煤矿井下掘进工作面供电系统设计的研究与应用

朱辉

摘要：在煤矿井下开采过程中，人们对供电系统稳定性的要求越来越严格，其直接关系到生产的安全性、稳定性和可靠性。一旦供电系统发生故障，无法正常供电，那么就无法及时排出井下积聚的涌水和瓦斯，最终导致事故发生，造成人员伤亡、财产损失等一系列严重后果。同时，由于煤矿井下生产环境恶劣，高温度、高湿度等生产条件会对用电设备的安全造成较大的威胁，因此，对提高煤矿供电系统可靠性的措施与对策开展研究具有巨大的现实意义。

关键词：煤矿井下;掘进工作面;供电系统设计

煤矿产业在中国一直是重点发展产业，然而，煤矿产业又离不开电力系统的支持，在整个煤矿企业的运行过程中，电力是维持并且保证煤矿企业中各个设备正常运行的能源，企业能否提高行业竞争力，煤矿产业能否提高经济效益的整个过程都是电力系统在维持与支撑，若电力系统出现故障并且不能很好的解决，那整个产业的运行将会产生极大的问题，严重的将会导致企业的停产，制约着煤矿的发展，故提高供电系统的稳定性就显得尤为重要，保证煤矿产业的安全运行，保证矿井内工作人员的生命安全。

一、供电系统分类

供电系统大体分为煤矿供电系统、城市供电系统、电力牵引供电系统、飞机电气系统。煤矿供电系统分为井下供电系统和地面供电系统;城市供电系统是为现代城市提供电能的基础性系统;电力牵引供电系统是指为电力机车（动车、电车）提供电能的系统;飞机电气系统分为飞机电源系统和飞机配电系统。

二、煤矿井下掘进工作面供电系统故障类型

（一）电缆及配电开关、连接器故障

1.环境因素。井下潮湿环境、有害氣体会腐蚀供电线路的绝缘层，长期腐蚀会降低线路绝缘性能导致漏电现象。

2.质量因素。线路绝缘性能较差，高电压会导致绝缘击穿或环境腐蚀导致绝缘失效。连接器本身密封性能或绝缘物封灌不良在潮湿环境下易进入水汽或直接浸水，从而导致短路。

3.外部因素。井下作业环境内大型设备、物料较多，巷道内敷设的线路受到作业空间内的轨道、支护钢架或其他重物相互挤压、磨损引发线缆绝缘失效，或不可预知的牵引绞绳断绳飞出会直接打断线缆。

4.线缆老化与过载。线缆绝缘物质受氧化作用具有使用年限限制，同时电流通过产热和潮湿水汽也会加速老化，一旦绝缘失效导致漏电或短路;线缆工作电流应低于设计工作运行电流，长期功率过载或电压异常会击穿或破坏线缆。

（二）电源控制开关故障

以KBZ系列馈电为例，常见的故障有以下类型：

1.防爆开关漏电保护部分故障。用电设备过载及短路不能正常脱扣断开馈电回路，导致供电系统中出现越级停电现象，引发电气系统中大范围断电停运现象。

2.人为因素。生产过程中作业人员非正常接触开关柜导致漏电或短路现象，或维修过程中误操作打开母联开关导致漏电或短路，进一步引发大范围停电。

三、煤矿井下掘进工作面供电系统设计应用

（一）低压电缆的选择和校验

1.电缆型号的确定

根据《煤矿安全规程》规定，必须选用取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆，故选择MYP/MY型矿用移动式橡套软电缆。

2.电缆截面的选择计算

常用矿用橡套软电缆的载流量情况表如表1所示：

①持续允许电流选择电缆截面

向单台或两台电动机供电的电流计算，其实际工作电流可取电动机额定电流或两台电动机额定电流之和。向三台以上（包括三台）电动机供电的电流可按下式计算：

②按运行时的电压损失校验截面

变压器运行时的电压损失包括变压器的电压损失和电缆的电压损失两部分，电缆选择最长线路。电压损失由三个部分组成：∑U=ΔUT+ΔU1+ΔU2

直线电缆一般按机械强度的最小截面初选，按允许持续电流校验，即可选择。选择干线电缆截面时，如果干线电缆不长，应先按电流的允许持续电流初选;当干线电缆较长时，应先按允许持续电流初选，按允许电压损失校验电缆截面进行电缆的选型，井下低压电网在不同额定电压下的最大电压损失值。

（二）两相短路电流的计算

供电系统两相短路电流是根据公式计算，通过计算两相短路电流，目的是校验保护装置的灵敏度，此次短路点应选择在保护范围的最远端，保证整个供电系统设备保护的灵敏度。

（三）电气设备的选择及保护装置的整定及校验

低压电气设备的选择和保护装置的整定与校验，主要是对低压控制开关的选型并对其保护装置进行整定及灵敏度的校验，保证开关各种参数及保护装置灵敏度在规定范围内。其中低压开关的额定电压应不小于电网的额定电压，额定电流不小于所控制设备的最大电流，并通过计算对保护范围最末端进行最小两相短路电流校验，最终确定该工作面的供电系统的设计。由于辅助进风、回风巷供电距离较长，为确保长距离供电需求，实现对传统的供电方式的优化，最终分析确定供电系统的最佳方案，即随着掘进工作面的推进将移动变电站移至巷道中部，减少低压供电距离，解决了因电缆电压压降及开关保护灵敏度下降导致系统供电瘫痪，故按照规定要求设计，利用最佳的供电方式，保证了供电系统的稳定性，为掘进工作面的安全、可靠运行提供了有力的保障。

四、结语

煤矿供电系统是整个煤矿用电单位的集成网络，是煤矿生产的生命网，只有不断地保障煤矿供电系统的安全，煤矿的生产才能安全地开展;只有及时、合理地解决煤矿井下供电系统中存在的问题，才能不断提高系统的可靠性。

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