煤礦井下掘進工作面供電系統(tǒng)設計的研究與應用

朱輝

摘要：在煤礦井下開采過程中，人們對供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求越來越嚴格，其直接關系到生產的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。一旦供電系統(tǒng)發(fā)生故障，無法正常供電，那么就無法及時排出井下積聚的涌水和瓦斯，最終導致事故發(fā)生，造成人員傷亡、財產損失等一系列嚴重后果。同時，由于煤礦井下生產環(huán)境惡劣，高溫度、高濕度等生產條件會對用電設備的安全造成較大的威脅，因此，對提高煤礦供電系統(tǒng)可靠性的措施與對策開展研究具有巨大的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：煤礦井下;掘進工作面;供電系統(tǒng)設計

煤礦產業(yè)在中國一直是重點發(fā)展產業(yè)，然而，煤礦產業(yè)又離不開電力系統(tǒng)的支持，在整個煤礦企業(yè)的運行過程中，電力是維持并且保證煤礦企業(yè)中各個設備正常運行的能源，企業(yè)能否提高行業(yè)競爭力，煤礦產業(yè)能否提高經濟效益的整個過程都是電力系統(tǒng)在維持與支撐，若電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障并且不能很好的解決，那整個產業(yè)的運行將會產生極大的問題，嚴重的將會導致企業(yè)的停產，制約著煤礦的發(fā)展，故提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，保證煤礦產業(yè)的安全運行，保證礦井內工作人員的生命安全。

一、供電系統(tǒng)分類

供電系統(tǒng)大體分為煤礦供電系統(tǒng)、城市供電系統(tǒng)、電力牽引供電系統(tǒng)、飛機電氣系統(tǒng)。煤礦供電系統(tǒng)分為井下供電系統(tǒng)和地面供電系統(tǒng);城市供電系統(tǒng)是為現(xiàn)代城市提供電能的基礎性系統(tǒng);電力牽引供電系統(tǒng)是指為電力機車（動車、電車）提供電能的系統(tǒng);飛機電氣系統(tǒng)分為飛機電源系統(tǒng)和飛機配電系統(tǒng)。

二、煤礦井下掘進工作面供電系統(tǒng)故障類型

（一）電纜及配電開關、連接器故障

1.環(huán)境因素。井下潮濕環(huán)境、有害氣體會腐蝕供電線路的絕緣層，長期腐蝕會降低線路絕緣性能導致漏電現(xiàn)象。

2.質量因素。線路絕緣性能較差，高電壓會導致絕緣擊穿或環(huán)境腐蝕導致絕緣失效。連接器本身密封性能或絕緣物封灌不良在潮濕環(huán)境下易進入水汽或直接浸水，從而導致短路。

3.外部因素。井下作業(yè)環(huán)境內大型設備、物料較多，巷道內敷設的線路受到作業(yè)空間內的軌道、支護鋼架或其他重物相互擠壓、磨損引發(fā)線纜絕緣失效，或不可預知的牽引絞繩斷繩飛出會直接打斷線纜。

4.線纜老化與過載。線纜絕緣物質受氧化作用具有使用年限限制，同時電流通過產熱和潮濕水汽也會加速老化，一旦絕緣失效導致漏電或短路;線纜工作電流應低于設計工作運行電流，長期功率過載或電壓異常會擊穿或破壞線纜。

（二）電源控制開關故障

以KBZ系列饋電為例，常見的故障有以下類型：

1.防爆開關漏電保護部分故障。用電設備過載及短路不能正常脫扣斷開饋電回路，導致供電系統(tǒng)中出現(xiàn)越級停電現(xiàn)象，引發(fā)電氣系統(tǒng)中大范圍斷電停運現(xiàn)象。

2.人為因素。生產過程中作業(yè)人員非正常接觸開關柜導致漏電或短路現(xiàn)象，或維修過程中誤操作打開母聯(lián)開關導致漏電或短路，進一步引發(fā)大范圍停電。

三、煤礦井下掘進工作面供電系統(tǒng)設計應用

（一）低壓電纜的選擇和校驗

1.電纜型號的確定

根據《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，必須選用取得煤礦礦用產品安全標志的阻燃電纜，故選擇MYP/MY型礦用移動式橡套軟電纜。

2.電纜截面的選擇計算

常用礦用橡套軟電纜的載流量情況表如表1所示：

①持續(xù)允許電流選擇電纜截面

向單臺或兩臺電動機供電的電流計算，其實際工作電流可取電動機額定電流或兩臺電動機額定電流之和。向三臺以上（包括三臺）電動機供電的電流可按下式計算：

②按運行時的電壓損失校驗截面

變壓器運行時的電壓損失包括變壓器的電壓損失和電纜的電壓損失兩部分，電纜選擇最長線路。電壓損失由三個部分組成：∑U=ΔUT+ΔU1+ΔU2

直線電纜一般按機械強度的最小截面初選，按允許持續(xù)電流校驗，即可選擇。選擇干線電纜截面時，如果干線電纜不長，應先按電流的允許持續(xù)電流初選;當干線電纜較長時，應先按允許持續(xù)電流初選，按允許電壓損失校驗電纜截面進行電纜的選型，井下低壓電網在不同額定電壓下的最大電壓損失值。

（二）兩相短路電流的計算

供電系統(tǒng)兩相短路電流是根據公式計算，通過計算兩相短路電流，目的是校驗保護裝置的靈敏度，此次短路點應選擇在保護范圍的最遠端，保證整個供電系統(tǒng)設備保護的靈敏度。

（三）電氣設備的選擇及保護裝置的整定及校驗

低壓電氣設備的選擇和保護裝置的整定與校驗，主要是對低壓控制開關的選型并對其保護裝置進行整定及靈敏度的校驗，保證開關各種參數及保護裝置靈敏度在規(guī)定范圍內。其中低壓開關的額定電壓應不小于電網的額定電壓，額定電流不小于所控制設備的最大電流，并通過計算對保護范圍最末端進行最小兩相短路電流校驗，最終確定該工作面的供電系統(tǒng)的設計。由于輔助進風、回風巷供電距離較長，為確保長距離供電需求，實現(xiàn)對傳統(tǒng)的供電方式的優(yōu)化，最終分析確定供電系統(tǒng)的最佳方案，即隨著掘進工作面的推進將移動變電站移至巷道中部，減少低壓供電距離，解決了因電纜電壓壓降及開關保護靈敏度下降導致系統(tǒng)供電癱瘓，故按照規(guī)定要求設計，利用最佳的供電方式，保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為掘進工作面的安全、可靠運行提供了有力的保障。

四、結語

煤礦供電系統(tǒng)是整個煤礦用電單位的集成網絡，是煤礦生產的生命網，只有不斷地保障煤礦供電系統(tǒng)的安全，煤礦的生產才能安全地開展;只有及時、合理地解決煤礦井下供電系統(tǒng)中存在的問題，才能不斷提高系統(tǒng)的可靠性。

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