徐振國(guó) 陳 蒙

（肥礦集團(tuán) 單縣能源有限責(zé)任公司陳蠻莊煤礦，山東 菏澤274333）

0 前言

隨著科技的發(fā)展，煤礦現(xiàn)代化技術(shù)越來越高，許多深埋地下的礦產(chǎn)資源得以具備條件開采，隨著深井開采項(xiàng)目逐漸增多，相應(yīng)的深井供電技術(shù)也需亟待跟進(jìn)。本文以科學(xué)發(fā)展觀的思想，就如何提高深井供電安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及推進(jìn)深井供電系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提出了幾點(diǎn)看法。

1 深井供電系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

由于千米深井開采是近幾年來才開始達(dá)到的技術(shù)水平，所以很多礦建單位：一是，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)搞建設(shè)，二是，摸著石頭過河，邊建邊積累經(jīng)驗(yàn)，這就造成了很多千米深井在供電系統(tǒng)中存在著或多或少的問題，影響著煤礦的安全穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

1.1 礦井供電系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)存在缺陷

部分礦井在規(guī)劃建設(shè)之初，對(duì)于深井供電考慮不足，存在諸如井上下各變電所、配電點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式規(guī)劃不合理，電纜線路較長(zhǎng)、載流量低，變壓器容量不足等問題，嚴(yán)重影響著供電的安全穩(wěn)定。例如，隨著開采年限增多，井下負(fù)荷容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供電系統(tǒng)原設(shè)計(jì)容量，從而造成主變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行在低效運(yùn)行工況條件下，不僅降低了供電系統(tǒng)可靠性和供電質(zhì)量水平，同時(shí)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在過負(fù)荷條件下，很容易導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過熱、絕緣老化等問題。

1.2 供電安全可靠性與經(jīng)濟(jì)性不統(tǒng)一

節(jié)支降耗是目前國(guó)家大力倡導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，但在煤礦這種粗放型的生產(chǎn)企業(yè)中，節(jié)支降耗觀念普遍較差，有的礦井為了保障供電的安全穩(wěn)定性，不考慮合理性投入，比如平時(shí)選用配電變壓器時(shí)，為了保證負(fù)荷容量，一味的選擇大容量變壓器，于是就會(huì)形成“大馬拉小車”的現(xiàn)象。這不僅增加了設(shè)備投資，而且還會(huì)使變壓器長(zhǎng)期處于空載狀態(tài)，使無(wú)功損失增加。還有的礦井為了追求經(jīng)濟(jì)性，節(jié)省成本使用劣質(zhì)或非防爆設(shè)備、煤礦淘汰設(shè)備，給礦井安全生產(chǎn)帶來了隱患。供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性相互協(xié)調(diào)問題急需解決。

1.3 很多深井供電系統(tǒng)高低壓電網(wǎng)等級(jí)設(shè)置不合理

目前井下存在多種電壓等級(jí)，作為動(dòng)力電源的主要電壓等級(jí)有660V、1140V、3300V 等幾種。如果電壓等級(jí)設(shè)置不合理不但造成供電不穩(wěn)定還存在浪費(fèi)電能現(xiàn)象。有的煤礦井下動(dòng)力電源電壓等級(jí)比較混亂，不便于設(shè)備的日常維護(hù)及更新?lián)Q代。

1.4 存在供電系統(tǒng)與其他四大系統(tǒng)不協(xié)調(diào)的情況

供電可靠性與否直接影響著礦井提升、排水、壓風(fēng)、通風(fēng)等其他四大系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，所以統(tǒng)籌好供電與其他四大系統(tǒng)的關(guān)系直接影響著煤礦的安全生產(chǎn)。

1.5 人在供電系統(tǒng)中得能動(dòng)性沒有得到很好的發(fā)揮

在所有的安全生產(chǎn)因素中，人的作用至關(guān)重要，人的能動(dòng)性的發(fā)揮直接關(guān)乎著礦井的安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，目前很多煤礦自動(dòng)化程度不高，集中控制、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控操作還沒有完全實(shí)行或?qū)嵭蟹秶^小，工人的勞動(dòng)量、操作程序依然比較復(fù)雜，必然存在生產(chǎn)隱患。

