芻議煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

＊李 琦

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元石窟煤業(yè)有限公司 山西 047500）

煤礦開采具有很強(qiáng)的專業(yè)性和復(fù)雜性，尤其是井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)更是包含諸多的專業(yè)性知識，對技術(shù)人員的專業(yè)能力有很高的要求，需要給予充分的重視。就煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作來說，技術(shù)人員的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于三個(gè)方面，一是確保供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有足夠的合理性，保證運(yùn)行過程中的安全性與合理性；二是需要有效優(yōu)化電纜型號截面設(shè)計(jì)，按照實(shí)際需求來選擇電纜，有效確定相應(yīng)的型號與截面方案[1]；三是電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，比如在井下開采工作中，要求給予制冷系統(tǒng)充分的重視，確保制冷系統(tǒng)運(yùn)行過程中有足夠的安全性，且可以最大限度延長生命周期，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。鑒于煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)無論是專業(yè)性還是特殊性均十分凸顯，因而在開展此項(xiàng)設(shè)計(jì)工作時(shí)務(wù)必要把控好相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，以此充分確保設(shè)計(jì)方案的可行性和科學(xué)性。本文從多個(gè)方面分析探討了煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)，現(xiàn)作如下的論述。

1.煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告說明

就煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告的編制要求來說，技術(shù)人員需要保質(zhì)保量的完成三方面的工作。

一是要詳細(xì)分析和論述煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所處的自然條件，包括采煤工作面的信息和開拓與掘進(jìn)工作面的信息。在采煤工作面信息上，技術(shù)人員要詳細(xì)標(biāo)注工作面的走向、長度。煤層傾角與厚度、瓦斯等級、開采方式與時(shí)間等；在開拓與掘進(jìn)工作面信息上，技術(shù)人員要明確標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容主要有六個(gè)方面，即施工單位、施工地點(diǎn)、開工時(shí)間、收工時(shí)間、瓦斯等級、通風(fēng)系統(tǒng)簡介。

二是要詳細(xì)表述供電方式，包括三個(gè)方面的內(nèi)容。（1）要注明具體要使用哪一個(gè)變電所，變電所內(nèi)的負(fù)荷情況及所要接線的變壓器情況；（2）說明所采用的電壓等級；（3）準(zhǔn)確計(jì)算最遠(yuǎn)點(diǎn)供電距離，需要特別注意一點(diǎn)，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算要以巷道施工結(jié)束時(shí)的系統(tǒng)為準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

三是詳細(xì)標(biāo)注所使用的采掘機(jī)械設(shè)備，通常會(huì)包括采煤機(jī)、噴霧泵、破碎機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、乳化泵、轉(zhuǎn)載機(jī)，所涉及到的型號、電動(dòng)機(jī)功率及臺數(shù)信息均要按照實(shí)際情況來標(biāo)注。

2.電氣安全技術(shù)措施

電氣安全技術(shù)措施的確定要以《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)范為準(zhǔn)，并對采區(qū)的實(shí)際情況與作業(yè)場所的特點(diǎn)做全面的分析論證，最后得到電氣安全技術(shù)設(shè)計(jì)方案。對于煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)的電氣安全技術(shù)來說，需要重點(diǎn)做好六方面的技術(shù)工作。一是要做好接零與接地保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作；二是要做好漏電保護(hù)的設(shè)計(jì)工作，要按照實(shí)際需求來安裝報(bào)警式漏電保護(hù)器；三是要做好絕緣工作，并配備絕緣手套、絕緣墊和絕緣鞋；四是做好電氣隔離工作；五是要做好屏保和安全距離的設(shè)計(jì)工作，在確定安全距離時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)定，保證安全距離；六是做好連鎖保護(hù)的設(shè)計(jì)工作，這是一種防止誤操作、誤人帶電間隔等造成觸電事故的安全連鎖保護(hù)裝置，有很好的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)時(shí)需要給予充分的重視。

3.供電系統(tǒng)擬定原則

考慮到煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的專業(yè)性特點(diǎn)，因而在擬定供電系統(tǒng)方案時(shí)，要嚴(yán)格遵循相關(guān)的規(guī)范?？偟膩碚f，供電系統(tǒng)擬定原則包括以下幾點(diǎn)：

