煤礦供電系統設計流程及要點

＊胡青曦

（山西汾西工程建設有限責任公司 山西 032000）

社會活動與經濟活動的不斷開展推動了國民經濟水平不斷提高的同時，也對能源行業提出了更高的要求。特別是隨著能源危機問題的日益凸顯，煤礦行業作為我國傳統支柱性產業，不僅需要保證開采數量，保證能源供應，還需要提高開采效率，降低能耗。眾所周知，煤礦開采過程通常具有較高的風險，作為與井下作業人員人身安全具有緊密聯系的主要因素，供電系統的合理設計逐漸引起了相關管理人員的廣泛關注，在一定程度上保障了煤礦企業的生產安全。然而，隨著煤礦企業開采深度與復雜程度的不斷增加，很多煤礦企業的供電系統設計存在一系列亟待完善的問題。為了營造更安全的煤礦開采環境，需要相關技術人員加強自身專業知識，提高設計合理性。

因此，本文首先對煤礦供電系統的分類及供電類型進行了簡單介紹，對供電系統的設計原則及要點進行了探討，并提出了相應的優化措施，以期為我國煤礦行業實現長久發展提供一定理論依據。

1.煤礦供電系統的分類及供電類型

(1)煤礦供電系統的分類

如圖1所示，煤礦供電系統作為一個整體，通常包括變電所及相關配電點等主要設施，根據實際生產需求按照合理的方式進行連接，為煤礦企業提供所需的電力服務。其中，變電所作為重要的組成部分，主要分為以下幾種：一是位于地面的變電所，作為供電系統的樞紐，起到為整個礦區進行供電的作用。通常情況下，煤礦企業只會設置一個地面變電所，倘若礦井分布位置較為分散，可根據實際需求對其數量進行合理調整，保證供電安全；二是位于井下的中央變電所，作為井下供電的重要環節，由地上變電所提供電源，向其他變電所提供電力；三是采區變電所，其主要任務是向巷道及工作面等區域提供電力服務[1]。

圖1 煤礦供電系統示意圖

(2)煤礦供電系統供電類型

對于供電方式的選擇，相關設計人員通常是根據煤礦實際生產水平、煤層埋藏深度、礦井瓦斯情況等進行，主要包括以下兩種類型：一是深井供電系統。該系統通常應用于開采難度較大的礦井，由于其煤層埋藏深度較深，因此需要較多的電力供應服務。現階段，為了更好的保障供電安全，我國大型煤礦企業通常采用三級高壓供電的方式進行，即從母線上引出下井電纜送至井下變電所，再經由高壓電纜為采區變電所提供電能。二是淺井供電系統。該系統通常用于開采難度較小的煤礦，對于煤層埋藏深度較小的礦井，其開采過程中相關電力設備運行時所需的電能通常屬于低壓，為了更好的幫助煤礦企業降低運營成本，淺井供電系統得到了較為廣泛的應用。具體而言，就是通過地面變電所將低壓運送至位于井下的淺井供電系統，再通過配電所向開采區域提供電力服務。

2.煤礦供電系統的設計原則及要點

(1)供電系統的設計原則

在對煤礦供電系統進行設計的過程中，相關設計人員需要嚴格遵循相應的設計規范及標準，提高設計方案的合理性與科學性，從而更為高效的為煤礦企業提供電力服務。當前階段，我國煤礦供電系統的設計原則主要包括以下幾方面。

①可靠性。確保供電系統的可靠性是煤礦企業實現安全生產的前提保障。這就要求相關設計人員確保供電系統在長時間高負荷運轉的過程中不出現供電故障，避免安全事故的發生。因此，對于煤礦企業來說，就需要其根據實際生產需求選擇合理的供電設備，保證不間斷供電的同時，提高使用性能及效率，提高供電系統穩定性。同時，還需要安排相關技術人員對供電系統進行定期檢修與維護，一旦發現問題，及時采取措施進行解決，保證井下采取的電力供應長期保持穩定。

