煤矿深井供电技术探析

【摘 要】 煤炭资源的开采进一步向深部发展，本文对煤矿深井下供电技术进行了分析，探讨了深井供电技术在应用中存在的问题，提出了提高供电系统安全性和稳定性的方案。

【关键词】 供电技术 深井 煤矿

煤炭在我国一次能源的利用中占据主导地位，我国煤炭产量多年居于世界第一。由于各地区地质条件复杂ฎ多变，已探明的煤矿资源绝大部分埋藏在800米地下，深井煤矿供电系统是煤炭安全生产的重要保障，深部煤炭开采环境复杂，电气设备长期处于温度和湿度较高的环境下，设备内部容易产生凝露和霉菌现象，在采掘过程中，深井煤矿开采容易引起触电事故，统计表明，近年来发生的导致人员伤亡的煤矿触电事故中，有64%发生在深部矿井。提高煤矿井下供电系统的安全性、可靠性十分重要。

1 煤矿深井供电系统的现状与发展

随着各种大型自动化机械装备不断应用到煤矿作业中，我国煤矿采区的供电系统供电电压经历了从380V到3300V逐步提高的发展阶段。近年来我国煤矿井下供电系统普遍采用6kV电压供电，部分矿井采用10kV供电系统。

我国目前已经研制出3300V供电系统的防爆电机及相应的电气控制设备产品，但与发达国家相比差距较大。国产供电系统相关设备种类较少，移动变电站的容量仅有800kVA-1250kVA几种产品，容量普遍偏小，工作的稳定性和寿命较差。国外最大容量移动变电站已经超过3000kVA。控制开关产品仅能控制2-4个回路，动作灵敏度较低。3300kV供电系统的防爆电机容量还没有突破5000kW，大截面3300kV拖拽式电缆产品在欧美发达国家已经得到普遍应用，而我国仍然依赖进口。

国外主要产煤国使用两种矿井供电系统，一种由地面变电所两趟电缆线路供至井下中央变电所，再利用电缆送至设在工作面顺槽的2-3♋台变电站，通过启动器、负荷中心等分别向采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机和带式输送机供电；另一种是由地面变电所利用6kV-12.5kV电缆直接下井送至采区移动式供电中心，再通过移动式供电中心分别向多台不同电压的机电设备供电。

2 深井煤矿供电面临的问题

我国有超过34处矿井采深已突破1000米以上，煤矿深井供电系统通常由地面变电所、井下变电所和采区变电所构成。供电线路的安全可靠与系统本身设计、各组件的安全可靠性等有关，深井煤矿供电系统常见故障有：

（1）煤矿井下供电系统目前常采用6kV或10kV系统，较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护，供电系统是单侧电源辐射状电网，线路上动作电流和时间随着从电源端至负荷端所经过的开关级数增加而逐渐减小。而采区工作面要求较长的时限和较大的定值配合，现行的整定原则为地面6kV处设两段式保护，动作时限为0.95s，给定整定值和保护时限已无法适应需求，保护无法配合。

（2）煤矿采区变电所的整定原则是先根据最远端的负荷性质和大小鉴定此处负荷的开关定值，再逐级折算到采区变电所，最后利用最大负荷功率确定过流保护定值，以最远端的短路电流整定速断保护。另外，再根据地面6kV处定值，一次向下按0.9倍整定瞬时速断保护。若整定值过小，当短路故障发生时，往往引起所有速断保护同时动作，出现越级跳闸，停电故障影响范围因此被扩大。

（3）深井煤矿环境复杂，供电系统中使用的铠装电缆外层钢带或钢丝铠装层容易受潮锈蚀，若运输巷道空间☮小，很容易刮破、折坏运输中的电缆，造成停电事故。单相接地的电缆会使其他两相对地电压较高，影响供电系统的可靠性。

（4）深井煤矿中常常使用的具有高压漏电和绝缘监视保护功能的高压防爆开关，若变压器高、低压侧腔体的盖及高压开关与分立的变压器之间没有形成有效的连锁保护配合，则造成高压开关漏电、过流和短路故障，甚至引起弧光或放电，导致高压断电事故。

（5）井下供电系统中，有些掘进工作面对风机等设备的使用没有达到《煤矿安全规程》规定的要求。常常没有采用专用电缆线路 ☺供电，一旦供电线路局部出现故障，会影响到其它风机的运行，故障范围扩大，带来了严重的安全隐患。

（6）矿用隔爆型防爆电器是煤矿井下必备的电器设备，采用防爆外壳、本质安全电路及各种保护装置，这些安全措施和设备存在着不完善性，因此对故障引✔起的电火花，但没有引起瓦斯爆炸的事故具有有效的预防措施。

3 提高深井煤矿供电安全的措施

提高煤矿深井供电系统的安全性和稳定性需要考虑：

（1）在设计煤矿供电系统时，要提供两个以上的供电电源接入供电网络中，提高矿井供电的稳定性和持续性。尤其对一些重要的通风和排水设备需要单独设置备用电源，避免煤矿生产工作过程中高负荷的机械设备出现突然终止运转的情况，保护设备和相关操作人员的安全。

（2）煤矿深部矿井作业环境十分恶劣和特殊，水文和地质条件分布复杂，严重影响着供电系统的安全。对于长距离井下供电要根据需要增加先进的供电设备，提高供电技术。可将供电距离分成若干段，在相应位置增加增大电压的中继设备以便减少电压的衰减带来的影响。同时，要合理设计选择供电电缆的横截面积，减少相关环境因素对供电线路的影响。

（3）设计供电系统线路要结合矿区的实际情况，制订出方案合理、反映迅速的继电保护方案。针对一些高电压的煤矿设备要设计超负荷运行、线路短路和低电压运行的保护功能。矿区供电线路上应具备常规的短路、漏电和超负荷等供电保护功能，并通过相应的继电器对线路故障问题进行定位和隔离，从而不使供电故障问题扩大影响。

（4）引进国际先进水平的煤矿供电系统技术和设备，加强培训和提高供电系统技术人员解决供电系统问题的能力，减少不必要的经济损失和降低事故率，以适应不断攀升的煤矿设备用电量。

4 结语

本文首先分析了当前我国煤矿深井供电技术的现状与发展，指出与国际先进水平存在的差距，具体研究了当前供电技术在煤矿深井掘进生产中存在的问题，提出了相应的提高深井供电技术安全与稳定的措施。

参考文献：

[1]白继儒，煤矿井下供电可靠性探讨[J].中州煤炭，2005.

[2]张栋梁，提高煤矿井下供电安全技术措施探讨[A].内蒙古煤炭经济，2012.

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