蘆冬玉

（太原市西山煤電電力公司）

0 引言

大多數(shù)煤礦變電站都存在建站時間久、設(shè)備運行時間長、開關(guān)柜等設(shè)備品牌雜的實際情況，因此不少變電站內(nèi)設(shè)備尤其是高壓開關(guān)柜面臨著急需改造的現(xiàn)狀，確定在更換高壓開關(guān)柜改造的實施方案是改造過程的基礎(chǔ)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。但開關(guān)柜改造面臨不同的施工基礎(chǔ)、資金投入和改造環(huán)境條件，改造方案的確定很多情況下考慮得并不充分，改造過程和改造效果難以考慮得面面俱到。煤礦變電站開關(guān)柜改造方案通常只采取常規(guī)性的原址改造和增加臨時措施逐次倒接負荷這兩種模式。如果在改造中有特殊需求，如需要整合負荷、調(diào)整上級電源來源、更改配電室位置等情況，則需要具體問題具體分析。以山西省太原市西山煤田周圍水泥廠、玉門兩座典型35kV變電站改造為例，從不同角度分析不同方案的可行性和優(yōu)缺點，層層深入，確定最終方案。為煤礦其他變電站的高壓開關(guān)柜改造方案的確定提供了思路。

1 案例背景

玉門站建設(shè)于20世紀80年代，采用雙回路分列運行方式供電，一段進線351取自河龍灣110kV變電站35kV B母線河玉線460開關(guān)，河玉線（460—351）線路型號為LGJ-185/1.6km+240/6.554 km；二段進線352取自杜兒坪110kV變電站35kV一段母線杜玉線309開關(guān)，線路型號為LGJ-185/4.8 km，站內(nèi)35kV一段所帶出線為玉支線356開關(guān)，為水泥廠二段供電；35kV二段所帶出線為玉磺線355開關(guān)，為磺廠35kV站一段供電。站內(nèi)兩臺SF78000-35/6.3主變，戶外35kV 7臺SF6斷路器，6kV有34臺高開柜，其中出線7臺備用，現(xiàn)運行出線為16條。35kV系統(tǒng)為戶外開關(guān)，自投入運行使用至今，現(xiàn)有35kV設(shè)備老化及腐蝕的狀況已較為嚴重，極大地影響了電氣設(shè)備的可靠性。近年來雷電黃色預(yù)警、大風黃色預(yù)警頻發(fā)，極端天氣增多，戶外設(shè)備的安全性、可靠性面臨著嚴峻的考驗。

磺廠站采用雙回路分列運行方式供電，一段進線361取自玉門35kV站35kV二段母線玉磺線355開關(guān)，線路型號為LGJ-185/3.1km；二段進線362取自中部35kV站二段母線中磺線375開關(guān)，線路型號為LGJ-185/7.033km。

水泥廠站建設(shè)與20世紀80年代末，采用雙回路分列運行方式供電，一段進線381取自河龍灣110kV變電站35kV A母線河支線465開關(guān)，河支線線路型號為LGJ-240/4.176km；二段進線382取自玉門35kV變電站一段母線玉支線356開關(guān)，線路型號為LGJ-120/4.18 km。站內(nèi)兩臺SFZ9-25000主變，現(xiàn)運行6kV出線11條。現(xiàn)要對水泥廠、玉門35kV變電站35kV高開柜進行改造，需確定整體方案。水泥廠站、磺廠站玉門站供電現(xiàn)狀示意圖如圖1所示。

圖1 水泥廠站、磺廠站、玉門站供電現(xiàn)狀示意圖

2 改造方案的選擇

（1）常規(guī)性改造

所謂常規(guī)性改造就是在變電站原有配電室內(nèi)拆除舊開關(guān)柜后，再安裝新開關(guān)柜，然后將進出線逐次倒接至新系統(tǒng)。例如案例中水泥廠、玉門變電站改造中首先應(yīng)停電拆除35kV I段進出線開關(guān)柜，拆除后還需要敷設(shè)新的二次電纜、對開關(guān)柜基礎(chǔ)重新調(diào)整等措施，然后再在原址安裝好新開關(guān)柜，重新進行電纜倒接和二次系統(tǒng)接線。待I段設(shè)備安裝并投運后按照同樣步驟進行II段設(shè)備的改造。這個改造過程是單向、線性的，需要一個步驟接一個步驟地進行，整個施工改造過程比較好管理，對于運維人員來說，只需一次性將需要停電設(shè)備全部停電，停電操作量大大減少，施工安全性得到了很大的保證。但是常規(guī)性改造無疑延長了整個改造的周期，對于煤礦供電系統(tǒng)來說，由于某一段進出線開關(guān)柜進行停電改造，很難保證變電站單電源改造期間，另一段電源的可靠性，一旦另一回路電源發(fā)生失電，很難第一時間恢復(fù)送電，造成風機停止運行，引起井下瓦斯超限，無疑對礦井供電安全造成嚴重的安全隱患。

