礦山機(jī)電設(shè)備的供電方式改進(jìn)研究

張靜波

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦，河南 平頂山 467000）

礦山機(jī)電設(shè)備是礦山采集企業(yè)提高生產(chǎn)力、獲取經(jīng)濟(jì)收益、推動(dòng)我國(guó)社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展的基礎(chǔ)保障。能夠切實(shí)提高礦產(chǎn)資源的挖掘質(zhì)量與采集效率，降低生產(chǎn)事故，提高生產(chǎn)效率。但由于我國(guó)礦山機(jī)電設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類(lèi)繁多、設(shè)備與設(shè)備間又存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，需要穩(wěn)定而安全的供電方式作為保障。然而我國(guó)傳統(tǒng)礦山機(jī)電設(shè)備的供電方式較為傳統(tǒng)、老舊，難以滿(mǎn)足新礦山機(jī)電設(shè)備的供電需求，因此我們需要集中精力改變傳統(tǒng)的設(shè)備供電方式，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性與安全性，為我國(guó)礦山挖掘與采集事業(yè)的健康發(fā)展，提供依托。

1 礦山機(jī)電設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

在我國(guó)社會(huì)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源與稀有金屬的需求持續(xù)增長(zhǎng)的背景下，礦山機(jī)電設(shè)備的整體需求量也呈現(xiàn)日漸增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。特別在大型設(shè)備與集成監(jiān)控設(shè)備迅猛發(fā)展的當(dāng)下，我國(guó)礦山設(shè)備雖然在生產(chǎn)量與使用量上位居世界前列，然而在設(shè)備環(huán)保性、實(shí)用性、可靠性及科技性等層面上確存在明顯的不足。但在高新技術(shù)的研發(fā)與西方先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)下，我國(guó)機(jī)電設(shè)備在技術(shù)含量與應(yīng)用效率上，卻得到了更顯著的發(fā)展。譬如水泵、風(fēng)機(jī)、電纜、防爆開(kāi)關(guān)等采礦和運(yùn)輸設(shè)備都相對(duì)成熟，電子集成系統(tǒng)與自動(dòng)化技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用在礦山機(jī)電設(shè)備中，并在信息技術(shù)的支持下，定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)也得到更為廣泛地應(yīng)用和發(fā)展，能夠在礦山挖掘、運(yùn)輸作業(yè)中，發(fā)揮出難以替代的功能和作用。而在環(huán)保法律的影響下，我國(guó)礦山機(jī)電設(shè)備逐漸朝著環(huán)境友好型、綠色型及無(wú)污染的方向快速發(fā)展著，安全性、自動(dòng)化與信息化程度也得到明顯的提升。可以結(jié)合我國(guó)各類(lèi)礦山作業(yè)的需求，提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益與社會(huì)效率。

2 礦山機(jī)電設(shè)備的種類(lèi)與供電要求

在礦山挖掘作業(yè)與采集作業(yè)中，能夠切實(shí)提高礦山生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和實(shí)效性。而在設(shè)備類(lèi)型上，我們可根據(jù)設(shè)備功能，將礦山機(jī)電設(shè)備劃分為輔助設(shè)備和主要設(shè)備兩種，其中主要設(shè)備具體包括壓風(fēng)機(jī)、電力系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、提升設(shè)備、掘進(jìn)設(shè)備、采礦設(shè)備及運(yùn)輸設(shè)備等設(shè)備類(lèi)型。輔助設(shè)備主要包括轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、支護(hù)設(shè)備、搶險(xiǎn)設(shè)備、運(yùn)輸管理系統(tǒng)、瓦斯檢測(cè)、安全系統(tǒng)、探礦設(shè)備、選礦設(shè)備等設(shè)備類(lèi)型。其次是供電需求。礦山機(jī)電設(shè)備的供電需求量較為龐大，較為復(fù)雜，直接影響到礦山機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。由于礦山井下環(huán)境較為復(fù)雜，作業(yè)方式多變，所采用的探礦設(shè)備、選礦設(shè)備與采礦設(shè)備都屬于強(qiáng)電設(shè)備。因此對(duì)供電系統(tǒng)的節(jié)能性、安全性及可靠性的要求較高。如果供電系統(tǒng)的安全性與可靠性較差，很可能導(dǎo)致礦山企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全與作業(yè)人員的人身安全受到威脅，不利于礦山企業(yè)的健康、持續(xù)地發(fā)展。通常來(lái)講我國(guó)中小型礦山開(kāi)采企業(yè)主要采用單回路或單電源供電的方式對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行供電，但供電方式的穩(wěn)定性和持續(xù)性確不夠理想，容易導(dǎo)致各類(lèi)線(xiàn)路問(wèn)題的出現(xiàn)和發(fā)生，嚴(yán)重影響到機(jī)電設(shè)備的使用壽命。

