煤矿综采工作面供配电系统设计研究

◎王越

煤炭是当前最为主要的能源，随着工业生产的不断增加，对能源的需求量提高。煤炭开采过程中，需要全面做好安全保障，才能确保作业安全。综采掘进工作是最为主要的环节，其机械化程度较高，通过设备的使用，进一步提高了原煤产量，为了保证设备的运转，则要对电气设备进行保护，提高电气设备利用率，保证煤矿井下供配电系统功率，确保设备安全启动的稳定运行。通过良好的供配电系统设计，全面提高电气效果，减少井下配电网线路损耗和变压器无功损耗现象，提高供配电系统电能质量，降低作业成本。本文笔者就煤矿综采工作面供配电系统设计工作进行了全面分析，希望能为同业人员提供参考借鉴。

随着技术的不断进步与发展，煤矿机械化程度也越来越高，要煤炭作业中，需要使用大量的机械设备，才能有效提高生产量，保证生产顺利开展。机械设备的增加，也增加了综采工作面压力，随着装机总容量的增多，供电负荷也逐渐加大，给矿井安全提出了更高要求。只有全面保证供电稳定，才能保证生产的稳定与安全。

一、煤矿井下配电网主要特点

1.工作环境艰苦。煤矿生产工作环境艰苦，其电气设备整体运行环境条件较差，受到环境的限制，综采工作面生产环境也恶劣，环境中的湿度大、温度高，整体通风条件不良好，影响到了设备的工作效果。

2.设备负荷大。煤炭生产过程中，需要使用大量的机械设备，这些设备的运行需要通过主电缆进行供电，线路负荷大，压力大，往往会在运行过程中，出现用电负荷变化大的情况，如果功率不稳定，则会对井下设备产生影响，设备会在突然的电压不稳情况下出现损坏，设备的故障率较高。

3.危险因素多。煤矿井下巷道及机房空间小，在使用过程中，往往存在很多的危险，影响到了供电的正常使用，常伴有顶板岩石、煤块下落危险，工作面安全程度不高，安全性难以保障。

4.线路系统复杂。当前，我国煤矿井下供电系统不够稳定，线路往往会出现短路的情况，影响了正常的供电。如果出现问题，则会导致触电事故发生，造成电气火灾和井下瓦斯爆炸等安全事故。如果出现了短路故障，则会造成线路跳闸引起大面积停电，阻滞了开采进程，影响了工程进度与质量。

二、煤矿综采工作面供电系统存在问题

1.功率因数较低，电能浪费严重。煤炭生产过程中，机械设备的使用量不断增加，其功率越来越大，对线路的要求也就不断提高，整体看，煤炭开采线路压力非常大。从线路统计分析看，线路平均功率因数在0.6-0.7间，长距离供电线路会导致大量无功电流的流失，电能浪费现象非常普遍，提高了生产的成本。

2.线路末端电压低，设备启动困难。井下供电电缆线路较长，在长距离的供电中，往往会存在大量无功电流的不合理运行，而到了线路末端，则会出现电压降低的情况，特别是设备的同时启动与运行，更增加了电能的消耗，遇到用电高峰时，容易出现大功率综采设备无法启动的现象，影响了工作的整体效率与质量，煤矿综采工作面不能全部同时进行运行，生产效率上不去，影响了煤炭市场供应。

3.不利于安全供电和正常生产。电能的利用才能保证煤炭生产稳定可靠，但是，当前，用电设备运行中，电源无功电流交换时，往往增加了设备的老化程度，特别是不稳定的供电系统，导致变压器电机、电缆、开关绝缘强度的敏锐度下降，往往维修不及时，还会出现电线短路和漏电，给矿井安全造成了一定的威胁。

三、煤矿综采工作面供配电系统设计

1.煤矿综采工作面供配电系统。煤矿生产是一个复杂的过程，要通过各种条件的建立，实现安全生产目标。煤炭开采综采工作面是重要的作业面，内部使用了大量的电气设备，供电系统是否稳定，决定了设备的运行质量与效率，从当前的情况看，矿用隔爆型移动变电站供电方式是最为主要的供电方式，在我国煤炭生产中利用率高，也有一定的效果。综采工作面机械设备较复杂，根据不同的作业层需要使用到采煤机、刮板机、破碎机及装载机等各类机械设备，对于一般性的开采，这些机械设备提前做好了额定电压，指示为3300V，泵站和皮带机设备额定电压1140V；照明设备电压127V，抽水设备额定电压660V，根据不同的设备运行效果，做好电压的标准设计，以此，全面提高电能的利用率，保障所有设备能够正常运转。进行系统设计时，要全面把握现场的情况，以煤炭开采数量为基础，做好电压的额定，建设供配电系统时，要充分考虑到所有的设备情况，全面保障所有电气设备能够在正常运转的情况下，保证额定电压稳定，如果电压不稳定，过大或过小均会导致设备的无法运转，电压不够稳定，也会导致严重设备故障发生，影响到了煤炭的开采作业。电源的距离长，整体电源路程远，到达终端设备后的电压偏低，影响到了电气设备的运行，有一些设备在电压高峰，不能正常启动，为保障正常的设备运转需求，必须对其进行无功补偿。

2.采区高低压电气设备。生产过程中，如果电气设备同时启动使用，则会导致电压的升高，控制不力则会发生生产责任事故。要全面做好线路的设计，供电系统电压为660V，额定电流为400A，为保障设备运行正常，选用BKD16-400型矿用隔爆型馈电开关具备漏电闭锁、短路保护和过载跳闸，通过功能设计，能够全面保护电气设备不受损坏。根据电压电流的情况，采煤机选用QJR-400/1140S型隔爆真空开关，如果输出电流大，那么，开关就会自动起到了过载保护作用，电流整定值会躲过最大功率电机电流，保证了其他设备安全，避免出现大的生产安全事故。

四、主要技术指标

1.输出容量指标。为了全面提高生产整体效率，则要做好电压的补偿，那么，相关的装置作业目标则要合理控制到3300V和1140V侧母线无功功率，才能提高设备的安全性，使设备能够稳定运行。在实际操作过程中，容量补偿装置能满足所有电气设备的正常用电，保证了生产的连续性。

2.响应时间指标。矿用隔爆无功发生器有一定的动态跟踪作用，其功能较为强大，能够在生产过程中，全面对电网电能质量变化进行锁定分析，以供电系统无功变化情况进行动态调整，一般动态响应时间为5-20秒间，这样的反应速度能够保证设备安全运行。

3.网压支撑指标。以电气功率因数改变为基础，全面做出控制，电压过低可在指定位置端提高电压5%，保证了电压的稳定，满足设备运行需要。

4.供配电系统保护指标。供配电保护系统是机电设备保护和接地保护两种，要全面实现二者共同的井下总接地网，电阻在2Ω内，控制不好同电气设备局部接地连接，如果出现漏电，则会启动保护系统装置，避免出现电气装置损害。

五、结束语

煤炭生产关系到国计民生，煤矿综采工作面的安全决定了煤炭生产的好安全，要全面做好大功率用电设备的安全保护，保证供电效果与质量，通过有效措施，保证设备能够正常启动与运行，避免出现大的线路损耗，有力的维护煤矿供电系统稳定与安全，促进我国煤矿企业继续健康发展。