煤礦深井供電技術(shù)探析

唐云鵬

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司機(jī)電科,山西高平 048407)

煤礦深井供電技術(shù)探析

唐云鵬

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司機(jī)電科,山西高平 048407)

煤炭資源的開采進(jìn)一步向深部發(fā)展,本文對(duì)煤礦深井下供電技術(shù)進(jìn)行了分析,探討了深井供電技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題,提出了提高供電系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的方案。

供電技術(shù) 深井 煤礦

煤炭在我國一次能源的利用中占據(jù)主導(dǎo)地位,我國煤炭產(chǎn)量多年居于世界第一。由于各地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變,已探明的煤礦資源絕大部分埋藏在800米地下,深井煤礦供電系統(tǒng)是煤炭安全生產(chǎn)的重要保障,深部煤炭開采環(huán)境復(fù)雜,電氣設(shè)備長期處于溫度和濕度較高的環(huán)境下,設(shè)備內(nèi)部容易產(chǎn)生凝露和霉菌現(xiàn)象,在采掘過程中,深井煤礦開采容易引起觸電事故,統(tǒng)計(jì)表明,近年來發(fā)生的導(dǎo)致人員傷亡的煤礦觸電事故中,有64%發(fā)生在深部礦井。提高煤礦井下供電系統(tǒng)的安全性、可靠性十分重要。

1 煤礦深井供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著各種大型自動(dòng)化機(jī)械裝備不斷應(yīng)用到煤礦作業(yè)中,我國煤礦采區(qū)的供電系統(tǒng)供電電壓經(jīng)歷了從380V到3300V逐步提高的發(fā)展階段。近年來我國煤礦井下供電系統(tǒng)普遍采用6kV電壓供電,部分礦井采用10kV供電系統(tǒng)。

我國目前已經(jīng)研制出3300V供電系統(tǒng)的防爆電機(jī)及相應(yīng)的電氣控制設(shè)備產(chǎn)品,但與發(fā)達(dá)國家相比差距較大。國產(chǎn)供電系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備種類較少,移動(dòng)變電站的容量僅有800kVA-1250kVA幾種產(chǎn)品,容量普遍偏小,工作的穩(wěn)定性和壽命較差。國外最大容量移動(dòng)變電站已經(jīng)超過3000kVA?？刂崎_關(guān)產(chǎn)品僅能控制2-4個(gè)回路,動(dòng)作靈敏度較低。3300kV供電系統(tǒng)的防爆電機(jī)容量還沒有突破5000kW,大截面3300kV拖拽式電纜產(chǎn)品在歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到普遍應(yīng)用,而我國仍然依賴進(jìn)口。

國外主要產(chǎn)煤國使用兩種礦井供電系統(tǒng),一種由地面變電所兩趟電纜線路供至井下中央變電所,再利用電纜送至設(shè)在工作面順槽的2-3臺(tái)變電站,通過啟動(dòng)器、負(fù)荷中心等分別向采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)供電;另一種是由地面變電所利用6kV-12.5kV電纜直接下井送至采區(qū)移動(dòng)式供電中心,再通過移動(dòng)式供電中心分別向多臺(tái)不同電壓的機(jī)電設(shè)備供電。

2 深井煤礦供電面臨的問題

我國有超過34處礦井采深已突破1000米以上,煤礦深井供電系統(tǒng)通常由地面變電所、井下變電所和采區(qū)變電所構(gòu)成。供電線路的安全可靠與系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)、各組件的安全可靠性等有關(guān),深井煤礦供電系統(tǒng)常見故障有：

(1)煤礦井下供電系統(tǒng)目前常采用6kV或10kV系統(tǒng),較多采用的是直流操作的定時(shí)限過電流保護(hù)和瞬時(shí)電流速斷保護(hù),供電系統(tǒng)是單側(cè)電源輻射狀電網(wǎng),線路上動(dòng)作電流和時(shí)間隨著從電源端至負(fù)荷端所經(jīng)過的開關(guān)級(jí)數(shù)增加而逐漸減小。而采區(qū)工作面要求較長的時(shí)限和較大的定值配合,現(xiàn)行的整定原則為地面6kV處設(shè)兩段式保護(hù),動(dòng)作時(shí)限為0.95s,給定整定值和保護(hù)時(shí)限已無法適應(yīng)需求,保護(hù)無法配合。

(2)煤礦采區(qū)變電所的整定原則是先根據(jù)最遠(yuǎn)端的負(fù)荷性質(zhì)和大小鑒定此處負(fù)荷的開關(guān)定值,再逐級(jí)折算到采區(qū)變電所,最后利用最大負(fù)荷功率確定過流保護(hù)定值,以最遠(yuǎn)端的短路電流整定速斷保護(hù)。另外,再根據(jù)地面6kV處定值,一次向下按0.9倍整定瞬時(shí)速斷保護(hù)。若整定值過小,當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí),往往引起所有速斷保護(hù)同時(shí)動(dòng)作,出現(xiàn)越級(jí)跳閘,停電故障影響范圍因此被擴(kuò)大。

