浮球架線技術(shù)在尾礦庫(kù)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)踐

王建綱

（山西太鋼嵐縣礦業(yè)公司， 山西 呂梁 035200）

尾礦庫(kù)是礦山系統(tǒng)選礦廠生產(chǎn)中重要的場(chǎng)所，其由筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成，用以儲(chǔ)存金屬非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出的尾礦。其回水系統(tǒng)主要利用回水泵將庫(kù)內(nèi)澄清水引入排洪井來(lái)進(jìn)行再次利用。常用的供電方式為高壓架空線路供至變壓器，變壓器低壓供出給回水泵[1]。為安全起見(jiàn)，尾礦庫(kù)的選址地形一般都比較偏僻，遠(yuǎn)離人員及設(shè)備，由于地理位置的特殊性，給安全供電帶來(lái)一定的困難。此次研究的礦山尾礦庫(kù)在海拔高度1 800 m 以上的兩個(gè)陡峭山峰之間，隨著尾礦庫(kù)庫(kù)容量的不斷增加，兩邊的山峰越來(lái)越陡峭，架線非常困難，給溢洪塔回水泵的安全供電帶來(lái)很大的難題，急需要選擇符合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求的供電方式來(lái)滿足運(yùn)行需求。

1 供電方式的選擇與研究

1.1 原供電方式

由于在礦山生產(chǎn)初期，庫(kù)容量比較小，兩側(cè)的山峰坡度較緩，原10 kV 線路沿庫(kù)區(qū)邊際山坡架設(shè)約4 km，使用三聯(lián)桿跨越庫(kù)區(qū)約350 m，引至變壓器（315 kVA，10/0.4 kV）即可，供庫(kù)區(qū)低壓設(shè)備用電。

隨著庫(kù)區(qū)水位的上漲，沿庫(kù)區(qū)邊際山坡架設(shè)10 kV線路，由于受到水的侵蝕，塔基松動(dòng)，嚴(yán)重影響正常供電，原供電設(shè)施受水位上漲的影響，不能再使用，需要重新選擇供電方式。

1.2 方案的選定與優(yōu)化

1.2.1 方案一

采用傳統(tǒng)的10 kV架空線路[2]，需架設(shè)一趟1 356 m的長(zhǎng)跨距架空線路，采用10 kV 單芯電纜固定在鋼絲繩上并跨越水面，跨越距離為1 356 m。

具體做法：在兩岸邊合適位置栽好三聯(lián)單桿，將鋼絲繩提前固定在兩根桿之間，每相單根電纜固定在鋼絲繩上，每根電纜兩側(cè)再與架空線連接。

1.2.1.1 計(jì)算鋼絲繩拉力

該方案中架線材料如表1 所示。

表1 方案一架線材料表

鋼絲繩重力G（電纜+鋼絲繩+附件）=（524.4+1 280+300）×9.8=17 686.06 N；鋼絲繩拉力F=149 kN，考慮風(fēng)力及懸垂度影響，F(xiàn)拉取鋼絲繩重力的5 倍，即F拉=17 686.06 N×5=88 430.3 N=88.43 kN，遠(yuǎn)小于鋼絲繩拉力=149 kN；鋼絲繩破斷力Fmin=11 235.84 kN。因此，所選鋼絲繩滿足線路架設(shè)要求。

1.2.1.2 施工步驟

1）施工過(guò)程中，電纜不能受力，應(yīng)通過(guò)掛環(huán)掛在鋼絲繩上，架設(shè)時(shí)，先用電力放線無(wú)人機(jī)把一級(jí)細(xì)牽引繩送到對(duì)面，再由一級(jí)細(xì)牽引繩拉二級(jí)粗牽引繩至對(duì)面，用二級(jí)粗牽引繩拉鋼絲繩至對(duì)面地錨拉線上，用電動(dòng)鉸磨慢慢起線。

2）將鋼絲繩與電纜進(jìn)行固定，如圖1 所示。

圖1 鋼絲繩與電纜固定示意圖

3）先固定鋼絲繩，電纜通過(guò)滑環(huán)掛在鋼絲繩上，再牽引電纜。

4）起線時(shí)要平穩(wěn)，緩慢進(jìn)行，控制好鉸磨的速度。

5）隨時(shí)觀察垂弧與鋼絲繩的垂力以及地錨與地錨拉線的受力。

1.2.2 方案二

利用浮球在水面架線，綜合考慮電纜的絕緣情況、施工難易程度及用電安全性，將原跨庫(kù)的10 kV輸電改為低壓380 V輸電，浮球在水面的距離是750 m，采用三相四線制。

在尾礦庫(kù)東側(cè)平臺(tái)安裝315 kVA 變壓器1 臺(tái)，采用低壓輸電方式敷設(shè)線路穿越水面，按照庫(kù)區(qū)日常負(fù)荷20 kW 計(jì)算，電壓降23 V，電壓降百分比為6%，滿足標(biāo)準(zhǔn)±10%要求。