（1）嚴(yán)格遵循《煤礦安全規(guī)程》《礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》《煤礦井下低壓電網(wǎng)電路保護(hù)裝置的整定細(xì)則》《煤礦電工手冊（修訂本）》。

（2）嚴(yán)格遵循煤礦工業(yè)建設(shè)的基本方針與政策，務(wù)必保證供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分安全可靠。在設(shè)備選型上，要盡量采用已經(jīng)成型的成套設(shè)備，且要優(yōu)先采用新產(chǎn)品和新技術(shù)，盡量做到節(jié)能環(huán)保，減小電能損耗。

（3）采區(qū)的供電系統(tǒng)要嚴(yán)格按照采區(qū)的機(jī)械設(shè)備布置圖來擬定，確保供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)、操作靈活且系統(tǒng)簡單。具體來說，要做好七點(diǎn)工作：①確保1臺設(shè)備由1臺起動(dòng)器來控制；②變壓器盡量不使用并聯(lián)的方式來運(yùn)行；③為保證供電盡可能的安全，要最大限度減少開關(guān)和起動(dòng)器的使用，同時(shí)要保證所使用的電纜數(shù)最少；④工作面配電點(diǎn)到各個(gè)用電設(shè)備之間應(yīng)優(yōu)先采用輻射式供電的方式[2]；⑤配電點(diǎn)起動(dòng)器要控制在三臺以下，通常情況可以不設(shè)置配電點(diǎn)進(jìn)線自動(dòng)饋電開關(guān)；⑥要盡量讓供電系統(tǒng)少使用回頭供電；⑦為游有效減少起動(dòng)器連接電纜的截面，工作面配電點(diǎn)所使用的最大容量電動(dòng)機(jī)要盡量靠近配電點(diǎn)的進(jìn)線部位。

4.煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要點(diǎn)把控

(1)變壓器容量確定與電壓損失校驗(yàn)

在確定所使用的變壓器型號時(shí)，要重點(diǎn)對國產(chǎn)礦用變壓器的容量和電壓等級作全面的分析研究，并結(jié)合巷道斷面和運(yùn)輸條件來分析設(shè)計(jì)方案，以此來選出最佳方案。以礦用隔爆型干式變壓器為例來說，目前所使用的KSGB型號有很好的應(yīng)用效果，可以應(yīng)用在有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的礦井中，可以作為優(yōu)先選擇的煤礦井下供配電裝置。再以防爆移動(dòng)變電站為來例來說，目前所使用的KSGZY型礦用隔爆千伏級移動(dòng)變電站有很好的應(yīng)用效果，不僅可以應(yīng)用在普通的660伏礦區(qū)，也可以應(yīng)用在綜合機(jī)械化的采煤工作面中。在計(jì)算變壓器正常運(yùn)行時(shí)的電壓損失時(shí)，可以使用公式：

公式（1）中的U2N表示變壓器低壓側(cè)的額定電壓；公式（2）中的β是指變壓器的負(fù)荷系數(shù)，UR、UX表示電阻壓降百分?jǐn)?shù)、電抗壓降百分?jǐn)?shù)。

(2)高壓電纜與低壓電纜的選擇要點(diǎn)

在選擇高壓電纜時(shí)，要重點(diǎn)遵循四點(diǎn)原則。一是結(jié)合井下生產(chǎn)特點(diǎn)，來選擇適合的高壓電纜；二是要確保所選擇的電纜耐壓大于電網(wǎng)電壓；三是對所選擇的電纜供電能力進(jìn)行分析評估，確保可以滿足供電要求；四是要確保電纜的截面可以滿足繼電保護(hù)需求。需要注意的一點(diǎn)是，在確定電纜型號和截面方案時(shí)，不僅要充分考慮井下電流運(yùn)行特點(diǎn)，而且要對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中的最大電壓損失值加以確定，開展相關(guān)的驗(yàn)算工作，確?？梢杂行嵘╇娤到y(tǒng)的運(yùn)行效果。

