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[摘 要]针对许疃煤矿改建过程中供电负荷增加后所出现的问题，综合考虑许疃矿井原35kV变电所所处的地理位置及矿井估算用电负荷等因素，提出了矿井地面主变电所采用110kV电源供电方案。通过升级改造，满足了矿井供电系统的安全与经济运行，且为后期矿井供电能力的发展留有余地。
[关键词]供电负荷；35kv变电所；升级改造；安全与经济
中图分类号：TD612+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0106-01
0、前言
近年来，随着煤炭工业现代化的发展，采掘工作面机械化程度越来越高，机电设备的总装机容量和单机容量在不断增加，对矿井供电带来了新的问题，提出了新的要求。
变电所是矿井供电系统的重要组成部分，它直接影响矿井整个供电系统的安全与经济运行。因此变电所的设计质量好坏直接影响矿井供电系统的安全、稳定、可靠和经济运行。
淮北矿业股份有限公司许疃煤矿原设计生产能力1.5Mt /a，2009年矿井核定生产能力为3.5Mt/a。矿井工业场地内设有1座35kV变电所，自矿井投产以来，没有更新过主要供电设备。目前，主要设备技术性能已不能满足现行国家标准和行业技术规范要求。为了满足矿井安全生产供电要求和矿井改建后负荷增加的需要，急需对矿井35kv变电所进行升级改造。
1、矿井供电现状
许疃煤矿位于安徽省亳州市蒙城县北部板桥镇许疃乡境内，距东北方向的220kV南坪变电所（淮北供电公司）21.3km，距西北方向的220kV杨柳变电所（淮北供电公司）约23km。
矿井现有35/6kV变电所一座，主变压器及35kV高压配电装置采用户内布置方式，所内装有SZ9-20000/35型主变压器两台，两台同时工作，分列运行。35kV两回电源分别引自220kV南坪变电所的35kV不同母线段上，导线型号为：LGJ-2×120。
据矿井提供资料显示：2012年矿井负荷峰值有功功率为17000kW、无功功率为5916kVar、视在功率为18000kVA。
随着矿井开拓延伸及瓦斯升级，为满足矿井的安全高效生产，许疃煤矿正在对矿井进行安全改造，包括新建一主井、改原主井为矸石提升井，新建一北风井，以及相应的地面及井下配套工程。
随着许疃矿井改建工程的建设，矿井供电负荷的增加，矿井原35kV变电所已无法满足矿井的正常生产建设，且35kV输电线路压降也无法满足要求。
2、变电所改造方案
经统计，矿井安全改建，主井增加有功功率3530kW，无功功率1811kvar；地面生产系统增加有功功率1200kW，无功功率1600kvar；北风井新增有功功率1600kW，无功功率1116kvar；井下采区及皮带增加有功功率7200kW，无功6940kvar。
许疃矿井改建后电力负荷经总计补偿9300 kVar之后变电所6kV母线上的计算负荷如下：有功功率： 28501kW；无功功率： 8724 kVar；视在功率：29806kVA；功率因数：0.96。
（1）供电系统电压等级
许疃煤矿改造后用电负荷增大，若采用35kv电压供电，经计算35kV电压供电采用LGJ-2×240分裂导线时电压损失高达6.5%，压降已超过国标有关电能质量及煤炭电工手册的相关规定，并且线路投资高，运行和维护费用高，供电能力没有发展余地；如采用110kv电压供电，拟采用2回独立且来自不同方向的供电专线，电源分别引自南坪变电所及杨柳变电所。1回线路运行、另1回线路作热备用。经计算110kV电压供电采用LGJ-240分裂导线时，引自南坪变电所线路压降为1.40% ，引自杨柳变电所线路压降为1.52% ，压降满足相关规范要求。因此为了满足许疃矿井改建后矿井的供电需求以及今后矿井发展的需要，许疃矿井地面主变电所采用110kV电源供电。
（2）变电所改造方案
将原线路退后约50米截断，新建两座35kV线路临时终端塔；用35kV高压电缆（长约100米）作为临时电源进线至35kV高压室。在原变电所北面新建一座一层建筑作为110kV GIS室，占地约10米×18米，继电保护装置安装在原主控室内；在靠近6kV高压室处新建两台110kV变压器基础。6kV侧采用高压管母，磁控电抗器安装在原35kV变压器处。
（3）主变压器选择
主变压器选用2台SZ11-31500/110 型110/6.3kV、31500kVA有载调压变压器，正常时两台同时工作，负荷率为47.3%，事故保证系数为100%。
（4）电气主接线及主要电气设备
改造后矿井主变电所110kV及6kV均采用单母线分段的主接线方式。
110kV配电装置采用户内型“GIS”组合电器。110kV变电所内附设10/0.4kV干式变压器2台，供变电所附近负荷用电，同时也作为本变电所所用电源。变电所内的动力、照明及直流屏的充电、浮充电等所用交流电源，取自所内低压配电柜。控制信号、继电保护以及事故照明等采用直流电源，所内安装150Ah的蓄电池直流装置1套。
