單巷長距離綜掘工作面供電系統布置優化研究

馮世旭

（汾西礦業集團水峪煤業， 山西 孝義 032300）

引言

當前隨著我國煤礦產業的不斷向前發展，煤礦井下掘進供電電壓由20 世紀60 年代初的380 V 提升到660 V，并且各種大功率機電設備在煤礦綜采工作面中得到了廣泛應用，同時巷道掘進工作也不斷朝著大斷面長距離的目標發展，有效提高煤礦資源的開采工作效率。現階段，在我國一些單向長距離綜掘工作面中，660 V 的供電電壓也無法滿足掘進工作的供電工作要求，因此仍然需要對整個供電系統展開進一步優化和完善。

1 單向長距離掘進工作面供電問題分析

有效結合我國某煤礦開采工作面中的供電系統布置工作，由地面的35 kV 變電站將10 kV 雙回路變電站向本段單向長距離掘進工作面進行供電，通過1 區和2 區變電所將10 kV 配電輸送到各個采掘工作面中，然后通過采掘工作面配電系統控制，將10 kV 變電站對應的電壓等級進行進一步控制，為整個機械生產工作提供重要的地理資源。掘進工作面配電點通常設置在巷道的掘進口位置，同時使用大量的風機機組，機組移變、動力移變及風機移變等相關設備，專用風電機組使用特定的高壓線路進行供電，備用風電機組移變和動力機組移變使用同一條高壓供電線路進行供電。隨著巷道掘進深度達到1 km 的條件，需要增加額外的配電室設置基礎和動力移變各一臺，通過使用高壓電纜對其進行供電工作。在無功補償裝置和軟啟動器設備使用工作之前，需要對供電電壓大小進行有效控制，在無功補償裝置和軟啟動裝置正式開啟之后，需要對兩臺設備的巷道掘進速率進行有效控制，進一步解決線路末端產生的電壓下降問題，全面提高供電功率因素，同時進一步控制大功率電機啟動過程中所產生的電網沖擊與影響，進一步延長設備的使用周期，同時省略單向長距離綜采工作面當中的高壓配電設施，有效減少高壓電纜和移動，按照安裝拆除工作量全面提高供電設備的使用工作效果[1]。

在實際工作面供電工作當中，運輸系統具有負荷分散、綜采工作面設備負荷集中等特性，如果巷道內部所有設備全部啟動，會造成電網的電壓波動較大，設備的啟動和工作面的正常，供電工作之間會存在較大的矛盾問題，會直接影響到整個掘進工作面的供電質量和穩定性。在掘進工作面生產工作過程中，電機是否可以直接啟動，主要取決于電網的電容量大小，所使用的電動機通過變壓器供電條件下，不經常啟動的電機在容量上通常不會超過變壓器總容量的30%，經常啟動的電動機容量最多不能超過總容量的20%[2]。

2 綜掘工作面長距離供電問題的優化策略

在工作面設計安裝工作過程中，根據實際工作情況對工作面設備運輸系統設備及設備工作性能等問題進行綜合考慮和分析，具體如下：

第一，對于掘進工作面功率相對較小的設備而言，對電網的沖擊影響相對較低，因此可以通過直接啟動的方法。如果掘進工作面全部輸送機功率超過2×200 kW，則可以通過使用延時直接啟動方法來進行操作。直接啟動也稱之為全壓啟動，屬于一種相對較簡單的啟動工作方式。在正式啟動工作過程中不需要使用特殊的供電裝置，只需要使用普通的磁力啟動器設備，將電源直接供應在電機的定子繞組當中，可以起到直接啟動電機的作用和效果，在整個操作流程上相對較簡單，在煤礦生產工作中大部分異步電機通常會采用這種方式進行供電[3]。