(3)深井煤礦環(huán)境復(fù)雜,供電系統(tǒng)中使用的鎧裝電纜外層鋼帶或鋼絲鎧裝層容易受潮銹蝕,若運(yùn)輸巷道空間小,很容易刮破、折壞運(yùn)輸中的電纜,造成停電事故。單相接地的電纜會(huì)使其他兩相對(duì)地電壓較高,影響供電系統(tǒng)的可靠性。

(4)深井煤礦中常常使用的具有高壓漏電和絕緣監(jiān)視保護(hù)功能的高壓防爆開關(guān),若變壓器高、低壓側(cè)腔體的蓋及高壓開關(guān)與分立的變壓器之間沒有形成有效的連鎖保護(hù)配合,則造成高壓開關(guān)漏電、過流和短路故障,甚至引起弧光或放電,導(dǎo)致高壓斷電事故。

(5)井下供電系統(tǒng)中,有些掘進(jìn)工作面對(duì)風(fēng)機(jī)等設(shè)備的使用沒有達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的要求。常常沒有采用專用電纜線路供電,一旦供電線路局部出現(xiàn)故障,會(huì)影響到其它風(fēng)機(jī)的運(yùn)行,故障范圍擴(kuò)大,帶來了嚴(yán)重的安全隱患。

(6)礦用隔爆型防爆電器是煤礦井下必備的電器設(shè)備,采用防爆外殼、本質(zhì)安全電路及各種保護(hù)裝置,這些安全措施和設(shè)備存在著不完善性,因此對(duì)故障引起的電火花,但沒有引起瓦斯爆炸的事故具有有效的預(yù)防措施。

3 提高深井煤礦供電安全的措施

提高煤礦深井供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性需要考慮：

(1)在設(shè)計(jì)煤礦供電系統(tǒng)時(shí),要提供兩個(gè)以上的供電電源接入供電網(wǎng)絡(luò)中,提高礦井供電的穩(wěn)定性和持續(xù)性。尤其對(duì)一些重要的通風(fēng)和排水設(shè)備需要單獨(dú)設(shè)置備用電源,避免煤礦生產(chǎn)工作過程中高負(fù)荷的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)突然終止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況,保護(hù)設(shè)備和相關(guān)操作人員的安全。

(2)煤礦深部礦井作業(yè)環(huán)境十分惡劣和特殊,水文和地質(zhì)條件分布復(fù)雜,嚴(yán)重影響著供電系統(tǒng)的安全。對(duì)于長距離井下供電要根據(jù)需要增加先進(jìn)的供電設(shè)備,提高供電技術(shù)?？蓪⒐╇娋嚯x分成若干段,在相應(yīng)位置增加增大電壓的中繼設(shè)備以便減少電壓的衰減帶來的影響。同時(shí),要合理設(shè)計(jì)選擇供電電纜的橫截面積,減少相關(guān)環(huán)境因素對(duì)供電線路的影響。

(3)設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)線路要結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際情況,制訂出方案合理、反映迅速的繼電保護(hù)方案。針對(duì)一些高電壓的煤礦設(shè)備要設(shè)計(jì)超負(fù)荷運(yùn)行、線路短路和低電壓運(yùn)行的保護(hù)功能。礦區(qū)供電線路上應(yīng)具備常規(guī)的短路、漏電和超負(fù)荷等供電保護(hù)功能,并通過相應(yīng)的繼電器對(duì)線路故障問題進(jìn)行定位和隔離,從而不使供電故障問題擴(kuò)大影響。

(4)引進(jìn)國際先進(jìn)水平的煤礦供電系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備,加強(qiáng)培訓(xùn)和提高供電系統(tǒng)技術(shù)人員解決供電系統(tǒng)問題的能力,減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失和降低事故率,以適應(yīng)不斷攀升的煤礦設(shè)備用電量。

4 結(jié)語

本文首先分析了當(dāng)前我國煤礦深井供電技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展,指出與國際先進(jìn)水平存在的差距,具體研究了當(dāng)前供電技術(shù)在煤礦深井掘進(jìn)生產(chǎn)中存在的問題,提出了相應(yīng)的提高深井供電技術(shù)安全與穩(wěn)定的措施。

[1]白繼儒,煤礦井下供電可靠性探討[J].中州煤炭,2005.

[2]張棟梁,提高煤礦井下供電安全技術(shù)措施探討[A].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2012.

[3]張祥軍,企業(yè)供電系統(tǒng)及運(yùn)行[M].中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2008.

唐云鵬(1984一),男,河北衡水人,本科,助理工程師,主要從事機(jī)電科的供電設(shè)計(jì)、防爆檢查及設(shè)備管理工作。