＊胡青曦

（山西汾西工程建設(shè)有限責(zé)任公司 山西 032000）

社會活動與經(jīng)濟活動的不斷開展推動了國民經(jīng)濟水平不斷提高的同時，也對能源行業(yè)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(yè)作為我國傳統(tǒng)支柱性產(chǎn)業(yè)，不僅需要保證開采數(shù)量，保證能源供應(yīng)，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(fēng)險，作為與井下作業(yè)人員人身安全具有緊密聯(lián)系的主要因素，供電系統(tǒng)的合理設(shè)計逐漸引起了相關(guān)管理人員的廣泛關(guān)注，在一定程度上保障了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全。然而，隨著煤礦企業(yè)開采深度與復(fù)雜程度的不斷增加，很多煤礦企業(yè)的供電系統(tǒng)設(shè)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(huán)境，需要相關(guān)技術(shù)人員加強自身專業(yè)知識，提高設(shè)計合理性。

因此，本文首先對煤礦供電系統(tǒng)的分類及供電類型進行了簡單介紹，對供電系統(tǒng)的設(shè)計原則及要點進行了探討，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，以期為我國煤礦行業(yè)實現(xiàn)長久發(fā)展提供一定理論依據(jù)。

1.煤礦供電系統(tǒng)的分類及供電類型

(1)煤礦供電系統(tǒng)的分類

如圖1所示，煤礦供電系統(tǒng)作為一個整體，通常包括變電所及相關(guān)配電點等主要設(shè)施，根據(jù)實際生產(chǎn)需求按照合理的方式進行連接，為煤礦企業(yè)提供所需的電力服務(wù)。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(tǒng)的樞紐，起到為整個礦區(qū)進行供電的作用。通常情況下，煤礦企業(yè)只會設(shè)置一個地面變電所，倘若礦井分布位置較為分散，可根據(jù)實際需求對其數(shù)量進行合理調(diào)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(huán)節(jié)，由地上變電所提供電源，向其他變電所提供電力；三是采區(qū)變電所，其主要任務(wù)是向巷道及工作面等區(qū)域提供電力服務(wù)[1]。

圖1 煤礦供電系統(tǒng)示意圖

(2)煤礦供電系統(tǒng)供電類型

對于供電方式的選擇，相關(guān)設(shè)計人員通常是根據(jù)煤礦實際生產(chǎn)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(tǒng)。該系統(tǒng)通常應(yīng)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(yīng)服務(wù)?，F(xiàn)階段，為了更好的保障供電安全，我國大型煤礦企業(yè)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(jīng)由高壓電纜為采區(qū)變電所提供電能。二是淺井供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(guān)電力設(shè)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(yè)降低運營成本，淺井供電系統(tǒng)得到了較為廣泛的應(yīng)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(tǒng)，再通過配電所向開采區(qū)域提供電力服務(wù)。

2.煤礦供電系統(tǒng)的設(shè)計原則及要點

(1)供電系統(tǒng)的設(shè)計原則

在對煤礦供電系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，相關(guān)設(shè)計人員需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)計方案的合理性與科學(xué)性，從而更為高效的為煤礦企業(yè)提供電力服務(wù)。當(dāng)前階段，我國煤礦供電系統(tǒng)的設(shè)計原則主要包括以下幾方面。

①可靠性。確保供電系統(tǒng)的可靠性是煤礦企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)的前提保障。這就要求相關(guān)設(shè)計人員確保供電系統(tǒng)在長時間高負(fù)荷運轉(zhuǎn)的過程中不出現(xiàn)供電故障，避免安全事故的發(fā)生。因此，對于煤礦企業(yè)來說，就需要其根據(jù)實際生產(chǎn)需求選擇合理的供電設(shè)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(tǒng)穩(wěn)定性。同時，還需要安排相關(guān)技術(shù)人員對供電系統(tǒng)進行定期檢修與維護，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時采取措施進行解決，保證井下采取的電力供應(yīng)長期保持穩(wěn)定。

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

③經(jīng)濟性。隨著煤礦開采行業(yè)競爭激烈程度的不斷增加，煤礦企業(yè)在保證開采安全的前提下，也將更多的關(guān)注點放在運營成本方面。因此，對于相關(guān)設(shè)計人員來說，在保證供電系統(tǒng)合理性的同時，也應(yīng)充分考量設(shè)計方案的經(jīng)濟性，一方面要嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，保證煤礦企業(yè)的供電安全，另一方面也應(yīng)結(jié)合自身設(shè)計經(jīng)驗，對供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行科學(xué)優(yōu)化，提高設(shè)計方案的合理性。同時，還應(yīng)對不同設(shè)計方案進行經(jīng)濟性分析，從而更好的幫助煤礦企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)濟收益。

(2)供電系統(tǒng)的設(shè)計要點

煤礦企業(yè)在實際運行過程中，不可避免的會受到多種因素的影響導(dǎo)致供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，這就要求相關(guān)設(shè)計人員在進行具體的作業(yè)過程中，對可能出現(xiàn)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(tǒng)容量，最大程度的降低供電故障的發(fā)生概率，更好的保障煤礦生產(chǎn)安全。具體而言，其設(shè)計要點主要包括以下幾個方面。

①合理設(shè)計供電系統(tǒng)。提升供電系統(tǒng)設(shè)計合理性的首要內(nèi)容是需要相關(guān)設(shè)計人員根據(jù)煤礦企業(yè)實際生產(chǎn)需求合理考量用電負(fù)荷并選擇相應(yīng)的變壓器，提高供電效能，提升供電系統(tǒng)工作效率。這就要求相關(guān)技術(shù)人員在科學(xué)計算變壓器功率后，對供電系統(tǒng)的實際容量進行分析，有效改善諧波分量問題。