（5）无功补偿及谐波滤波
本矿井非线性电源负荷可能产生高次谐波的设备主要为主、副井提升设备。主、副井提升机均选用交-直-交变频電控设备，功率因数约为1，谐波分量较小；矿井其余非线性电源负荷如：采区上山绞车、各种变频启动器、电弧加热设备等。矿井地面35/6kV变电所6kV两段母线上分别配置了3300kvar电容器补偿装置及3300kvar电容器和动态磁控补偿装置KBS-1500/6 磁控电抗器一台，为抑制高次谐波对供电系统的危害、提高矿井供电系统的功率因数，在110/6kV变电所6kV母线上需另增加6kV无功功率动态补偿装置两套，对高压无功进行集中补偿，两套装置最多可补偿无功功率6000 kvar。动态补偿装置带滤波支路，可对高次谐波进行治理。矿井地面各6kV变电所设低压无功补偿装置，对低压设备产生的无功功率进行就地补偿。
（6）单相电容电流
经计算本矿达产时的6kV单相最大接地电容电流值可达到24A，超过了《煤矿安全规程》规定不大于20A的要求。110kV变电所内设计安装二套6kV消弧线圈装置，将单相接地故障产生的接地电流补偿到20A以下。
（7）工程总投资
本次变电所改造新增110kV 31500kVA变压器两台，新增6kV高压电缆60米，新建两条110kV LGJ-240线路，其中变电所设备投资约990万元，线路设备投资约1495×2万元，高压铜管母线投资约64万元，电气设备总投资4044万元。土建工程包括新建2台SZ11-31500/110变压器基础，新建110kV GIS室（一层），新建35kV线路终端塔基础作为临时供电，土建工程总投资100万元。工程总投资（电气及土建）共计4144万元。
3、改造后的效果
许疃矿井工业场地110/6kV变电所所址接近矿井负荷中心，减少了向各负荷供电的电缆长度，减少了线路电能损耗及线路电压降。110/6kV变电所安装两台有载调压变压器。正常工作两台主变同时工作分列运行，负载率为47.3%，主变工作在经济运行区，运行损耗较小。当其中一台故障或检修，另一台主变能够满足矿井全部负荷的用电要求。
4、结束语
许疃煤矿35/6kV变电所经升级改造成110/6kV后，供电可靠性高，供电能力大，运行费用低，电价低（比35kV低0.015元/kW·h），改建过程中土建施工较为方便，不影响矿井正常生产。土建费用较少。同时改建后变电所维护管理方便。在保证矿井安全生产的同时，节约了运行及维护费用，降低了矿井的生产成本，取得了良好的效果。
作者简介
刘志正（1986年4月～），男，山东聊城人，2010年毕业于山东科技大学电气工程及其自动化专业，现淮北矿业集团许疃煤矿保运一区技术员。
[关键词]供电负荷；35kv变电所；升级改造；安全与经济
中图分类号：TD612+.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0106-01
0、前言
近年来，随着煤炭工业现代化的发展，采掘工作面机械化程度越来越高，机电设备的总装机容量和单机容量在不断增加，对矿井供电带来了新的问题，提出了新的要求。
变电所是矿井供电系统的重要组成部分，它直接影响矿井整个供电系统的安全与经济运行。因此变电所的设计质量好坏直接影响矿井供电系统的安全、稳定、可靠和经济运行。
淮北矿业股份有限公司许疃煤矿原设计生产能力1.5Mt /a，2009年矿井核定生产能力为3.5Mt/a。矿井工业场地内设有1座35kV变电所，自矿井投产以来，没有更新过主要供电设备。目前，主要设备技术性能已不能满足现行国家标准和行业技术规范要求。为了满足矿井安全生产供电要求和矿井改建后负荷增加的需要，急需对矿井35kv变电所进行升级改造。
1、矿井供电现状
许疃煤矿位于安徽省亳州市蒙城县北部板桥镇许疃乡境内，距东北方向的220kV南坪变电所（淮北供电公司）21.3km，距西北方向的220kV杨柳变电所（淮北供电公司）约23km。
矿井现有35/6kV变电所一座，主变压器及35kV高压配电装置采用户内布置方式，所内装有SZ9-20000/35型主变压器两台，两台同时工作，分列运行。35kV两回电源分别引自220kV南坪变电所的35kV不同母线段上，导线型号为：LGJ-2×120。
据矿井提供资料显示：2012年矿井负荷峰值有功功率为17000kW、无功功率为5916kVar、视在功率为18000kVA。
随着矿井开拓延伸及瓦斯升级，为满足矿井的安全高效生产，许疃煤矿正在对矿井进行安全改造，包括新建一主井、改原主井为矸石提升井，新建一北风井，以及相应的地面及井下配套工程。
随着许疃矿井改建工程的建设，矿井供电负荷的增加，矿井原35kV变电所已无法满足矿井的正常生产建设，且35kV输电线路压降也无法满足要求。
2、变电所改造方案
经统计，矿井安全改建，主井增加有功功率3530kW，无功功率1811kvar；地面生产系统增加有功功率1200kW，无功功率1600kvar；北风井新增有功功率1600kW，无功功率1116kvar；井下采区及皮带增加有功功率7200kW，无功6940kvar。
