煤矿供电系统对比分析(1).pdf

2020 年第 8 期2020 年 8 月现代化煤矿生产中机电设备越来越多，对电能的需求量也越来越大。在生产过程中，保证电能的稳定供应十分重要，这也是保证煤矿安全生产的前提。若煤矿生产过程中突然断电，会导致机电设备的运行中断，很容易引发煤矿安全事故[1-2]。因此，必须选择合适的供电系统来保证供电的稳定性。供电系统有很多种，要从中选择合适的供电系统并不容易。为了更好地选择供电系统，需要对比几种常见的供电系统，分析其优缺点。下面，将围绕煤矿供电系统的要求和几种常见供电系统的优缺点展开论述。 1煤矿生产供电系统的要求 1.1供电可靠供电可靠指的是供电系统能不间断地提供电能，对煤矿的一级负荷供电绝对可靠。煤矿生产时负荷可以分为一级、二级和三级，一级负荷指的是在断电过程中可能造成人员伤亡或者设备损坏，常见的一级负荷主要有矿井通风机、井下排水泵和瓦斯抽放设备等，必须有 2 个独立的电源供电；二级负荷指的是在停电时会造成重大经济损失或影响用户的正常使用，常见的二级负荷主要有矿井提升机、压风机、运输机等，一般由 2 个独立电源供电；三级负荷指的是在停电时不会造成经济上或其他方面的损失，一般不需要独立供电。为了保证供电可靠，需要根据负荷类型采取相应的供电电源。进行多电源供电时，一定要保证电源之间能正常切换。 1.2供电安全在煤矿生产过程中，安全永远是第一要求，供电也不例外。这就要求在供电时不仅要保证工人的生命安全，还要保护设备的安全。因此，井下供电系统必须采取相应的防爆、防潮和漏电保护等措施。与此同时，还应该保证用电的安全性，用电时应该按照煤矿安全规程的有关规定来取电和用电。 1.3供电经济和质量供电经济指的是，在供电过程中供电线缆使用经济，能减少有关设备、材料和有色金属的消耗，而且供电系统也便于正常维护。煤矿井下供电线路很长，井下供电时主电缆都是高压，电缆的直径要大于负载所使用的电缆线，通过优化变电站的位置就能缩短主电缆的长度。供电质量指的是，在供电过程中，电压、频率和波形能满足一定的技术指标要求，例如电压的频率在 50 Hz，要求偏差要在 0.5 Hz 以内，而电压的波动不超过额定电压的 5。若不能满足供电的技术指标，则会导致电气设备在运行过程中出现异常，比如电气设备发热严重、电机出现异常振动等，这不利于设备的正常使用。因此，一定要对电网的干扰进行治理，保证供电质量。 2常见的煤矿供电系统对比分析无论采用何种供电系统，都要分为地面变电所、井下变电所和采区变电所三级，地面变电所的母线电压为 35 kV 或 110 kV；井下变电所的母线电压为 6 kV 或 10 kV；采区变电所的母线电压为 220 V 或 380 V。鉴于煤矿生产中很多负荷为一级负荷，供电时必须采用收稿日期2020-04-10 作者简介王权，1984年生，男，山西平遥人，2012年毕业于中国矿业大学电气工程及其自动化专业。煤矿供电系统对比分析王权（阳煤集团兴峪煤业有限责任公司，山西盂县 045199 ）摘要煤矿生产用到的很多机电设备需要电力来驱动，保证供电系统的稳定对于煤矿安全生产具有十分重要的意义。供电时，需要根据煤矿的实际情况选择合适的供电方式。通过分析煤矿生产中常见的几种供电系统的优缺点，为合理选择供电系统提供参考。一主一备、变压器分列式的供电系统更可靠，适合为煤矿生产供电。关键词煤矿生产；供电系统；供电可靠性中图分类号 TD611文献标识码 A文章编号 2095-0802-202008-0043-02 Comparative Analysis of Coal Mine Power Supply Systems WANG Quan Xingyu Coal Industry Co., Ltd., Yangquan Coal Industry Group, Yuxian 045199, Shanxi, China Abstract Many electromechanical equipment used in coal mine production need electric power to drive. It is very important to ensure the stability of power supply system for coal mine safety production. In the power supply, it is necessary to select the appropriate power supply mode according to the actual situation