具體做法：利用4 根高壓?jiǎn)涡倦娎|作為低壓線路，將4 根電纜穿在浮球中間，將鋼絲繩穿過(guò)水面，鋼絲繩兩端采用地錨固定，浮球固定在鋼絲繩上，庫(kù)區(qū)兩側(cè)電纜直接接在低壓配電柜空開(kāi)上。

1.2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件

水域跨度750 m，且隨著庫(kù)容增加會(huì)逐步增長(zhǎng)；水深約130 m，且隨著庫(kù)容增加會(huì)逐步加深；風(fēng)速最大風(fēng)速9 級(jí)；浪高最大浪高0.5 m；水體特性呈偏堿性。

1.2.2.2 浮體選擇

市面上主流的浮體形式有3 種，分別為浮球、浮桶和浮塊。根據(jù)性能、成本以及行業(yè)應(yīng)用情況，選用球狀浮體。

1.2.2.3 計(jì)算鋼絲繩拉力

該方案中架線材料如表2 所示。

表2 方案二架線材料表

2）浮球與浮球之間的安裝與固定：在一側(cè)用不銹鋼鋼絲繩（Φ16 mm）將浮球連接起來(lái)，保證鋼絲繩長(zhǎng)度小于電纜的長(zhǎng)度，保證受力點(diǎn)在鋼絲繩而避免電纜受力疲勞斷裂。每間隔1 m 布置1 個(gè)浮球，750 m 共計(jì)350 個(gè)浮球。用絕緣膠布將浮球與浮球之間的4 根電纜扎緊（中點(diǎn)處），保證電纜受力一致，如圖3 所示。

圖3 浮球連接示意圖

3）整體布局：整體按照“S”型排布線纜和浮球，以消除直線布置時(shí)的拉力過(guò)于集中的問(wèn)題。鋼絲繩設(shè)置時(shí)如不能避免鋼絲繩浸入水中時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮逐段換側(cè)布置的方式安裝。

4）地錨的安裝：在岸邊設(shè)置地錨拉緊裝置，依據(jù)地形逐段設(shè)置多處。

5）穿越水面安裝：利用小船或無(wú)人機(jī)將引線傳至對(duì)岸。在一側(cè)將電纜與浮球固定，通過(guò)牽引繩將電纜拉至對(duì)側(cè)。拉電纜直至到引下線處，期間逐步將陸地上剩余的浮球傳至對(duì)岸接續(xù)使用。電纜長(zhǎng)度按照測(cè)量陸地上的長(zhǎng)度拉足后，在岸邊將剩余的浮球利用鋼絲繩進(jìn)行固定，繼續(xù)拉夠水面的長(zhǎng)度，最后將鋼絲繩固定于地錨處。

1.2.3 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

兩種不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表3 所示。

表3 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

鋼絲繩重力G （電纜+ 鋼絲繩+ 浮球）=（1600+708+1715）×9.8=39 425.4 N；鋼絲繩拉力F=149 kN，考慮風(fēng)力影響，由于存在浮力，F(xiàn)拉取3 倍，F(xiàn)拉=39 425.4 N×3=118 276.2 N=118.276 kN，小于鋼絲繩拉力F=149 kN；鋼絲繩破斷力Fmin=11 235.84 kN。因此，選鋼絲繩滿足線路架設(shè)要求。

1.2.2.4 施工步驟

1）電纜與浮球之間的安裝與固定：對(duì)4 根1×35 mm2電纜進(jìn)行排布，裝于浮球中心孔內(nèi)，如有間隙，用膠皮填充起到固定作用，如圖2 所示。

圖2 浮球與電纜、鋼絲繩固定示意圖

2 浮球架線技術(shù)的應(yīng)用效果

于2019 年10 月開(kāi)始按照方案二進(jìn)行架線實(shí)施，整個(gè)施工過(guò)程中相對(duì)比較容易，選用兩瓣式浮球，利用船體進(jìn)行輔助施工，運(yùn)行效果至今良好，冬季結(jié)冰后也未影響運(yùn)行。結(jié)冰期與非結(jié)冰期運(yùn)行效果如第270 頁(yè)圖4、圖5 所示。

在運(yùn)行過(guò)程中，為確保庫(kù)區(qū)水面巡視人員安全，防止線路、設(shè)備漏電事件發(fā)生，在變壓器低壓側(cè)及設(shè)備側(cè)分別安裝漏電斷路器，以確保供電線路、設(shè)備發(fā)生漏電后，漏電斷路器可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作跳閘。

3 結(jié)論

鑒于礦山系統(tǒng)尾礦庫(kù)的實(shí)際運(yùn)行情況，架空線架設(shè)受地理位置及環(huán)境影響時(shí)，在北方地區(qū)的礦山中利用浮球進(jìn)行架線，也是一種安全可靠的供電方式。

圖4 非結(jié)冰期運(yùn)行效果圖

圖5 結(jié)冰期運(yùn)行效果圖