综采工作面供电技术研究黄庆柱

综采工作面供电技术研究黄庆柱

黄庆柱

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司兴安煤矿机电科154100

摘要：基于科技的持续发展，煤矿企业建设矿井的方向转变为效率化、现代化、自动化，大规模现代化矿井综采工作面发展为长距离、大容量、大功率。作为矿井主要生产动力的供电系统是否可以稳定与安全地供电，直接影响综采工作面的顺利生产。

关键词：综采工作面；供电；技术

随着采煤设备容量的增加，其机械化程度得到提高，供电要求和标准也越来越高。只有改善供电系统，优化供电性能，才能保证煤矿企业的生产安全和生产效率。通过了解现代矿井的特点，设计供电系统的形式，可以提高供电系统的容量和性能，提高供电效率。在今后的研究中，应加强对电力负荷的计算，提高监测精度，使供电系统更先进、更科学。

1综采工作面供电系统的现状

1.1供电负荷不断增大

随着采煤技术的发展，煤矿开采向着高效增产的方向发展，采煤设备向着重型化的方向前进，综采工作面作业长度在不断地增加，这都促使工作设备的功率不断增大。电牵引采煤机、刮板输送机、皮带机等工作面设备装机总功率达10000kW。供电负荷的增大带来一系列的连锁反应，这给供电系统造成了压力，需要做到系统的设计和优化才能解决问题。

1.2综采工作面供电系统出现的新问题分析

（1）工作面用电设备数量增加，电压降大，就会影响全体设备的正常启动运行。大功率设备所需要的驱动电机数量要增加，从而增加了整个设备的故障点，降低了供电系统的安全性和稳定性。（2）当前很多设备采用直接启动，启动时电压会有大幅度波动，导致供电网络设备的故障，影响供电连续性和稳定性。例如：某刮板输送机使用1140V供电，其额定电流为422A。当电动机通过工频交流直接起动时，它的起动电流突然增大到额定电流的5~8倍。另外很多工作面因为是远距离供电，电缆末端电压降低无法满足负载正常工作要求。（3）增加了工作面供电系统设计的难度。供电电压不变，采用大功率设备就会使得系统的电流增大，一般是通过增加电缆截面来解决这个问题，给整个系统设计安装方案造成了很大的难度。（4）大功率设备的增加带来了电机数量、开关数量、电缆数量的增加，这都大大增加了开采工作面的技术人员的工作量。（5）集控系统的发展不能适应煤矿开采生产的需求。现在很多工作面都已采用数字化无人值守系统，但没有与之配套的集控系统进行管理。

2综采工作面供电系统的要求分析

2.1具备稳定性与安全性

矿井工作面环境恶劣，非常容易发生电气装置压轧电缆的情况，这会导致电气故障。电气故障出现之后，如果电气保护设备难以实时地动作切断故障线路，会导致人员伤亡或者装置损坏的情况。为此，煤矿工作面的供电系统需要具备安全性，而不断提升的电压等级、供电系统功率需要更高要求的开关器件分断能力、供电系统保护设备动作准确性、实时监测供电电缆绝缘。

2.2方便对故障进行查询与维护

综采工作面系统注重一系列装置的协同运行、相互配合，需要每个部分都可以实现运行的稳定性。为此，在对采煤工作面供电系统进行设计的过程中，需要在实现工作面稳定性、安全性、负荷容量的基础上，检查迅速查询故障点、方便维护的原则。确保综采工作面供电系统重要的装置和配套设备都具备良好的性能，不但需要具备先进的科学监测技术以及使监控系统具备欠过压保护、短路保护、过负荷保护，而且需要具备故障查询、选择性漏电保护、监测高压电缆绝缘性等作用，从而迅速地处理故障。

3现代矿井安全高效综采工作面供电系统要求及形式

3.1要求

1）安全可靠。如今综采机械日趋大功率化和安全化。如要保证高产高效，则应提高相关设备的功率和性能。通常会采用移动变电站将电压传运至工作面。将防爆移动变电站容量提升至2000KW以上，组合开关至3300V以上，由此保证其安全性。2）方便找到问题原因并加以维护。矿井综采工作面注重不同机械之间相互配合、共同运行，需要所有的设备可以正常运行。所以设计工作面供电系统过程中，需要在确保负荷容量和安全的基础上，依照方便维护、找到事故原因的标准和原则，保证合理监控。系统不仅要有过负荷、短路保护，同样应该具备高压电缆绝缘、选择性漏点保护等性能。

