煤礦機電設備雙電源供電方式安全設計探討

寧海水

(山西焦煤集團有限責任公司東曲煤礦，山西 太原 030200)

0 引 言

目前經濟發(fā)展對于煤炭資源需求漸增大，傳統(tǒng)開采工藝效率較低，煤礦開采工藝正逐步向機械化開采和智能化開采方向發(fā)展，對于電力資源的質量要求也隨之提升[1]。要想確保煤礦開采過程中有效防止瓦斯安全事故、頂板安全事故及水害安全等事故，確保煤礦企業(yè)能夠獲得可靠的、不間斷的電力支持，就必須確保煤礦企業(yè)電力供應的持續(xù)性以及可靠性。

1 煤礦企業(yè)受電方式分析

1.1 受電方式概念

所謂受電就是接受送電，即發(fā)電廠把電力輸送到用戶。而受電方式即用戶接受送電的具體方式，對于煤礦企業(yè)而言，包含的受電方式主要有全主全備受電方式以及一主一備受電方式。

1.2 全主全備受電方式

此種受電方式是經由煤礦企業(yè)設置的中央配電室，兩路不同的電源一起進入至配電室之中，對于10 kV系統(tǒng)，是通過單母線方式接線處理，電源和相應的聯(lián)絡開關之間則是借助于互為閉鎖的投切設備連接，確保煤礦開采過程中井下供電持續(xù)性與可靠性[2]。具體的配電裝置示意圖如圖1所示。

正常情況之下，系統(tǒng)包含兩個電源一起投入使用，分別承擔相應的設備運行負荷，同時還可以僅接入一路電源，另外一路電源則當成是備用電源。若是其中某一路電源出現(xiàn)故障問題，另外的一路電源便會即刻借助于投切裝置而進入運行狀態(tài)，所有的設備運行負荷均被接入此回路中，可以保障煤礦開采獲得可靠的、持續(xù)的電力供應[3]。

圖1 全主全備受電方式配電裝置示意圖

1.3 一主一備受電方式

此種受電方式，若是系統(tǒng)正常情況，僅將所接入的兩路電源之中的其中一路作為供電電源，其承擔所有設備的運行負荷，而其余的一路電源則當成是備用電源使用。若主回路出現(xiàn)故障，則備用回路便能夠作為緊急電源確保井下作業(yè)設備能夠持續(xù)的運行[4]。若是煤礦企業(yè)采用的備用電源是公用電力線路，基本上都會應用此類受電方式。具體的配電裝置示意圖如圖2所示。

圖2 一主一備受電方式配電裝置示意圖

采用此種受電方式，對10 kV系統(tǒng)進行接線處理時，與全主全備受電方式下的接線方式相同，電源和相應的聯(lián)絡開關之間則是借助于互為閉鎖的投切設備，確保煤礦開采過程中井下供電持續(xù)性與可靠性[5]。兩者不同之處為，一主一備受電方式作為備用回路由于自身所擁有的接待能力相對較小，一般情況下饋出線僅可以接待保安負荷，而對于主電源與備電源來說，無法進行互換。

1.4 兩種受電方式對比分析

采用全主全備受電方式，系統(tǒng)接線較為簡單，在實際運行過程中方便管理。系統(tǒng)運行時，1#進線以及2#進線能夠同時帶電，9#分段以及10#聯(lián)絡柜開關處在斷開狀態(tài)之下的，利用電氣閉鎖設備，若是系統(tǒng)之中母線均處于帶電狀態(tài)時，9#分段柜便不能合上，這樣便可以有效避免倒送電問題或者是系統(tǒng)之中兩路電源出現(xiàn)非同期運行問題等發(fā)生。采用全主全備受電方式時，系統(tǒng)要求應用到相對多饋線柜裝置，導致前期的建設所需資金較多，而整個系統(tǒng)的線路利用率相對低，一般情況下處于50%左右，電費成本相對高，基本容量的電費支付也相對多。

采用一主一備受電方式，系統(tǒng)之中所需配置的饋電柜裝置相對較少，前期的建設資金投入相對少。但是此種受電方式下當主回路之中的電源出現(xiàn)一定故障時，備用回路只可以提供保安負荷所需供電，無法夠確保煤礦正常生產，而且整個系統(tǒng)中輸電線路相對長，存在相對多的接待負荷[6]。由于此種受電方式之下系統(tǒng)的備用容量相對較小，其對應的基本容量費用支出也相對低。

