露天矿供配电方式及供电系统设计

1、露天矿供配电方式及供电系统设计张铁毅（神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021025）摘 要：介绍了露天矿主要的供配电方式及新形势下露天矿供电系统的设计步骤，包括依据矿山原始资料，确定电源数量、估算电力负荷、确定电源电压、选择主变压器台数及容量、导线（电缆）截面的选择、短路电 流的计算、电气设备的选择及校验、以及保护装置的整定计算、技术经济性比较等。关键字：露天矿；供配电方式；供电设计中图分类号：td 613文献标识码：b文章编号：1671 9816（2011）05 0092 03引 言小，移动量较少，只须随台阶下降移动局部电杆接续即可，因而提高了供电可靠性。缺点是其纵断面不是 水平

2、的，线路维护和架设较困难，考虑到各种移动设 备通过线下时，防止发生碰线事故，电杆应加高，移 动较困难；高压移动电缆较长；对于电缆线路，线路 敷设较困难；在可能有车辆穿过的地方，需穿镀锌钢 管埋地敷设，线路移动也麻烦。（2）环形线纵架线供电系统。两回电源线路沿 采掘场环形布置，通过环形线路相互联络，形成环形 线供电系统。在采掘场周围设置移动式变电站，由移 动式变电站引至采掘场内的中压架空（或电缆）线路 平行于采掘平台引至用电设备（电铲、钻机等）或中 压配电设备，形成了纵架线配电系统。纵架线的优点是沿台阶敷设，电铲、钻机等移动 设备不通过线下或从线路上通过，避免了碰线或压线 等事故。缺点是整个线路

3、处于工作面上，受爆破影响 较大，并随着工作面的推进与延深而成段地移动，移 动量较大，特别是一条线路对多台电铲供电时，由于 爆破和移线而造成的电铲停电机会多，事故也较多。（3）放射横式供电系统。与前两种供电方式相 比，其采场架线方式相同，只是不设环形线，直接由 矿区总变电所引来的几回线路沿垂直于采掘台阶的 方向穿过采掘场敷设，并就近引至用电设备，构成放 射横式供电系统。该系统具有“环形线横跨线供 电系统”的缺点，对于大中型露天煤矿，由于采掘场 供电电压等级相对较高，所以需要许多由高压变中 压的移动式变电站，投资增加，移动较麻烦；由于采 用多回路供电，供电可靠性提高。（4）放射纵式供电系统。电源由

4、矿区总变电所 引来的几回线路沿采掘台阶方向穿过采掘场敷设， 并就近引至用电设备，构成放射纵式供电系统。该 系统具有“环形线纵架线供电系统”的缺点，同时1露天矿供配电系统是否合理直接关系到露天矿的生产；供配电方式的合理选择直接关系到整个矿 区用电设备供电的可靠性、矿区设计成本的经济性。露天矿的供电系统设计应综合考虑露天矿采场 的生产环境特点，如采场内的电气设备受到自然环 境如风沙、雨、雪、雷电及酷热和严寒的影响；采场范 围大，设备分散，用电设备需随工作面的推进频繁移 动；采场内底板多为岩石或矿石、土壤、电阻率较高； 部分矿山爆破时引起的震动等。所以，露天煤矿采场 内使用的电气设备应具有外壳坚固、

5、防水、防尘及便 于安装、移动的特点。为此，本文介绍了露天矿的供配电方式，并对比 分析了各种供配电方式的优缺点，适用矿山类型等； 详述了矿区供电系统的设计步骤，为露天矿的供电 系统设计和矿区供配电系统扩容提供借鉴。露天矿的供配电方式2露天煤矿的供配电系统主要有以下 4 种形式1。（1）环形线横跨线供电系统。两回电源线路沿 采掘场环形布置，通过环形线路相互联络，形成环形 线供电系统。在采掘场周围设置移动式变电站，由移 动式变电站引至采掘场内的中压架空（或电缆）线路 垂直于采矿平台引至用电设备（电铲、钻机等）或中 压配电设备，形成横跨线供电系统。横跨线的优点是与工作台阶垂直，受爆破影响收稿日期：20