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

③其他方面優(yōu)化設(shè)計。除上述內(nèi)容外，相關(guān)設(shè)計人員還應(yīng)注意以下幾方面內(nèi)容：一是在小功率機械設(shè)備的使用過程中，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)注意對整個供電系統(tǒng)進行簡化處理，為后續(xù)檢修維護工作的進行奠定良好的基礎(chǔ)；二是在具體的設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)煤礦企業(yè)所在地的實際情況進行合理優(yōu)化，比如，對于較為寒冷的區(qū)域，可以采用集中制冰輸冷降溫法來實現(xiàn)供電系統(tǒng)的降溫需求，提高制冷效果；三是在機械設(shè)備的采購方面，可以將更多的關(guān)注點放在操作簡單的設(shè)備上，一旦出現(xiàn)故障，可以縮短維修時間，提高安全系數(shù)；四是在對制冰系統(tǒng)進行設(shè)計時，由于該系統(tǒng)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(guān)技術(shù)人員結(jié)合實際情況進行靈活調(diào)整，提高設(shè)計方案的合理性。

(3)供電系統(tǒng)設(shè)計實例分析

要想提高供電系統(tǒng)設(shè)計方案的合理性，就需要相關(guān)設(shè)計人員科學(xué)選擇相應(yīng)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(guān)設(shè)計人員對電壓負(fù)載進行準(zhǔn)確計算，保證供電可靠性的同時減少開關(guān)及電纜等元件的使用，降低故障發(fā)生概率；比如在變電所的設(shè)計過程中，應(yīng)盡量由變壓器直接給工作面進行供電，避免局部停電引發(fā)的大面積供電故障；比如在對開關(guān)進行設(shè)計的過程中，需要相關(guān)設(shè)計人員根據(jù)允許電流通過來選擇相應(yīng)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(tǒng)來說，還需要相關(guān)設(shè)計人員嚴(yán)格按照相關(guān)計算標(biāo)準(zhǔn)對各元件的阻抗及短路電流進行核驗，保證供電系統(tǒng)的運行可靠性。

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

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

其中，供電系統(tǒng)極有可能由于各種因素而出現(xiàn)電壓波動的問題，影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這就要求相關(guān)設(shè)計人員做好以下三方面工作：一是積極應(yīng)用先進的新興設(shè)備，比如非線性電力負(fù)荷采煤機械設(shè)備，從而更好的保證煤礦開采的安全性與穩(wěn)定性；二是加強相關(guān)技術(shù)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(tǒng)產(chǎn)生不利影響；三是在設(shè)計初期，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)煤礦實際情況，結(jié)合自身設(shè)計經(jīng)驗，對供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題進行全面分析，選擇合理的變壓器，提升系統(tǒng)容量，降低供電系統(tǒng)運行故障發(fā)生的概率，提升供電效率。

3.煤礦供電系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化措施

如上所述，煤礦開采安全與井下作業(yè)人員的人身安全具有十分緊密的聯(lián)系，這就要求相關(guān)設(shè)計人員不斷提升自身專業(yè)水平，結(jié)合實際生產(chǎn)需求，對供電系統(tǒng)進行合理設(shè)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(shè)備系統(tǒng)

繼電保護裝置是避免煤礦企業(yè)在遇到電力故障時發(fā)生更為嚴(yán)重安全事故的主要因素，因此，對于煤礦企業(yè)來說，一方面要不斷完善繼電保護設(shè)備系統(tǒng)，提高其工作效果，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進行參數(shù)的設(shè)置，降低故障發(fā)生概率；另一方面要根據(jù)煤礦企業(yè)實際生產(chǎn)需求，不斷引進先進的電氣化設(shè)備及相關(guān)技術(shù)，更好的保障煤礦企業(yè)的運行安全。

(2)加大供電設(shè)施檢修力度

對于煤礦企業(yè)來說，保證供電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定是其實現(xiàn)安全生產(chǎn)的前提條件。這就要求相關(guān)管理人員做好以下兩方面工作：一是定期安排相關(guān)技術(shù)人員對供電設(shè)施進行檢修與維護，保證其具有良好的使用性能，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時對相關(guān)設(shè)備進行更換，避免發(fā)生故障；二是根據(jù)煤礦企業(yè)實際生產(chǎn)需求，在設(shè)計過程中選擇工作效率較高的供電設(shè)備，降低能耗水平，同時對老舊設(shè)備進行改造升級，推動煤礦行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

(3)引入電氣設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)

信息化技術(shù)水平的不斷提高推動了各行各業(yè)對于智能設(shè)備的應(yīng)用，作為我國的傳統(tǒng)行業(yè)，加強在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用就成為煤礦企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的重要手段。如圖2所示，井下供電監(jiān)控系統(tǒng)一方面可以幫助相關(guān)管理人員更好的了解井下電氣設(shè)備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，避免故障發(fā)生引發(fā)重大安全事故；另一方面也可降低井下作業(yè)人員的工作強度，避免其在具體作業(yè)過程中出現(xiàn)違規(guī)操作，更好的保障人員安全。

圖2 井下供電監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

4.結(jié)論

綜上所述，煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的前提條件是具有可靠的供電系統(tǒng)，因此，對于相關(guān)設(shè)計人員來說，不僅要根據(jù)煤礦生產(chǎn)實際情況合理的對供電系統(tǒng)進行設(shè)計，嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，同時還要充分考慮其經(jīng)濟性，提高資源利用效率的同時幫助煤炭企業(yè)降低成本支出，從而使整個礦區(qū)安全有效的生產(chǎn)運行最大化。