3 礦山機(jī)電設(shè)備供電方式改進(jìn)策略研究

綜合分析井下通風(fēng)、排水、壓氣的安全，企業(yè)在挖掘礦山資源時(shí)必須將傳統(tǒng)的單回路或單電源改進(jìn)為雙回路或雙電源供電。當(dāng)供電故障出現(xiàn)時(shí)，另一回路能夠繼續(xù)承擔(dān)井下通風(fēng)、排水及壓氣等重要負(fù)荷，提高機(jī)電設(shè)備連續(xù)運(yùn)行、安全運(yùn)行的質(zhì)量和效率。此外井下雙回路或雙電源供電通常以分列運(yùn)行的形式運(yùn)行的，即一個(gè)回路處于備用狀態(tài)，另一回路處于運(yùn)行狀態(tài)，唯有如此，礦山機(jī)電設(shè)備才能夠獲得連續(xù)而高效地運(yùn)作，切實(shí)減少供電故障對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行、運(yùn)轉(zhuǎn)的不利影響。對(duì)此，本文將以并列、分列供電、分列設(shè)備供電、負(fù)荷改進(jìn)及挖掘設(shè)備供電為抓手，探究出具體的改進(jìn)策略和方法。

（1）開(kāi)采雙回路供電方式的介紹。通常來(lái)講雙回路供電的運(yùn)行形式主要有并列運(yùn)行和分列運(yùn)行兩種，其中分列運(yùn)行主要指一條線(xiàn)路正常運(yùn)行，而另一條線(xiàn)路帶電備用，兩端線(xiàn)路的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)始終處于相互連接的狀態(tài)。然而在總開(kāi)關(guān)處，運(yùn)行線(xiàn)路的總開(kāi)關(guān)始終處于閉合狀態(tài)，備用線(xiàn)路的總開(kāi)關(guān)則處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)供電故障出現(xiàn)后，連接兩條線(xiàn)路的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)會(huì)閉合，使備用線(xiàn)路處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。而并列運(yùn)行則指主線(xiàn)復(fù)線(xiàn)都處于運(yùn)行狀態(tài)，但兩條線(xiàn)落的總開(kāi)關(guān)都處于閉合狀態(tài)。在優(yōu)缺點(diǎn)上，分列運(yùn)行能夠被廣泛應(yīng)用在負(fù)荷需求較小的配電所或變電所中，兩條線(xiàn)路所承載的負(fù)荷都幾乎相同，有利于工作人員及時(shí)切換雙回路電源。然而該運(yùn)行方式的壓降和工作電流都十分巨大，運(yùn)行線(xiàn)路相對(duì)較短，難以滿(mǎn)足礦井機(jī)電設(shè)備的實(shí)際需求。而在并列運(yùn)行的層面上。并列運(yùn)行能夠被廣泛應(yīng)用在負(fù)荷需求相對(duì)較大的配電所或變電所中，線(xiàn)路運(yùn)行的壓降和電流都相對(duì)較小，線(xiàn)路距離也相對(duì)較長(zhǎng)。然而由于雙回路的承載負(fù)荷存在明顯的差異，開(kāi)關(guān)保護(hù)定值也不一致，當(dāng)一條回路出現(xiàn)供電故障后，另一條回路的開(kāi)關(guān)需要進(jìn)行重新的整定，難以幫助工作人員靈活地進(jìn)行雙回路切換工作。

（2）分列設(shè)備的供電方式改進(jìn)。在雙回路的實(shí)際應(yīng)用中，我們需要在110kv的變電站分接兩條不同的電源線(xiàn)路到開(kāi)閉所，以此使一條線(xiàn)路在發(fā)生供電故障或問(wèn)題后，另一條線(xiàn)路能夠?yàn)榫箩际液筒蓤?chǎng)進(jìn)行持續(xù)供電，以此保障礦山生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性。而在并列運(yùn)行改進(jìn)為分列運(yùn)行的層面上，需要將雙回路中的兩個(gè)“開(kāi)關(guān)整定值”進(jìn)行統(tǒng)一處理，使兩條線(xiàn)路的整定值相同或相近，譬如將一條線(xiàn)路的電流（20）和時(shí)限（0.16）改為另一條線(xiàn)路的電流（21）和時(shí)限值（0.15）等。此外，在供電線(xiàn)路搭建與運(yùn)行的過(guò)程中，線(xiàn)路供應(yīng)還容易受自然氣候與工作環(huán)境的影響，如大風(fēng)天氣的頻繁出現(xiàn)，容易導(dǎo)致絕緣瓷瓶碎裂、歪斜，進(jìn)而出現(xiàn)供電線(xiàn)路跳閘或短路等供電故障和安全隱患。

