矿井供电系统优化研究

矿井供电系统优化研究

苏海飞

 华能灵台邵寨煤业有限责任公司

摘要：随着煤炭开采深度不断加深，采矿人员在矿井中开展作业时面临的环境也愈加复杂化，必须要做好供电等基础性保障工作。本文主要分析了矿井所用的供电系统，并从地面变电所、井下供电系统、防雷接地保护、漏电保护等角度，提出了优化供电系统的可靠建议，以此来升级矿井供电系统，提高供电系统的安全性、可靠性与经济性。

关键词：矿井；供电系统；优化建议

矿井生产是当前煤矿生产体系中的核心部分，随着井下环境日益复杂化，对于供电系统的可靠性、稳定性与安全性提出了更加严苛的要求，一旦供电系统出现问题，不仅井下生产效率降低，生产进度被迫中断，同时作业人员的安全也会受到威胁。现探讨如何实现对矿井所用的供电系统的有效优化。

1矿井供电系统的组成与主要类型

1.1组成部分

采用变电点、防爆移动变电所、采区变电所、井下中央变电所与地面变电所等共同组成现代矿井供电系统[1]。地面变电所需完成配电、变电与受电等重要任务，可被看作是整个矿井供电系统的枢纽。井下泵房中的中央变电所则是井下供电系统的中心，其供电对象包括车场附近负荷、主排水泵、整流变电所与采区变电所，其中采区变电所承担采区范围内的所有变配电任务，面向巷道掘进负荷与采区负荷供电。矿井采掘工作面与周边巷道的配电需求由工业面配电点进行满足。

1.2主要类型

其一，中性点直接接地供电系统，其采用一相接地方式时，存在中性点之外的接地点，形成短路回路，由于接地故障相电流数值偏大，为了保护设备，需要在较短的时间内将电源切断，因此这种供电系统出现停电事故的概率更高，可靠性也比较差。若出现单相接地故障，供电系统的中性点可发挥出钳位作用，对地电压（故障相之外）并不会大幅度升高，有利于保障系统的绝缘性。其二，中性点不直接接地供电系统，具体包括直接接地、经消弧线圈接地与不接地三种供电方式，中心点运行方式也极为丰富。该种供电系统的零序阻抗值更高，即使井下出现短路或者漏电故障，也不会因电流过大而造成严重危害。

2矿井供电系统优化建议

2.1地面变电所的优化措施

考虑到矿井开采工作量日益增加，矿井中使用的机械设备数量也随之增多，供电系统的压力增大，现有的供电系统难以继续安全地满足所有的供电需求，所以在优化环节需要做好变电所扩容工作，具体扩充环节中，可结合供电系统情况，保留原有母线，对主变实施扩容，并调整与更换变压器型号[2]。煤矿生产环节中需要长时间运行变压器与电动机等装置，将形成大量感性负荷，电网功率因数受影响后将不断降低，会给配电变压器与线路造成不良影响，因此可采用集中补偿的方式，将磁控电抗器装置与电容器进行串联，发挥出调节电压与动态化无功补偿的作用，减少电力损耗，保障供电质量。

2.2井下供电系统的优化措施

采用双回路式供电系统。开采区所使用的主变压器所在的供电系统中，极易出现因超过预设供电电荷数值而短路的问题，最终导致井下停电事故，延误了开采作业进度，造成供电损耗的同时，作业人员的安全也得不到保障。因此可在开采区中设计双回路式供电模式，控制供电期间，主变压器维持变压停电状态的时间，强化主变压器装置的灵活性与可调节性。主变压器与数个变电站进行连接，从而形成多条供电回路，供电回路之间采用并联的连接方法，可满足主变压器装置的供电需求，电容电压可获得来自供电系统的补偿式电能，损耗问题也得到解决。

通过采用分开供电模式，可以控制矿井掘、采以及运输等作业环节在供电方面的相互影响，同时提升采区变电所的供电规范性。以供电电源为切入点，优化供电系统，针对运输、综掘、综采等作业系统配置相应的输电线路与配电开关，有效调节与控制所用设备的具体负荷，可更换专用型变压器或者移动式变电站，避免因一处故障而影响整个井下作业活动。