2 深井供電系統(tǒng)“五統(tǒng)籌”研究探討

2.1 統(tǒng)籌礦井供電系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)相互協(xié)調(diào)

2.1.1 對(duì)于用電負(fù)荷較大的煤礦企業(yè)，一般采用母子變壓器供電方式，其中一臺(tái)(母變壓器)按最大負(fù)荷配置，另一臺(tái)(子變壓器) 按低負(fù)荷狀態(tài)選擇，就可以大大提高配電變壓器利用率，降低配電變壓器的空載損耗。在負(fù)荷變化較大時(shí)，根據(jù)電能損耗最低的原則，投入不同容量的變壓器。

2.1.2 選用先進(jìn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及消諧裝置。通過設(shè)備無(wú)功和有功容量間的自調(diào)節(jié)，不僅可以提高礦井低壓供電系統(tǒng)的安全可靠性和供電綜合質(zhì)量水平，為井下各電氣設(shè)備提供功率因數(shù)和供電質(zhì)量均優(yōu)越的電能資源，同時(shí)還可以有效抑制井下低壓供電系統(tǒng)中各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波分量，降低諧波對(duì)供配電網(wǎng)的沖擊，保證各煤礦開采機(jī)電設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行，提高其綜合使用壽命。

2.2 統(tǒng)籌供電系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性相互協(xié)調(diào)

深井供電的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個(gè)相互促進(jìn)的過程，供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本保障，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是供電安全穩(wěn)定的自然延伸。礦井在追求經(jīng)濟(jì)效益的前提下，必須保障供電安全，而只有保證了供電安全才有可能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2.1 對(duì)于井下配電點(diǎn)的變壓器，本著“小容量，密布點(diǎn)”的原則，配電變壓器應(yīng)盡量位于負(fù)荷中心，供電半徑不超過0.5千米。配電變壓器的負(fù)載率在0.5～0.6 之間效率最高，此時(shí)變壓器的容量稱為經(jīng)濟(jì)容量。如果負(fù)載比較穩(wěn)定，連續(xù)生產(chǎn)的情況可按經(jīng)濟(jì)容量選擇變壓器容量。

2.2.2 大型設(shè)備的啟動(dòng)采用先進(jìn)的雙向可控碴軟啟動(dòng)器或者變頻啟動(dòng)器，既要減小直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊而造成的損壞，也可從中省去設(shè)備中的調(diào)速器、減速器，還可省去大量的油脂消耗，更能省去其中大量的人工維護(hù)和損壞檢修費(fèi)用。

2.3 統(tǒng)籌井下高、低壓電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)

2.3.1 構(gòu)筑完善井下低壓供電繼電保護(hù)系統(tǒng)。在低壓供電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和技術(shù)改造時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合分級(jí)閉鎖和選擇性斷電控制技術(shù)，保證井下各機(jī)電設(shè)備高效穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為礦井低壓供電系統(tǒng)安全可靠供電提供重要支持。在低壓供電系統(tǒng)中按照分級(jí)閉鎖和選擇性斷電原則，構(gòu)筑完善的繼電保護(hù)系統(tǒng)，可以有效杜絕井下工人的人為誤操作事故發(fā)生，從而有效提高礦井供電系統(tǒng)防火防爆綜合安全性能。

2.3.2 深井供電存在電壓壓降較大的缺陷，為此深井供電一般在井下設(shè)置中央變電所，電壓等級(jí)10KV 為宜，各采區(qū)變電所所需電源均引自中央變電所兩回路，然后由移動(dòng)變電站降壓為相應(yīng)等級(jí)的電壓，確保可靠供電。

