我国煤矿井下供电的现状与发展.pdf

煤 矿 机电 奢 一篇箭一飞 飞 令合 , 令 令令 夕 我国煤矿井下供 电的现状与发展 徐州 矿 务 局杜伟石 我 国煤矿井下供电技 术 , 自年代电压等 级 的调 整升 , 到年代电子继 电保护 技术 的应 用 , 直至近年综采成 套供电设 备的 引进 , 经 几十年的努 力 , 取 得了长足 的 进 步 。 这从年代 后 期 起 , 井下 电击 伤人及电火 花直 接引爆瓦斯煤 尘事故的直线下降 , 可以得 到 证 明 。 但 与发 达 的产煤国 家 相比尚有差 距 。 现就 我 国煤矿井下供电 现状的 分 析 , 提出 一 些 发展与提 高方面 的 意见 。 现状和特点 有争议 的中性点 不 接 地 系统 我 国历版煤矿安全规 程对 中性 点 接 地问 题都有规定 , 年版为 , 禁止 中性点接地 ’ , 年版改 为 “ 不 得 中性 点 直 接 接 地 ’ , 年版类 同于年版 , 只在 措词上用了 “ 严禁 ’ 二字 。 由不准 “ 接 地 ’ 到 不准 ‘ 直 接接地 ’ , 几字 之改 , 反 映了我 国煤矿技术 人 员和执 法者 对井 下供电 系 统认识的提高 。 言 下之意 , “ 间接 接 地 ’ 如通过 阻抗接 地 是 可以商 量 的 。 但从总体 归类 上 看 , 我 国井下供电 当属中性点 不 接 地 系 统 。 目前 德国 主要 采用中性 点 不 接 地 系统 , 如 西门子系统 英国主要 采用中性 点高 阻抗接 地 系统 , 如勃西系统美 国 则兼而有之 。 孰 优 孰 劣 , 尚待时日 。 正在 放宽的 电压等级 我 国 长期沿 用 高 压 , 低压 的 电 压等 级 。 年新版安全规 程 把 高 压 定 至低 压仍在报省局 批准 , 主要 进风 道 等场 所可以用照 明 。 这说明我 国井下供电 电 压等级 由于机 械 化大 功率开采的发 展 , 正在向 发达 国家靠拢 。 但当前引进 的高产综采设备已 用 到 , 规 程 还是滞 后于实 际发展 。 复杂的供电网络 我国几十年一贯 制 的网络 系统是高压从 中央变 电所 至区域变电所 至 采区变 电 所低压 从采区变 电所至 采 掘 头面或其它用 电点 。 目前 只在机械化程度较高的综采综掘 、 高普头面使 用 移动变 电站 。 供电环节 多 , 低 压网络长 , 导致 供电质量 和 可靠性下降 , 部分区域甚至 继 电整 定困难 , 供电可靠性 下 降 , 不得不规定 “ 采 掘供 电分开 ’ 。 而 这 又反 过来 使低压网络更趋复杂 , 影 响可靠性 , 形成恶性循环 。 看来 , 拓展高压系 统 , 广 用移动 变 电站 , 缩短低 压 线 路已到函待实 施的时侯了 。 向千 式和真空化发 展的供配电装置 变 电以油浸 变 压 器 为主 , 高压 防爆开关与 油开关和 真 空 开关并存 , 低压 开关真空化发展 迅 速 。 随着我 国真空 灭弧技术 的成熟 , 操作过 电压等技术 问题的解决 , 高 低 压 开关真空技术 应 用 正 方 兴 未 艾 。 干 式 变 压 器 的技术成熟 , 其 推广使用也 只是资金与时 间 问题 。 必须 指出 , 把真空灭 弧技术使用于低压馈 电开关 , 馈 电开关本身不设隔离刀闸 。 此类 “ 新 产品 ’ 已多有研制 与面市 。 众所周知 , 真空灭弧 室接点间隙一般调整在 一 , 一旦真空室 泄 漏 , 后 果 可 想 而 知 。 这 是真空技术发展中的 误区 , 是标准和 法规必 须要管一 管的地方 。 落后 的输 电线 路 我 国至 今 还普通使用 的直流架线机车 , 几 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 煤矿 机电 百伏 直流 裸 线 , 火 花四溅 。 而同样是大 巷供电 的照明 电压 、 几十年定在 , 新版规程 开口至 , 还 要报省局批准 。 作为 主 要输电线 路 的 电缆 , 高压以恺装电缆为 主 。 