第二，對于功率較大同時能夠實現空載啟動，且對啟動轉距要求相對較低的電機，則可以采取降壓啟動工作方式。例如，運輸系統中的帶式輸送機設備，因為礦用異步電機不能使用在轉子電路當中，通過向電路內部加入電阻的方法，可以進一步改善電機的啟動性能，只能靠降低外部施加電壓的方式來控制供電電流大小。盡管這種方式的啟動性能相對較差，但是在煤礦井下工作面生產工作中有要求調速條件相對較低，因此整體的使用效果較明顯。在實際使用過程中，為了有效防止電機直接啟動對電網產生沖擊和影響，可以通過使用軟啟動器設備來控制該設備，通過微處理器控制技術可以有效實現交流電動機導專啟動處理，通過使用電壓調速工作原理，在啟動工作過程中電源電壓有600～1 140 V 實現二級調速，不但可以減少大功率電機對電網供電所產生的沖擊和影響，同時可以進一步提高帶式輸送機設備的工作安全性和穩定性[4]。

第三，對于工作功率相對較大、負荷量比較集中，同時必須重載的電機設備而言，通常情況下使用的是提高電壓等級和電極調速工作方法，有效降低對供電電網所產生的沖擊和影響。在工作面中后部刮板運輸機設備電機最大功率達到2×400 kW，在啟動工作過程中要求啟動轉距更大。因此，通過使用雙繞組電機高壓供電技術，充分保證供電機組供電工作的穩定性。供電系統完善方案對于供電系統而言，工作面的年生產能力可以達到200 萬t 以上水平，根據供應鏈的設備特性，使用三路主電源來進行供電工作，同時每一路電源均來自于地面變電站的一臺主變設備，即通過三臺主變設備分別帶三段設備，通常情況下在主變設備分裂運行工作過程中，因為使用變級調速控制系統對電流進行有效控制，通過一路供電電源在啟動之后，對綜采工作面當中的大型基礎來進行供電工作，有效保證設備供電工作的充足性和穩定性，同時實現三段供電系統之間相互聯絡，有效保證供電工作的整體穩定性[5]。

3 供電開關超負荷運行與改進方法

根據煤礦開采工作的相關安全規程要求，掘進工作面作業施工區域所有供電電源，必須要具備風、電、瓦斯閉鎖控制工作，需要保證在達到停風或者瓦斯超限狀態下的斷電工作要求。在煤礦掘進工作過程中，所使用的供電開關通常采用的是真空磁力啟動器設備，負荷容量大小為225 kW。根據綜合機械化掘進工作面的相關工作要求，其中主要包含掘進機設備、膠帶運輸機設備、刮板輸送機設備等，在工作過程中的最大負荷量不能超過真空磁力啟動器設備的最大負荷，否則會出現開關本體破壞、隔離開關破壞，以及電源線機電設備故障等，對整個煤礦安全生產工作帶來較大的安全隱患。如果膠帶運輸機控制電源和供電開關之間進行分割，可以有效達到減少供電開關負荷工作效果，需要對供電系統進行必要的改造處理，如圖1 所示。

圖1 分路供電原理

具體的改造方法如下：根據正常的供電工作方法，綜合機械化作業掘進工作面所有的電氣設備，都需要通過使用供電開關負荷實現風電瓦斯閉鎖功能，通過供電開關的電流量通常較大，經常會產生供電開關損壞等問題，直接影響到綜合機械化掘進工作面的生產工作穩定性。通過對綜合機械化掘進工作面相關供電工作參數進行綜合計算分析之后，對供電系統實施分路供電方法，即將大功率的膠帶運輸機設備、刮板輸送機設備展開分路設計，重點將膠帶輸送機的電源不通過供電開關復合，而是直接接通在供電開關的電源側，在兩臺開關之間加上電氣閉鎖裝置，通過這種供電工的方法，可以全面實現風電瓦斯的閉鎖，同時可以實現將大功率的電氣設備進行分開供電，可以最大限度上降低供電開關的負荷工作壓力，同時減少設備產生的故障概率，有效保證整個供電系統滿足整個綜合機械化掘進工作要求和標準。

4 結語

隨著煤礦掘進工作的進一步推進，隨著掘進工作的進一步推進，掘進工作面當中的供電功率大小也出現明顯的下降，外加上線路末端大功率掘進機設備在啟動過程中會對電網形成較大的沖擊和影響，在供電電纜特定的工作條件下，通常供電距離無法達到基礎的理論設計距離和要求，無法滿足現場供電工作標準，因此必須要對高壓供電工作進行全面優化和完善，進一步降低無功功率的損耗量，避免出現大量的電力資源浪費問題。