煤礦地面供電系統(tǒng)運行分析

（同煤集團馬脊梁礦 山西 037000）

前言

由于很多礦井當前正在對煤礦開采技術(shù)進行全面的升級，井下工作面也在不斷的擴展，這也要求煤炭供電系統(tǒng)的安全性以及相應(yīng)的可靠性也需要進行升級改造。通過分析國家煤礦安全監(jiān)督局相關(guān)的統(tǒng)計報告發(fā)現(xiàn)，當前煤礦供電事故引發(fā)的安全事故不斷攀升[1]。比如煤礦瓦斯爆炸中，超過50%事故是由于通風(fēng)設(shè)備斷電問題引發(fā)的，從而導(dǎo)致井下瓦斯量不斷增加，由于在井下將電氣設(shè)備腐蝕之后，可能出現(xiàn)擊穿絕緣層的問題，這樣往往極易引發(fā)爆炸事故，因此本文對煤礦地面供電系統(tǒng)進行設(shè)計。

1.供電系統(tǒng)特性與問題的分析

(1)供電系統(tǒng)特性

筆者總結(jié)了供電系統(tǒng)常見問題包括如下幾個方面：

第一，井上與井下煤礦各個電氣設(shè)備電力分配不合理；

第二，瓦斯登記以及通風(fēng)方式不合理；

第三，礦井生產(chǎn)能力問題等。

通常可以將煤礦生產(chǎn)過程劃分如下六個系統(tǒng)：

第一，提升系統(tǒng)；

第二，掘進系統(tǒng)；

第三，運輸系統(tǒng)；

第四，通風(fēng)系統(tǒng)；

第五，綜采系統(tǒng)；

第六，排水系統(tǒng)。

運輸系統(tǒng)工作的范圍為礦石、煤炭等運輸?shù)骄萝噲?，同時還可以把設(shè)備從井上運輸?shù)骄?。通常運輸系統(tǒng)選用地面直接供電或者采用各變電所進行供電[2]。掘進系統(tǒng)與綜采系統(tǒng)，分別負責井下巷道與工作面的開拓、轉(zhuǎn)載煤等。由于掘進系統(tǒng)與綜采系統(tǒng)供電距離比較長，往往需要設(shè)置變電站或者相應(yīng)的移動變電站，進而可以給設(shè)備供電。通常情況下，通風(fēng)系統(tǒng)可以有效地排除系統(tǒng)的有害氣體與煤塵，此外還可以將新鮮的空氣傳輸給工作面。不管何種類型的供電系統(tǒng)，當出現(xiàn)供電問題時，會給井下安全作業(yè)帶來嚴重的威脅。因此，需要優(yōu)化井下變電所的運行情況。

(2)系統(tǒng)主要存在的問題

通過對各個系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)，煤礦供電系統(tǒng)必須保證通風(fēng)系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)的安全性，從而可以有效的避免出現(xiàn)安全事故。此外，系統(tǒng)必須對電路問題以及相應(yīng)的電氣設(shè)備進行保護。由于電路最危險的環(huán)節(jié)是短路故障問題，假如電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障，這樣會在瞬間形成上萬伏特的電流，從而將會致使電氣設(shè)備發(fā)生擊穿的現(xiàn)象，有可能觸發(fā)火災(zāi)或者爆炸等。由此可以看出，為了有效的提高礦區(qū)用電的安全性，礦區(qū)必須安裝相應(yīng)的電流保護系統(tǒng)，同時對供電系統(tǒng)的參數(shù)進行檢測。

2.供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與方案設(shè)計

(1)地面供電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

當前煤礦供電系統(tǒng)選用的方式為分層工作方式，即井上與井下兩個部分，在該部分對井上供電系統(tǒng)進行介紹。一般情況下，地面變電所達到接收電能的效果，以及把電能合理的劃分給相應(yīng)的采區(qū)變電所。圖1表示相應(yīng)的地面變電所，其中包括線路為：35kV線路以及相應(yīng)的6kV線路。為了能夠滿足變電所的供電需要，在進線端兩路設(shè)置兩臺對應(yīng)的主變壓器設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)有效地跨接。本設(shè)計在35kV母線上設(shè)置有FZ避雷器以及相應(yīng)的TV電壓互感器，從而可以起到監(jiān)測保護的效果。

圖1 地面供電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

(2)電源快速切換裝置的選型

本設(shè)計采用電源快速切換的形式滿足系統(tǒng)排水與通風(fēng)的需要。假如供電系統(tǒng)在某一支路電源發(fā)生故障時，這時借助手動的形式實現(xiàn)更換其支路供電，進而能夠保證系統(tǒng)時刻有電。PCS-96555裝置所選用的CPU為32位，其便于實現(xiàn)人機交互、通信方便以及便于維護等，同時能夠支持和RS485串口通信，以及具有較強的抗干擾能力，進而達到煤礦地面用電的需要。

3.供電系統(tǒng)保護方案的設(shè)計

圖2是繼電器保護方案，其包括如下幾個設(shè)備單元：

圖2 智能繼電保護系統(tǒng)方案設(shè)計

第一，保護裝置單元；

第二，交換機單元；

第三，測控裝置單元；

第四，智能終端單元等。

本設(shè)計采用電子式互感器，其可以對線路的電流以及電壓型號進行測量。該種互感器具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕以及準確率高的特點。通?？梢越柚喜卧獙崿F(xiàn)對電流與電壓信息的整合，借助時鐘設(shè)置信號時間，因此可以有效地避免互感器與保護裝置對線路的影響。同時，將同步時鐘獲得的信息當做信號輸出的時間基準，進而保證信息有序的輸出。這樣能夠在事故分析的過程中，對斷電的狀態(tài)以及電壓變化情況進行統(tǒng)計。交換機作為保護系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，其傳輸使用以太網(wǎng)進行傳輸，從而可以構(gòu)建有效的信息傳輸渠道，進一步保護遠程終端信息傳輸。

一般可以將智能終端分為兩個單元：

第一，接收保護裝置的控制信息單元，其可以對斷路器的工作狀態(tài)進行控制。

第二，向測控裝置上傳信息單元，能夠幫助工作人員對斷路器進行遠程的監(jiān)控。

在保護裝置內(nèi)，可以實現(xiàn)對信號處理以及相應(yīng)的分析，同時可以把數(shù)值與相應(yīng)的閾值判斷，進而能夠及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的故障問題，將該問題傳輸給智能終端。測控裝置通?？梢詫y量信號上傳給站控層，從而更加利于工程師進行遠程控制，與此同時通過控制回路情況來監(jiān)控斷路器的分合狀態(tài)。

4.結(jié)語

煤礦應(yīng)用地面供電系統(tǒng)電源快速切換裝置后，當系統(tǒng)供電某一個支路出現(xiàn)故障時，那么該支路可以快速的切換電源，可以有效的保證煤礦企業(yè)生產(chǎn)的安全性，讓供電系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)工作。此外，繼電保護系統(tǒng)能夠?qū)π畔⑦M行采集，對故障進行診斷等，可以在供電電路上實現(xiàn)速斷保護以及相應(yīng)的過流保護等，從而能夠有效的提高煤礦供電系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性。