淺析煤礦供電及井下電氣技術

劉磊

摘 要：隨著煤礦規模及開采強度的增加，對煤礦井下供電設施及電氣設備的使用需求不斷增加。這里描述了我國煤礦發展及其制約因素的現狀，分析了目前煤礦井下供電系統及電氣設備所存在的問題，提出了煤礦供電系統及電氣設備安全運行與智能管理的改進技術，表明了對于煤礦供電系統和電氣設備的合理化建議，為煤礦的發展及安全有效開采提供了技術的保障。

關鍵詞：煤礦 供電系統 電氣設備 改進技術

0 引言

我國是煤炭生產及消耗大國，隨著開采時間的增加，目前大部分煤礦面臨著開采環境復雜，開采深度大的難題，由此帶來了很多地質災害，我國許多煤礦屬于高瓦斯礦井，所以瓦斯爆炸、突出等事故頻發，其中由于供電系統引發的事故不占少數，所以煤礦井下供電系統及電氣設備的安全運行是煤礦亟需解決的難題。

煤礦供電系統是煤礦開采的主要動力來源，人力開采煤炭的時代已經結束，煤炭的自動化、智能化機械開采不斷發展，在礦井惡劣的開采環境下，對井下供電系統及電氣設備的安全性能和供電能力有了更高的要求。

目前，煤礦的經濟效益處于“寒冬”季節，所以煤礦要盡最大努力來減少開采成本，在煤炭開采過程中，電能的消耗占據了很大一部分成本[2]，尤其是在機械化程度較高的煤礦，包含了運輸機、采煤機、轉載機和刮板機等。

1 煤礦供電系統與電氣設備所面臨的問題

1.1 供電系統

煤礦因供電系統問題而發生不同程度的安全事故屢見不鮮，給煤礦安全生產帶來了極大的安全隱患，其中包含的主要問題如下：

（1）供電距離長

隨著煤礦的發展，其開采規模不斷擴大，導致了井下的長距離電壓輸送，這引發了兩個安全問題，其一是長距離電纜的安全，電纜發熱、電纜絕緣性等；其二是遠距離端電壓的降低。我們知道，隨著電纜長度的增加，電壓降值會隨之增大，導致遠端饋電現象，而電機設備的饋電承受程度有限，在饋電情況下長時間進行大功率作業，帶來了很大的安全隱患。

（2）繼電保護級數多

井下供電系統大多采用的是銅線電纜，阻抗較小，所以各級之間的電流相差較小，不利于繼電保護的整定。同時，繁多的繼電保護級數，每一個保護級需要一個整定值，往往這個值的設定不合理，所以，當故障發生時，極易發生越級跳閘的現象。

（3）供電電源

基于煤礦井下復雜的地質情況，所以《煤礦安全規程》規定，礦井應具備兩個回路的電源線路，同時，兩回路應來自不同的電網或變電站。但是，許多煤礦，不注重這方面的安全問題，常常引起因變電站等的檢修而導致煤礦的長時間斷電，根據煤礦安全規定，如果風機停止供風超30min即為重大事故，所以很多煤礦存在電源設置不合理的現象。

1.2 電氣設備

（1）電氣設備陳舊

許多煤礦為節約成本，長時間不更換電氣設備，導致設備比較落后，在故障發生時不能或不及時預警及斷電，因此引發安全事故。

（2）電氣設備不符合技術標準

同樣也是為了節約成本，煤礦電氣設備如：電纜、電閘等截面積不符合供電電流標準，導致在供電過程中出現大量發熱及燒毀等事故，為安全和供電穩定性帶來挑戰。

2 供電及電氣改進技術

2.1 煤礦雙電源供電系統

增加繼電保護系統，在煤礦的安全生產中，繼電保護可以有效防止因短路或者各種故障而造成供電系統和電氣設備的損壞，同時還可以減少人員傷害和安全事故的發生。繼電保護就是監測線路及設備的異常信息，當突發信息達到一定值時，就會做出判斷，執行跳閘或其他保護措施。

設計備用電源自動接入裝置，即當線路發生故障時，設備可以將備用電源自動接入，進行供電，實現了供電系統的供電連續性和穩定性，有效保障了用電機械的不間斷供電。將繼電保護和自動接入裝置同時應用到供電系統，可以實現煤礦供電系統的安全、可靠、穩定運行。

2.2 供電設備監測系統

基于多臺微型計算機、光纖網絡和集成電路形成監測自動化系統，用于采集數據和信息，并進行分析和判斷，最后做出指令。監測系統的建立，可以有效提高煤礦供電系統的安全性能；提高電力人員對輸電系統的管理能力，對電力系統進行不間斷的數據監測；提高管理人員的調度能力，監測數據及時反饋到控制中心，供管理人員參考與分析；減少人員工作量、提高工作效率，另一方面，也可以有效節省煤礦的開支，產生更大的經濟效益。

2.3 電氣節能系統

提出了煤礦全局無功優化技術、煤礦電能的監測與管理技術、低壓無功與諧波補償技術，將三種技術應用到煤礦供電系統，可以實現煤礦的電能節約，減少煤礦經濟支出。

同時，系統應滿足實時性、可靠性及人機交互性，實時性即數據的采集、監測和反饋要及時，以便相關人員作出分析、判斷和處理；可靠性即系統應保證長時間的穩定運行，而不會出現內部故障；人機交互性即系統應把采集數據友好、方便地呈現給使用人員，同時使用人員可以對系統進行安全控制。

3煤礦供電系統及電氣設備的建議與展望

煤礦井下地質條件復雜，具有較高的安全風險，不同于地面供電，井下供電的設計、物件基礎、檢修和升級換代，要比地面供電系統更加科學嚴謹，不能一味注重節約成本，會帶來更多的安全隱患。

為促進煤礦的安全、有效開采，相關人員有必要提高對煤礦井下供電系統及電氣設備的安全性和可靠性的重視，全面總結在供電及用電過程中可能存在的安全隱患，對于檢測到的故障，一定不能小覷，踏踏實實從源頭抓起，提高安全意識。要不斷發展科學技術手段，為煤礦供電系統及電氣提供理論基礎，盡量減少供電過程中因技術問題而引起的安全隱患。

參考文獻：

[1] 李慧敏. 煤礦供電技術及井下電氣的幾點探討[J]. 能源與節能， 2018（08）： 107-108.

[2] 趙帥. 煤礦供電系統和電氣設備保護的技術研究探討[J]. 機械管理開發， 2016， 31（10）： 180-181.

[3] 張升華. 煤礦供電設備的安全防護與電氣保護技術分析[J]. 中小企業管理與科技（上旬刊）， 2016（06）： 186-187.