煤礦綜采工作面供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)能源的需求量提高。煤炭開(kāi)采過(guò)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(jìn)工作是最為主要的環(huán)節(jié)，其機(jī)械化程度較高，通過(guò)設(shè)備的使用，進(jìn)一步提高了原煤產(chǎn)量，為了保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，則要對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，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(dòng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)良好的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(wú)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(jì)工作進(jìn)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(jìn)步與發(fā)展，煤礦機(jī)械化程度也越來(lái)越高，要煤炭作業(yè)中，需要使用大量的機(jī)械設(shè)備，才能有效提高生產(chǎn)量，保證生產(chǎn)順利開(kāi)展。機(jī)械設(shè)備的增加，也增加了綜采工作面壓力，隨著裝機(jī)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(diǎn)

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(yùn)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(guò)程中，需要使用大量的機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行需要通過(guò)主電纜進(jìn)行供電，線路負(fù)荷大，壓力大，往往會(huì)在運(yùn)行過(guò)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(huì)對(duì)井下設(shè)備產(chǎn)生影響，設(shè)備會(huì)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(xiǎn)因素多。煤礦井下巷道及機(jī)房空間小，在使用過(guò)程中，往往存在很多的危險(xiǎn)，影響到了供電的正常使用，常伴有頂板巖石、煤塊下落危險(xiǎn)，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(guó)煤礦井下供電系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，線路往往會(huì)出現(xiàn)短路的情況，影響了正常的供電。如果出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)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(huì)造成線路跳閘引起大面積停電，阻滯了開(kāi)采進(jìn)程，影響了工程進(jìn)度與質(zhì)量。

二、煤礦綜采工作面供電系統(tǒng)存在問(wèn)題

1.功率因數(shù)較低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備的使用量不斷增加，其功率越來(lái)越大，對(duì)線路的要求也就不斷提高，整體看，煤炭開(kāi)采線路壓力非常大。從線路統(tǒng)計(jì)分析看，線路平均功率因數(shù)在0.6-0.7間，長(zhǎng)距離供電線路會(huì)導(dǎo)致大量無(wú)功電流的流失，電能浪費(fèi)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(dòng)困難。井下供電電纜線路較長(zhǎng)，在長(zhǎng)距離的供電中，往往會(huì)存在大量無(wú)功電流的不合理運(yùn)行，而到了線路末端，則會(huì)出現(xiàn)電壓降低的情況，特別是設(shè)備的同時(shí)啟動(dòng)與運(yùn)行，更增加了電能的消耗，遇到用電高峰時(shí)，容易出現(xiàn)大功率綜采設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)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(shí)進(jìn)行運(yùn)行，生產(chǎn)效率上不去，影響了煤炭市場(chǎng)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(yùn)行中，電源無(wú)功電流交換時(shí)，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(jī)、電纜、開(kāi)關(guān)絕緣強(qiáng)度的敏銳度下降，往往維修不及時(shí)，還會(huì)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(jì)

1.煤礦綜采工作面供配電系統(tǒng)。煤礦生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要通過(guò)各種條件的建立，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)。煤炭開(kāi)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(yùn)行質(zhì)量與效率，從當(dāng)前的情況看，礦用隔爆型移動(dòng)變電站供電方式是最為主要的供電方式，在我國(guó)煤炭生產(chǎn)中利用率高，也有一定的效果。綜采工作面機(jī)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(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)及裝載機(jī)等各類機(jī)械設(shè)備，對(duì)于一般性的開(kāi)采，這些機(jī)械設(shè)備提前做好了額定電壓，指示為3300V，泵站和皮帶機(jī)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(yùn)行效果，做好電壓的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以此，全面提高電能的利用率，保障所有設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要全面把握現(xiàn)場(chǎng)的情況，以煤炭開(kāi)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(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，保證額定電壓穩(wěn)定，如果電壓不穩(wěn)定，過(guò)大或過(guò)小均會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，電壓不夠穩(wěn)定，也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重設(shè)備故障發(fā)生，影響到了煤炭的開(kāi)采作業(yè)。電源的距離長(zhǎng)，整體電源路程遠(yuǎn)，到達(dá)終端設(shè)備后的電壓偏低，影響到了電氣設(shè)備的運(yùn)行，有一些設(shè)備在電壓高峰，不能正常啟動(dòng)，為保障正常的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)需求，必須對(duì)其進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

2.采區(qū)高低壓電氣設(shè)備。生產(chǎn)過(guò)程中，如果電氣設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)使用，則會(huì)導(dǎo)致電壓的升高，控制不力則會(huì)發(fā)生生產(chǎn)責(zé)任事故。要全面做好線路的設(shè)計(jì)，供電系統(tǒng)電壓為660V，額定電流為400A，為保障設(shè)備運(yùn)行正常，選用BKD16-400型礦用隔爆型饋電開(kāi)關(guān)具備漏電閉鎖、短路保護(hù)和過(guò)載跳閘，通過(guò)功能設(shè)計(jì)，能夠全面保護(hù)電氣設(shè)備不受損壞。根據(jù)電壓電流的情況，采煤機(jī)選用QJR-400/1140S型隔爆真空開(kāi)關(guān)，如果輸出電流大，那么，開(kāi)關(guān)就會(huì)自動(dòng)起到了過(guò)載保護(hù)作用，電流整定值會(huì)躲過(guò)最大功率電機(jī)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(bǔ)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(wú)功功率，才能提高設(shè)備的安全性，使設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際操作過(guò)程中，容量補(bǔ)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(shí)間指標(biāo)。礦用隔爆無(wú)功發(fā)生器有一定的動(dòng)態(tài)跟蹤作用，其功能較為強(qiáng)大，能夠在生產(chǎn)過(guò)程中，全面對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量變化進(jìn)行鎖定分析，以供電系統(tǒng)無(wú)功變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，一般動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為5-20秒間，這樣的反應(yīng)速度能夠保證設(shè)備安全運(yùn)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(guò)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(yùn)行需要。

4.供配電系統(tǒng)保護(hù)指標(biāo)。供配電保護(hù)系統(tǒng)是機(jī)電設(shè)備保護(hù)和接地保護(hù)兩種，要全面實(shí)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(huì)啟動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)裝置，避免出現(xiàn)電氣裝置損害。

五、結(jié)束語(yǔ)

煤炭生產(chǎn)關(guān)系到國(guó)計(jì)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(hù)，保證供電效果與質(zhì)量，通過(guò)有效措施，保證設(shè)備能夠正常啟動(dòng)與運(yùn)行，避免出現(xiàn)大的線路損耗，有力的維護(hù)煤礦供電系統(tǒng)穩(wěn)定與安全，促進(jìn)我國(guó)煤礦企業(yè)繼續(xù)健康發(fā)展。