of the coal mine. This paper analyzed the advantages and disadvantages of several common power supply systems in coal mine production, so as to provide reference for reasonable selection of power supply system. The power supply system with one main power supply and one standby power supply, and transer separation is more reliable and suitable for coal mine production. Key words coal mine production; power supply system; power supply reliability （总第 179 期）能源研究 43 2020 年第 8 期2020 年 8 月 2 个独立电源进行供电，从而保证供电的可靠性[3]。而供电系统的差别在于 2 个独立电源接入到负荷的方式，常见的煤矿供电系统主要有一主一备式、完全分列式以及一主一备分列式。下面将分别对这 3 种供电系统的优缺点进行分析。 2.1一主一备式供电系统分析一主一备式供电系统指的是 2 个电源一个作为主电源，另外一个作为备用电源，在工作时备用电源所在的线路不会处于打开状态，如图 1 所示。图 1 中，备用电源供电线路上的 13，14，15 断路器处于断开状态，备用线路不会接入到供电系统中，即 2 条供电线路处于相互独立状态。 1耀27.断路器编号。图 1一主一备式供电系统示意图采用一主一备式供电系统，调整载荷时不会对上级供电线路造成影响，便于在生产过程中实现对线路的不断电检修，提高了供电效率。与此同时，若是采用冷备用的方式，则可以节省变压器运行时的电容费用，这对于煤矿的生产是十分经济的。这种供电系统的缺陷在于，采用的供电母线均为单线，一旦发生故障，会导致煤矿大面积停电，严重制约煤矿的安全生产，还会导致线路故障、设备检修消耗大量的时间。与此同时，所有负荷均由主线路供电，会导致电压的损失增加，无法保证供电质量，会对一些机电设备的运转造成影响。 2.2完全分列式供电系统分析与一主一备式供电系统不同的是，完全分列式供电系统的 2 个电源都处于运行中，形成 2 个回路进行供电[4]，如图 2 所示。值得注意的是，运行过程中 2 条回路分摊了负荷，相当于并联供电。这种供电系统的优势在于 2 个电源分摊了负荷，运行时线路中的电流较小，极大地减少了电压的损耗，能有效避免任意一个电源或线路断电时引发的设备断电问题，提高了煤矿供电的可靠性。但这种供电系统的缺点也很明显，就是在检修线路时需要所有机电设备都处于停机状态，占用了大量的煤矿生产时间。与此同时，2 台变压器都处于运行状态，需要交更多的电费，不利于煤矿经济运行。 1耀25.断路器编号。图 2完全分列式矿井供电系统示意图 2.3一主一备分列式供电系统分析一主一备分列式供电系统结合了完全分列式和一主一备式的特点，采用一个电源为 2 条线路供电，如图 3 所示。换句话说，即采用双线路为设备供电，并加上一个备用电源，图 3 中 2 号电源就是备用电源。 1耀27.断路器编号。图 3一主一备分列式矿井供电系统示意图地面变电站井下中央变电站采区变电站负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷 1电源进线2电源进线 1主变压器2主变压器 1 2 27 13 14 26 34 5 1516 17 21 18 19 20 22 2324 2512 11 10 7 8 9 6 2电源进线1电源进线 1 2 13 14 1主变压器2主变压器地面变电站 3 4 5 15 16 17 负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷井下中央变电站采区变电站 2324 2512 11 10 7 8 21 18 19209 22 6 2电源进线1电源进线 1 2 13 14 1主变压器2主变压器地面变电站 3 4 5 151617 负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷负荷井下中央变电站采区变电站 2324 2512 11 10 7 8 21 18 1920 9 22 6 26 27 （下转 47 页） 44 2020 年第 8 期2020 年 8 月能源知识（上接 44 页） h1M/1/3K12/3K2-1，2 式1～2中，M 为工作面正常采高，取 6 m；h1为顶板垮落高度，m；K1为砂质岩石残余碎胀系数，取 1.05；K2为泥质岩石残余碎胀系数，取 1.3。