煤礦地面供電系統(tǒng)運(yùn)行分析

（同煤集團(tuán)馬脊梁礦 山西 037000）

前言

由于很多礦井當(dāng)前正在對(duì)煤礦開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行全面的升級(jí)，井下工作面也在不斷的擴(kuò)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(jìn)行升級(jí)改造。通過(guò)分析國(guó)家煤礦安全監(jiān)督局相關(guān)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(guò)50%事故是由于通風(fēng)設(shè)備斷電問(wèn)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(wèn)題，這樣往往極易引發(fā)爆炸事故，因此本文對(duì)煤礦地面供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.供電系統(tǒng)特性與問(wèn)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(jiàn)問(wèn)題包括如下幾個(gè)方面：

第一，井上與井下煤礦各個(gè)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(wèn)題等。

通常可以將煤礦生產(chǎn)過(guò)程劃分如下六個(gè)系統(tǒng)：

第一，提升系統(tǒng)；

第二，掘進(jìn)系統(tǒng)；

第三，運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)工作的范圍為礦石、煤炭等運(yùn)輸?shù)骄萝噲?chǎng)，同時(shí)還可以把設(shè)備從井上運(yùn)輸?shù)骄隆Ｍǔ＿\(yùn)輸系統(tǒng)選用地面直接供電或者采用各變電所進(jìn)行供電[2]。掘進(jìn)系統(tǒng)與綜采系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)井下巷道與工作面的開(kāi)拓、轉(zhuǎn)載煤等。由于掘進(jìn)系統(tǒng)與綜采系統(tǒng)供電距離比較長(zhǎng)，往往需要設(shè)置變電站或者相應(yīng)的移動(dòng)變電站，進(jìn)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(dāng)出現(xiàn)供電問(wèn)題時(shí)，會(huì)給井下安全作業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。因此，需要優(yōu)化井下變電所的運(yùn)行情況。

(2)系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)各個(gè)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(duì)電路問(wèn)題以及相應(yīng)的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。由于電路最危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)是短路故障問(wèn)題，假如電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障，這樣會(huì)在瞬間形成上萬(wàn)伏特的電流，從而將會(huì)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(hù)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)供電系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

2.供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與方案設(shè)計(jì)

(1)地面供電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

當(dāng)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(gè)部分，在該部分對(duì)井上供電系統(tǒng)進(jìn)行介紹。一般情況下，地面變電所達(dá)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(jìn)線端兩路設(shè)置兩臺(tái)對(duì)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(jì)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(cè)保護(hù)的效果。

圖1 地面供電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(2)電源快速切換裝置的選型

本設(shè)計(jì)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(shí)，這時(shí)借助手動(dòng)的形式實(shí)現(xiàn)更換其支路供電，進(jìn)而能夠保證系統(tǒng)時(shí)刻有電。PCS-96555裝置所選用的CPU為32位，其便于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、通信方便以及便于維護(hù)等，同時(shí)能夠支持和RS485串口通信，以及具有較強(qiáng)的抗干擾能力，進(jìn)而達(dá)到煤礦地面用電的需要。

3.供電系統(tǒng)保護(hù)方案的設(shè)計(jì)

圖2是繼電器保護(hù)方案，其包括如下幾個(gè)設(shè)備單元：

圖2 智能繼電保護(hù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

第一，保護(hù)裝置單元；

第二，交換機(jī)單元；

第三，測(cè)控裝置單元；

第四，智能終端單元等。

本設(shè)計(jì)采用電子式互感器，其可以對(duì)線路的電流以及電壓型號(hào)進(jìn)行測(cè)量。該種互感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕以及準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)。通常可以借助合并單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電流與電壓信息的整合，借助時(shí)鐘設(shè)置信號(hào)時(shí)間，因此可以有效地避免互感器與保護(hù)裝置對(duì)線路的影響。同時(shí)，將同步時(shí)鐘獲得的信息當(dāng)做信號(hào)輸出的時(shí)間基準(zhǔn)，進(jìn)而保證信息有序的輸出。這樣能夠在事故分析的過(guò)程中，對(duì)斷電的狀態(tài)以及電壓變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。交換機(jī)作為保護(hù)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，其傳輸使用以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，從而可以構(gòu)建有效的信息傳輸渠道，進(jìn)一步保護(hù)遠(yuǎn)程終端信息傳輸。

一般可以將智能終端分為兩個(gè)單元：

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

第二，向測(cè)控裝置上傳信息單元，能夠幫助工作人員對(duì)斷路器進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控。

在保護(hù)裝置內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)處理以及相應(yīng)的分析，同時(shí)可以把數(shù)值與相應(yīng)的閾值判斷，進(jìn)而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的故障問(wèn)題，將該問(wèn)題傳輸給智能終端。測(cè)控裝置通常可以將測(cè)量信號(hào)上傳給站控層，從而更加利于工程師進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，與此同時(shí)通過(guò)控制回路情況來(lái)監(jiān)控?cái)嗦菲鞯姆趾蠣顟B(tài)。

4.結(jié)語(yǔ)

煤礦應(yīng)用地面供電系統(tǒng)電源快速切換裝置后，當(dāng)系統(tǒng)供電某一個(gè)支路出現(xiàn)故障時(shí)，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(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。此外，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行采集，對(duì)故障進(jìn)行診斷等，可以在供電電路上實(shí)現(xiàn)速斷保護(hù)以及相應(yīng)的過(guò)流保護(hù)等，從而能夠有效的提高煤礦供電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。