煤礦深井供電技術探析

唐云鵬

(山西蘭花科技創業股份有限公司唐安煤礦分公司機電科,山西高平 048407)

煤礦深井供電技術探析

唐云鵬

(山西蘭花科技創業股份有限公司唐安煤礦分公司機電科,山西高平 048407)

煤炭資源的開采進一步向深部發展,本文對煤礦深井下供電技術進行了分析,探討了深井供電技術在應用中存在的問題,提出了提高供電系統安全性和穩定性的方案。

供電技術 深井 煤礦

煤炭在我國一次能源的利用中占據主導地位,我國煤炭產量多年居于世界第一。由于各地區地質條件復雜多變,已探明的煤礦資源絕大部分埋藏在800米地下,深井煤礦供電系統是煤炭安全生產的重要保障,深部煤炭開采環境復雜,電氣設備長期處于溫度和濕度較高的環境下,設備內部容易產生凝露和霉菌現象,在采掘過程中,深井煤礦開采容易引起觸電事故,統計表明,近年來發生的導致人員傷亡的煤礦觸電事故中,有64%發生在深部礦井。提高煤礦井下供電系統的安全性、可靠性十分重要。

1 煤礦深井供電系統的現狀與發展

隨著各種大型自動化機械裝備不斷應用到煤礦作業中,我國煤礦采區的供電系統供電電壓經歷了從380V到3300V逐步提高的發展階段。近年來我國煤礦井下供電系統普遍采用6kV電壓供電,部分礦井采用10kV供電系統。

我國目前已經研制出3300V供電系統的防爆電機及相應的電氣控制設備產品,但與發達國家相比差距較大。國產供電系統相關設備種類較少,移動變電站的容量僅有800kVA-1250kVA幾種產品,容量普遍偏小,工作的穩定性和壽命較差。國外最大容量移動變電站已經超過3000kVA。控制開關產品僅能控制2-4個回路,動作靈敏度較低。3300kV供電系統的防爆電機容量還沒有突破5000kW,大截面3300kV拖拽式電纜產品在歐美發達國家已經得到普遍應用,而我國仍然依賴進口。

國外主要產煤國使用兩種礦井供電系統,一種由地面變電所兩趟電纜線路供至井下中央變電所,再利用電纜送至設在工作面順槽的2-3臺變電站,通過啟動器、負荷中心等分別向采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機和帶式輸送機供電;另一種是由地面變電所利用6kV-12.5kV電纜直接下井送至采區移動式供電中心,再通過移動式供電中心分別向多臺不同電壓的機電設備供電。

2 深井煤礦供電面臨的問題

我國有超過34處礦井采深已突破1000米以上,煤礦深井供電系統通常由地面變電所、井下變電所和采區變電所構成。供電線路的安全可靠與系統本身設計、各組件的安全可靠性等有關,深井煤礦供電系統常見故障有：

(1)煤礦井下供電系統目前常采用6kV或10kV系統,較多采用的是直流操作的定時限過電流保護和瞬時電流速斷保護,供電系統是單側電源輻射狀電網,線路上動作電流和時間隨著從電源端至負荷端所經過的開關級數增加而逐漸減小。而采區工作面要求較長的時限和較大的定值配合,現行的整定原則為地面6kV處設兩段式保護,動作時限為0.95s,給定整定值和保護時限已無法適應需求,保護無法配合。

(2)煤礦采區變電所的整定原則是先根據最遠端的負荷性質和大小鑒定此處負荷的開關定值,再逐級折算到采區變電所,最后利用最大負荷功率確定過流保護定值,以最遠端的短路電流整定速斷保護。另外,再根據地面6kV處定值,一次向下按0.9倍整定瞬時速斷保護。若整定值過小,當短路故障發生時,往往引起所有速斷保護同時動作,出現越級跳閘,停電故障影響范圍因此被擴大。

(3)深井煤礦環境復雜,供電系統中使用的鎧裝電纜外層鋼帶或鋼絲鎧裝層容易受潮銹蝕,若運輸巷道空間小,很容易刮破、折壞運輸中的電纜,造成停電事故。單相接地的電纜會使其他兩相對地電壓較高,影響供電系統的可靠性。

(4)深井煤礦中常常使用的具有高壓漏電和絕緣監視保護功能的高壓防爆開關,若變壓器高、低壓側腔體的蓋及高壓開關與分立的變壓器之間沒有形成有效的連鎖保護配合,則造成高壓開關漏電、過流和短路故障,甚至引起弧光或放電,導致高壓斷電事故。

(5)井下供電系統中,有些掘進工作面對風機等設備的使用沒有達到《煤礦安全規程》規定的要求。常常沒有采用專用電纜線路供電,一旦供電線路局部出現故障,會影響到其它風機的運行,故障范圍擴大,帶來了嚴重的安全隱患。

(6)礦用隔爆型防爆電器是煤礦井下必備的電器設備,采用防爆外殼、本質安全電路及各種保護裝置,這些安全措施和設備存在著不完善性,因此對故障引起的電火花,但沒有引起瓦斯爆炸的事故具有有效的預防措施。

3 提高深井煤礦供電安全的措施

提高煤礦深井供電系統的安全性和穩定性需要考慮：

(1)在設計煤礦供電系統時,要提供兩個以上的供電電源接入供電網絡中,提高礦井供電的穩定性和持續性。尤其對一些重要的通風和排水設備需要單獨設置備用電源,避免煤礦生產工作過程中高負荷的機械設備出現突然終止運轉的情況,保護設備和相關操作人員的安全。

(2)煤礦深部礦井作業環境十分惡劣和特殊,水文和地質條件分布復雜,嚴重影響著供電系統的安全。對于長距離井下供電要根據需要增加先進的供電設備,提高供電技術。可將供電距離分成若干段,在相應位置增加增大電壓的中繼設備以便減少電壓的衰減帶來的影響。同時,要合理設計選擇供電電纜的橫截面積,減少相關環境因素對供電線路的影響。

(3)設計供電系統線路要結合礦區的實際情況,制訂出方案合理、反映迅速的繼電保護方案。針對一些高電壓的煤礦設備要設計超負荷運行、線路短路和低電壓運行的保護功能。礦區供電線路上應具備常規的短路、漏電和超負荷等供電保護功能,并通過相應的繼電器對線路故障問題進行定位和隔離,從而不使供電故障問題擴大影響。

(4)引進國際先進水平的煤礦供電系統技術和設備,加強培訓和提高供電系統技術人員解決供電系統問題的能力,減少不必要的經濟損失和降低事故率,以適應不斷攀升的煤礦設備用電量。

4 結語

本文首先分析了當前我國煤礦深井供電技術的現狀與發展,指出與國際先進水平存在的差距,具體研究了當前供電技術在煤礦深井掘進生產中存在的問題,提出了相應的提高深井供電技術安全與穩定的措施。

[1]白繼儒,煤礦井下供電可靠性探討[J].中州煤炭,2005.

[2]張棟梁,提高煤礦井下供電安全技術措施探討[A].內蒙古煤炭經濟,2012.

[3]張祥軍,企業供電系統及運行[M].中國勞動社會保障出版社,2008.

唐云鵬(1984一),男,河北衡水人,本科,助理工程師,主要從事機電科的供電設計、防爆檢查及設備管理工作。