馮世旭

（汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

引言

當前隨著我國煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展，煤礦井下掘進供電電壓由20 世紀60 年代初的380 V 提升到660 V，并且各種大功率機電設(shè)備在煤礦綜采工作面中得到了廣泛應用，同時巷道掘進工作也不斷朝著大斷面長距離的目標發(fā)展，有效提高煤礦資源的開采工作效率?，F(xiàn)階段，在我國一些單向長距離綜掘工作面中，660 V 的供電電壓也無法滿足掘進工作的供電工作要求，因此仍然需要對整個供電系統(tǒng)展開進一步優(yōu)化和完善。

1 單向長距離掘進工作面供電問題分析

有效結(jié)合我國某煤礦開采工作面中的供電系統(tǒng)布置工作，由地面的35 kV 變電站將10 kV 雙回路變電站向本段單向長距離掘進工作面進行供電，通過1 區(qū)和2 區(qū)變電所將10 kV 配電輸送到各個采掘工作面中，然后通過采掘工作面配電系統(tǒng)控制，將10 kV 變電站對應的電壓等級進行進一步控制，為整個機械生產(chǎn)工作提供重要的地理資源。掘進工作面配電點通常設(shè)置在巷道的掘進口位置，同時使用大量的風機機組，機組移變、動力移變及風機移變等相關(guān)設(shè)備，專用風電機組使用特定的高壓線路進行供電，備用風電機組移變和動力機組移變使用同一條高壓供電線路進行供電。隨著巷道掘進深度達到1 km 的條件，需要增加額外的配電室設(shè)置基礎(chǔ)和動力移變各一臺，通過使用高壓電纜對其進行供電工作。在無功補償裝置和軟啟動器設(shè)備使用工作之前，需要對供電電壓大小進行有效控制，在無功補償裝置和軟啟動裝置正式開啟之后，需要對兩臺設(shè)備的巷道掘進速率進行有效控制，進一步解決線路末端產(chǎn)生的電壓下降問題，全面提高供電功率因素，同時進一步控制大功率電機啟動過程中所產(chǎn)生的電網(wǎng)沖擊與影響，進一步延長設(shè)備的使用周期，同時省略單向長距離綜采工作面當中的高壓配電設(shè)施，有效減少高壓電纜和移動，按照安裝拆除工作量全面提高供電設(shè)備的使用工作效果[1]。

在實際工作面供電工作當中，運輸系統(tǒng)具有負荷分散、綜采工作面設(shè)備負荷集中等特性，如果巷道內(nèi)部所有設(shè)備全部啟動，會造成電網(wǎng)的電壓波動較大，設(shè)備的啟動和工作面的正常，供電工作之間會存在較大的矛盾問題，會直接影響到整個掘進工作面的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性。在掘進工作面生產(chǎn)工作過程中，電機是否可以直接啟動，主要取決于電網(wǎng)的電容量大小，所使用的電動機通過變壓器供電條件下，不經(jīng)常啟動的電機在容量上通常不會超過變壓器總?cè)萘康?0%，經(jīng)常啟動的電動機容量最多不能超過總?cè)萘康?0%[2]。

2 綜掘工作面長距離供電問題的優(yōu)化策略

在工作面設(shè)計安裝工作過程中，根據(jù)實際工作情況對工作面設(shè)備運輸系統(tǒng)設(shè)備及設(shè)備工作性能等問題進行綜合考慮和分析，具體如下：

第一，對于掘進工作面功率相對較小的設(shè)備而言，對電網(wǎng)的沖擊影響相對較低，因此可以通過直接啟動的方法。如果掘進工作面全部輸送機功率超過2×200 kW，則可以通過使用延時直接啟動方法來進行操作。直接啟動也稱之為全壓啟動，屬于一種相對較簡單的啟動工作方式。在正式啟動工作過程中不需要使用特殊的供電裝置，只需要使用普通的磁力啟動器設(shè)備，將電源直接供應在電機的定子繞組當中，可以起到直接啟動電機的作用和效果，在整個操作流程上相對較簡單，在煤礦生產(chǎn)工作中大部分異步電機通常會采用這種方式進行供電[3]。

第二，對于功率較大同時能夠?qū)崿F(xiàn)空載啟動，且對啟動轉(zhuǎn)距要求相對較低的電機，則可以采取降壓啟動工作方式。例如，運輸系統(tǒng)中的帶式輸送機設(shè)備，因為礦用異步電機不能使用在轉(zhuǎn)子電路當中，通過向電路內(nèi)部加入電阻的方法，可以進一步改善電機的啟動性能，只能靠降低外部施加電壓的方式來控制供電電流大小。盡管這種方式的啟動性能相對較差，但是在煤礦井下工作面生產(chǎn)工作中有要求調(diào)速條件相對較低，因此整體的使用效果較明顯。在實際使用過程中，為了有效防止電機直接啟動對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊和影響，可以通過使用軟啟動器設(shè)備來控制該設(shè)備，通過微處理器控制技術(shù)可以有效實現(xiàn)交流電動機導專啟動處理，通過使用電壓調(diào)速工作原理，在啟動工作過程中電源電壓有600～1 140 V 實現(xiàn)二級調(diào)速，不但可以減少大功率電機對電網(wǎng)供電所產(chǎn)生的沖擊和影響，同時可以進一步提高帶式輸送機設(shè)備的工作安全性和穩(wěn)定性[4]。

