劉杰偉

（山西潞安配售電有限公司，山西 襄垣 046204）

引言

供電系統(tǒng)為煤礦綜采工作面和地面設(shè)備運行的動力，其穩(wěn)定性和可靠性直接決定了煤礦生產(chǎn)進度和生產(chǎn)效率。隨著綜采設(shè)備自動化、智能化水平的提升，綜采工作面和地面設(shè)備的負(fù)荷明顯增加，導(dǎo)致地面變電站長時間處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，其可靠性和安全性需要重新進行評估[1]。為了避免煤礦變電站長時間滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)導(dǎo)致事故的發(fā)生和工作面停產(chǎn)的問題，需結(jié)合實際負(fù)荷重新對變電站的變壓器進行選型，并相應(yīng)地完成保護電路的主要電氣設(shè)備選型。

1 煤礦負(fù)荷計算及功率補償設(shè)計

1.1 煤礦變電站負(fù)荷計算

實現(xiàn)對煤礦負(fù)荷的精準(zhǔn)統(tǒng)計，是實現(xiàn)煤礦變壓器重新選型設(shè)計的基礎(chǔ)；基于所選型的變壓器完成對高低壓開關(guān)柜和相關(guān)接地方式的設(shè)計。針對變電站負(fù)荷計算可采用需用系數(shù)法、單位指標(biāo)法，其中以需用系數(shù)法的應(yīng)用較為廣泛。經(jīng)對煤礦現(xiàn)場調(diào)研，所研究煤礦的相關(guān)實際工作數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 變電站負(fù)荷功率補償設(shè)計

經(jīng)計算可知，該礦井變電站負(fù)荷的有功功率為12 773.97 kW，無功功率為8 259.18 kVar，功率因數(shù)為0.84；通過計算可知，本礦井變電站的功率因數(shù)過低，在一般情況下要求煤礦企業(yè)變電站負(fù)荷的功率因素大于0.92[2]。因此，在本次改造中還需重點對功率因素偏低的問題進行解決。結(jié)合實踐經(jīng)驗，擬在10 kV母線側(cè)增加靜電電容器實現(xiàn)無功補償。靜電電容器的選型需基于其容量要求完成，靜電電容器的容量計算公式如下：

表1 煤礦實際工作數(shù)據(jù)統(tǒng)計

式中：QD為靜電電容器的容量；PD為變電站負(fù)荷的有功功率，PD=12 773.97 kW；tanφ1、tanφ2分別為功率因數(shù)對應(yīng)的正切值，tanφ1=0.646 72、tanφ2=0.426。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1）計算得出：滿足功率因數(shù)要求所增加的靜電電容器的容量不得小于2 819.467 kVar。在對市面上靜電電容器調(diào)研的基礎(chǔ)上，最終確定選用型號為TK-TBBZ10-3000電容器實現(xiàn)對變電站的無功補償，該靜電電容器的容量為3 000 kVar。經(jīng)核算：增加靜電電容器對變電站進行無功功率補償后，對應(yīng)變電站的功率因數(shù)為0.92，滿足要求。

2 主變壓器及主接線方式的計算

本節(jié)重點在上述負(fù)荷統(tǒng)計和功率補償?shù)幕A(chǔ)上完成主變壓器的選型設(shè)計和主接線方式的選擇。

2.1 主變壓器的選型

對于煤礦變電站變壓器的選型主要是對變電站變壓器的數(shù)量、規(guī)格、容量及繞組接線方式進行逐一確定[3]。煤礦變電站在10 kV母線側(cè)增加靜電電容器后的視在功率為13 814.24 kVA；考慮到1.1倍的冗余系數(shù)，則認(rèn)為變電站進行功率補償設(shè)計后的視在功率值為15 195.67 kVA。因此，需為該變電站配置容量大于15 195.67 kVA的變壓器。綜合對當(dāng)前市面變壓器性能和價格調(diào)研的基礎(chǔ)上，最終為該變電站配置型號為SZ9-16000/35型變壓器，數(shù)量為兩臺，采用一臺工作一臺備用的工作模式。所選型SZ9-16000/35型變壓器的主要技術(shù)參數(shù)如下頁表2所示。

結(jié)合SZ9-16000/35型變壓器的額定容量和變電站的視在功率得出所選型變壓器的負(fù)荷率為0.863 4；則對應(yīng)變壓器的有功功率損耗為66.98 kW。

表2 SZ9-16000/35型變壓器關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

鑒于該變電站與上一級變電站之間的距離較遠可達13 km，兩變電站之間采用型號為LGJ-120的架空線路進行供電，則對應(yīng)供電線路的有功損耗為587.12 kW，無功損耗為869.81 kVar。

2.2 變電站主接線方式的選擇

經(jīng)上述計算和分析，本次改造重新選型的變壓器容量為16 000 kVA，根據(jù)《煤礦電工手冊》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求，采用全橋接線方式實現(xiàn)變電站與35 kV供電線路的連接；而對于該變電站的輸出線路，鑒于輸出線路較多，采用10 kV單母線分段接線方式為地面和工作面的設(shè)備進行供電。變電站對應(yīng)的主接線方式如圖1所示。

圖1 變電站主接線方式

3 變電站短路電流計算機主要電氣設(shè)備選型

本節(jié)將在對變電站變壓器重新選型設(shè)計和增加靜電電容器等改造后變電站的短路電路進行計算，并依據(jù)計算結(jié)果完成主要電氣設(shè)備的選型。

3.1 短路電流的計算

鑒于煤礦生產(chǎn)行業(yè)的特殊性，一般不采用大電流的接地方式，以中性點對地絕緣為主。同時，對于生產(chǎn)規(guī)模較大的煤礦而言，由于其對地電容值較大，一般采用消弧線圈的方式進行接地。對于消弧線圈的接地方式，主要通過三相短路電流為依據(jù)完成主要電氣設(shè)備的選型和校驗。

三相短路電流的計算需在完成電抗標(biāo)幺值的基礎(chǔ)上完成相應(yīng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖，并對選擇的短路點進行簡化后，依據(jù)相關(guān)理論計算完成短路電流的計算。參照圖1變電站的主接線方式，其對應(yīng)的計算短路電流的等效電路如圖2所示。

圖1 短路電流計算等效電路圖

本次研究中電抗標(biāo)幺值所選用的基準(zhǔn)容量為1 000 MVA，結(jié)合相關(guān)理論計算公式得出變電站短路電流的計算結(jié)果如表3所示。

表3 短路電流計算結(jié)果

3.2 主要電氣設(shè)備的選型

基于上述三相短路電流的計算結(jié)果，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完成主要電氣設(shè)備的選型，結(jié)果如表4所示。

表4 變電站主要電氣設(shè)備選型

4 結(jié)論

供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性是保證煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。隨著綜采工作面生產(chǎn)能力的提升及生產(chǎn)規(guī)模的增加，煤礦變電站長時間以滿負(fù)荷的狀態(tài)運行，對煤礦的安全、高效生產(chǎn)帶來極大的威脅。本文重點針對上述問題完成變電站的改造，具體總結(jié)如下：

1）改造后，為變電站更換兩臺SZ9-16000/35型變壓器，采用一用一備的工作原則；

2）針對功率因數(shù)偏低的問題，在10 kV側(cè)母線增加型號為TK-TBBZ10-3000電容器，改造后功率因數(shù)達到0.92，滿足要求；

3）完成三相短路電流的計算，并以此為依據(jù)完成母線、高壓開關(guān)柜、電流互感器、電壓互感器主要電氣設(shè)備的選型。