芻議煤礦井下采區供電系統設計技術要點

＊李 琦

（山西煤炭運銷集團三元石窟煤業有限公司 山西 047500）

煤礦開采具有很強的專業性和復雜性，尤其是井下采區供電系統設計更是包含諸多的專業性知識，對技術人員的專業能力有很高的要求，需要給予充分的重視。就煤礦井下采區供電系統設計工作來說，技術人員的設計重點在于三個方面，一是確保供電系統設計有足夠的合理性，保證運行過程中的安全性與合理性；二是需要有效優化電纜型號截面設計，按照實際需求來選擇電纜，有效確定相應的型號與截面方案[1]；三是電機控制系統的設計工作，比如在井下開采工作中，要求給予制冷系統充分的重視，確保制冷系統運行過程中有足夠的安全性，且可以最大限度延長生命周期，創造更多的經濟效益。鑒于煤礦井下采區供電系統設計無論是專業性還是特殊性均十分凸顯，因而在開展此項設計工作時務必要把控好相關技術要點，以此充分確保設計方案的可行性和科學性。本文從多個方面分析探討了煤礦井下采區供電系統設計的技術要點，現作如下的論述。

1.煤礦井下采區供電系統設計報告說明

就煤礦井下采區供電系統設計報告的編制要求來說，技術人員需要保質保量的完成三方面的工作。

一是要詳細分析和論述煤礦井下采區供電系統設計所處的自然條件，包括采煤工作面的信息和開拓與掘進工作面的信息。在采煤工作面信息上，技術人員要詳細標注工作面的走向、長度。煤層傾角與厚度、瓦斯等級、開采方式與時間等；在開拓與掘進工作面信息上，技術人員要明確標準的內容主要有六個方面，即施工單位、施工地點、開工時間、收工時間、瓦斯等級、通風系統簡介。

二是要詳細表述供電方式，包括三個方面的內容。（1）要注明具體要使用哪一個變電所，變電所內的負荷情況及所要接線的變壓器情況；（2）說明所采用的電壓等級；（3）準確計算最遠點供電距離，需要特別注意一點，供電系統設計的計算要以巷道施工結束時的系統為準進行計算。

三是詳細標注所使用的采掘機械設備，通常會包括采煤機、噴霧泵、破碎機、運輸機、乳化泵、轉載機，所涉及到的型號、電動機功率及臺數信息均要按照實際情況來標注。

2.電氣安全技術措施

電氣安全技術措施的確定要以《煤礦安全規程》的相關規范為準，并對采區的實際情況與作業場所的特點做全面的分析論證，最后得到電氣安全技術設計方案。對于煤礦井下采區供電系統的電氣安全技術來說，需要重點做好六方面的技術工作。一是要做好接零與接地保護系統的設計工作；二是要做好漏電保護的設計工作，要按照實際需求來安裝報警式漏電保護器；三是要做好絕緣工作，并配備絕緣手套、絕緣墊和絕緣鞋；四是做好電氣隔離工作；五是要做好屏保和安全距離的設計工作，在確定安全距離時要嚴格按照規定，保證安全距離；六是做好連鎖保護的設計工作，這是一種防止誤操作、誤人帶電間隔等造成觸電事故的安全連鎖保護裝置，有很好的應用效果，設計時需要給予充分的重視。

3.供電系統擬定原則

考慮到煤礦井下采區供電系統設計有很強的專業性特點，因而在擬定供電系統方案時，要嚴格遵循相關的規范。總的來說，供電系統擬定原則包括以下幾點：

（1）嚴格遵循《煤礦安全規程》《礦山電力設計規范》《煤礦井下低壓電網電路保護裝置的整定細則》《煤礦電工手冊（修訂本）》。

（2）嚴格遵循煤礦工業建設的基本方針與政策，務必保證供電系統設計充分安全可靠。在設備選型上，要盡量采用已經成型的成套設備，且要優先采用新產品和新技術，盡量做到節能環保，減小電能損耗。

（3）采區的供電系統要嚴格按照采區的機械設備布置圖來擬定，確保供電系統設計安全、經濟、操作靈活且系統簡單。具體來說，要做好七點工作：①確保1臺設備由1臺起動器來控制；②變壓器盡量不使用并聯的方式來運行；③為保證供電盡可能的安全，要最大限度減少開關和起動器的使用，同時要保證所使用的電纜數最少；④工作面配電點到各個用電設備之間應優先采用輻射式供電的方式[2]；⑤配電點起動器要控制在三臺以下，通常情況可以不設置配電點進線自動饋電開關；⑥要盡量讓供電系統少使用回頭供電；⑦為游有效減少起動器連接電纜的截面，工作面配電點所使用的最大容量電動機要盡量靠近配電點的進線部位。