绝 缘由油浸 纸质 到干 式 , 最近有橡塑新 材 料的应用 。 低压以非 屏蔽橡 套电缆为主 。 部分 小 型 电器电缆甚 至 没 有接地 芯 线 。 与发达国家双层屏蔽带监 视芯线 电缆的普遍使用 相比 , 在安 全 性 、 可靠 性 和实用 性 方面的差距是 明显 的 。 我 国还 只在机 械化生产头面使用此类 电缆 。 但我们的 电缆制 造 技 术 , 包 括高 压 电缆和 低压 拖曳 电缆 , 基本成 熟 。 虽然在可比直径 和 可绕性等方面不能与国 外 名 牌公司媲 美 , 但也已进人批 量生产和实用 阶段 , 这种 电缆的更新替代 , 主要已不 是技术 问 题 , 而 是资金 问题 。 电子化的继电保护 经过十几 年的努力 , 电子继电保护技术在 我 国已普遍 推 广 应 用 , 成绩 斐然 。 低 压 继 电保 护由模 拟量向数字化发 展 , 可 靠 性有所 提高 。 高 压 继 电保护 在 真空高 爆开关 中已成功 应 用 。 国外高爆开关已进 入微机控制 阶段 , 但尚不 完全符合我 国 国情 。 我们与国外 的差距主 要不是 在线路技术方面 , 而 是在 元件 质量和工 艺方面 。 市场经济初期 , 个体乡镇 小 厂一 拥而 人 , 电子插 件 质量 和信誉令人堪优 。 由于电流互感器设计和 工 艺 的离散性 较 大 , 电 子 插件与电流互感 器只能 一起调试 , 失去互换 性 。 这 是 我 国 电子保护装置的通病 , 阻 碍了电 子保护技术 的 发 展 。 电子保护装置普遍采用综合型是 我 国的特 点 , 与国外 “ 一 插件一功能 ” 形成鲜 明对照 。 综 合型所占空间 小 , 有利 于开关改 造 , 但维修不 利 , 管理成本增加 。 熔断器 和 热 继 电器 是较原 始的保护 元件 , 至今在 发达国家仍普遍使用 , 但 这两种原始元件在 我 国可以说是最难以信赖的 元件 , 与国外同类 电器 不 可 同日而语 。 它们不 像电子插件 , 可以模拟测试 , 一般煤矿无测试条 件 , 只 能盲目使用 , 久而久之 , 危及安全 , 必须引 起重视 。 被排斥 的增安型 防爆电器 年国家标准局 正 式批准 一 爆 炸性环境用 防爆电气设备一一增 安型电气设备 “’ 为 国家标准 。 年版安 全规程 界定增安型电器在煤矿和 瓦 斯 突 出矿井 和区域以及瓦斯矿井回风道和 工作面 的使用被 “ 除外 ” 。 年版规程仍初 衷未 改 , 界 定依 旧 。 这一界 定 是以年版规程对 “ 防爆安全 型 ’ 的 限止中沿袭而来的 。 这说明 , 煤矿把 “ 增 安型 ’ 视同 “ 安全型 ’ , 不 接 受这 一新的 防爆型 式 。 煤矿是 国内防爆电器的最大用户 , 这 一 界 定 , 使国内科研机构和 防爆电器 生产厂家对增 安型 电器无一 问津 , 使国标 一 束之高 阁 。 而煤矿现 场年起引进 的 西门 子防爆电器 , 其高压开关 、 照 明灯以及移动变 电 站 和低压开关的接线腔均为增安型 , 不少矿 务 局因其性能 优越而使用 至 今 , 潞安局 还与西门 子联营 , 不断拓展其使用范围 。 当时对 于引进 的增 安型电器 , 部 有关机构是曾予以特许的 。 规程 对增 安 型 的界 定措词 也 不算严厉 , 用了个 “ 除外 ’ , 限令之中留有余地 。 即便 如此 , 也足以 使我 国煤矿增安型 电器只见 洋 货 显 能 , 不 见 国 货踪迹 。 有了 国家标准 , 却无 中国产品 。 发 展和 提高 符合技术发展 的政 策法规 一个国家 、 一个 行业的技术进步 , 首先 依赖 于这个国家和行业技术 政策和法 规的进步 。 我 国的煤矿安全规程是我国煤矿的基础法规 。 十余万言 , 五百多条 , 是目前世界上最详细最具 体的安全规程 。 它 是我国建国以来几十年煤矿 安 全 实践的结晶 , 有的条款是以沉重的代价换 来的 。 我 国规程 的制订 , 应该说基 本是与技术 进 步同步的 。 