第三，對于工作功率相對較大、負荷量比較集中，同時必須重載的電機設(shè)備而言，通常情況下使用的是提高電壓等級和電極調(diào)速工作方法，有效降低對供電電網(wǎng)所產(chǎn)生的沖擊和影響。在工作面中后部刮板運輸機設(shè)備電機最大功率達到2×400 kW，在啟動工作過程中要求啟動轉(zhuǎn)距更大。因此，通過使用雙繞組電機高壓供電技術(shù)，充分保證供電機組供電工作的穩(wěn)定性。供電系統(tǒng)完善方案對于供電系統(tǒng)而言，工作面的年生產(chǎn)能力可以達到200 萬t 以上水平，根據(jù)供應鏈的設(shè)備特性，使用三路主電源來進行供電工作，同時每一路電源均來自于地面變電站的一臺主變設(shè)備，即通過三臺主變設(shè)備分別帶三段設(shè)備，通常情況下在主變設(shè)備分裂運行工作過程中，因為使用變級調(diào)速控制系統(tǒng)對電流進行有效控制，通過一路供電電源在啟動之后，對綜采工作面當中的大型基礎(chǔ)來進行供電工作，有效保證設(shè)備供電工作的充足性和穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)三段供電系統(tǒng)之間相互聯(lián)絡，有效保證供電工作的整體穩(wěn)定性[5]。

3 供電開關(guān)超負荷運行與改進方法

根據(jù)煤礦開采工作的相關(guān)安全規(guī)程要求，掘進工作面作業(yè)施工區(qū)域所有供電電源，必須要具備風、電、瓦斯閉鎖控制工作，需要保證在達到停風或者瓦斯超限狀態(tài)下的斷電工作要求。在煤礦掘進工作過程中，所使用的供電開關(guān)通常采用的是真空磁力啟動器設(shè)備，負荷容量大小為225 kW。根據(jù)綜合機械化掘進工作面的相關(guān)工作要求，其中主要包含掘進機設(shè)備、膠帶運輸機設(shè)備、刮板輸送機設(shè)備等，在工作過程中的最大負荷量不能超過真空磁力啟動器設(shè)備的最大負荷，否則會出現(xiàn)開關(guān)本體破壞、隔離開關(guān)破壞，以及電源線機電設(shè)備故障等，對整個煤礦安全生產(chǎn)工作帶來較大的安全隱患。如果膠帶運輸機控制電源和供電開關(guān)之間進行分割，可以有效達到減少供電開關(guān)負荷工作效果，需要對供電系統(tǒng)進行必要的改造處理，如圖1 所示。

圖1 分路供電原理

具體的改造方法如下：根據(jù)正常的供電工作方法，綜合機械化作業(yè)掘進工作面所有的電氣設(shè)備，都需要通過使用供電開關(guān)負荷實現(xiàn)風電瓦斯閉鎖功能，通過供電開關(guān)的電流量通常較大，經(jīng)常會產(chǎn)生供電開關(guān)損壞等問題，直接影響到綜合機械化掘進工作面的生產(chǎn)工作穩(wěn)定性。通過對綜合機械化掘進工作面相關(guān)供電工作參數(shù)進行綜合計算分析之后，對供電系統(tǒng)實施分路供電方法，即將大功率的膠帶運輸機設(shè)備、刮板輸送機設(shè)備展開分路設(shè)計，重點將膠帶輸送機的電源不通過供電開關(guān)復合，而是直接接通在供電開關(guān)的電源側(cè)，在兩臺開關(guān)之間加上電氣閉鎖裝置，通過這種供電工的方法，可以全面實現(xiàn)風電瓦斯的閉鎖，同時可以實現(xiàn)將大功率的電氣設(shè)備進行分開供電，可以最大限度上降低供電開關(guān)的負荷工作壓力，同時減少設(shè)備產(chǎn)生的故障概率，有效保證整個供電系統(tǒng)滿足整個綜合機械化掘進工作要求和標準。

4 結(jié)語

隨著煤礦掘進工作的進一步推進，隨著掘進工作的進一步推進，掘進工作面當中的供電功率大小也出現(xiàn)明顯的下降，外加上線路末端大功率掘進機設(shè)備在啟動過程中會對電網(wǎng)形成較大的沖擊和影響，在供電電纜特定的工作條件下，通常供電距離無法達到基礎(chǔ)的理論設(shè)計距離和要求，無法滿足現(xiàn)場供電工作標準，因此必須要對高壓供電工作進行全面優(yōu)化和完善，進一步降低無功功率的損耗量，避免出現(xiàn)大量的電力資源浪費問題。