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摘要：為有敁保證井下供電系統(tǒng)安全、低能耗且保障用電可靠性，本文以陜西某煤礦井供電線路的節(jié)能設(shè)計以及供電設(shè)備配套選型為研究內(nèi)容，對井下輸電線路迚行了節(jié)能和輸電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計件，提出了井下供電設(shè)備優(yōu)化選型的具體斱案。經(jīng)驗證該斱案能為該礦提供安全、可靠的電能輸送，幵能大幅度降低井下供電系統(tǒng)能耗。

關(guān)鍵詞：煤礦；井工開采；供配電系統(tǒng)；設(shè)備選型

井下機(jī)電系統(tǒng)的供電安全對于保障井下安全生產(chǎn)，提高井下安全意識具有重要意義[1-2]。但目前由于井下作業(yè)環(huán)境條件惡劣、安全隱患因素多等多方限制，對于井下供電線路設(shè)計也提出了全新的挑戰(zhàn)。故本文以陜西某礦井的井下供電線路節(jié)能設(shè)計為研究內(nèi)容，提出了復(fù)雜水文地質(zhì)條件下，對于煤礦供電線路優(yōu)化設(shè)計的一些想法，并給出了具體的設(shè)計方案和電氣設(shè)備配套選型的有效方法，以期為提高該礦供電安全和設(shè)備可靠性提供參考。

1井下生產(chǎn)系統(tǒng)的供電特點分析

（1）該礦屬于高瓦斯礦井，具有爆炸危險性的瓦斯及粉塵來源，同時井下部分區(qū)域還會存放一定量的易燃材料，故應(yīng)嚴(yán)格控制機(jī)電系統(tǒng)中有電弧、火花等爆炸性火源隱患的存在；（2）從該礦井巷道設(shè)計圖中可知，部分配電硐室空間狹窄，故供電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)充分考慮電氣設(shè)備的尺寸限制，同時，頂板破碎易出現(xiàn)磷皮掉落等現(xiàn)象，而造成電氣設(shè)備及電纜損壞，故供電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮配置有效的保護(hù)設(shè)施[3]；（3）從相關(guān)地質(zhì)報告中可知，礦井上覆含水層，頂板有淋水可能，故供電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注重井下電氣設(shè)備的防潮處理；（4）井下作業(yè)的電氣設(shè)備在不同采面常需要頻繁移動，以輔助各采面采煤、掘進(jìn)任務(wù)，故電氣設(shè)備的供電系統(tǒng)布設(shè)也應(yīng)考慮設(shè)備的移設(shè)任務(wù)需求；（5）井下作業(yè)設(shè)備種類繁多，同時啟停的頻率較大，故電氣設(shè)備的負(fù)載電流波動較大，對井下供電系統(tǒng)沖擊較大，易出現(xiàn)擊穿、漏電等故障，故系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮過載和兼顧排水、通風(fēng)等需求[4]。

2井下設(shè)備供電線路節(jié)能設(shè)計及設(shè)備配套選型

2.1礦井供電系統(tǒng)的結(jié)極組成分析

如圖1為一個典型的井下供電系統(tǒng)架線原理圖，觀察圖中結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)為礦井提供的電能輸送會初次由主變壓器降壓至10kV后，經(jīng)電纜輸送至井下用電設(shè)備。并且在架線結(jié)構(gòu)圖中，還可以看出這兩條線路是分立的，分別架設(shè)獨立的10kV母線為井底車場內(nèi)的中央變電所和井下各采區(qū)進(jìn)行供電。另外，值得注意的是10kV母線是經(jīng)由井筒鋪設(shè)電纜來實現(xiàn)對中央變電所供電的，而這部分的低壓段也采用分立母線的架構(gòu)方式，從而保證用電設(shè)備的可靠性，以實現(xiàn)雙供電回路的不間斷電力供應(yīng)。

2.2井下供電線路的節(jié)能設(shè)計

由上文供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成分析可知，井下供電網(wǎng)絡(luò)的架線基礎(chǔ)原則是通過設(shè)計多組回路，來保障井下設(shè)備的24小時不間斷電力供應(yīng)。但對于輸電和供電系統(tǒng)而言，這種供電的備用機(jī)制卻因架線工藝冗雜、環(huán)節(jié)流程復(fù)雜，不但不利于輸電安全，同時存在嚴(yán)重的能耗損失現(xiàn)象。為此，文中著重從井下中央變電所和采區(qū)變電所的供電線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以求低能耗地保證供電安全及相關(guān)可靠性。井下中央變電所具體的節(jié)能線路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計如圖2所示，優(yōu)化線路的核心目標(biāo)是備用節(jié)能線路與供電主線平行設(shè)計，在線路輸入端有一個斷路診斷機(jī)制，當(dāng)有斷路信號回饋給備用系統(tǒng)時，初始被切斷的進(jìn)線供應(yīng)將閉合進(jìn)線開關(guān)，從而可以順利地啟用備用電源。圖2井下中央變電所的節(jié)能線路設(shè)計采區(qū)變電所的供電線路設(shè)計，如圖3中所示。