部分 规程的修改 , 促进了我国技 术发展和进 步 。 如前所 述 , 对煤矿供电系统 问 题 , 由年版规定为 “ 禁止中性点接地 ’ 。 到 年版规定 为 “ 不得 中性点直接接地 ’ , 为我 国煤矿科技人员开辟了 广阔的研究领域 。 理论 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 煤矿机 电 上 的绝对中性 点不接地系统是 不存在 的 , 阻抗 接地系统与不 接地 系统的优缺点如何互 为补充 利用 , 阻抗的理 想 接地系统在煤矿 能 否尝试和实践等 等 , 都是对 煤矿井下供电带基 础性的课题 。 在井下 电压等级 问题上 , 现已允许 对 井下供电 已有限度地允许 的 大 巷 照 明供电机采工作面电压虽仍规定为 , 但 国内 高产面已用到 , 毕竞是谨 慎的迈 步 。 对增安型防爆电器 的使用 限止 , 虽谨慎 , 但 也成了遏制 。 既然允许由煤矿技术人员 为主 的 编制机构上报增安型 为 国家标准 , 并得以批准 、 又限止使用 , 难以理解 。 当然 , 像英国等 产煤国 家也不 用 增安型 , 但人家没有这项标准 , 不自相 矛盾 。 我 国地区和企业间发展不平衡 。 中央法 则要 避免不 分共性个性 , 一事故一规定 , 面面俱 到 , 条文庞杂 。 “ 一刀切 ’ 不 利进 步和发展 。 建 议精简煤 炭安全规程 , 加强 地 方和企 业 法 规 。 中央法规讲原则 , 地方法 规讲具体 。 这样 , 可以提 高法规的适应性和广泛性 。 简化供电环节 , 拓 展 高 压领域 复杂的供电环节 、 过长的低压 网络 , 对供电 质量和 可靠性的影响是显 而 易见的 。 我 国移动 变电站 的制造技术已经成熟 , 这在综采工作面 广泛 的成 功应 用得以证实 。 移动变 电站规 格的 扩展 , 下 至 , 上 至 , 只要有 市场 , 也 是水到渠成 。 拓展高 压供电领域 , 广泛 使用移动变电站 , 取消采区变电所 , 把高压伸展 到工作面顺槽 或其它 用 电点 附近 , 大 幅度 简化 低 压网络能极大地 提高供电质量 和可靠性 , 还 使煤矿管理采区变 电所 的 困难得以迎刃而解 。 长期困扰煤矿的 因停电而排放瓦斯 , 消极的 “ 采 掘供电分开 ” 等问题也 不攻自破 。 推广双层屏蔽电缆 屏蔽电缆的安全性和实用性 , 在我 国 二 十余年综采技术 的实践中 , 已经证实 。 如果 扩大 高压领域广用移动变电站的供电方式得以 实现 , 则电缆的推广应用势在必行 。 考虑 目前我国煤矿投资能力所限 , 以中央变 电所到 区域变 电所大 巷固定敷设的恺装电缆 , 可以暂 时保留 。 从区域变 电所实际 上已成区域配电 所到采掘头 面等用 电点的电缆 , 采用高压 电缆 。 移动 变 电站向用 电点靠拢 。 有限 的低 压电缆以低 压 拖曳 电缆替代一般的 橡胶 电缆 。 等容量 的高低 压电缆价格基 本相 当 , 不至于加大投人 。 开发单元型电子继电保护 系列 我国低压 电子综合保护装置是以开关改造 为前 提开发的 。 随着技 术进步 , 综合型只能作 为一种过渡 。 应该着力开 发 的应是单元型的电 子保护元件系列 。 以西门子低 压系统为例 , 一 共有种 单元型保护元件 , 形成系列 , 可以根据 用户 现场各 种供电要 求 , 排列组合合理的继电 保护 系统 。 作者在徐煤科技年第期 以 “ 系列矿用低压供电系统保护控制型 电子继电器 , 为题 , 介绍过这一系统 。 以目前我 国的 电子技术 , 是完全可以开 发 出符合我 国国 情的类似系统的 。 作者曾在 八十年代研究仿制 出全套九种西门子系统元件 , 并作为 国产化配 件供应全国煤矿至今 。 与低 压电流保护元件 配套的国产铁芯电流 互感器 , 由于受开关改造空间的 限制 , 设计成小 型 。 其 “ 难见公婆 ” 的线性度和离散性迫使制造 者将电子插件与其对号人座 , 一起调试 ,“成 套 , 供应 。 