（2）增加臨時措施改造

增加臨時措施改造就是在待改造配電室設(shè)備附近新安裝一些臨時的配電柜，安裝工作可提前于改造施工開工前，例如圖1中水泥廠、玉門變電站35kV I段設(shè)備改造，在施工前建立臨時35kV配電室并敷設(shè)臨時35kV電纜至1#主變壓器處等待接火，臨時電纜一端已接入臨時配電室臨時主變開關(guān)柜內(nèi)。施工開始后通過合母聯(lián)開關(guān)、斷開I段進線，水泥廠、玉門變電站II#進線帶全站負荷，然后依次將I#進線I段設(shè)備負荷倒接至臨時配電室開關(guān)柜，1#主變高壓側(cè)與臨時配電室主變柜敷設(shè)處的臨時電纜接火。這種操作模式下，兩站I段母線均未停電，只是短暫的合環(huán)，所帶負荷沒有丟失，只需在確保兩段母線電壓差符合合環(huán)條件的基礎(chǔ)下短暫的停電就可以將I段母線所帶負荷倒接至臨時配電柜，系統(tǒng)電網(wǎng)單電源運行時間也非常短，極大提高了系統(tǒng)供電可靠性。II段設(shè)備改造方案同I段相同。對于35kV配出線比較多的變電站而言，這種方法就極大縮短了配出線開關(guān)的停電時間，整體可很大程度上解決改造工期，確保供電安全。但是，新建臨時配電室、安裝臨時高壓開關(guān)柜、敷設(shè)臨時電纜會大大增加施工成本，改造完成后這些臨時設(shè)施還會拆除，施工費用比較高。運維操作上看，整個改造過程需要合母聯(lián)開關(guān)、進出線開關(guān)等多次的分合閘操作，相比常規(guī)性改造，運維管理也會相對復(fù)雜，操作風險也會大大提高。對于6kV或10kV系統(tǒng)而言，這種方法同樣適用，但是6kV或10kV系統(tǒng)所帶負荷種類更多相對于35kV系統(tǒng)會增加一個量級，需要的臨時開關(guān)柜數(shù)量也會增多，相應(yīng)的臨時措施費用提高，操作開關(guān)的頻次大大增加，對運維管理人員和操作人員素質(zhì)要求較高[1]。

類似于新建臨時配電室安裝臨時配電柜的改造方案，在該方案基礎(chǔ)上提出了新建永久性配電室的改造方案。20世紀80年代初，隨著改革開放政策的實施，各個行業(yè)的發(fā)展趨于活躍，社會經(jīng)濟對作為基礎(chǔ)能源的煤炭的需求量猛增，煤炭行業(yè)進入了快速的發(fā)展和建設(shè)周期[2]。很多煤礦目前仍在運行的供配電設(shè)施基礎(chǔ)也建于20世紀八九十年代，尤其是變電站的各類建筑仍在使用，至今已經(jīng)使用40～50年，各類建筑物問題也逐漸暴露出來，如配電室墻體裂縫、基礎(chǔ)下沉、屋頂漏雨、空間狹小等問題，這就導(dǎo)致了供電設(shè)備存在嚴重的運行安全隱患、制約著設(shè)備改造的可實施性，因此，對于上述煤礦變電站在供配電設(shè)備改造時建議新建永久性配電室進行設(shè)備改造。例如案例中水泥廠站存在建筑物使用超過40年，站內(nèi)6kV配電室室內(nèi)凈尺寸為3.6m×24m。開關(guān)柜為GG1A型柜體，柜體尺寸1218mm×1200mm×3170mm。柜后尺寸800mm，柜前1500mm。若考慮在原配電室改造，難以滿足安全距離的要求，然而目前的改造基礎(chǔ)不允許這種改造方案，因此新建配電室對供電設(shè)備進行改造更適合水泥廠站改造方案。在這種改造模式下雖然增加了一次性施工的土建成本、電纜敷設(shè)的成本和其他輔助設(shè)備設(shè)施的成本，但是相對于增加臨時措施改造，該方然節(jié)省了臨時配電室、臨時開關(guān)柜、臨時電纜的布置，對于倒閘操作上，省去了從臨時開關(guān)柜到新配電室開關(guān)柜的步驟，又解決了變電站原有的供電設(shè)施安全隱患。

