均衡綜采工作面照明負(fù)載的方法

楊廣榮

摘 要：煤炭是工業(yè)的糧食，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。從現(xiàn)有的能源賦存特點(diǎn)來看，在未來一段時(shí)間內(nèi)，煤炭仍然是主要能源。煤炭行業(yè)的發(fā)展依然會(huì)保持強(qiáng)勁的勢(shì)頭，各大煤礦也仍然是能源貢獻(xiàn)的主力軍。為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度提高生產(chǎn)力，煤礦也在朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展?，F(xiàn)代化煤礦大都應(yīng)用綜采工藝進(jìn)行采煤，生產(chǎn)力得到了有效的保障，但是客觀條件決定了井下環(huán)境空間狹小，黑暗潮濕的狀態(tài)，對(duì)井下作業(yè)十分不利，為了保障生產(chǎn)作業(yè)的安全正常運(yùn)行，大部分礦井都在井下安裝了相當(dāng)數(shù)目的照明燈，用來解決井下環(huán)境黑暗的問題。但是這也帶來了新的問題，因?yàn)榻^大多數(shù)井下安裝照明燈采都用了串聯(lián)的方式，所以極易引起相間負(fù)載不平衡，造成照明燈發(fā)暗，光照強(qiáng)度不夠的情況，為此本文介紹了一種解決串聯(lián)照明燈負(fù)載不平衡的方法。

關(guān)鍵詞：綜采;均衡照明負(fù)載

1 井下照明燈供電系統(tǒng)介紹

井下作業(yè)環(huán)境特殊，對(duì)線路及設(shè)備損傷的可能性較大并且可能存在瓦斯等有毒有害氣體，因此對(duì)供電系統(tǒng)有特殊要求，即選用的設(shè)備要有防爆性并且具有一定的防護(hù)強(qiáng)度，選用的電纜要有阻燃性 ，供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)也要盡可能簡(jiǎn)單有效。對(duì)于井下照明供電系統(tǒng)來說，一般為10Kv高壓電路通過10Kv——660v移動(dòng)變電站將電壓等級(jí)降為660v給照明綜保供電，照明綜保通過內(nèi)部變壓器將660v電壓降到127v并輸出，通過串聯(lián)電路給數(shù)十盞照明燈供電。

綜采工作面井下照明系統(tǒng)采用串聯(lián)供電的好處有以下幾點(diǎn)：1、串聯(lián)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本較低。綜采工作面分布較長(zhǎng)，完成井下照明工程所需線路及照明燈數(shù)量十分可觀，采用串聯(lián)供電可有效節(jié)約成本。2、由于井下環(huán)境特殊，設(shè)備損壞較為頻繁，采用串聯(lián)方式給照明燈供電當(dāng)線路中出現(xiàn)故障時(shí)易于發(fā)現(xiàn)與查找，較為安全。3、礦井照明燈均為單入單出式接口，采用串聯(lián)方式連接與現(xiàn)實(shí)條件可以契合。

2 照明系統(tǒng)設(shè)備介紹

綜采工作面所用照明燈為DGS70/127L（E）礦用隔爆型LED巷道燈，燈具適用于有甲烷、煤塵等爆炸性混合物氣體的煤礦井下巷道及峒室內(nèi)作固定式局部照明用;適用于煤礦井下停車場(chǎng)，硐室，泵房和皮帶巷等場(chǎng)所作固定照明用，其額定電壓為127V，額定功率70W。此款照明燈高效節(jié)能，采用進(jìn)口LED芯片，能耗低，壽命長(zhǎng)，光源壽命長(zhǎng)達(dá)10萬小時(shí)以上。而且具有開路、短路等保護(hù)功能，保證光源長(zhǎng)壽命可靠工作。

采區(qū)變電所給綜采工作面的輸入電壓為10Kv，若直接通過變壓器降壓至127V，對(duì)變壓器要求較高，根據(jù)式2-1可知在變壓器容量一定的情況下二次側(cè)電壓越低二次側(cè)電流越大，過高的電流對(duì)負(fù)載損害較大。而且127V的輸出電壓適用范圍較小，對(duì)資源浪費(fèi)嚴(yán)重。需要經(jīng)過移動(dòng)變電站進(jìn)行第一次降壓，將10Kv電壓降到660V后再經(jīng)過照明綜保將660V電壓降到127V輸出。