4.煤礦井下采區供電系統設計內容的要點把控

(1)變壓器容量確定與電壓損失校驗

在確定所使用的變壓器型號時，要重點對國產礦用變壓器的容量和電壓等級作全面的分析研究，并結合巷道斷面和運輸條件來分析設計方案，以此來選出最佳方案。以礦用隔爆型干式變壓器為例來說，目前所使用的KSGB型號有很好的應用效果，可以應用在有爆炸風險的礦井中，可以作為優先選擇的煤礦井下供配電裝置。再以防爆移動變電站為來例來說，目前所使用的KSGZY型礦用隔爆千伏級移動變電站有很好的應用效果，不僅可以應用在普通的660伏礦區，也可以應用在綜合機械化的采煤工作面中。在計算變壓器正常運行時的電壓損失時，可以使用公式：

公式（1）中的U2N表示變壓器低壓側的額定電壓；公式（2）中的β是指變壓器的負荷系數，UR、UX表示電阻壓降百分數、電抗壓降百分數。

(2)高壓電纜與低壓電纜的選擇要點

在選擇高壓電纜時，要重點遵循四點原則。一是結合井下生產特點，來選擇適合的高壓電纜；二是要確保所選擇的電纜耐壓大于電網電壓；三是對所選擇的電纜供電能力進行分析評估，確保可以滿足供電要求；四是要確保電纜的截面可以滿足繼電保護需求。需要注意的一點是，在確定電纜型號和截面方案時，不僅要充分考慮井下電流運行特點，而且要對機械設備運行過程中的最大電壓損失值加以確定，開展相關的驗算工作，確保可以有效提升供電系統的運行效果。

在低壓電纜選擇時，要重點遵循五點原則。一是所使用的礦用橡套電纜型號要滿足《煤礦安全規程》的相關規范要求；二是要確保所選用的電纜在正常運行狀態下的電壓損失不得大于網路范圍外的電壓損失；三是確保所使用的橡套電纜溫升在650℃[3]；四是在選擇干線電纜時，要嚴格按照長期允許電流來選擇，最后再按照允許電壓損失來完成電纜截面的計算工作；五是所選擇的低壓電纜因為是通過以上四點原則選出的，因而不需要再次進行短路時的熱穩定校驗。另外，在電纜長度確定時，要在規范標準的基礎上再增加一段活動長度，這一部分的活動長度控制在3-5m。

除此之外，在確定電纜截面時，按照長時允許負荷電流來選擇，且需要完成校驗工作，可以通過機械強度和系統允許電壓來校驗。具體在確定電纜截面時需要遵循以下三點原則：①當電纜在正常運行狀態時，要確保電動機的端電壓大于額定電壓的10%；②電纜的正常工作負荷電流要與電纜允許持續電流相等[4]；③若是選用橡套電纜，則要對電纜的機械強度作認真的計算和分析，重點計算最小截面。需要特別注意一點，橡套電纜的接地芯線不能兼用于其它用途，只可以應用在監測接地回路。

(3)高壓開關與低壓開關的選擇

在選擇高壓開關時，要遵循三點原則。一是確保所選擇的高壓開關的額定電壓與電網電壓等級適應；二是高壓開關的最大工作電流不能大于開關的額定電流；三是要確保高壓開關的內部保護裝置功能符合要求。在選擇低壓開關時，需要考慮的因素較多，且務必保證這些因素與相關的規范標準相一致，可以分為以下三種情況來考慮。一是若礦井的采掘工作面、通風巷道、回風巷道存在煤塵爆炸風險時，則可以優先使用礦用隔爆型開關、礦用本質安全型開關，也可以使用礦用隔爆兼本質安全型的開關。二是如果選擇礦用低壓開關，則要確保額定電壓必須與被控制線路的額定電源相等；開關分斷的最大三相短路電流需要小于開關額定的最大分斷電流[5]。三是因為礦用低壓開關自身性能的限制，因而只能將礦用低壓開關應用在海拔不超過1000m的地方，其垂直斜度不得超過15°。除此之外，礦用低壓開關部位的周圍不得存在金屬腐蝕物質和絕緣損壞的氣體。

(4)過流保護裝置校驗要點

確保所選擇的低壓開關繼電保護裝置滿足以下三點要求：①當保護裝置動作時，在只切斷故障部分的電路后，其他部分依然可以正常運行；②在保護范圍內若發生了最小兩相短路電流，則保護裝置有良好的靈敏性，可以確保保護裝置有可靠動作；③一旦保護范圍內發生故障，則保護裝置可以迅速啟動保護功能，順利切斷被保護的線路，以此來防止事故的進一步蔓延。

5.結語

對于煤礦井下采區供電系統設計工作來說，其有很強的復雜性，設計過程中需要考慮多種因素的影響，一旦因為某一個環節的設計工作不佳，即會導致整個供電系統質量受到影響。因此，在開展煤礦井下采區供電系統設計工作時，要從設計階段和施工階段兩個大方面來著手，制定詳實的煤礦井下采區供電系統設計報告，把控好高壓開關與低壓開關選擇、高壓電纜與低壓電纜選擇、變壓器容量確定等方面的技術要點，充分保證煤礦井下采區供電系統設計的有效性與合理性。