2 煤礦機電設備雙電源供電安全設計原則

(1) 要求設計所采用的線路應當為煤礦企業(yè)唯一供電專線，不允許另外一些負荷接入系統(tǒng)之中。

(2) 線路系統(tǒng)設計要求變電站獨立間隔出線，供電線路的架設過程中必須單獨進行架設，不可以利用同桿架設方法[7]。

(3) 輸電線路所應用的混凝土桿、輸電導線、絕緣子器件等等，在實際選型過程中應當較普通照明線路高出一個等級。在線路選擇過程中，應當盡量應用全絕緣化的線路。加設10 kV輸電系統(tǒng)時，要按照20 kV輸電系統(tǒng)應用相關標準要求。選擇導線過程中，絕緣層的厚度值應當在3～4 mm之間，絕緣材料類型應當為交聯(lián)聚乙烯材料。所選用的絕緣子裝置應當具備較好防雷性能。對于一些裸露在外部的接頭部位以及一些金屬連接部位，必須設置絕緣罩裝置，同時還應當采取相應的防護措施。

(4) 按照不同的輸電線路實際距離，設置相應的智能負荷開關裝置，這樣能夠確保系統(tǒng)線路出現(xiàn)故障問題時，更快的檢測出故障位置[6]。通常情況下要求在5 km長度之內加設1～2臺智能開關裝置。

3 實例分析

結合東曲煤礦輸配電系統(tǒng)改造實例，探討輸配電系統(tǒng)具體情況。東曲煤礦井下作業(yè)設備供電應用的電壓等級是660 V，煤礦之中機電設備相應的負荷情況見表1。

依照東曲煤礦的實際負荷以及煤礦周邊的電源情況，該礦井生產過程中選用的電源是10 kV電壓等級線路，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的供電，采用雙回路供電的方式，在輸電線路的架設過程中，電桿均應用混凝土電桿。選擇供電方案依照東曲煤礦所處的具體位置，同時要求所選用的電源進線與出線便捷，將10 kV變電所設置于副井位置的絞車房旁邊，安裝2臺型號均為SJ-630/10型的變壓器裝置，若是其中1臺變壓器裝置發(fā)生問題，則所設置的另外1臺變壓器裝置可以確保隨時投入運行，滿足煤礦生產的全部用電負荷需求。在系統(tǒng)之中10 kV以及0.4 kV系統(tǒng)分段接線處理時均是應用單母線方式，確保整個系統(tǒng)供電更為穩(wěn)定與可靠。

煤礦副井位置的井底周圍設置礦井井下配電硐室，其中10 kV供電系統(tǒng)在進行接線時是通過單母線分段接線方式完成，井下設置兩回路，并且10 kV電源分別從地面上所設置的10 kV變電所之中兩段10 kV母線之上引出，井下所應用的電纜其型號為MUJB 22型電纜，此種電纜的絕緣層材料為交聯(lián)聚乙烯材料[7]。若是其中某一回路出現(xiàn)故障時，通過所設置的另一回路同樣能夠確保井下機電設備的正常運轉，承擔所有的機電設備運轉負荷。

變電所之中10 kV高壓開關裝置型號為BGP 12-6N型的隔爆配電開關裝置，一共配置有3臺，所應用的低壓開關裝置型號為KBZ-630型隔爆配電開關裝置，一共配置有8臺。井下開采區(qū)域內的電源是由井下變電所引出，在輸電線路之中設置有專用開關裝置，同時輸電線路也為專用線路，僅僅供采取機電設備使用[8]。

在井下的水槽之中設置有主接地極，不同的配電點也都設置有局部的接地極，主接地極、局部接地極、鎧裝電纜金屬護套對應的接地芯線等共同構建成了井下接地網。在整個接地網絡之中，其中任何一處的接地點位置處測量所得接地電阻值大小要求均應當小于2 Ω。

煤礦常見故障主要是短路故障，對煤礦的安全生產威脅較大，另外，煤礦還存在多種不正常運行狀態(tài)。通過應用雙電源供電方式，能夠在不改變系統(tǒng)結構的情況下，有效解決上述問題，對煤礦供電系統(tǒng)的改進具有一定指導意義。

4 結 語

由于煤礦開采過程中涉及到井下作業(yè)人員的安全問題，要求井下作業(yè)過程中機電設備應當得到持續(xù)以及可靠的電力保障。采用雙回路供電方式，前期的資金投入相對較大，卻能夠有效確保煤礦企業(yè)供電的安全性，能夠保證井下作業(yè)連續(xù)性，為井下作業(yè)人員提供更為安全可靠的作業(yè)環(huán)境。另外，煤礦雙電源用戶必須根據運行實際制定完善的雙電源倒閘操作規(guī)程。規(guī)程中要把可能出現(xiàn)的運行狀況及對應操作程序一一列明，做到在實際操作中有章可循。