（式2-1）

工作面現(xiàn)有的10KV/660V降壓變壓器為礦用隔爆三相干式組合移動(dòng)型變壓器，額定輸入10KV，額定輸出660V，額定容量800KVA，適用于具有爆炸性危險(xiǎn)氣體及粉塵的礦井中。本裝置配備有靈敏可靠的保護(hù)機(jī)制。當(dāng)10kV電源接入線腔后，通過隔離開關(guān)的分合可控制高壓電壓互感器（PT）及斷路器上觸頭的得電與失電，操作隔離開關(guān)必須首先按下閉鎖按鈕以防止斷路器未分?jǐn)鄷r(shí)的帶電拉開;同時(shí)斷路器處于合閘位置時(shí)，自身也具有與隔離開關(guān)的機(jī)械閉鎖;電壓互感器（PT）二次輸出AC100V作為綜合保護(hù)及斷路器分合驅(qū)動(dòng)的工作電源，電源失壓時(shí)，斷路器交流電磁鐵處于釋放狀態(tài)，從而閉鎖斷路器不能合閘;當(dāng)配電裝置投入運(yùn)行后，配用的GZBY-1型高壓電網(wǎng)綜合保護(hù)裝置對(duì)配電裝置的線路電壓、電流、分合狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控及顯示，對(duì)系統(tǒng)的過載、短路、斷相、漏電、絕緣監(jiān)視、過壓、欠壓等故障以及低壓側(cè)反饋來的故障，通過驅(qū)動(dòng)斷路器上的脫扣器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)保護(hù);通過配電型硅橡膠氧化鋅壓敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)真空斷路器的操作過電壓保護(hù)，同時(shí)消除了普通壓敏電阻的爆炸隱患。

本次照明供電線路改造選用的照明綜保為南京雙京電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZBZ-10/1140（660）M型礦用隔爆型照明信號(hào)綜合保護(hù)裝置。該照明綜保額定電壓為660V，額定容量為10KVA。為了適應(yīng)井下的惡劣環(huán)境，保護(hù)負(fù)載及工作人員的生命和健康，該裝置配有齊全可靠的保護(hù)電路。具體有照明短路保護(hù)電路、信號(hào)短路保護(hù)電路、漏電保護(hù)電路、電纜絕緣危險(xiǎn)指示電路，當(dāng)每個(gè)電路檢測(cè)到故障時(shí)都會(huì)在顯示屏上顯示相應(yīng)的故障類型，為檢修工作提供了可靠的依據(jù)。需要注意的是照明綜保內(nèi)部變壓器容量較大，外殼容積較為緊湊，內(nèi)部熱量不易散發(fā)，綜保裝置必須放置在通風(fēng)良好的位置使用。

3 改造前照明系統(tǒng)介紹

在改造之前，工作面使用三臺(tái)照明綜保為22190W的負(fù)載供電，供電電纜選用2.5〖mm〗^2的銅芯電纜。電纜長(zhǎng)度由工作面長(zhǎng)度決定，根據(jù)并根據(jù)實(shí)際情況為順槽敷設(shè)相應(yīng)長(zhǎng)度的電纜。本工作面全長(zhǎng)360m，設(shè)有210臺(tái)支架。根據(jù)工作面照明燈在支架上安放位置的特殊性，以及支架前后移動(dòng)的特性，敷設(shè)電纜需要留有相當(dāng)長(zhǎng)度的余量。根據(jù)式3-1計(jì)算出工作面所要敷設(shè)的電纜長(zhǎng)度為約1500m。其中1.16為工程系數(shù)。

支架數(shù)×支架寬度×架內(nèi)預(yù)留量×架間預(yù)留量×1.16=電纜長(zhǎng)度 （式3-1）

順槽電纜敷設(shè)長(zhǎng)度約為1000m。

在改造前順槽照明電路使用一臺(tái)照明綜保供電，工作面使用兩臺(tái)照明綜保分別給機(jī)尾段和機(jī)頭段照明電路供電。根據(jù)式3-2可計(jì)算出供電電纜的阻值。

（式3-2）

銅在20℃時(shí)的電阻率為0.0175Ω·mm2/m，可知三相電路中2.5mm2的電纜每100m的電阻為7?，所以1000m電纜的電阻為70?，1500m電纜的電阻為10.5K?。

所用的照明燈工作在額定功率下的電流約為0.6A，在理想狀態(tài)下可以根據(jù)此電流計(jì)算出電纜功率損耗。但是在實(shí)際使用中由于使用三相交流電為兩相照明燈供電，三相電壓極有可能不平衡，會(huì)導(dǎo)致線路中電流增大，而且多盞照明燈串聯(lián)在一起也會(huì)造成相當(dāng)大的壓降，進(jìn)一步增大了線路中的電流。根據(jù)實(shí)際測(cè)量在改造前線路中的電流約為0.8A。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計(jì)算出100m電纜的壓降及功率損耗，即式3-3，式3-4.

