均衡综采工作面照明负载的方法

杨广荣

摘 要：煤炭是工业的粮食，煤炭在我国能源结构中占有重要地位，为经济发展和社会的发展做出了重要贡献。从现有的能源赋存特点来看，在未来一段时间内，煤炭仍然是主要能源。煤炭行业的发展依然会保持强劲的势头，各大煤矿也仍然是能源贡献的主力军。为了减轻劳动强度提高生产力，煤矿也在朝着现代化的方向发展。现代化煤矿大都应用综采工艺进行采煤，生产力得到了有效的保障，但是客观条件决定了井下环境空间狭小，黑暗潮湿的状态，对井下作业十分不利，为了保障生产作业的安全正常运行，大部分矿井都在井下安装了相当数目的照明灯，用来解决井下环境黑暗的问题。但是这也带来了新的问题，因为绝大多数井下安装照明灯采都用了串联的方式，所以极易引起相间负载不平衡，造成照明灯发暗，光照强度不够的情况，为此本文介绍了一种解决串联照明灯负载不平衡的方法。

关键词：综采;均衡照明负载

1 井下照明灯供电系统介绍

井下作业环境特殊，对线路及设备损伤的可能性较大并且可能存在瓦斯等有毒有害气体，因此对供电系统有特殊要求，即选用的设备要有防爆性并且具有一定的防护强度，选用的电缆要有阻燃性 ，供电系统在设计时也要尽可能简单有效。对于井下照明供电系统来说，一般为10Kv高压电路通过10Kv——660v移动变电站将电压等级降为660v给照明综保供电，照明综保通过内部变压器将660v电压降到127v并输出，通过串联电路给数十盏照明灯供电。

综采工作面井下照明系统采用串联供电的好处有以下几点：1、串联电路结构简单成本较低。综采工作面分布较长，完成井下照明工程所需线路及照明灯数量十分可观，采用串联供电可有效节约成本。2、由于井下环境特殊，设备损坏较为频繁，采用串联方式给照明灯供电当线路中出现故障时易于发现与查找，较为安全。3、矿井照明灯均为单入单出式接口，采用串联方式连接与现实条件可以契合。

2 照明系统设备介绍

综采工作面所用照明灯为DGS70/127L（E）矿用隔爆型LED巷道灯，灯具适用于有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的煤矿井下巷道及峒室内作固定式局部照明用;适用于煤矿井下停车场，硐室，泵房和皮带巷等场所作固定照明用，其额定电压为127V，额定功率70W。此款照明灯高效节能，采用进口LED芯片，能耗低，寿命长，光源寿命长达10万小时以上。而且具有开路、短路等保护功能，保证光源长寿命可靠工作。

采区变电所给综采工作面的输入电压为10Kv，若直接通过变压器降压至127V，对变压器要求较高，根据式2-1可知在变压器容量一定的情况下二次侧电压越低二次侧电流越大，过高的电流对负载损害较大。而且127V的输出电压适用范围较小，对资源浪费严重。需要经过移动变电站进行第一次降压，将10Kv电压降到660V后再经过照明综保将660V电压降到127V输出。

（式2-1）

工作面现有的10KV/660V降压变压器为矿用隔爆三相干式组合移动型变压器，额定输入10KV，额定输出660V，额定容量800KVA，适用于具有爆炸性危险气体及粉尘的矿井中。本装置配备有灵敏可靠的保护机制。当10kV电源接入线腔后，通过隔离开关的分合可控制高压电压互感器（PT）及断路器上触头的得电与失电，操作隔离开关必须首先按下闭锁按钮以防止断路器未分断时的带电拉开;同时断路器处于合闸位置时，自身也具有与隔离开关的机械闭锁;电压互感器（PT）二次输出AC100V作为综合保护及断路器分合驱动的工作电源，电源失压时，断路器交流电磁铁处于释放状态，从而闭锁断路器不能合闸;当配电装置投入运行后，配用的GZBY-1型高压电网综合保护装置对配电装置的线路电压、电流、分合状态进行动态监控及显示，对系统的过载、短路、断相、漏电、绝缘监视、过压、欠压等故障以及低压侧反馈来的故障，通过驱动断路器上的脱扣器动作实现保护;通过配电型硅橡胶氧化锌压敏电阻实现对真空断路器的操作过电压保护，同时消除了普通压敏电阻的爆炸隐患。

本次照明供电线路改造选用的照明综保为南京双京电器有限责任公司生产的ZBZ-10/1140（660）M型矿用隔爆型照明信号综合保护装置。该照明综保额定电压为660V，额定容量为10KVA。为了适应井下的恶劣环境，保护负载及工作人员的生命和健康，该装置配有齐全可靠的保护电路。具体有照明短路保护电路、信号短路保护电路、漏电保护电路、电缆绝缘危险指示电路，当每个电路检测到故障时都会在显示屏上显示相应的故障类型，为检修工作提供了可靠的依据。需要注意的是照明综保内部变压器容量较大，外壳容积较为紧凑，内部热量不易散发，综保装置必须放置在通风良好的位置使用。