（3）綜合性改造方案

所謂綜合型改造方案，就是需要綜合考慮煤礦供電系統(tǒng)的各個方面進行整體性考量，綜合性解決安全隱患，統(tǒng)籌系統(tǒng)進行變電站設(shè)備改造。例如在案例中，如圖1所示，水泥廠站兩回電源上級變電站是河龍灣110kV變電站和玉門站I段，最終均來自河龍灣變電站兩段母線?；菑S站兩回電源上級變電站是中部站II段和玉門站II段，但最終均來自杜兒坪110kV變電站。一旦上級110kV變電站全站失電，將導(dǎo)致水泥廠或磺廠站全站失電，短時間難以恢復(fù)，存在嚴重安全隱患。此外，玉門站35kV系統(tǒng)均為戶外SF6斷路器，老化及腐蝕的狀況已較為嚴重，兩臺主變壓器型號為S7系列，屬于高耗能設(shè)備，急需淘汰使用，因此，如果在水泥廠、玉門站開關(guān)柜改造的基礎(chǔ)上同步解決上述問題和隱患，應(yīng)提出綜合性改造方案[3]。

案例中綜合性解決方案如圖2所示，水泥廠站一回進線電源仍用河支線，該回路不變。另一回電源在玉門站附近將杜玉線與新建的玉支線1#溝通。將玉門站降壓為6kV開閉所使用，35kV系統(tǒng)設(shè)備退出運行，徹底解決玉門站戶外35kV開關(guān)老化、主變壓器高耗能問題。玉門站改造后一回6kV電源引自水泥廠6kV系統(tǒng)Ⅰ段的出線柜，供電線路依然利用原有玉支線，由35kV降壓為6kV使用。另一回6kV電源引自水泥廠6kV系統(tǒng)Ⅱ段出線柜，供電線路需新架設(shè)一趟雙回路鐵塔作為新玉支線，一側(cè)為6kV線路另一側(cè)為35kV線路，同塔架設(shè)?；菑S站電源改造部分，將河玉線與玉磺線1#在玉門變電站內(nèi)臨時采用電纜溝通（約70m），永久方案為玉門站室外設(shè)備拆除后，通過新建兩基龍門架調(diào)整導(dǎo)線角度后采用架空線溝通。水泥廠開關(guān)柜改造采用新建永久性配電室方案。

圖2 水泥廠站、磺廠站、玉門站改造后供電示意圖

綜合性改造方案相比于單一的水泥廠站、玉門站開關(guān)柜改造，需要拆除玉門站原有35kV系統(tǒng)設(shè)備，新建一回4.18km的雙回路鐵塔，并且線路路徑需要重新選擇，水泥廠站、磺廠站進線線路需要在玉門站附近溝通。在改造成本上無疑增加了土建、拆除、征地、材料等費用，且改造中組織協(xié)調(diào)調(diào)度工程量巨大，操作程序繁瑣。但是，改造后水泥廠和磺廠站電源分別來自河龍灣110kV和杜兒坪110kV變電站，徹底解決了兩站電源來自同一變電站的安全隱患，玉門站35kV系統(tǒng)設(shè)備退出運行后，徹底解決了35kV系統(tǒng)設(shè)備老化、主變壓器高耗能的問題，變相節(jié)省了35kV系統(tǒng)設(shè)備維護和更換高耗能主變壓器的費用。綜合性改造方案是大中型煤礦整體供電系統(tǒng)設(shè)備老化、供電設(shè)計不合理等情況下的系統(tǒng)性解決方案。

3 結(jié)束語

制定詳細的改造方案對安全、全面完成變電站改造計劃具有深遠意義。本文介紹的三種煤礦變電站開關(guān)柜改造方案基本涵蓋了目前煤礦變電站改造中常見的改造技術(shù)方案類型，對于煤礦變電站的改造方案深化應(yīng)在不同類型改造中逐步吸取改造經(jīng)驗，夯實改造基礎(chǔ)，加強細節(jié)的把控。煤礦變電站改造在先進的組織措施、技術(shù)措施、安全措施管理下，結(jié)合系統(tǒng)性的查隱患、堵漏洞，綜合解決供電系統(tǒng)疑難雜癥，才能對煤礦堅強供電系統(tǒng)的建設(shè)提供有力的支持，確保煤礦供電安全，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。