当工作面正常采高为 6 m 时，将相关数值代入式2 中，可得h16/1/3伊1.052/3伊1.3-1抑27.69 m约h0（支架支撑顶板高度，36 m ）。此时，工作面的顶板垮落后，岩石碎胀系数的存在能够满足工作面采空区自然拱的形成，能满足工作面的顶板支撑。由于该工作面 3煤层以上部分有 2.5 m 厚的砂质泥岩和碳质泥岩极易冒落，加之工作面煤厚平均为 6.3 m，工作面的正常采高有时会达到 8.8 m。因此，将相关数值代入式2中，可得 h18.8/1/3伊1.052/3伊1.3-1抑 40.62 mh0。此时，工作面的顶板垮落后，由于岩石碎胀系数的存在不能够满足工作面采空区自然拱的形成，会使得工作面的顶板压力时刻传递到煤帮。由于工作面顶板泥岩成分比例较高，抗压强度低，会造成顶板破碎，出现漏冒的情况，以此恶性循环往复，使得工作面顶板管理难度增大。 3.2采高控制根据上述计算，严格控制采高成为了关键。通过反算，工作面合理的采高 M1为 M1h01/3伊K12/3伊K2-1。3 将相关数值代入式3中，可得M136伊1/3伊1.05 2/3伊1.3-1≈7.8 m。由于工作面的顶板较为破碎，加之软煤区的面积较大，留煤顶降低采高不太现实。因此，采取留底煤的方式，将采高降低，在软煤区留 1 m 左右的底煤控制采高，使工作面的采高（加上 2.5 m 厚的砂质泥岩和碳质泥岩）不能超过 7.8 m，以保证工作面推进[2]。 4结语工作面过软煤带顶板控制是矿井安全生产的一大难题。在实际生产过程中，需要控制好工作面采高，加强煤帮支护和顶板管理。根据井下工作面的地质条件和软煤区的煤层结构，合理控制工作面的采高，能够有效降低顶板压力，延缓工作面来压周期，减少顶板垮落事故的发生，从而保证工作面的安全推进，加快工作面推进速度，提高煤矿企业经济效益。参考文献［1］张展鸿.大采高综采工作面过破碎带顶板控制的实践［J］ .煤矿开采， 2007， 125 70-71. ［2］徐永圻.煤矿开采学［M］ .徐州中国矿业大学出版社， 1993 55-57. （责任编辑白洁）这种供电系统克服了供电线路损坏时引发的大面积停电问题，也克服了发生线路故障时诊断慢的问题。从某种程度上来看，这种供电系统是很理想的。但其也有缺点，缺点主要在于运行时井下中央变电站的 2台变压器分摊了矿井的电载荷，若载荷分配不均衡或者特殊设备（比如变频器等）使用不均衡，矿井自身供电电网在合环过程中仍会对电网造成冲击，给煤矿供电网络的稳定性带来一定的不利影响。 3结语供电是煤矿生产的一个重要课题，选择一个合适的煤矿供电系统对于保证供电质量有重要影响。为此，简要分析了煤矿供电中常用的三种供电系统，即一主一备式供电系统、完全分列式供电系统和一主一备分列式供电系统的优缺点。在选择煤矿供电系统时，最重要的一个指标是供电容量。希望文中所述内容可以为人们认识煤矿供电系统提供一定的参考。参考文献［1］李文武.矿井供电方式对比分析［J］ .当代化工研究， 201913 34-35. ［2］叶建文.矿井供电系统优化及改进［J］ .矿业装备， 20195 134-135. ［3］郝欢欢.煤矿地面供电系统自动化升级改造设计优化［J］ .水力采煤与管道运输， 20184 83-85. ［4］王丽琴.井工煤矿供电系统的大分列运行［J］ .煤矿现代化， 20183 119-120. （责任编辑白洁）港址资源中国港址资源丰富的原因是，中国大陆有基岩海岸 5 000 km 多，占全国大陆岸线总长的 1/4 以上。这类海岸线曲折、岬湾相间，深入陆地港湾众多。它们的特征是岸滩狭窄、坡度陡、水深大，许多岸段 5耀10 m 等深线逼近岸边，可选为大中型港址。淤泥质海岸 4 000 km 多，其中大河河口岸段常有一些受掩护的深水岸段和较稳定的深水河槽，可建大中型港口。砂砾质海岸呈零星分布，岸滩组成以砂、砾为主，岸滩较窄、坡度较陡，堆积地貌发育类型多，常伴有沿岸沙坝、潮汐通道和潟湖，有一定水深和掩护条件，可建中小型港口。中国沿岸有 160 多个大于 10 km2的海湾， 10 多个大、中河口，深水岸段总长达 400 km 多，绝大多数地区常年不冻。除邻近河口外，大部岸段无泥沙淤积或很少，基本具备良好的港址环境条件。张宗光工作面过软煤带顶板控制研究 47