān)業(yè)多協(xié)商，優(yōu)化綜合管線。

動(dòng)力電纜敷設(shè)方式選擇

電纜敷設(shè)方式的選擇應(yīng)視工程條件、環(huán)境特點(diǎn)和電纜類(lèi)型、數(shù)量等因素，且按滿(mǎn)足運(yùn)行可靠、便于維護(hù)的要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇。下面就煤礦各種常見(jiàn)的敷設(shè)方式做一個(gè)比較，詳見(jiàn)表1，作為設(shè)計(jì)選擇的一個(gè)參考。

表1　動(dòng)力電纜敷設(shè)方式比較

動(dòng)力電纜型式的選擇

動(dòng)力電纜型式的選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮：電纜導(dǎo)體材質(zhì)、電纜芯數(shù)、電纜絕緣水平、電纜絕緣類(lèi)型及護(hù)層類(lèi)型。

電纜導(dǎo)體材質(zhì)選擇

銅材的導(dǎo)電率高，損耗比較低，機(jī)械性能優(yōu)于鋁材，且延展性好，便于加工安裝，但造價(jià)高于鋁。由于煤礦對(duì)供電的可靠性要求高，目前煤礦供電設(shè)計(jì)中均采用銅導(dǎo)電材質(zhì)。

電纜芯數(shù)選擇

1kV及以下電源中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，采用TT接線方式時(shí)，變電所至配電點(diǎn)部分應(yīng)選用四芯電纜；采用TN-C-S接線方式時(shí)，變電所至配電點(diǎn)部分應(yīng)采用四芯電纜；采用TN-S接線方式時(shí)，變電所至配電點(diǎn)部分應(yīng)選用五芯電纜。直供電機(jī)可采用三芯或四芯電纜。煤礦地面低壓供電系統(tǒng)中一般采用TN-C-S和TN-S接線方式。選煤廠660V經(jīng)高阻接地系統(tǒng)一般選三芯或四芯電纜。3～35kV三相供電回路電纜一般應(yīng)選用三芯電纜，110kV三相供電回路電纜一般選用單芯電纜。

電纜絕緣水平選擇

正確地選擇電纜的額定電壓值是確保長(zhǎng)期安全運(yùn)行的關(guān)鍵之一。電纜的額定電壓包含U0/U，其中U0為電纜芯對(duì)地（絕緣屏蔽或金屬層之間）的額定電壓，U為電纜纜芯之間的額定電壓。煤礦高壓供電系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，其單相接地故障持續(xù)時(shí)間在1min～2h之間，必須選用第Ⅱ類(lèi) U0。電纜纜芯之間的額定電壓U不得低于使用回路的工作線電壓。故煤礦高壓供電系統(tǒng)中，6kV供電系統(tǒng)電纜采用6/6kV額定電壓電纜，10kV供電系統(tǒng)電纜采用8.7/10kV電纜，35kV供電系統(tǒng)電纜采用26/35kV電纜。220/380V系統(tǒng)選用第Ⅰ類(lèi)的U0，其電纜選用0.6/1kV額定電壓電纜。

電纜絕緣類(lèi)型及護(hù)層選擇

煤礦供電系統(tǒng)中一般低壓電纜宜選用交聯(lián)聚乙烯型絕緣；中壓電纜宜選用交聯(lián)聚乙烯絕緣；移動(dòng)式設(shè)備或有較高柔軟性要求時(shí)，應(yīng)選用橡皮絕緣電纜；在煤礦地面爆炸性環(huán)境區(qū)域宜采用阻燃電纜，消防負(fù)荷及重要負(fù)荷應(yīng)采用耐火電纜。

煤礦室外敷設(shè)電纜易受到機(jī)械損傷或?yàn)榱朔朗蠛拖伜?，一般選用鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的是，在交流單芯電纜選用鎧裝層時(shí)，需選用非磁性的金屬鎧裝層。

動(dòng)力電纜截面的選擇

煤礦動(dòng)力電纜截面必須滿(mǎn)足載流量、短路熱穩(wěn)定、允許電壓降、經(jīng)濟(jì)電流密度、機(jī)械強(qiáng)度及低壓電纜符合過(guò)負(fù)載保護(hù)的要求。下面就設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該注意的幾點(diǎn)重點(diǎn)列出，以免疏忽。

按載流量選擇

10kV及以下常用電力電纜允許100%持續(xù)載流量選擇表詳見(jiàn)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C，在設(shè)計(jì)中最容易忽略的就是不同使用條件下的校正系數(shù)，詳見(jiàn)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D。主要包括：不同環(huán)境溫度的載流量的校正系數(shù)；不同土壤熱阻系數(shù)時(shí)載流量的校正系數(shù)；土中直埋多根并行敷設(shè)時(shí)載流量的校正系數(shù)；空氣中單層多根并行敷設(shè)時(shí)載流量的校正系數(shù)；電纜橋架上無(wú)間隔配置多層并列電纜載流量的校正系數(shù)；戶(hù)外明敷無(wú)遮陽(yáng)時(shí)載流量的校正系數(shù)。

在煤礦煤倉(cāng)、生產(chǎn)系統(tǒng)等爆炸性環(huán)境中，電纜允許載流量，不應(yīng)小于保護(hù)熔斷器熔體額定電流的1.25倍及斷路器長(zhǎng)延時(shí)過(guò)電流脫扣器整定電流的1.25倍；低壓籠型電動(dòng)機(jī)支線的允許載流量不應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定電流的1.25倍。

按滿(mǎn)足線路保護(hù)要求選擇

（1）短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)

電纜通過(guò)短路電流時(shí)，不應(yīng)超過(guò)所允許的短路強(qiáng)度。電纜熱穩(wěn)定允許的最小截面按式1計(jì)算：

C—熱穩(wěn)定系數(shù)。

（2）低壓電纜過(guò)負(fù)載保護(hù)

低壓電纜的選擇需滿(mǎn)足過(guò)負(fù)荷保護(hù)的要求，同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件，詳見(jiàn)式2。

低壓電纜中性線（N）選擇

三相四線制配電系統(tǒng)中，N線的允許載流量不應(yīng)小于線路中最大的不平衡負(fù)荷電流及諧波電流之和。在煤礦供電中，以氣體放電燈為主的照明線路、變頻調(diào)速設(shè)備、計(jì)算機(jī)及直流電源設(shè)備等的供電線路，選擇電纜截面時(shí)，應(yīng)計(jì)入諧波電流的影響。當(dāng)諧波電流較小時(shí)，可按相線電流選擇電纜截面，但計(jì)算電流應(yīng)按基波電流除以表2中的校正系數(shù)；當(dāng)三次諧波電流超過(guò)33%時(shí)，它所引起的中性線電流超過(guò)基波的相電流。此時(shí)，應(yīng)按中性線電流選擇電纜截面，計(jì)算電流要除以表2中的校正系數(shù)。

表2　諧波電流的校正系數(shù)

結(jié)語(yǔ)

煤礦供配電設(shè)計(jì)中，工業(yè)場(chǎng)地動(dòng)力線網(wǎng)是重要的一部分，作者根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合規(guī)范手冊(cè)對(duì)動(dòng)力線網(wǎng)設(shè)計(jì)中電纜的敷設(shè)及選型中需要注意的問(wèn)題做了簡(jiǎn)單的闡述，希望對(duì)設(shè)計(jì)有所幫助。

唐會(huì)祥

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司

唐會(huì)祥（1982-）男，湖南常德人，中級(jí)工程師職稱(chēng)，碩士研究生，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司從事供配電設(shè)計(jì)6年。

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.021