许疃矿井改建后电力负荷经总计补偿9300 kVar之后变电所6kV母线上的计算负荷如下：有功功率： 28501kW；无功功率： 8724 kVar；视在功率：29806kVA；功率因数：0.96。
（1）供电系统电压等级
许疃煤矿改造后用电负荷增大，若采用35kv电压供电，经计算35kV电压供电采用LGJ-2×240分裂导线时电压损失高达6.5%，压降已超过国标有关电能质量及煤炭电工手册的相关规定，并且线路投资高，运行和维护费用高，供电能力没有发展余地；如采用110kv电压供电，拟采用2回独立且来自不同方向的供电专线，电源分别引自南坪变电所及杨柳变电所。1回线路运行、另1回线路作热备用。经计算110kV电压供电采用LGJ-240分裂导线时，引自南坪变电所线路压降为1.40% ，引自杨柳变电所线路压降为1.52% ，压降满足相关规范要求。因此为了满足许疃矿井改建后矿井的供电需求以及今后矿井发展的需要，许疃矿井地面主变电所采用110kV电源供电。
（2）变电所改造方案
将原线路退后约50米截断，新建两座35kV线路临时终端塔；用35kV高压电缆（长约100米）作为临时电源进线至35kV高压室。在原变电所北面新建一座一层建筑作为110kV GIS室，占地约10米×18米，继电保护装置安装在原主控室内；在靠近6kV高压室处新建两台110kV变压器基础。6kV侧采用高压管母，磁控电抗器安装在原35kV变压器处。
（3）主变压器选择
主变压器选用2台SZ11-31500/110 型110/6.3kV、31500kVA有载调压变压器，正常时两台同时工作，负荷率为47.3%，事故保证系数为100%。
（4）电气主接线及主要电气设备
改造后矿井主变电所110kV及6kV均采用单母线分段的主接线方式。
110kV配电装置采用户内型“GIS”组合电器。110kV变电所内附设10/0.4kV干式变压器2台，供变电所附近负荷用电，同时也作为本变电所所用电源。变电所内的动力、照明及直流屏的充电、浮充电等所用交流电源，取自所内低压配电柜。控制信号、继电保护以及事故照明等采用直流电源，所内安装150Ah的蓄电池直流装置1套。
（5）无功补偿及谐波滤波
本矿井非线性电源负荷可能产生高次谐波的设备主要为主、副井提升设备。主、副井提升机均选用交-直-交变频電控设备，功率因数约为1，谐波分量较小；矿井其余非线性电源负荷如：采区上山绞车、各种变频启动器、电弧加热设备等。矿井地面35/6kV变电所6kV两段母线上分别配置了3300kvar电容器补偿装置及3300kvar电容器和动态磁控补偿装置KBS-1500/6 磁控电抗器一台，为抑制高次谐波对供电系统的危害、提高矿井供电系统的功率因数，在110/6kV变电所6kV母线上需另增加6kV无功功率动态补偿装置两套，对高压无功进行集中补偿，两套装置最多可补偿无功功率6000 kvar。动态补偿装置带滤波支路，可对高次谐波进行治理。矿井地面各6kV变电所设低压无功补偿装置，对低压设备产生的无功功率进行就地补偿。
（6）单相电容电流
经计算本矿达产时的6kV单相最大接地电容电流值可达到24A，超过了《煤矿安全规程》规定不大于20A的要求。110kV变电所内设计安装二套6kV消弧线圈装置，将单相接地故障产生的接地电流补偿到20A以下。
（7）工程总投资
本次变电所改造新增110kV 31500kVA变压器两台，新增6kV高压电缆60米，新建两条110kV LGJ-240线路，其中变电所设备投资约990万元，线路设备投资约1495×2万元，高压铜管母线投资约64万元，电气设备总投资4044万元。土建工程包括新建2台SZ11-31500/110变压器基础，新建110kV GIS室（一层），新建35kV线路终端塔基础作为临时供电，土建工程总投资100万元。工程总投资（电气及土建）共计4144万元。
3、改造后的效果
许疃矿井工业场地110/6kV变电所所址接近矿井负荷中心，减少了向各负荷供电的电缆长度，减少了线路电能损耗及线路电压降。110/6kV变电所安装两台有载调压变压器。正常工作两台主变同时工作分列运行，负载率为47.3%，主变工作在经济运行区，运行损耗较小。当其中一台故障或检修，另一台主变能够满足矿井全部负荷的用电要求。
4、结束语
许疃煤矿35/6kV变电所经升级改造成110/6kV后，供电可靠性高，供电能力大，运行费用低，电价低（比35kV低0.015元/kW·h），改建过程中土建施工较为方便，不影响矿井正常生产。土建费用较少。同时改建后变电所维护管理方便。在保证矿井安全生产的同时，节约了运行及维护费用，降低了矿井的生产成本，取得了良好的效果。
作者简介
刘志正（1986年4月～），男，山东聊城人，2010年毕业于山东科技大学电气工程及其自动化专业，现淮北矿业集团许疃煤矿保运一区技术员。