②安全性。煤礦開采環境通常較為惡劣，長期處于潮濕環境的供電設備極有可能受到多方面因素的影響而出現故障，一旦現場施工作業人員沒有及時發現，極有可能引發重大安全事故，影響煤礦企業的正常運行。因此，相關設計人員在進行具體工作過程中，首先要確保供電系統設計的安全性，為井下開采作業的安全運行提供有力保障。

③經濟性。隨著煤礦開采行業競爭激烈程度的不斷增加，煤礦企業在保證開采安全的前提下，也將更多的關注點放在運營成本方面。因此，對于相關設計人員來說，在保證供電系統合理性的同時，也應充分考量設計方案的經濟性，一方面要嚴格遵循設計規范及標準，保證煤礦企業的供電安全，另一方面也應結合自身設計經驗，對供電系統結構進行科學優化，提高設計方案的合理性。同時，還應對不同設計方案進行經濟性分析，從而更好的幫助煤礦企業實現經濟收益。

(2)供電系統的設計要點

煤礦企業在實際運行過程中，不可避免的會受到多種因素的影響導致供電系統出現故障，這就要求相關設計人員在進行具體的作業過程中，對可能出現的問題進行較為全面的考量，選擇合理的變壓器，提高供電系統容量，最大程度的降低供電故障的發生概率，更好的保障煤礦生產安全。具體而言，其設計要點主要包括以下幾個方面。

①合理設計供電系統。提升供電系統設計合理性的首要內容是需要相關設計人員根據煤礦企業實際生產需求合理考量用電負荷并選擇相應的變壓器，提高供電效能，提升供電系統工作效率。這就要求相關技術人員在科學計算變壓器功率后，對供電系統的實際容量進行分析，有效改善諧波分量問題。

②優化電纜型號截面。電纜在供電系統中起到了不容忽視的作用，這就要求相關設計人員充分結合電流運行情況，選擇合理的電纜型號，對其截面設計方案進行優化，提升電力輸送效果。同時，還需要準確計算最大電壓損失值，從而更好的保證供電系統的穩定運行。

③其他方面優化設計。除上述內容外，相關設計人員還應注意以下幾方面內容：一是在小功率機械設備的使用過程中，相關設計人員應注意對整個供電系統進行簡化處理，為后續檢修維護工作的進行奠定良好的基礎；二是在具體的設計過程中，應根據煤礦企業所在地的實際情況進行合理優化，比如，對于較為寒冷的區域，可以采用集中制冰輸冷降溫法來實現供電系統的降溫需求，提高制冷效果；三是在機械設備的采購方面，可以將更多的關注點放在操作簡單的設備上，一旦出現故障，可以縮短維修時間，提高安全系數；四是在對制冰系統進行設計時，由于該系統的安裝通常具有較長的周期以及較高的成本，這就要求相關技術人員結合實際情況進行靈活調整，提高設計方案的合理性。

(3)供電系統設計實例分析

要想提高供電系統設計方案的合理性，就需要相關設計人員科學選擇相應的組件，比如，變壓器、電纜、短路電流等。在選擇變壓器的過程中，需要相關設計人員對電壓負載進行準確計算，保證供電可靠性的同時減少開關及電纜等元件的使用，降低故障發生概率；比如在變電所的設計過程中，應盡量由變壓器直接給工作面進行供電，避免局部停電引發的大面積供電故障；比如在對開關進行設計的過程中，需要相關設計人員根據允許電流通過來選擇相應的截面，并對電壓情況進行核算。除此之外，對于整個供電系統來說，還需要相關設計人員嚴格按照相關計算標準對各元件的阻抗及短路電流進行核驗，保證供電系統的運行可靠性。