2.3井下供電線路設(shè)備的配套選型

考慮該礦為高瓦斯礦井，著重針對井下絕緣電纜、真空配電裝置、低壓饋電開關(guān)、變壓器以及采區(qū)照明設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化選型。其中，考慮采區(qū)變電所進(jìn)線采用10V高壓輸電線路、工作面配電線路采用1140V和660V低壓輸電線路，同時考慮電纜需要煤礦專用電纜，電纜的阻燃特性應(yīng)滿足特殊需求并具有一定抗壓、抗砸強度，為此文中選擇MYP-0.66/1.14礦用移動橡套軟電纜和MYPTJ-6/10礦用移動金屬屏蔽監(jiān)視型橡套軟電纜。同樣出于上述考慮，其他類型的電氣元件做如下選擇：（1）真空配電系統(tǒng)采用PBG1-10防爆、隔爆型配電裝置；（2）對于饋電開關(guān)優(yōu)化選擇采用1140V和660V的KBZ防爆型低壓饋電開關(guān)；（3）對于變壓器的優(yōu)化選擇，文中在變電所和配電點的各個之路上設(shè)置4臺變壓器，兩臺供生產(chǎn)的主變壓器，另兩臺為風(fēng)機(jī)專用變壓器，其型號選擇為KBSGZY-1250/10，0.69/1.2kV，1250kVA和KBSGZY-200/10，1.2/0.69KV，200KVA兩種類型的隔爆、防爆干式變壓器；（4）井下照明設(shè)備采用標(biāo)壓127V的MBH14-21/127型的礦用節(jié)能熒光燈。

3供電方案設(shè)計效果分析

為進(jìn)一步反映井下供電線路改造的現(xiàn)實效果，研究中采用故障模擬和監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行綜合分析。在故障模擬實驗中，研究分別對中央變電所、采區(qū)變電所進(jìn)行了30次的斷路診斷試驗，結(jié)果顯示備用電源切換成功率為100%，斷電后備用電源的平均響應(yīng)17.2s；同時，為反映供電線路改造后的節(jié)能效果，研究中分別對中央變電所、采區(qū)變電硐室的能耗變化，進(jìn)行了為期60天的能耗統(tǒng)計分析。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在線路改造前日均電能消耗分別為、232836.74、14498.43kW•h，而在線路優(yōu)化改造后214683.87、11974.51kW•h。從數(shù)據(jù)上看，供電線路經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后同樣能完成備用線路的相關(guān)功能，同時有效降低因備用線路耗散所帶來的能耗損失，從而證明文中的供電方案，對于供電線路節(jié)能設(shè)計、優(yōu)化能耗具有極好的效果。

4結(jié)論

為有效提高井下供電線路的安全性、可靠性，盡最大可能降低井下供電網(wǎng)絡(luò)的能耗損失，文中以陜西某礦井下電網(wǎng)改造為研究對象，并著重對該礦中央變電所、采區(qū)變電硐室供電線路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，提出了輸電線路優(yōu)化設(shè)計及配套電氣元件優(yōu)化選型方案。經(jīng)現(xiàn)場實施后發(fā)現(xiàn)，該方案對于提高輸電線路安全性、可靠性，降低輸電能耗損失具有較好的效果，為解決該礦供電線路改造難題提供了切實有效的技術(shù)方案，對同類礦山的供電線路優(yōu)化及能耗改造任務(wù)也同樣具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn):

[1]馮志勤，煤礦井下供配電系統(tǒng)的設(shè)計與選型探討[J]，山東煤炭科技，2015(07):101-102+104.

[2]王國平，煤礦井下供配電系統(tǒng)的設(shè)計與選型探討[J]，內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016(12):38-39.

[3]喬麗娜，基于最優(yōu)級數(shù)的煤礦供電網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化研究[D]，河南理工大學(xué)，2009.

[4]劉翔，井下供配電系統(tǒng)的設(shè)計與選型[J]，四川水泥，2017(12):81.

作者：李新旺 單位：國家能源集團(tuán)有限公司