3.2供电系统设备的配置形式

（1）统一低压组合开关与移动变电站的形式。矿井采区变电所或者是中央变电所传输的高压（6kV和10kV）向移动变电站传输，以及向低压（660V、1140V）转化之后，借助低压组合开关向用电装置输送。在平板车上有全部的供电装置。如此的配合方式的特点是方便输送、系统能量大、通用性好、配套灵活等，尤其适宜在大型的矿井巷道断面应用。然而，如此的配置形式也具备一些不足之处，比如故障频率高、数字化水平低、占地面积大、难以统一管理与控制、安装与输送烦琐、供电装置不统一等。（2）动力中心。动力中心的组成部分是真空组合开关（隔爆和本质安全型动力中心）、双绕组的低压侧的多电压型（隔爆干式变压器）、高压开关（隔爆高压真空配电设备），一系列的部件间的连接借助法兰进行。动力中心高压侧的输入是10kV与6kV，低压侧能够输出任意的三种电压（包括127V、660V、1140V、3300V），以及能够实现2———12回路的输出回路，能够实现2400A的总输出电流，并且能够选择l000kVA———6300kVA的装机容量。其特点是：①一体化地设计组合开关和移动变电站，实现了连接的低压侧电缆数量的降低，大大地减少了连接电缆出现的事故次数，从而有助于煤矿生产的安全性。并且，供电装置的占地面积减少，从而大大地提升了回采与推进的效率；②多电压多回路的输出在低压侧实现，实现了工作面所有电压级别用电装置的需要，节省了投资，也能够统一地控制与管理；③借助数字化智能远程监控技术可以进行远程化的维护、控制、从技术上确保了煤矿无人或者是少人的生产管理，从而有助于煤矿生产的高效化进行。四是其设计借助本安型，从而使标准化的机电安全质量实现。

3.3供电技术

1）保护监测技术。监控电机状态，负责定子、转子、轴承等部件的实时监控，监控状态和工作状态，避免停机。同时，对各站之间电缆绝缘进行监控，保护漏电点，单相接地，判断故障位置。2）智能技术的应用。利用技术来模拟人类思维，如智能代理、遗传算法等。供电系统应控制生产机械和人工智能系统。监督观测数据库的运行状态、参数和外部环境，开发机械类型、供电系统设计、技术措施的选择和优化、强化维修、故障排除、科学设计参数的调整。

4综采工作面供电系统的发展

4.1供电系统优化

以往都是利用电子元件对供电设备进行保护，由于电路因素导致保护效果不佳，还存在着很多的缺点。电子技术的发展促进了综采工作面供电设备的保护配置的完善。当前有如PIR系列智能化配置，具有强有力的保护作用，能很好地诊断故障并及时报告，还能起到联络作用。另外集中控制可以实现输送机等设备的集中控制、保护、联络的作用，以后可见控制系统的智能化也是一种趋势。

4.2供电设备集成化

煤矿工作面环境的复杂性，供电系统的设计受到地形和巷道约束。工作负荷的增大带来的是供电设备数量的增加，这就需要对供电设备进行集成化处理，尽量少占工作面积。当前国外研究并使用了集约型的先进组合开关，优点在于保护控制设备，提高开关自动化程度。国内少数煤矿综采面使用矿用隔爆兼本质安全型负荷中心，可以起到很好的集控效果，降低故障率。

4.3驱动方式简单化

当前“开关+电机+减速器+黏液离合器”驱动模式能实现电机软件驱动，但是比较繁琐。“开关+变频一体化电机+减速器”的新模式得到运用后，通过变频一体化设备将电机和变频驱动有机结合，优点在于体积小调速性能好。

5结论

煤矿的开采越来越大型化，对于工作面供电设计的要求也会越来越高。当前我国煤矿综采面供电系统取得了非常大的进步，尽管同欧美先进采煤国家相比还有一定的差距，但是高电压、大容量、集成化控制将成为现代化煤矿发展的必然趋势。

参考文献：

［1］陈安国．矿井热害产生的原因、危害及防治措施［J］．中国安全科学学报，2004，14（8）：3－6．

［2］李红阳．LFJ－160型矿用移动式冷风机的研制［J］．煤矿安全，2002，（12）：37－48．