（式3-3）

（式3-4）

可知在實(shí)際使用過程中過長(zhǎng)的電纜對(duì)電壓損耗十分嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致尾端電壓不足，照明燈不亮的情況出現(xiàn)。另外在實(shí)際使用過程中照明燈工作在非額定電壓下，照明燈不能全功率運(yùn)行，照度無法得到保障，而且長(zhǎng)時(shí)間下去不僅照明燈的使用壽命會(huì)大大縮短，增加維護(hù)成本，還會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)造成不可預(yù)測(cè)的影響，黑暗的工作環(huán)境會(huì)對(duì)人員的心理狀態(tài)造成消極影響，而且在照明不利的環(huán)境下工作極易發(fā)生安全事故，對(duì)人員和設(shè)備來說是一種極大的隱患，所以必須對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行改造。

4 改造方案

根據(jù)改造前照明電路的缺點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行改造有以下幾個(gè)方向：1、縮短電纜長(zhǎng)度，降低電纜壓降。2、降低照明燈功率，使其在減去壓降以后也能工作在額定電壓。然而對(duì)照明供電系統(tǒng)改造也有以下幾點(diǎn)限制因素：1、電纜敷設(shè)長(zhǎng)度無法縮短。順槽電纜需要沿著生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)力電纜敷設(shè)，如果過短會(huì)難于整齊美觀的走線，而且會(huì)給生產(chǎn)造成極大的不便。工作面電纜受到支架數(shù)量的限制，固定為1500m。2、照明燈功率不能改變。整個(gè)綜采工作面約有320盞照明燈，如果全部更換為小功率照明燈一方面是成本太高，另一方面是照度無法達(dá)到要求，容易出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。兩點(diǎn)限制因素中第二點(diǎn)是難以改變的，只能通過其他方法縮短照明供電線路。

本次改造選擇的方法是增加一臺(tái)照明綜保將照明電路重新分配，并定制兩盞低功率照明燈用在照明供電線路的尾端。增加一臺(tái)照明綜保放置于距離負(fù)載較近的順槽中，配合原有的三臺(tái)照明綜保將供電線路盡可能平均分為四段，這樣一來就可以大大減少供電線路中的電壓損耗，使電路尾端電壓也能保持在較高的等級(jí)，使得輸電效率得到提升。

四臺(tái)照明綜保中兩臺(tái)給順槽中的照明負(fù)載供電，兩臺(tái)給工作面的照明負(fù)載供電，布置合理的話可將照明電路平分為625m的四段電路，電纜壓降最多可減少為改造前的62.5%。由于現(xiàn)實(shí)原因壓降無法避免，在電路尾端電壓等級(jí)還是不能達(dá)到現(xiàn)有照明燈的額定電壓，所以本次改造還定制了一些低功率照明燈，用于安裝在尾端。雖然兩種型號(hào)的照明燈都工作在額定功率下時(shí)照明效果無法與70W照明燈比較，但是70W的照明燈工作在此種非額定電壓下的照明效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上工作在額定電壓下的小功率照明燈。

經(jīng)過均衡照明負(fù)載使得工作面的電氣設(shè)備得到了充分的利用，照明供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了明顯提升，照明效果得到了明顯的改善，節(jié)約了可觀的維護(hù)成本，也減少了故障對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的影響。改造后的照明供電線路為設(shè)備的正常運(yùn)行提供了有利條件，可以顯著延長(zhǎng)設(shè)備的是用壽命，不必頻繁更換設(shè)備，浪費(fèi)大量的人力物力。照明強(qiáng)度的提升不僅使工作人員的心理狀態(tài)得到了改善，提高了人員的工作效率，還為生產(chǎn)檢修活動(dòng)提供了便利。現(xiàn)代化綜采工作面的形象也因此得到了良好的改觀。