煤礦綜采工作面供配電系統(tǒng)設(shè)計研究

◎王越

煤炭是當(dāng)前最為主要的能源，隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷增加，對能源的需求量提高。煤炭開采過程中，需要全面做好安全保障，才能確保作業(yè)安全。綜采掘進工作是最為主要的環(huán)節(jié)，其機械化程度較高，通過設(shè)備的使用，進一步提高了原煤產(chǎn)量，為了保證設(shè)備的運轉(zhuǎn)，則要對電氣設(shè)備進行保護，提高電氣設(shè)備利用率，保證煤礦井下供配電系統(tǒng)功率，確保設(shè)備安全啟動的穩(wěn)定運行。通過良好的供配電系統(tǒng)設(shè)計，全面提高電氣效果，減少井下配電網(wǎng)線路損耗和變壓器無功損耗現(xiàn)象，提高供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量，降低作業(yè)成本。本文筆者就煤礦綜采工作面供配電系統(tǒng)設(shè)計工作進行了全面分析，希望能為同業(yè)人員提供參考借鑒。

隨著技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，煤礦機械化程度也越來越高，要煤炭作業(yè)中，需要使用大量的機械設(shè)備，才能有效提高生產(chǎn)量，保證生產(chǎn)順利開展。機械設(shè)備的增加，也增加了綜采工作面壓力，隨著裝機總?cè)萘康脑龆?，供電?fù)荷也逐漸加大，給礦井安全提出了更高要求。只有全面保證供電穩(wěn)定，才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定與安全。

一、煤礦井下配電網(wǎng)主要特點

1.工作環(huán)境艱苦。煤礦生產(chǎn)工作環(huán)境艱苦，其電氣設(shè)備整體運行環(huán)境條件較差，受到環(huán)境的限制，綜采工作面生產(chǎn)環(huán)境也惡劣，環(huán)境中的濕度大、溫度高，整體通風(fēng)條件不良好，影響到了設(shè)備的工作效果。

2.設(shè)備負(fù)荷大。煤炭生產(chǎn)過程中，需要使用大量的機械設(shè)備，這些設(shè)備的運行需要通過主電纜進行供電，線路負(fù)荷大，壓力大，往往會在運行過程中，出現(xiàn)用電負(fù)荷變化大的情況，如果功率不穩(wěn)定，則會對井下設(shè)備產(chǎn)生影響，設(shè)備會在突然的電壓不穩(wěn)情況下出現(xiàn)損壞，設(shè)備的故障率較高。

3.危險因素多。煤礦井下巷道及機房空間小，在使用過程中，往往存在很多的危險，影響到了供電的正常使用，常伴有頂板巖石、煤塊下落危險，工作面安全程度不高，安全性難以保障。

4.線路系統(tǒng)復(fù)雜。當(dāng)前，我國煤礦井下供電系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，線路往往會出現(xiàn)短路的情況，影響了正常的供電。如果出現(xiàn)問題，則會導(dǎo)致觸電事故發(fā)生，造成電氣火災(zāi)和井下瓦斯爆炸等安全事故。如果出現(xiàn)了短路故障，則會造成線路跳閘引起大面積停電，阻滯了開采進程，影響了工程進度與質(zhì)量。

二、煤礦綜采工作面供電系統(tǒng)存在問題

1.功率因數(shù)較低，電能浪費嚴(yán)重。煤炭生產(chǎn)過程中，機械設(shè)備的使用量不斷增加，其功率越來越大，對線路的要求也就不斷提高，整體看，煤炭開采線路壓力非常大。從線路統(tǒng)計分析看，線路平均功率因數(shù)在0.6-0.7間，長距離供電線路會導(dǎo)致大量無功電流的流失，電能浪費現(xiàn)象非常普遍，提高了生產(chǎn)的成本。

2.線路末端電壓低，設(shè)備啟動困難。井下供電電纜線路較長，在長距離的供電中，往往會存在大量無功電流的不合理運行，而到了線路末端，則會出現(xiàn)電壓降低的情況，特別是設(shè)備的同時啟動與運行，更增加了電能的消耗，遇到用電高峰時，容易出現(xiàn)大功率綜采設(shè)備無法啟動的現(xiàn)象，影響了工作的整體效率與質(zhì)量，煤礦綜采工作面不能全部同時進行運行，生產(chǎn)效率上不去，影響了煤炭市場供應(yīng)。

3.不利于安全供電和正常生產(chǎn)。電能的利用才能保證煤炭生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，但是，當(dāng)前，用電設(shè)備運行中，電源無功電流交換時，往往增加了設(shè)備的老化程度，特別是不穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，導(dǎo)致變壓器電機、電纜、開關(guān)絕緣強度的敏銳度下降，往往維修不及時，還會出現(xiàn)電線短路和漏電，給礦井安全造成了一定的威脅。