（3）生產(chǎn)負(fù)荷供電方式的改進(jìn)。通常來(lái)講，我國(guó)礦山企業(yè)在井下生產(chǎn)設(shè)備供電方式上主要采用的是單回路供電，雖然能夠確保供電線(xiàn)路擁有足夠的負(fù)荷，然而卻容易受供電故障、線(xiàn)路問(wèn)題的影響。因此在機(jī)電設(shè)備供電方式改進(jìn)的過(guò)程中，我們有必要將傳統(tǒng)的單回路供電改進(jìn)為雙回路或雙電源供電。譬如將變電站的供電線(xiàn)路改為兩趟線(xiàn)路的“雙回路”或“雙電源”供電，一條線(xiàn)路從A變電站供電，另一條線(xiàn)路則由B變電站供電，兩條線(xiàn)路在通過(guò)中轉(zhuǎn)后，直接銜接到礦山區(qū)位，以此實(shí)現(xiàn)雙線(xiàn)路供電的目標(biāo)。然而在線(xiàn)路搭建或鋪設(shè)的過(guò)程中，需要以架空線(xiàn)路供電為主，所采用的線(xiàn)纜應(yīng)為L(zhǎng)GJ-150鋁絞線(xiàn)。

（4）采掘設(shè)備供電方式改進(jìn)。我國(guó)井下峒室所采用的高壓系統(tǒng)電壓普遍以6KV為主，需要在機(jī)電設(shè)備供電方式改進(jìn)的過(guò)程中，將其改進(jìn)為“中性點(diǎn)不接地”的運(yùn)行形式。而在低壓系統(tǒng)改進(jìn)上，則需要將380v的低壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合井上作業(yè)的TN-C-S或TN-S接地系統(tǒng)。在此過(guò)程中，企業(yè)并不需要從井下引出IT系統(tǒng)，能夠更好地簡(jiǎn)化作業(yè)環(huán)境或流程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況與供電要求，我們還需要對(duì)采場(chǎng)配電及供電系統(tǒng)進(jìn)行如下的改進(jìn)和優(yōu)化：①將傳統(tǒng)單回路或單電源供電轉(zhuǎn)變?yōu)殡p回路或雙電源供電，以此為礦山通風(fēng)、排水、壓氣等機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提供電能支持；②將專(zhuān)供露天采場(chǎng)的“開(kāi)閉變電站”中的，饋線(xiàn)柜改進(jìn)為電源柜，并將傳統(tǒng)的間接供電改進(jìn)為直接供電；③改進(jìn)開(kāi)閉所的電網(wǎng)布置，將傳統(tǒng)的并列運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)榉至羞\(yùn)行；④增設(shè)進(jìn)出線(xiàn)“接地系統(tǒng)”，以此預(yù)防雷擊對(duì)電源系統(tǒng)的影響；⑤改進(jìn)開(kāi)閉所與變電站所有線(xiàn)路或高壓柜的系統(tǒng)名稱(chēng)；⑥改進(jìn)電端電流，效驗(yàn)配電柜整定值。

4 改進(jìn)效果分析

首先，將同桿架設(shè)的井下和露天開(kāi)采設(shè)備所用的供電線(xiàn)路，改進(jìn)為專(zhuān)供井下作業(yè)的雙回路供電線(xiàn)路，能夠滿(mǎn)足井下開(kāi)采對(duì)供電負(fù)荷的生產(chǎn)要求。由于在供電方式改進(jìn)和優(yōu)化的過(guò)程中，雙電路和雙電源是以上一級(jí)的變電站所引出的線(xiàn)路為主，因此符合我國(guó)相關(guān)的供電標(biāo)準(zhǔn)和要求。其次，將井下開(kāi)采設(shè)備的單回路改進(jìn)為雙回路，能夠極大地降低線(xiàn)路供電問(wèn)題或故障對(duì)井下開(kāi)采作業(yè)的影響，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。再次，通過(guò)將并列供電改進(jìn)為分列供電，能夠切實(shí)提高設(shè)備供電的效率和質(zhì)量，減少故障撤離的頻率，保障井下作業(yè)的安全性和有效性。最后是井下峒室和露天采場(chǎng)供電線(xiàn)路的優(yōu)化與重組，可以極大地降低干線(xiàn)停電頻率，提升牙輪轉(zhuǎn)機(jī)、挖掘機(jī)、電鏟等機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。特別在負(fù)荷改進(jìn)的背景下，企業(yè)不僅能夠切實(shí)減少電能損耗幾率，還能確保各大機(jī)電設(shè)備獲得充足的負(fù)荷支持，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的性能，降低相關(guān)供電事故的發(fā)生頻率。

5 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)并優(yōu)化礦山機(jī)電設(shè)備供電方式，能夠降低井下峒室和露天采場(chǎng)供電線(xiàn)路隱患所造成的安全生產(chǎn)與供電事故問(wèn)題，確保礦山排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、氣壓設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提升了礦山機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。而在供電方式改進(jìn)的過(guò)程中，本文以并列、分列供電方式改進(jìn)為抓手，以開(kāi)采、掘進(jìn)、生產(chǎn)等機(jī)電設(shè)備的供電方式改進(jìn)為主，層層推進(jìn)地探究礦山機(jī)電設(shè)備供電方式改進(jìn)的策略和方法，為我國(guó)相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)，改進(jìn)機(jī)電設(shè)備供電方式，提供依據(jù)和借鑒。