①變電所的設計。在進行中央變電所選址過程中，首先要便于大體積設備的運輸，同時要提供充足的空間為后續設備的增加做準備。同時，還需要保證較好的通風環境，避免出現溫度過高的問題影響供電安全；其次要根據巷道分布情況，將其布置在進風巷與回風巷之間。其設計原則主要包括以下幾方面內容：一是在保證滿足生產需求的前提下，盡量減少設備使用數量，對于超過一臺的變壓器，應保證變壓器負荷分配的合理性，同時避免并聯運行的出現；二是在供電系統運行過程中應最大程度的避免回頭供電的出現；三是變電所的供電需通過專用變壓器、開關及線路進行；四是對于工作面等區域，需配備相應的保護裝置。

②變壓器的選擇。隨著煤礦企業開采深度的不斷增加，供電距離也在相應增大，在一定程度上導致供電系統出現電壓降低的問題，給機電設備的穩定運行造成一定的不利影響。這就要求相關設計人員在具體工作過程中充分考慮上述問題給供電系統所造成的影響，提高設計方案的合理性。因此，在對變壓器進行選擇時，應根據開采實際情況，對變電所的容量及開關類型進行科學選擇，提高變壓器的可操作性，為后續工作的進行提供有力保障。

其中，供電系統極有可能由于各種因素而出現電壓波動的問題，影響供電系統的穩定運行。這就要求相關設計人員做好以下三方面工作：一是積極應用先進的新興設備，比如非線性電力負荷采煤機械設備，從而更好的保證煤礦開采的安全性與穩定性；二是加強相關技術的研究，特別是對于諧波分量問題的處理，避免其對供電系統產生不利影響；三是在設計初期，相關設計人員應根據煤礦實際情況，結合自身設計經驗，對供電系統可能出現的問題進行全面分析，選擇合理的變壓器，提升系統容量，降低供電系統運行故障發生的概率，提升供電效率。

3.煤礦供電系統設計優化措施

如上所述，煤礦開采安全與井下作業人員的人身安全具有十分緊密的聯系，這就要求相關設計人員不斷提升自身專業水平，結合實際生產需求，對供電系統進行合理設計，提高供電效率的同時最大程度的避免供電故障[2]。

(1)完善繼電保護設備系統

繼電保護裝置是避免煤礦企業在遇到電力故障時發生更為嚴重安全事故的主要因素，因此，對于煤礦企業來說，一方面要不斷完善繼電保護設備系統，提高其工作效果，嚴格按照相關規范及標準進行參數的設置，降低故障發生概率；另一方面要根據煤礦企業實際生產需求，不斷引進先進的電氣化設備及相關技術，更好的保障煤礦企業的運行安全。

(2)加大供電設施檢修力度

對于煤礦企業來說，保證供電系統的運行穩定是其實現安全生產的前提條件。這就要求相關管理人員做好以下兩方面工作：一是定期安排相關技術人員對供電設施進行檢修與維護，保證其具有良好的使用性能，一旦發現問題，及時對相關設備進行更換，避免發生故障；二是根據煤礦企業實際生產需求，在設計過程中選擇工作效率較高的供電設備，降低能耗水平，同時對老舊設備進行改造升級，推動煤礦行業實現可持續發展。

(3)引入電氣設備監測系統

信息化技術水平的不斷提高推動了各行各業對于智能設備的應用，作為我國的傳統行業，加強在線監測系統的應用就成為煤礦企業實現現代化發展的重要手段。如圖2所示，井下供電監控系統一方面可以幫助相關管理人員更好的了解井下電氣設備的運行情況，及時發現可能存在的問題，避免故障發生引發重大安全事故；另一方面也可降低井下作業人員的工作強度，避免其在具體作業過程中出現違規操作，更好的保障人員安全。

圖2 井下供電監控系統示意圖

4.結論

綜上所述，煤礦企業安全生產的前提條件是具有可靠的供電系統，因此，對于相關設計人員來說，不僅要根據煤礦生產實際情況合理的對供電系統進行設計，嚴格遵循相關規范及標準，同時還要充分考慮其經濟性，提高資源利用效率的同時幫助煤炭企業降低成本支出，從而使整個礦區安全有效的生產運行最大化。