三、煤礦綜采工作面供配電系統(tǒng)設(shè)計

1.煤礦綜采工作面供配電系統(tǒng)。煤礦生產(chǎn)是一個復(fù)雜的過程，要通過各種條件的建立，實現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)。煤炭開采綜采工作面是重要的作業(yè)面，內(nèi)部使用了大量的電氣設(shè)備，供電系統(tǒng)是否穩(wěn)定，決定了設(shè)備的運行質(zhì)量與效率，從當(dāng)前的情況看，礦用隔爆型移動變電站供電方式是最為主要的供電方式，在我國煤炭生產(chǎn)中利用率高，也有一定的效果。綜采工作面機械設(shè)備較復(fù)雜，根據(jù)不同的作業(yè)層需要使用到采煤機、刮板機、破碎機及裝載機等各類機械設(shè)備，對于一般性的開采，這些機械設(shè)備提前做好了額定電壓，指示為3300V，泵站和皮帶機設(shè)備額定電壓1140V；照明設(shè)備電壓127V，抽水設(shè)備額定電壓660V，根據(jù)不同的設(shè)備運行效果，做好電壓的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，以此，全面提高電能的利用率，保障所有設(shè)備能夠正常運轉(zhuǎn)。進行系統(tǒng)設(shè)計時，要全面把握現(xiàn)場的情況，以煤炭開采數(shù)量為基礎(chǔ)，做好電壓的額定，建設(shè)供配電系統(tǒng)時，要充分考慮到所有的設(shè)備情況，全面保障所有電氣設(shè)備能夠在正常運轉(zhuǎn)的情況下，保證額定電壓穩(wěn)定，如果電壓不穩(wěn)定，過大或過小均會導(dǎo)致設(shè)備的無法運轉(zhuǎn)，電壓不夠穩(wěn)定，也會導(dǎo)致嚴(yán)重設(shè)備故障發(fā)生，影響到了煤炭的開采作業(yè)。電源的距離長，整體電源路程遠(yuǎn)，到達終端設(shè)備后的電壓偏低，影響到了電氣設(shè)備的運行，有一些設(shè)備在電壓高峰，不能正常啟動，為保障正常的設(shè)備運轉(zhuǎn)需求，必須對其進行無功補償。

2.采區(qū)高低壓電氣設(shè)備。生產(chǎn)過程中，如果電氣設(shè)備同時啟動使用，則會導(dǎo)致電壓的升高，控制不力則會發(fā)生生產(chǎn)責(zé)任事故。要全面做好線路的設(shè)計，供電系統(tǒng)電壓為660V，額定電流為400A，為保障設(shè)備運行正常，選用BKD16-400型礦用隔爆型饋電開關(guān)具備漏電閉鎖、短路保護和過載跳閘，通過功能設(shè)計，能夠全面保護電氣設(shè)備不受損壞。根據(jù)電壓電流的情況，采煤機選用QJR-400/1140S型隔爆真空開關(guān)，如果輸出電流大，那么，開關(guān)就會自動起到了過載保護作用，電流整定值會躲過最大功率電機電流，保證了其他設(shè)備安全，避免出現(xiàn)大的生產(chǎn)安全事故。

四、主要技術(shù)指標(biāo)

1.輸出容量指標(biāo)。為了全面提高生產(chǎn)整體效率，則要做好電壓的補償，那么，相關(guān)的裝置作業(yè)目標(biāo)則要合理控制到3300V和1140V側(cè)母線無功功率，才能提高設(shè)備的安全性，使設(shè)備能夠穩(wěn)定運行。在實際操作過程中，容量補償裝置能滿足所有電氣設(shè)備的正常用電，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。

2.響應(yīng)時間指標(biāo)。礦用隔爆無功發(fā)生器有一定的動態(tài)跟蹤作用，其功能較為強大，能夠在生產(chǎn)過程中，全面對電網(wǎng)電能質(zhì)量變化進行鎖定分析，以供電系統(tǒng)無功變化情況進行動態(tài)調(diào)整，一般動態(tài)響應(yīng)時間為5-20秒間，這樣的反應(yīng)速度能夠保證設(shè)備安全運行。

3.網(wǎng)壓支撐指標(biāo)。以電氣功率因數(shù)改變?yōu)榛A(chǔ)，全面做出控制，電壓過低可在指定位置端提高電壓5%，保證了電壓的穩(wěn)定，滿足設(shè)備運行需要。

4.供配電系統(tǒng)保護指標(biāo)。供配電保護系統(tǒng)是機電設(shè)備保護和接地保護兩種，要全面實現(xiàn)二者共同的井下總接地網(wǎng)，電阻在2Ω內(nèi)，控制不好同電氣設(shè)備局部接地連接，如果出現(xiàn)漏電，則會啟動保護系統(tǒng)裝置，避免出現(xiàn)電氣裝置損害。

五、結(jié)束語

煤炭生產(chǎn)關(guān)系到國計民生，煤礦綜采工作面的安全決定了煤炭生產(chǎn)的好安全，要全面做好大功率用電設(shè)備的安全保護，保證供電效果與質(zhì)量，通過有效措施，保證設(shè)備能夠正常啟動與運行，避免出現(xiàn)大的線路損耗，有力的維護煤礦供電系統(tǒng)穩(wěn)定與安全，促進我國煤礦企業(yè)繼續(xù)健康發(fā)展。