3 改造前照明系统介绍

在改造之前，工作面使用三台照明综保为22190W的负载供电，供电电缆选用2.5〖mm〗^2的铜芯电缆。电缆长度由工作面长度决定，根据并根据实际情况为顺槽敷设相应长度的电缆。本工作面全长360m，设有210台支架。根据工作面照明灯在支架上安放位置的特殊性，以及支架前后移动的特性，敷设电缆需要留有相当长度的余量。根据式3-1計算出工作面所要敷设的电缆长度为约1500m。其中1.16为工程系数。

支架数×支架宽度×架内预留量×架间预留量×1.16=电缆长度 （式3-1）

顺槽电缆敷设长度约为1000m。

在改造前顺槽照明电路使用一台照明综保供电，工作面使用两台照明综保分别给机尾段和机头段照明电路供电。根据式3-2可计算出供电电缆的阻值。

（式3-2）

铜在20℃时的电阻率为0.0175Ω·mm2/m，可知三相电路中2.5mm2的电缆每100m的电阻为7Ω，所以1000m电缆的电阻为70Ω，1500m电缆的电阻为10.5KΩ。

所用的照明灯工作在额定功率下的电流约为0.6A，在理想状态下可以根据此电流计算出电缆功率损耗。但是在实际使用中由于使用三相交流电为两相照明灯供电，三相电压极有可能不平衡，会导致线路中电流增大，而且多盏照明灯串联在一起也会造成相当大的压降，进一步增大了线路中的电流。根据实际测量在改造前线路中的电流约为0.8A。根据以上数据可以计算出100m电缆的压降及功率损耗，即式3-3，式3-4.

（式3-3）

（式3-4）

可知在实际使用过程中过长的电缆对电压损耗十分严重，会导致尾端电压不足，照明灯不亮的情况出现。另外在实际使用过程中照明灯工作在非额定电压下，照明灯不能全功率运行，照度无法得到保障，而且长时间下去不仅照明灯的使用寿命会大大缩短，增加维护成本，还会生产活动造成不可预测的影响，黑暗的工作环境会对人员的心理状态造成消极影响，而且在照明不利的环境下工作極易发生安全事故，对人员和设备来说是一种极大的隐患，所以必须对照明系统进行改造。

4 改造方案

根据改造前照明电路的缺点对其进行改造有以下几个方向：1、缩短电缆长度，降低电缆压降。2、降低照明灯功率，使其在减去压降以后也能工作在额定电压。然而对照明供电系统改造也有以下几点限制因素：1、电缆敷设长度无法缩短。顺槽电缆需要沿着生产设备的动力电缆敷设，如果过短会难于整齐美观的走线，而且会给生产造成极大的不便。工作面电缆受到支架数量的限制，固定为1500m。2、照明灯功率不能改变。整个综采工作面约有320盏照明灯，如果全部更换为小功率照明灯一方面是成本太高，另一方面是照度无法达到要求，容易出现安全生产事故。两点限制因素中第二点是难以改变的，只能通过其他方法缩短照明供电线路。

本次改造选择的方法是增加一台照明综保将照明电路重新分配，并定制两盏低功率照明灯用在照明供电线路的尾端。增加一台照明综保放置于距离负载较近的顺槽中，配合原有的三台照明综保将供电线路尽可能平均分为四段，这样一来就可以大大减少供电线路中的电压损耗，使电路尾端电压也能保持在较高的等级，使得输电效率得到提升。

四台照明综保中两台给顺槽中的照明负载供电，两台给工作面的照明负载供电，布置合理的话可将照明电路平分为625m的四段电路，电缆压降最多可减少为改造前的62.5%。由于现实原因压降无法避免，在电路尾端电压等级还是不能达到现有照明灯的额定电压，所以本次改造还定制了一些低功率照明灯，用于安装在尾端。虽然两种型号的照明灯都工作在额定功率下时照明效果无法与70W照明灯比较，但是70W的照明灯工作在此种非额定电压下的照明效果远远比不上工作在额定电压下的小功率照明灯。

经过均衡照明负载使得工作面的电气设备得到了充分的利用，照明供电系统的稳定性得到了明显提升，照明效果得到了明显的改善，节约了可观的维护成本，也减少了故障对生产活动的影响。改造后的照明供电线路为设备的正常运行提供了有利条件，可以显著延长设备的是用寿命，不必频繁更换设备，浪费大量的人力物力。照明强度的提升不仅使工作人员的心理状态得到了改善，提高了人员的工作效率，还为生产检修活动提供了便利。现代化综采工作面的形象也因此得到了良好的改观。