6、11-05-21作者简介：张铁毅（1962 -），男，内蒙古呼伦贝尔人， 1992 年毕业于鸡西矿院，高级工程师，现任神华宝日希勒能 源有限公司副总经理。露天采矿技术2011 年第 5 期93对于大中型露天煤矿，由于采掘场供电电压等级相对较高，所以需要许多由高压变中压的移动式变电 站，移动较麻烦。导线、电缆截面的选择合理与否，直接影响矿区电网的安全运行，以及金属消耗量和线路投资。在 6 10 kv 配电线路或 35 kv 及以上供电线路，按经济 电流密度选择截面，再按照允许电压损失校验所选 截面是否满足要求。按经济电流密度选择截面的公式：sn = ijs / jn式中：sn 为经济截面，mm2

7、；ijs 为线路的计算电 流，a；jn 为经济电流密度，a/mm2。我国规定的经济 电流密度见表 1。露天矿供电系统设计3电源数量的确定根据矿山用电负荷的性质和容量、企业的规模 及其重要性，结合本地区电力系统的供电条件全面 考虑，具有一级负荷的矿山应由 2 个独立电源供电； 无一级负荷的矿山可由一个电源供电。矿山企业的电源，应首先考虑由地区电力系统供 电。在地区电力系统供电技术经济型不合理时，可根 据用电负荷大小及能源条件，考虑建设自备发电厂。3.1表 1经济电流密度a/mm2年最大负荷利用时间 /h导体材料5 000 以上1 000 3 0003 000 5 000电力负荷的估算在方案设计阶

8、段，一般采用单位产品耗电量法 估算。对生产矿山，在考虑矿山发展进行规划时，只 能采用单位产品耗电量法估算矿山电力负荷。负荷 估算公式：pjs = wd m / tmax式中：pjs 为负荷估算值，kw；wd 为单位产品耗 电量，kwh/t；m 为矿山产品的年产量，t；tmax 为年最大负荷利用小时数，h。裸铜导体和母线裸铝导体和母线 裸钢导体和母线 铜芯电缆铝芯电缆3.23.01.650.452.51.922.251.150.42.251.731.750.900.352.01.54短路电流的计算以单相和两相短路电流的计算为例2。（1）单相短路电流的计算。在工程计算中，大接 地电流系统或低压三相

9、四线制系统发生单相短路时，单相短路电流可用下式计算：3.6电源电压的确定露天煤矿供电电压的等级，应根据露天矿境界 范围、达产时的电力负荷、后期扩建后的电力负荷、 供电距离对电压水平的影响、大型设备启动时对其 他生产设备的影响、不同电压等级线路的损耗等因 素来确定。考虑到生产设备分散和用电容量大的特 点，矿山企业的电源电压一般选用 35 kv 或 66 kv。 大中型露天矿一般设双回路电源。由露天采场地面 变电站（所）供给采场内各用电设备的电压除考虑上 述因素外，主要根据用电设备的电压等级来确定。当 采场内用电设备的额定电压为 6 kv 时，采场内的配 电电压采用 6 kv。当采场内采用 10

10、kv 的用电设备 时，采场内配电电压为 10 kv。3.3（ 1） uav = ud ik3 x3 x姨 p-o姨 p-o式中：uav 短路点的平均额定电压，v；ud 短路点所在电压等级的基准电压，v；xp -o单相短路 回路中，相线与大地或中线的总电抗，o。（2）两相短路电流的计算。两相短路，其短路电流可由下式求得（ 2） uav = ud ik2x2xkk两相短路电流与三相短路电流的关系为：（ 2）= 姨 3 （ 3）ikik2（ 2） 姨 3 i （ 3）i （ 2） 姨 3 i （ 3）ishshshsh22主变压器台数及容量选择有一级负荷的矿山企业，当量电源均须经主变压 器变压后供电

11、时，应选 2 台主变压器。无一级负荷时， 大、中型矿山一般选用 2 台主变压器；小型矿山可选 用 1 台主变压器。矿山总降压变电所的主变压器，如 选用 2 台或 2 台以上时，若 1 台停止运行，其余变压 器的容量，应能保证全部一级负荷和二级负荷的用电 需要；如为 1 台时，宜留有总负荷的 15% 25%的裕量。3.4式中：ish 为短路冲击电流，a；ish 为短路冲击电流的有效值，a；ik（）i 为 i 相短路击电流。在供电系统设计时，除考虑上述几步外，还得进行电气设备的选择、校验；以及保护装置的整定计 算；技术经济性比较等，不在详述。结 论4导线、电缆截面的选择（下转第 95 页）3.5机