在低壓電纜選擇時(shí)，要重點(diǎn)遵循五點(diǎn)原則。一是所使用的礦用橡套電纜型號要滿足《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)范要求；二是要確保所選用的電纜在正常運(yùn)行狀態(tài)下的電壓損失不得大于網(wǎng)路范圍外的電壓損失；三是確保所使用的橡套電纜溫升在650℃[3]；四是在選擇干線電纜時(shí)，要嚴(yán)格按照長期允許電流來選擇，最后再按照允許電壓損失來完成電纜截面的計(jì)算工作；五是所選擇的低壓電纜因?yàn)槭峭ㄟ^以上四點(diǎn)原則選出的，因而不需要再次進(jìn)行短路時(shí)的熱穩(wěn)定校驗(yàn)。另外，在電纜長度確定時(shí)，要在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再增加一段活動(dòng)長度，這一部分的活動(dòng)長度控制在3-5m。

除此之外，在確定電纜截面時(shí)，按照長時(shí)允許負(fù)荷電流來選擇，且需要完成校驗(yàn)工作，可以通過機(jī)械強(qiáng)度和系統(tǒng)允許電壓來校驗(yàn)。具體在確定電纜截面時(shí)需要遵循以下三點(diǎn)原則：①當(dāng)電纜在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，要確保電動(dòng)機(jī)的端電壓大于額定電壓的10%；②電纜的正常工作負(fù)荷電流要與電纜允許持續(xù)電流相等[4]；③若是選用橡套電纜，則要對電纜的機(jī)械強(qiáng)度作認(rèn)真的計(jì)算和分析，重點(diǎn)計(jì)算最小截面。需要特別注意一點(diǎn)，橡套電纜的接地芯線不能兼用于其它用途，只可以應(yīng)用在監(jiān)測接地回路。

(3)高壓開關(guān)與低壓開關(guān)的選擇

在選擇高壓開關(guān)時(shí)，要遵循三點(diǎn)原則。一是確保所選擇的高壓開關(guān)的額定電壓與電網(wǎng)電壓等級適應(yīng)；二是高壓開關(guān)的最大工作電流不能大于開關(guān)的額定電流；三是要確保高壓開關(guān)的內(nèi)部保護(hù)裝置功能符合要求。在選擇低壓開關(guān)時(shí)，需要考慮的因素較多，且務(wù)必保證這些因素與相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相一致，可以分為以下三種情況來考慮。一是若礦井的采掘工作面、通風(fēng)巷道、回風(fēng)巷道存在煤塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則可以優(yōu)先使用礦用隔爆型開關(guān)、礦用本質(zhì)安全型開關(guān)，也可以使用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型的開關(guān)。二是如果選擇礦用低壓開關(guān)，則要確保額定電壓必須與被控制線路的額定電源相等；開關(guān)分?jǐn)嗟淖畲笕喽搪冯娏餍枰∮陂_關(guān)額定的最大分?jǐn)嚯娏鱗5]。三是因?yàn)榈V用低壓開關(guān)自身性能的限制，因而只能將礦用低壓開關(guān)應(yīng)用在海拔不超過1000m的地方，其垂直斜度不得超過15°。除此之外，礦用低壓開關(guān)部位的周圍不得存在金屬腐蝕物質(zhì)和絕緣損壞的氣體。

(4)過流保護(hù)裝置校驗(yàn)要點(diǎn)

確保所選擇的低壓開關(guān)繼電保護(hù)裝置滿足以下三點(diǎn)要求：①當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，在只切斷故障部分的電路后，其他部分依然可以正常運(yùn)行；②在保護(hù)范圍內(nèi)若發(fā)生了最小兩相短路電流，則保護(hù)裝置有良好的靈敏性，可以確保保護(hù)裝置有可靠動(dòng)作；③一旦保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，則保護(hù)裝置可以迅速啟動(dòng)保護(hù)功能，順利切斷被保護(hù)的線路，以此來防止事故的進(jìn)一步蔓延。

5.結(jié)語

對于煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作來說，其有很強(qiáng)的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)過程中需要考慮多種因素的影響，一旦因?yàn)槟骋粋€(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作不佳，即會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)質(zhì)量受到影響。因此，在開展煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，要從設(shè)計(jì)階段和施工階段兩個(gè)大方面來著手，制定詳實(shí)的煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告，把控好高壓開關(guān)與低壓開關(guān)選擇、高壓電纜與低壓電纜選擇、變壓器容量確定等方面的技術(shù)要點(diǎn)，充分保證煤礦井下采區(qū)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性與合理性。