须知 、 现场使用中电子插件易更换 , 而对 号的互 感器 不好拆卸 , 保护特性严重偏离 。 电 机烧损率居 高不下 , 与此不无关系 。 解决办法 有二一是走英国优质矽钢片大型互感器的道 路二 是走德国 西门子空气式 电流互感 器 的 路 。 在目前开关小型化呼声较高 的前提下 , 学 习西门子 , 似乎更符合国情 。 对于广泛使用 的熔断器 和 热继电器 的生 产 , 作为执法 者 , 理应制订 强有力的政策法规 , 规范生产和检验 。 类似这样的问题 , 发挥 中央 和行业的权势 , 实在必要 。 这或许可以叫 “ 办实 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 煤矿机 电 专题综述 迈向世纪的采矿装备与技术 一 ’ 国际采矿技术研讨会综述 煤炭 科研总院上海 分 院俞 新业 会议概况 煤炭科学研究总院主办 、 煤科总院上 海分 院承 办 , 并得到中国 国家自然科学基 金 会资助 的 ‘ 国 际采矿技术研讨会 一 ’ , 于年月 一日在上 海建国宾 馆 召开 。 会议 的 主题是 “ 迈向世纪的采矿装备与技术二回顾与展 望 ” , 出席会 议的中外代表共余人 , 其中 国 外代表人 , 他们分别来自澳大 利亚 、 美国 、 波 兰 、 德国 、 瑞典 、 印尼 、 日本 、 英 国 、 越南 、 意大利 等个国家 。 国内代表余人 , 大同 、 开滦 、 神府 、 充州 、 晋城等国内各大矿务局均有代表参 加会议 。 会议共收到论文篇 , 经大会组委 会评审 , 共有篇论 文入 选论 文集 , 其中国外 篇 , 国内篇 , 有篇论 文在 会上作了交 流 。 开幕式由煤科总院上海分院党委 书记孙正 心 主持 。 本次大会组委会名誉主席 、 中国煤炭 工 业部 党组成员 、 中国工 程 院院士范维唐博士 出席会议并在开幕式 上作了题为 “ 迎接世 纪一中国煤炭科技的 未来 ’ 的讲话在开幕式 上 , 本 次大会组委会主席 、 煤科总院院长朱德仁 博士致欢迎词 , 大会组委会 副主席 、 煤科总院上 海分院院长黄 伯翔研究员作了题为 “ 真诚合作 , 促 进发展 , 为实 现煤炭科技 现代化而努力 ” 的发 言大会组委会副主席 、 澳大 利亚采 矿技术与设 备合作研究 中心执行主任 、 澳大 利亚昆 士 兰大 学采矿系教授迈克 霍德博士和上海 市科委总 工程师 徐 国华分别致了贺词 。 开幕式结束后 , 朱德仁 院长和黄伯翔 院长分别作了煤科总院和 煤 科总院上海 分 院概况 介绍 。 会议分大会 介 绍 、 小组交 流和自由论坛 三个部 分 。 事 , 。 放宽增安型 防爆电器 的使用范围 如前所述 , 增安型 电器 在 我 国煤矿 是 西门 子产品一枝独 秀 。 年代末引进 的产品 , 至 今仍有生命力 。 我国应加强测试和质检 , 制订 测试细则 , 严格 把关 , 使国产品达标 。 禁止低压馈电开关使用真空灭弧室 真空 灭 弧技术使用于磁力起动器 , 是无可 非议的 , 是一 种进步 。 真空灭 弧 室 因漏气而短 路 的故障机率 , 不 论是 国货 还 是洋货 , 概莫能 免 。 馈电开关直接 使用真空灭 弧室而未加任何 后备措 施的危险性 , 可 想而知 。 然而 , 我国的 有关标准和法规对此均未予限定 。 建议在煤 矿安全规程中首先予以限制 , 然后 由有关标 准对真空灭 弧室的应用给予界定 。 目前防爆低 压馈电开关应发展蓄能型平面接 点空气开关 , 对部分容量大的 , 可以考虑电动合 闸 , 便于远 控或集 中控制 。 至于高 压防爆真空开关 , 由于 高压系统操作频 率 低 , 开关本身都设 隔离装 置 , 又有低压侧各级开关作后备保护 , 当然允 许使用 。 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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