煤礦地面供電系統運行分析

（同煤集團馬脊梁礦 山西 037000）

前言

由于很多礦井當前正在對煤礦開采技術進行全面的升級，井下工作面也在不斷的擴展，這也要求煤炭供電系統的安全性以及相應的可靠性也需要進行升級改造。通過分析國家煤礦安全監督局相關的統計報告發現，當前煤礦供電事故引發的安全事故不斷攀升[1]。比如煤礦瓦斯爆炸中，超過50%事故是由于通風設備斷電問題引發的，從而導致井下瓦斯量不斷增加，由于在井下將電氣設備腐蝕之后，可能出現擊穿絕緣層的問題，這樣往往極易引發爆炸事故，因此本文對煤礦地面供電系統進行設計。

1.供電系統特性與問題的分析

(1)供電系統特性

筆者總結了供電系統常見問題包括如下幾個方面：

第一，井上與井下煤礦各個電氣設備電力分配不合理；

第二，瓦斯登記以及通風方式不合理；

第三，礦井生產能力問題等。

通常可以將煤礦生產過程劃分如下六個系統：

第一，提升系統；

第二，掘進系統；

第三，運輸系統；

第四，通風系統；

第五，綜采系統；

第六，排水系統。

運輸系統工作的范圍為礦石、煤炭等運輸到井下車場，同時還可以把設備從井上運輸到井下。通常運輸系統選用地面直接供電或者采用各變電所進行供電[2]。掘進系統與綜采系統，分別負責井下巷道與工作面的開拓、轉載煤等。由于掘進系統與綜采系統供電距離比較長，往往需要設置變電站或者相應的移動變電站，進而可以給設備供電。通常情況下，通風系統可以有效地排除系統的有害氣體與煤塵，此外還可以將新鮮的空氣傳輸給工作面。不管何種類型的供電系統，當出現供電問題時，會給井下安全作業帶來嚴重的威脅。因此，需要優化井下變電所的運行情況。

(2)系統主要存在的問題

通過對各個系統的分析發現，煤礦供電系統必須保證通風系統以及排水系統的安全性，從而可以有效的避免出現安全事故。此外，系統必須對電路問題以及相應的電氣設備進行保護。由于電路最危險的環節是短路故障問題，假如電網出現短路故障，這樣會在瞬間形成上萬伏特的電流，從而將會致使電氣設備發生擊穿的現象，有可能觸發火災或者爆炸等。由此可以看出，為了有效的提高礦區用電的安全性，礦區必須安裝相應的電流保護系統，同時對供電系統的參數進行檢測。

2.供電系統結構分析與方案設計

(1)地面供電系統總體結構的設計

當前煤礦供電系統選用的方式為分層工作方式，即井上與井下兩個部分，在該部分對井上供電系統進行介紹。一般情況下，地面變電所達到接收電能的效果，以及把電能合理的劃分給相應的采區變電所。圖1表示相應的地面變電所，其中包括線路為：35kV線路以及相應的6kV線路。為了能夠滿足變電所的供電需要，在進線端兩路設置兩臺對應的主變壓器設備，能夠實現有效地跨接。本設計在35kV母線上設置有FZ避雷器以及相應的TV電壓互感器，從而可以起到監測保護的效果。

圖1 地面供電系統總體結構設計

(2)電源快速切換裝置的選型

本設計采用電源快速切換的形式滿足系統排水與通風的需要。假如供電系統在某一支路電源發生故障時，這時借助手動的形式實現更換其支路供電，進而能夠保證系統時刻有電。PCS-96555裝置所選用的CPU為32位，其便于實現人機交互、通信方便以及便于維護等，同時能夠支持和RS485串口通信，以及具有較強的抗干擾能力，進而達到煤礦地面用電的需要。

3.供電系統保護方案的設計

圖2是繼電器保護方案，其包括如下幾個設備單元：

圖2 智能繼電保護系統方案設計

第一，保護裝置單元；

第二，交換機單元；

第三，測控裝置單元；

第四，智能終端單元等。

本設計采用電子式互感器，其可以對線路的電流以及電壓型號進行測量。該種互感器具有結構簡單，重量輕以及準確率高的特點。通常可以借助合并單元實現對電流與電壓信息的整合，借助時鐘設置信號時間，因此可以有效地避免互感器與保護裝置對線路的影響。同時，將同步時鐘獲得的信息當做信號輸出的時間基準，進而保證信息有序的輸出。這樣能夠在事故分析的過程中，對斷電的狀態以及電壓變化情況進行統計。交換機作為保護系統的中樞神經，其傳輸使用以太網進行傳輸，從而可以構建有效的信息傳輸渠道，進一步保護遠程終端信息傳輸。

一般可以將智能終端分為兩個單元：

第一，接收保護裝置的控制信息單元，其可以對斷路器的工作狀態進行控制。

第二，向測控裝置上傳信息單元，能夠幫助工作人員對斷路器進行遠程的監控。

在保護裝置內，可以實現對信號處理以及相應的分析，同時可以把數值與相應的閾值判斷，進而能夠及時發現系統中存在的故障問題，將該問題傳輸給智能終端。測控裝置通常可以將測量信號上傳給站控層，從而更加利于工程師進行遠程控制，與此同時通過控制回路情況來監控斷路器的分合狀態。

4.結語

煤礦應用地面供電系統電源快速切換裝置后，當系統供電某一個支路出現故障時，那么該支路可以快速的切換電源，可以有效的保證煤礦企業生產的安全性，讓供電系統實現連續工作。此外，繼電保護系統能夠對信息進行采集，對故障進行診斷等，可以在供電電路上實現速斷保護以及相應的過流保護等，從而能夠有效的提高煤礦供電系統運行的安全性、穩定性。