浮球架線技術在尾礦庫供電系統中的應用實踐

王建綱

（山西太鋼嵐縣礦業公司， 山西 呂梁 035200）

尾礦庫是礦山系統選礦廠生產中重要的場所，其由筑壩攔截谷口或圍地構成，用以儲存金屬非金屬礦山進行礦石選別后排出的尾礦。其回水系統主要利用回水泵將庫內澄清水引入排洪井來進行再次利用。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，尾礦庫的選址地形一般都比較偏僻，遠離人員及設備，由于地理位置的特殊性，給安全供電帶來一定的困難。此次研究的礦山尾礦庫在海拔高度1 800 m 以上的兩個陡峭山峰之間，隨著尾礦庫庫容量的不斷增加，兩邊的山峰越來越陡峭，架線非常困難，給溢洪塔回水泵的安全供電帶來很大的難題，急需要選擇符合現場環境要求的供電方式來滿足運行需求。

1 供電方式的選擇與研究

1.1 原供電方式

由于在礦山生產初期，庫容量比較小，兩側的山峰坡度較緩，原10 kV 線路沿庫區邊際山坡架設約4 km，使用三聯桿跨越庫區約350 m，引至變壓器（315 kVA，10/0.4 kV）即可，供庫區低壓設備用電。

隨著庫區水位的上漲，沿庫區邊際山坡架設10 kV線路，由于受到水的侵蝕，塔基松動，嚴重影響正常供電，原供電設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 方案的選定與優化

1.2.1 方案一

采用傳統的10 kV架空線路[2]，需架設一趟1 356 m的長跨距架空線路，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，每根電纜兩側再與架空線連接。

1.2.1.1 計算鋼絲繩拉力

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，考慮風力及懸垂度影響，F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要求。

1.2.1.2 施工步驟

1）施工過程中，電纜不能受力，應通過掛環掛在鋼絲繩上，架設時，先用電力放線無人機把一級細牽引繩送到對面，再由一級細牽引繩拉二級粗牽引繩至對面，用二級粗牽引繩拉鋼絲繩至對面地錨拉線上，用電動鉸磨慢慢起線。

2）將鋼絲繩與電纜進行固定，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，電纜通過滑環掛在鋼絲繩上，再牽引電纜。

4）起線時要平穩，緩慢進行，控制好鉸磨的速度。

5）隨時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。

在尾礦庫東側平臺安裝315 kVA 變壓器1 臺，采用低壓輸電方式敷設線路穿越水面，按照庫區日常負荷20 kW 計算，電壓降23 V，電壓降百分比為6%，滿足標準±10%要求。

具體做法：利用4 根高壓單芯電纜作為低壓線路，將4 根電纜穿在浮球中間，將鋼絲繩穿過水面，鋼絲繩兩端采用地錨固定，浮球固定在鋼絲繩上，庫區兩側電纜直接接在低壓配電柜空開上。

1.2.2.1 現場環境條件

水域跨度750 m，且隨著庫容增加會逐步增長；水深約130 m，且隨著庫容增加會逐步加深；風速最大風速9 級；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。根據性能、成本以及行業應用情況，選用球狀浮體。

1.2.2.3 計算鋼絲繩拉力

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：在一側用不銹鋼鋼絲繩（Φ16 mm）將浮球連接起來，保證鋼絲繩長度小于電纜的長度，保證受力點在鋼絲繩而避免電纜受力疲勞斷裂。每間隔1 m 布置1 個浮球，750 m 共計350 個浮球。用絕緣膠布將浮球與浮球之間的4 根電纜扎緊（中點處），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，以消除直線布置時的拉力過于集中的問題。鋼絲繩設置時如不能避免鋼絲繩浸入水中時，應當考慮逐段換側布置的方式安裝。

4）地錨的安裝：在岸邊設置地錨拉緊裝置，依據地形逐段設置多處。

5）穿越水面安裝：利用小船或無人機將引線傳至對岸。在一側將電纜與浮球固定，通過牽引繩將電纜拉至對側。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岸接續使用。電纜長度按照測量陸地上的長度拉足后，在岸邊將剩余的浮球利用鋼絲繩進行固定，繼續拉夠水面的長度，最后將鋼絲繩固定于地錨處。

1.2.3 方案優缺點比較

兩種不同方案的優缺點比較如表3 所示。

表3 方案優缺點比較

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，考慮風力影響，由于存在浮力，F拉取3 倍，F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4 根1×35 mm2電纜進行排布，裝于浮球中心孔內，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 浮球架線技術的應用效果

于2019 年10 月開始按照方案二進行架線實施，整個施工過程中相對比較容易，選用兩瓣式浮球，利用船體進行輔助施工，運行效果至今良好，冬季結冰后也未影響運行。結冰期與非結冰期運行效果如第270 頁圖4、圖5 所示。

在運行過程中，為確保庫區水面巡視人員安全，防止線路、設備漏電事件發生，在變壓器低壓側及設備側分別安裝漏電斷路器，以確保供電線路、設備發生漏電后，漏電斷路器可實現動作跳閘。

3 結論

鑒于礦山系統尾礦庫的實際運行情況，架空線架設受地理位置及環境影響時，在北方地區的礦山中利用浮球進行架線，也是一種安全可靠的供電方式。

圖4 非結冰期運行效果圖

圖5 結冰期運行效果圖