2.3强化供电系统的防雷接地保护优化措施

供电系统优化工作中，不能忽视安全方面的优化需求。不少矿井都处于相对空旷的区域，受到雷雨等自然因素的影响，会出现断电的情况，同样阻碍了采矿工作的顺利开展，因此应从防雷接地的角度完善供电系统。选择开关与可移动式变压装置，形成具有移动功能的供电系统，给矿车提供电能支持，若矿车移动到电源中心位置，开采装置所连接的电源即可转变成变压器可使用的电源，遵循就近供电的原则，实现对线路损耗的精准控制。供电系统所用电缆可选择柔性高压电缆，电缆本身必须符合绝缘要求，间隔一定距离增设高压接线设备，使矿车可随时将高压电缆撤出，提升供电系统的安全性能。同时还要定期对矿车进行检查[3]。针对地面连接矿井的轨道与采用露天架空形式的管路外部金属材料实施接地保护，接地点应在两处以上。

针对突发性停风的事故，选择双电源、双风机系统，风机所用电源均依照就近供电的原则，通过距离较近的变压器满足供电需求，变压开关也被应用到电源上，确保风机能够稳定持续地获得电能，正常提供供风功能，同时矿车与供电设备的检修工作也能够以便捷化的方式进行。

2.4漏电保护优化措施

矿井中容易出现漏电事故，如果矿井电缆的绝缘层受损，将形成漏电流，而瓦斯借助极小的能量也能够被点燃，因漏电而形成的电弧将空气击穿后，会引燃瓦斯，引发严重的瓦斯爆炸事故；矿井中需要使用电气雷管来满足爆破作业需求，一旦出现漏电现象，电气雷管将被引爆。应对漏电隐患时，可选择漏电流保护装置或者增设直流电源保护系统。依托智能技术，可构建选择性漏电安全保护系统，发挥出低压电网保护系统的作用，旁路接地能够保障系统的安全性，支持对绝缘电阻的在线监测。这一系统的组成部分包括直流检测型延时、闭锁、漏电保护插件，磁力启动器与馈电开关，当矿井中出现漏电故障时，系统能够有效完成检测并将开关断开，使全部磁力启动器与开关维持失压断电状态，在0.5s左右的延时过后，漏电闭锁装置自动运行，对漏电点进行定位，闭锁故障所在支路的磁力启动装置或者开关，总开关转为闭合状态，为处于闭锁状态的电路提供电能。

供电系统优化过程中，不能忽视对供电系统的全面安全监测，可利用智能化与自动化技术，自动监测电缆的绝缘情况，同时还需对电力设备参数调节情况、装置启动情况等实施有效监测。除了对供电系统进行更新，矿井作业人员还应重视供电系统管理工作，应专门安排工作人员，负责矿井重要设备的日常巡查与定期检修工作，包括配电设备、变压器与电动机等关键电力设备，并做好记录，及时发现电力设备异常情况，保障井下供电稳定性。针对智能开关柜应做好导电回路性能、绝缘性能、机械状态等方面的检测工作。作业单位应做好安全用电教育工作，确保全体作业人员都能够明确安全用电作业要求，强化安全用电意识，按照规定正确使用电力设备，减少因人为因素而带来的用电隐患。

3结论

供电系统是矿井作业环节需要运用的重要系统，供电系统若出现故障，作业人员需要面临停电的处境，不仅作业效率降低，自身的安全也将受到不利影响。因此在优化供电系统时，需要从井上变电所、井下供电系统与供电安全保障三个角度落实相应的升级调整措施，及时更换供电设备，强化安全防范意识，从技术与人员管理两个角度来实现安全用电的目标，提高矿井生产效益。

参考文献

[1]赵琳洁.矿井供电系统继电保护系统分析和优化研究[J].自动化应用,2020(05):95-96+99.

[2]叶建文.矿井供电系统优化及改进[J].矿业装备,2019(05):134-135.

[3]赵志辉.矿井供电系统优化设计[J].内蒙古煤炭经济,2019(09):146-147.