2.3.3 井下低壓動(dòng)力電源要綜合各種因素科學(xué)規(guī)劃，既考慮供電穩(wěn)定性又要注重經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于礦井開采初期，負(fù)荷較小、供電線路較短的情況，可以采取低壓660V 供電，這樣既能保障穩(wěn)定供電也能減少設(shè)備投資（目前電壓等級(jí)低的防爆設(shè)備價(jià)格有優(yōu)勢(shì)），隨著開采周期延長(zhǎng)，采掘面向里縱深，如果再采用較低電壓等級(jí)，電壓壓降較大，線路電流升高，造成設(shè)備動(dòng)力不足，線路老化嚴(yán)重，不利于安全生產(chǎn)?？梢钥紤]提高電壓等級(jí)，降低設(shè)備啟動(dòng)電流和線路載流量，提高線路供電穩(wěn)定性。對(duì)于開采年限較長(zhǎng)，開采距離較遠(yuǎn)的礦井，中遠(yuǎn)期規(guī)劃，建議采用1140V 或3300V 動(dòng)力電源，以提高供電可靠性。

2.4 統(tǒng)籌供電系統(tǒng)與煤礦其他系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)

煤礦五大系統(tǒng)中，供電作為基礎(chǔ)的能量提供系統(tǒng)，為通風(fēng)、排水、提升、壓風(fēng)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，反過來，其余四大系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也關(guān)乎著供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，兩者是密不可分的。

2.4.1 其他四大系統(tǒng)都必須具備可靠的雙回路供電系統(tǒng)，而且當(dāng)一回路發(fā)生故障停止供電時(shí)，另一回路能擔(dān)負(fù)起全部負(fù)荷，必須滿足通風(fēng)、排水、提升、壓風(fēng)的要求。

2.4.2 通風(fēng)、排水、壓風(fēng)、提升四大系統(tǒng)必須采取可靠的運(yùn)行方式，保證不影響電網(wǎng)的整體供電，功率較大的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備適當(dāng)采取變頻、軟起等方式，降低啟動(dòng)電流，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保證整體供電的穩(wěn)定可靠。

2.5 統(tǒng)籌人與供電系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)

煤礦礦井不僅操作范圍較小，同時(shí)還是一個(gè)多工種同時(shí)作業(yè)環(huán)境，條件復(fù)雜，程序繁雜，既造成工人勞動(dòng)量大，也容易發(fā)生誤操作現(xiàn)象。

2.5.1 對(duì)于供電系統(tǒng)中存在的高隱患非安全型或高耗能型設(shè)備應(yīng)予淘汰并重新規(guī)劃選型，既便于操作，又穩(wěn)定可靠。

2.5.2 配置先進(jìn)的供電安全實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、集控系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)裝備現(xiàn)代化，控制自動(dòng)化，管理信息化。

2.5.3 逐步提升操作人員的技術(shù)水平，適應(yīng)現(xiàn)代化裝備的升級(jí)換代速度，積極發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，消除人的不安全因素，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

3 結(jié)論

煤礦井下供電系統(tǒng)運(yùn)行在一個(gè)復(fù)雜環(huán)境中，提高其運(yùn)行安全可靠性是一項(xiàng)系統(tǒng)、長(zhǎng)期持久的工作，必須結(jié)合煤礦井下開采的實(shí)際情況，將人力、物力、環(huán)境等多方面因素有機(jī)結(jié)合起來，整體協(xié)調(diào)配合，進(jìn)行充分考慮設(shè)計(jì)，制定完善的深井井下安全供電措施方案，有效提高煤礦深井供電系統(tǒng)供電可靠性，保障井下煤礦開采安全穩(wěn)定、 節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效進(jìn)行。“五統(tǒng)籌”又統(tǒng)一于構(gòu)建現(xiàn)代化礦井的規(guī)劃之中，使得煤礦安全發(fā)展、科學(xué)發(fā)展，協(xié)調(diào)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。

［1］劉立.黃民翔配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的綜合評(píng)估[J].能源工程.2007，3：16-19.

［2］陳文高.配電系統(tǒng)可靠性實(shí)用基礎(chǔ)[M].北京，中國(guó)電力出版社.1998：100-126.

［3］陳國(guó)呈.變頻調(diào)速及軟開關(guān)電力變換技術(shù)[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004.