12、电与自动化2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20abcd1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20图 2 碳刷大于两个换向片宽度时的 电机运行转子绕组电流情况露天采矿技术2011 年第 5 期95在直流电机运行时的某一个时间点对其转子中的电流状态进行分析。如图，电枢正极碳刷分别与 3# 换向片、4# 换向片和 13# 换向片、14# 换向片接触，电 枢的负极分别与 8# 换向片、9# 换向片和 18# 换向片、19# 换向片接触。此时由于每个碳刷分别接触相邻的 两个换向片，而对于

13、换向器节距为 1 个换向片的绕 组而言既将首尾分别与 3# 和 4# 、8# 和 9# 、13# 和14#、18# 和 19# 相连的绕组短接，也是将 2# 绕组、7# 绕组、12# 绕组、17# 绕组分别短接。而 2# 绕组、7# 绕组、12# 绕组、17# 绕组此时正好处于直流电机励磁磁场互换 的位置，也就是说忽略其他因数此时磁场和为 0，因 此无论是否将此 4 组绕组短接也不会对电机整体性 能产生任何影响。15# 换向片接触，电枢的负极分别与 7# 换向片、8# 换向片、9# 换向片、10# 换向片和 17# 换向片、18# 换向 片、19# 换向片、20# 换向片接触。此时由于每个碳刷

14、分别接触相邻的 4 个换向片，而对于换向器节距为1 个换向片的绕组而言既将首尾分别与 2# 和 3#、3#和 4# 、4# 和 5#，7# 和 8#、8# 和 9#、9# 和 10#，12# 和 13#、13# 和 14#、14# 和 15#，17# 和 18#、18# 和 19#、19# 和 20# 相连的绕组短接，也将 1# 绕组、2# 绕组、3# 绕组、6# 绕组、7# 绕组、8# 绕组、11# 绕组、12# 绕组、13# 绕组、16# 绕组、17# 绕组、18# 绕组分别短接。虽然 2# 绕组、7# 绕组、12# 绕组、17# 绕组此时正好处于直流电机励 磁磁场互换的位置，但是其他短接

15、的绕组此时均为 电机的有效绕组，也就是这些绕组的有效边本应该 受力而被短接后成为无效绕组，使得直流电机此时 的转矩降低，并且也相应的增加电枢电流，增大其他 绕组中的电流而损坏电机。横向增加碳刷接触面积对电机的影响4总 结5一般，换向器越长越好，但是换向器加长就会增加转子的长度，因此电机的长度也得增加，并且增加 制作成本。为了增加碳刷与换向器之间的接触面积， 只能将碳刷加宽，但加宽不是无限制的。本文通过一 个四极单叠绕组直流电机来说明碳刷宽度的增加对 电机整体性能的影响。为直流电机的设计和制造提 供一定的理论依据，也为电机检修单位在没有原装 碳刷情况下采用替代碳刷提供一个参考。 参考文献：1方荣

16、惠，邓先明.电机原理及拖动基础m.北京：中国矿 业大学出版社，2004.2顾绳谷.电机原理及拖动基础（上、下册）m.北京：机械 工业出版社，1997.图 2 是碳刷大于两个换向片宽度时的电机运行转子绕组的电流情况。也是在直流电机运行时的某 一个时间点对其转子中的电流状态进行分析。如图，电枢正极碳刷分别与 2# 换向片、3# 换向片、4# 换向 片、5# 换向片和 12# 换向片、13# 换向片、14# 换向片!（上接第 93 页）法，降低了投资成本，提高了系统供电可靠性，使得设计工作科学而量化，从而为新时期从事露天矿供 电系统设计的工程技术人员提供参考与借鉴。 参考文献：1张平宽.露天采掘场的供配电系统设计j.露天采矿技 术，2005，（6）.2邹友明.现代供电技术m.中国电力出版社，2008.随着我国露天矿规模的不断扩大，露天矿采场的供配电系统必将得到进一步的